高中物理高考 专题31 光电效应（原卷版）

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TOC \ "1-3" \h \u \l "_Tc21967060" 热点题型一 光电效应现象和光电效应方程的应用 PAGEREF _Tc21967060 \h 1
\l "_Tc21967061" 热点题型二 光电效应的图象问题 PAGEREF _Tc21967061 \h 3
\l "_Tc21967062" （一）对Ek－ν图象的理解 PAGEREF _Tc21967062 \h 3
\l "_Tc21967063" （二）对I－U图象的理解 PAGEREF _Tc21967063 \h 4
\l "_Tc21967064" （三）对Uc－ν图象的理解 PAGEREF _Tc21967064 \h 5
\l "_Tc21967065" 热点题型三 对光的波粒二象性的理解 PAGEREF _Tc21967065 \h 6
\l "_Tc21967066" 【题型演练】 PAGEREF _Tc21967066 \h 7
【题型归纳】
热点题型一 光电效应现象和光电效应方程的应用
1．对光电效应的四点提醒
(1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率．
(2)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光．
(3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关．
(4)光电子不是光子，而是电子．
2．两条对应关系
(1)光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；
(2)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大．
3．定量分析时应抓住三个关系式
(1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0.
(2)最大初动能与遏止电压的关系：Ek＝eUc.
(3)逸出功与极限频率的关系：W0＝hνc.
4．区分光电效应中的四组概念
(1)光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子．
(2)光电子的动能与光电子的最大初动能：电子吸收光子能量后，一部分克服阻碍作用做功，剩余部分转化为光电子的初动能，只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能．
(3)光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关．
(4)入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量．
【例1】(2018·高考全国卷Ⅱ)用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－
19 J．已知普朗克常量为6.63×10－34 J·s，真空中的光速为3.00×108 m·s－1.能使锌产生光电效应的单色光的最
低频率约为( )
A．1×1014 Hz B．8×1014 Hz
C．2×1015 Hz D．8×1015 Hz
【变式1】．(2019·山东泰安检测)如图所示是光电管的原理图，已知当有波长为λ0的光照到阴极K上时，电
路中有光电流，则( )
A．若增加电路中电源电压，电路中光电流一定增大
B．若将电源极性反接，电路中一定没有光电流产生
C．若换用波长为λ1(λ1>λ0)的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流
D．若换用波长为λ2(λ2<λ0)的光照射阴极K时，电路中一定有光电流
【变式2】(2017·高考全国卷Ⅲ)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，
测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb.h为普朗克常量．下列说法正确的是( )
A．若νa>νb，则一定有Uaνb，则一定有Eka>Ekb
C．若Uaνb，则一定有hνa－Eka>hνb－Ekb
热点题型二 光电效应的图象问题
（一）对Ek－ν图象的理解
由Ek－ν图象可以得到的信息
(1)极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc.
(2)逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值E＝W0.
(3)普朗克常量：图线的斜率k＝h.
【例2】．(2019·南平市检测)用如图甲所示的装置研究光电效应现象．闭合电键S，用频率为ν的光照射光电管时发生了光电效应．图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象，图线与横轴的交点坐标为(a,0)，与纵轴的交点坐标为(0，－b)，下列说法中正确的是( )
A．普朗克常量为h＝eq \f(a,b)
B．断开电键S后，电流表G的示数不为零
C．仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大
D．保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表G的示数保持不变
【变式1】(多选)如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点坐标4.27，与纵轴交点坐标0.5)．由图可知( )
A．该金属的截止频率为4.27×1014 Hz B．该金属的截止频率为5.5×1014 Hz
C．该图线的斜率表示普朗克常量 D．该金属的逸出功为0.5 eV
【变式2】.(多选)(2019·山东天成大联考)某种金属发生光电效应时，光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν
的关系如图所示，E、ν0为已知量，由图线信息可知( )
A．逸出功W0＝E B．图象的斜率表示普朗克常量的倒数
C．图中E与ν0的值与入射光的强度、频率均无关 D．若入射光频率为3ν0，则光电子的最大初动能为3E
（二）对I－U图象的理解
由I－U图象可以得到的信息
(1)遏止电压Uc：图线与横轴的交点的绝对值．
(2)饱和光电流Im：电流的最大值．
(3)最大初动能：Ekm＝eUc.
【例2】(2019·河南新乡模拟)如图甲所示，用频率为ν0的光照射某种金属发生光电效应，测出光电流i随电
压U的变化图象如图乙所示，已知普朗克常量为h，光电子带电荷量为e.下列说法中正确的是( )
A. 入射光越强，光电子的能量越高 B．光电子的最大初动能为hν0
C．该金属的逸出功为hν0—eU0 D．用频率为eq \f(eU0,h)的光照射该金属时不可能发生光电效应
【变式】．在光电效应实验中，某同学用同一光电管在不同实验条件下得到三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图所示．则可判断出( )
甲光的频率大于乙光的频率
B．乙光的波长大于丙光的波长
C．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率
D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光对应的光电子最大初动能
（三）对Uc－ν图象的理解
由Uc－ν图象可以得到的信息
(1)截止频率νc：图线与横轴的交点．
(2)遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大．
(3)普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke.(注：此时两极之间接反向电压)
【例4】．(多选)(2019·重庆万州月考)某金属在光的照射下产生光电效应，其遏止电压Uc与入射光频率ν的关
系图象如图所示．则由图象可知 ( )
A．该金属的逸出功等于hν0
B．遏止电压是确定的，与入射光的频率无关
C．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为hν0
D．入射光的频率为3ν0时，产生的光电子的最大初动能为hν0
【变式】. 在某次光电效应实验中，得到的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系如图所示．若该直线的斜率和纵轴截距分别为k和b，电子电荷量的绝对值为e，则普朗克常量可表示为________，所用材料的逸出功可表示为________．
热点题型三 对光的波粒二象性的理解
对波粒二象性的理解
【例5】1927年戴维逊和革末完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一．如图所示的是该实验装置的简化图，下列说法正确的是( )
A．亮条纹是电子到达概率大的地方 B．该实验说明物质波理论是正确的
C．该实验再次说明光子具有波动性 D．该实验说明实物粒子具有波动性
【变式1】实物粒子和光都具有波粒二象性．下列事实中突出体现波动性的是( )
A．电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样 B．β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹
C．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构 D．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构
【变式2】关于物质的波粒二象性，下列说法正确的是( )
A．光的波长越短，光子的能量越大，光的粒子性越明显
B．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性
C．光电效应现象揭示了光的粒子性
D．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性
【题型演练】
1．用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，
如图所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片．这些照片说明( )
A．光只有粒子性没有波动性
B．光只有波动性没有粒子性
C．少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性
D．少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性
2．用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，则( )
A．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变
B．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能减小
C．逸出的光电子数不变，光电子的最大初动能减小
D．光的强度减弱到某一数值，就没有光电子逸出了
3．在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面，都能发生光电效应．对于这两个过程，
下列四个物理过程中，一定相同的是( )
A．遏止电压 B．饱和光电流
C．光电子的最大初动能 D．逸出功
4．(2019·西藏拉萨中学六次月考)关于光电效应的规律，下面说法正确的是( )
A．当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，入射光的频率越高，产生的光电子最大初动能也就越大
B．当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，如果入射光的强度减弱，从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加
C．对某金属来说，入射光波长必须大于一极限值才能产生光电效应
D．同一频率的光照射不同的金属，如果都能产生光电效应，则所有金属产生的光电子的最大初动能一定相同
5.(2019·北京朝阳模拟)用绿光照射一个光电管，能产生光电效应．欲使光电子从阴极逸出时最大初动能增大，可以( )
A．改用红光照射 B．改用紫光照射
C．改用蓝光照射 D．增加绿光照射时间
6. (2019·河北保定模拟)如图所示，这是一个研究光电效应的电路图，下列叙述中正确的是( )
A．只调换电源的极性，移动滑片P，当电流表示数为零时，电压表示数为遏止电压U0的数值
B．保持光照条件不变，滑片P向右滑动的过程中，电流表示数将一直增大
C．不改变光束颜色和电路，增大入射光束强度，电流表示数会增大
D．阴极K需要预热，光束照射后需要一定的时间才会有光电流
7.(2019·哈尔滨六中二次模拟)某半导体激光器发射波长为1.5×10－6 m，功率为5.0×10－3 W的连续激光．已
知可见光波长的数量级为10－7 m，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，该激光器发出的( )
A．是紫外线 B．是红外线
C．光子能量约为1.3×10－13 J D．光子数约为每秒3.8×1016个
9.(2019·辽宁鞍山一中模拟)按如图的方式连接电路，当用紫光照射阴极K时，电路中的微安表有示数．则
下列正确的叙述是 ( )
A. 如果仅将紫光的光强减弱一些，则微安表可能没有示数
B．仅将滑动变阻器的触头向右滑动一些，则微安表的示数一定增大
C．仅将滑动变阻器的触头向左滑动一些，则微安表的示数可能不变
D．仅将电源的正负极对调，则微安表仍可能有示数
10. (2019·河北保定模拟)如图所示，这是一个研究光电效应的电路图，下列叙述中正确的是( )
A．只调换电源的极性，移动滑片P，当电流表示数为零时，电压表示数为遏止电压U0的数值
B．保持光照条件不变，滑片P向右滑动的过程中，电流表示数将一直增大
C．不改变光束颜色和电路，增大入射光束强度，电流表示数会增大
D．阴极K需要预热，光束照射后需要一定的时间才会有光电流
图象名称
图线形状
由图线直接(间接)得到的物理量
最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线
①极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc
②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值
W0＝|－E|＝E
③普朗克常量：图线的斜率k＝h
颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系
②饱和光电流Im：电流的最大值
③最大初动能：Ekm＝eUc
颜色不同时，光电流与电压的关系
①遏止电压Uc1、Uc2
②饱和光电流
③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2
遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线
①截止频率νc：图线与横轴的交点
②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大
③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电量的乘积，即h＝ke.(注：此时两极之间接反向电压)
项目
内容
说明
光的
粒子性
(1)当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子性
(2)少量或个别光子容易显示出光的粒子性
粒子的含义是“不连续的”“一份一份的”，光子不同于宏观观念的粒子
光的
波动性
(1)足够能量的光在传播时，表现出波动的性质
(2)光是一种概率波，即光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可用波动规律来描述
光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的，光的波动性不同于宏观概念的波
波和粒子的对立与统一
宏观世界：波和粒子是相互对立的概念
微观世界：波和粒子是统一的．光子说并未否定波动性，光子能量E＝hν＝eq \f(hc,λ)，其中，ν和λ就是描述波的两个物理量