高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第三册光电效应优秀学案

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▉题型1 光电效应现象及其物理意义
【知识点的认识】
1．光电效应现象
光电效应：在光的照射下金属中的电子从表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子．
特别提醒：
（1）光电效应的实质是光现象转化为电现象．
（2）定义中的光包括可见光和不可见光．
2．几个名词解释
（1）遏止电压：使光电流减小到零时的最小反向电压UC．
（2）截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率（又叫极限频率）．不同的金属对应着不同的截止频率．
（3）逸出功：电子从金属中逸出所需做功的最小值，叫做该金属的逸出功．
3．光电效应规律
（1）每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于极限频率才能产生光电效应．
（2）光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大．
（3）只要入射光的频率大于金属的极限频率，照到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10﹣9s，与光的强度无关．
（4）当入射光的频率大于金属的极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成正比．
1．如图所示，等腰直角三角形△ABC为一棱镜的横截面，AB＝AC。由甲、乙两种单色光组成的一细光束，从AB边射入三棱镜，调整入射方向发现，当入射光束垂直AB边入射时，恰好只有甲光从BC边射出，且出射光线和BC边的夹角为30°，则下列判断正确的是（ ）
A．甲光的全反射临界角小于乙光的全反射临界角
B．甲、乙两光的折射率之比为2：3
C．用完全相同的杨氏双缝干涉仪做双缝干涉实验，甲光的条纹要比乙光的条纹宽
D．若甲、乙两光均能使某金属发生光电效应，则由甲光照射产生的光电子最大初动能更大
2．关于下列四幅图的说法正确的是（ ）
A．图甲是α粒子散射实验，汤姆孙据此提出了原子的核式结构模型
B．图乙是光电效应实验，张开的验电器指针和锌板都带负电
C．图丙是放射源放出三种射线在磁场中的运动轨迹，1为α射线
D．图丁是核反应堆示意图，它是利用铀核裂变反应释放能量
3．如图所示，一束复合光垂直玻璃砖界面进入球形气泡后分为a、b两种色光，下列说法正确的是（ ）
A．a光的频率比b光的频率小
B．a光更容易观察到衍射现象
C．a、b两种色光照射同一种金属，a光更容易发生光电效应
D．若仅将入射点上移，则b光先发生全反射
4．在研究物理现象时往往要建立合理的物理模型，下列模型建构符合科学的是（ ）
A．“嫦娥5号”与返回器交会对接过程可以把“嫦娥5号”看作质点模型
B．研究地球表面树叶下落的过程可以看作自由落体模型
C．解释氢原子光谱可以用卢瑟福的核式结构模型
D．解释光电效应现象可以用爱因斯坦的光子模型
（多选）5．用图甲所示的电路研究光电效应中电子发射的情况与照射光的强弱、光的频率等物理量间的关系。电流计G测得的光电流I随光电管两端电压U的变化如图乙所示，则（ ）
A．通过电流计G的电流方向由c到d
B．光电管两端接正向电压且电压U增大，光电流I一定增大
C．光电管两端电压U为零时，一定不发生光电效应
D．与黄光照射K极时相比，用蓝光照射K极时光电子的最大初动能较大

▉题型2 光电子的产生、本质及数量
【知识点的认识】
1.光电子：在光的照射下金属中的电子从表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子，电路中形成的电流交光电流。
2.光电子的本质：光电子在本质上仍然是电子，与电磁波是不一样的物质。
3.光电子的数目会受到入射光强的影响：对于一定频率（颜色）的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。
6．关于光电效应，下列说法正确的是（ ）
A．光子与光电子的本质都是电子
B．光电效应现象表明光具有波动性
C．只要入射光的频率大于金属的截止频率，就能发生光电效应现象
D．用相同频率的光照射不同的金属表面，发生光电效应时逸出的光电子最大初动能相同

▉题型3 光电效应的条件和判断能否发生光电效应
【知识点的认识】
发生光电的条件是：入射光的频率大于金属的截止频率（或者说说入射光的光子的能量大于金属的逸出功）。
7．霓的形成原理与彩虹大致相同，是太阳光经过水珠的折射和反射形成的，简化示意图如图所示，其中a、b是两种不同频率的单色光，下列说法正确的是（ ）
A．霓是经过2次折射和1次全反射形成的现象
B．光束a、b通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻亮条纹间距大
C．b光在玻璃中的传播速度比a光在玻璃中的传播速度大
D．若a光能使某金属发生光电效应，则b光也一定能使该金属发生光电效应
（多选）8．两种单色光a和b，a光照射某金属时有光电子逸出，b光照射该金属时没有光电子逸出，则两束光由空气射入玻璃砖中（ ）
A．a光的频率小于b光的频率
B．玻璃砖对a光的折射率较大
C．在玻璃砖中a光的传播速度大于b光的传播速度
D．两种单色光由玻璃射入空气时，b光的临界角较大
（多选）9．某实验小组在探究光的性质时，做了以下实验：将一束复色光通过三棱镜后分解成两束单色光a、b；若用这两束单色光a、b分别照射同一光电管时，发现只有一种光能发生光电效应；若用这两束单色光a、b分别做双缝干涉实验时，观察到有一种光的条纹间距比较大。据此，该探究小组可以得出的结论是（ ）
A．相同介质中a光的波长小于b光的波长
B．a光的折射率小于b光的折射率
C．若用a、b光照射同一光电管，发生光电效应的是b光
D．若用a、b光做双缝干涉实验时，则b光的条纹间距大
E．a、b两种光从相同的介质入射到真空中，则逐渐增大入射角，b光会先发生全反射
▉题型4 光电流及其影响因素
【知识点的认识】
1.光电流的定义：在光电效应中，光电子从极板逸出，电路中形成光电流。
2.光电流的影响因素：
存在饱和电流：在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值。也就是说，在电流较小时电流随着电压的增大而增大；但当电流增大到一定值之后，即使电压再增大，电流也不会再进一步增大了。
这说明，在一定的光照条件下，单位时间内阴极K发射的光电子的数目是一定的，电压增加到一定值时，所有光电子都被阳极A吸收，这时即使再增大电压，电流也不会增大。
实验表明，在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大。这说明，对于一定频率（颜色）的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。
3.饱和光电流随电压变化的曲线如下图：
10．如图所示为光电效应实验的电路图，用P光照射K极时，电流表有示数。改用照射强度与P光相同的Q光照射时，电流表示数为零，则（ ）
A．Q光频率大于P光频率
B．Q光频率一定小于金属电极 K的截止频率
C．增大Q光照射强度，可使电流表示数不为零
D．用Q光照射时，减小电源电压，电流表示数可能不为零
11．我们用如图所示的电路研究光电效应时，当开关闭合后，以下操作可能使微安表示数增大的有（ ）
A．把滑动变阻器滑动头向右滑动
B．把滑动变阻器滑动头向左滑动
C．入射光颜色不变强度减小
D．更换电源的正负极
▉题型5 遏止电压及其影响因素
【知识点的认识】
1.如果施加反向电压，也就是阴极接电源正极、阳极接电源负极，在光电管两极间形成使电子减速的电场，电流有可能为0。使光电流减小到0的反向电压Uc称为截止电压。
截止电压的存在意味着光电子具有一定的初速度，初速度的上限vc应该满足以下关系
12mevc2=eUc
进一步的实验表明，同一种金属对于一定频率的光，无论光的强弱如何，截止电压都是一样的。光的频率ν改变时，截止电压Uc也会改变。这意味着，对于同一种金属，光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关。
2.截止电压与入射光的强度无关，与入射光的频率有关。
3.截止电压的计算：通过Ek＝eUc可得Uc=Eke。Ek是光电子的最大初动能。
12．关于近代物理学，下列图像在描述现象中，解释正确的是（ ）
A．如图甲所示，由黑体的辐射强度与辐射光波长的关系可知，随温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长方向移动（已知T1＞T2）
B．如图乙所示，发生光电效应时，入射光越强，光电子的最大初动能也就越大
C．如图丙所示，金属的遏止电压Uc与入射光的频率ν的图像中，该直线的斜率为普朗克常量
D．同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线（甲光、乙光、丙光），如图丁所示。则可判断甲、乙、丙光的频率关系为ν甲＝ν乙＜ν丙
▉题型6 研究光电效应现象（实验）
【知识点的认识】
光电效应实验
探究一、探究光电流的大小；
探究二、探究光电子动能的大小．
一、探究光电流的大小
1．光电流的产生是光照射的结果，那么，光电流的大小跟入射光的哪些因素有关呢？
2．猜想：与入射光的强度和频率可能有关n实验原理和装置：
3．实验步骤：（控制变量法）
4．记录数据
5．实验结论
（1）当入射光的频率较低时，无论光多么强，照射时间多长，光电管都不会发射光电子，不能产生光电流．
（2）当入射光的频率较高时，才会产生光电流，这个频率称为极限频率，其对应的波长称为极限波长．
（3）当入射光的频率大于极限频率时，光电流强度与入射光的强度有关．
二、探究光电子的动能大小
1．猜想：遏止电压（光电子最大初动能）与光强及频率有关．
2．采用实验探究的方法，控制变量法u先保持光的频率不变，逐渐增大电压，直至光电流为零，记录遏止电压的值．改变入射光的强度，记录遏止电压的值．
3．然后，维持光源的强度不变，改变入射光的频率，记录遏止电压的值．
4．实验结论
遏止电压与入射光的强度无关．
入射光的频率越大，遏止电压越大，即光电子的最大初动能越大．
三、光电效应的4条基本规律
1．产生光电效应的条件：
任何一种金属，都存在极限频率ν0，只有当入射光频率ν＞ν0时，才能发生光电效应．
2．光电子的最大初动能：
光电子的最大初动能Ekm与入射光强度无关，只随入射光频率的增大而增大．
3．光电效应的发生时间：几乎是瞬时发生的．
4．光电流强度的决定因素：当入射光频率ν＞ν0时，光电流随入射光强度的增大而增大．
13．小明同学用如图1所示的实验装置测量普朗克常量和某金属的逸出功，通过改变入射光的频率并测出对应的遏止电压U绘制U﹣ν图像如图2甲所示，已知电子所带电荷量大小是e。
（1）普朗克常量h＝ ，此金属的逸出功W＝ 。（用e、U1、U1、ν1、ν2表示）
（2）另一同学用小明同学的数据绘制U﹣I（其中I为G的读数）图线如图2乙中d所示。他用相同实验装置，但只增大入射光强，则此时图线应是图2乙中的 （填“a”“b”或“c”）。
题型1 光电效应现象及其物理意义
题型2 光电子的产生、本质及数量
题型3 光电效应的条件和判断能否发生光电效应
题型4 光电流及其影响因素
题型5 遏止电压及其影响因素
题型6 研究光电效应现象（实验）