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第二节光子1．光电效应中，从同一金属逸出电子的动能最大值()A．只跟入射光的频率有关B．只跟入射光的强度有关C．跟入射光的频率和强度都有关D．除跟入射光的频率和强度有关外，还和光照时间有关【答案】A【解析】根据光电效应的规律知，光电子最大初动能Ek只取决于入射光的频率ν，故A选项正确．2．入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，则()A．从光照到金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B．逸出的光电子的最大初动能减小C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减小D．有可能不发生光电效应【答案】C【解析】光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9秒，A错；入射光强度减弱，而频率保持不变，所以逸出的光电子的最大初动能不变，B错；入射光强度减弱，频率保持不变，即单位时间内射到金属表面的光子数目减少，所以单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减小，C正确；入射光频率保持不变，所以仍能发生光电效应．3．如图所示，当用一束紫外线照射在不带电的验电器上的锌板时，将发生的现象是()A．验电器金箔带负电B．有正离子从锌板上飞出来C．有电子从锌板上飞出来D．锌板吸收空气中的正离子【答案】C【解析】当紫外线照射到锌板上时，会发生光电效应，从锌板上飞出电子，因而锌板带正电，验电器也带正电．4．(多选)在图所示的光电管的实验中，发现用一定频率的A单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，而用另一频率的B单色光照射时不发生光电效应，那么()A．A光的频率大于B光的频率B．B光的频率大于A光的频率C．用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是a流向bD．用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是b流向a【答案】AC【解析】根据光电效应的条件可知，A光的频率大于或等于被照金属的极限频率，B光的频率小于被照金属的极限频率，A光的频率大于B光的频率，故A正确．光电管工作时光电子从阴极飞向阳极，故电路中电流方向为a→b，C正确．一、能量量子假说1．假说内容：物体热辐射所发出的电磁波是通过内部的带电谐振子向外辐射的，谐振子的能量是___________，只能是最小能量值hν的________．2．能量量子：________称为一个能量量子，其中ν是谐振子的振动________，h是一个常量，称为普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s.3．假说的意义：能量量子假说能够非常合理地解释电磁波的________和________的实验现象．4．量子化现象：在微观世界里，物理量只能取一些分立值的现象．不连续的整数倍hν频率辐射吸收二、光子假说1．内容：光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的________组成的，这些能量子被称为________，频率为ν的光的能量子为________．2．意义：利用光子假说可以完美地解释___________的各种特征．能量子光子hν光电效应三、光电效应方程1．逸出功W：电子从金属中逸出所需要的克服束缚而消耗的能量的最小值，叫做金属的逸出功．2．光电效应方程：Ekm＝hν－W.其中Ekm＝12mev2m为光电子的最大初动能，W为金属的逸出功．四、对光电效应的解释1．对极限频率的解释物体内部的一个电子一般只吸收________光子的能量，如果光子的能量________电子的逸出功，那么无论光的强度(光子数目)有多大，照射时间多长，物体内部的电子都不能被激发出来，因此光电效应的条件是光子的能量ε＝hν必须________或至少________逸出功W，即ν≥Wh，而不同金属W不同，因此不同金属的____________也不相同．一个小于大于等于极限频率2．对遏止电压与入射光的频率有关，而与入射光的强度无关的解释遏止电压对应光电子的最大初动能，即：eU＝12mv2max，对应爱因斯坦的光电效应方程可得：eU＝hν－W，可见，对某种金属而言，遏止电压只由入射光的________决定，与________无关．频率光强度光电子是电子吗？【答案】光电子是电子吸收光子能量后射出金属板的电子，因此光电子仍然是电子．光电效应是金属在光的照射下发射电子的现象，理解光电效应的关键是明确下面的有关概念．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，光子是光电效应的因，光电子是果．对光电效应规律的理解2．光电子的动能与光电子的最大初动能光照射到金属表面时，电子吸收光子的能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的情况，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，光子能量即每个光子的能量．光子总能量等于光子能量与入射光子数的乘积．例1氦氖激光器发射波长为6328A°的单色光，试计算这种光的一个光子的能量为多少？若该激光器的发光功率为18mW，则每秒钟发射多少个光子？(h＝6.63×10－34J·s)解析：根据爱因斯坦光子学说，光子能量E＝hν，而λν＝c，所以E＝hcλ＝6.63×10－34×3×1086.328×10－7J＝3.14×10－19J.因为发光功率已知，所以1s内发射的光子数为n＝P·tE＝18×10－3×13.14×10－19个＝5.73×1016个．答案：3.14×10－19J5.73×1016个【题后反思】光能量子E＝hν，光能是光子的能量整数倍，即E总＝n·E＝n·hν.普朗克量子化理论，认为电磁波的能量是量子化的、不连续的，总能量是能量子的整数倍，即E总＝nE，其中E＝hν，因此，只要知道电磁波的频率ν即可解答．光是一种电磁波，光能量子简称光子．其能量值是光能量的最小单位，E＝hν，其中ν为光的频率，通常结合c＝λν，确定ε的值．1．(2019年新余名校模拟)被誉为“中国天眼”的世界最大单口径射电望远镜(简称FAST)在贵州省平塘县落成启用，开始接收来自宇宙深处的电磁波．中国天眼的存在，使得深空通讯能力延伸至太阳系外缘行星，对探索宇宙的起源和地外文明具有重要意义．如果为天眼配备一部发射功率为百万瓦级(106W)的发射机，其发射的无线电波波长为126cm.那么该发射机每秒钟发射的光子数量的数量级约为(真空光速c＝3×108m/s，普朗克常量h＝6.6×10－34J·s)()A．1023B．1027C．1030D．1035【答案】C【解析】126cm＝1.26m，每个光子的能量为E＝hν＝hcλ，设每秒(t＝1s)天眼发出的光子数是n，则Pt＝nE，即P＝nhcλ，得n＝λPhc，代入数据得n≈6.36×1030个．故C正确，A、B、D错误．1．饱和光电流与光强关系光越强，包含的光子数越多，照射金属时产生的光电子越多，因而饱和光电流越大．所以，入射光频率一定时，饱和光电流与光强成正比．对光电效应方程的理解2．存在截止频率和遏止电压爱因斯坦的光电效应方程表明光电子的初动能与入射光频率呈线性关系，与光强无关，所以遏止电压由入射光频率决定，与光强无关．光电效应方程同时表明，只有hνW0时，才有光电子逸出，ν0＝W0h就是光电效应的截止频率．3．由光电效应方程可得出Ekmν曲线(1)曲线如图．(2)由曲线可以得到的物理量①极限频率：图线与ν轴交点横坐标ν0.②逸出功：图线与Ekm轴交点纵坐标的值W＝E.③普朗克常量：图线的斜率k＝h.例2某金属的逸出功为W0，用波长为λ的光照射金属的表面，当遏止电压取某个值时，光电流便被截止．当光的波长改变为原波长的1n后，已查明使电流截止的遏止电压必须增大到原值的η倍．试计算原入射光的波长λ.解析：利用eU0＝hν－W0，按题意可写出两个方程：eUe＝hcλ－W0，以及eηUe＝hncλ－W0，两式相减得：(η－1)eUe＝hcλ(n－1)．【题后反思】光频率决定光子能量，金属材料决定光电子的逸出功，光电子的最大初动能由光频率和金属材料共同决定．再将上述第一式代入，便有(η－1)hcλ－W0＝hcλ(n－1)．λ＝hcη－nW0η－1.答案：hcη－nW0η－12．如图所示，阴极K用极限波长为λ0＝0.66μm的金属制成.若闭合开关S，用波长为λ＝0.50μm的绿光照射阴极，调整两个极板间的电压，使电流表的示数最大为0.64μA.(1)求阴极每秒发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能；(2)如果将照射阴极的绿光的光强增大为原来的2倍，求阴极每秒发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能.【答案】(1)4.0×1012个9.6×10－20J(2)8.0×1012个9.6×10－20J【解析】(1)当阴极发射的光电子全部到达阳极时，光电流达到饱和.由电流可知每秒到达阳极的电子数，即阴极每秒发射的光电子个数n＝Imte＝0.64×10－6×11.6×10－19个＝4.0×1012个根据光电效应方程，光电子的最大初动能为Ek＝hν－W0＝hcλ－hcλ0代入数据可得Ek＝9.6×10－20J.(2)如果照射光的频率不变，光强加倍，则每秒发射的光电子数加倍，饱和光电流增大为原来的2倍.根据光电效应实验规律可得阴极每秒发射的光电子为n′＝2n＝8.0×1012个光电子的最大初动能仍然为Ek＝hν－W0＝9.6×10－20J.