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第一节光电效应你有没有注意到下面这些事情：江河里的水流源源不断，采沙场上细沙从管道中源源不断流出；乒乓球训练馆中运动员将一堆乒乓球一个一个击出，教室里正在一张一张地播放教学幻片……你有没有发现这两类事有什么规律？一、光电效应与光电流1．光电效应：物体在光的照射下__________的现象．发射出来的电子叫做________．2．光电管是利用______________制成的一种常见的光电器件，它可以把________转变成________．3．光电流：光电管在光的照射下，阴极发出的光电子被阳极收集，在回路中会形成________称为光电流．发射电子光电子光电效应光信号电信号电流二、光电流的变化在反向电压一定的情况下，光电流的变化与入射光的________有关，与入射光的________无关，光源强度可以使光电管________单位时间内发射的________数目变化．三、极限频率在光电效应中，只有当入射光频率大于某一频率________时，才会产生光电流．ν0称为极限频率，其对应的波长称为极限波长，不同金属物质的极限频率一般________．强度频率阴极光电子不同ν0四、遏止电压在强度和频率一定的光照射下，回路中的光电流会随着反向电压的增加而________，并且当反向电压达到某一数值时，光电流将会减小到零，这时的电压称为遏止电压，用符号U表示，光电子到达阳极要克服反向电场力做的功W＝________.光电子最大初动能12mv2max＝________.减小eUeU光电效应中的“光”是不是特指可见光？【答案】光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光．1．每种金属都有一定的极限频率，当入射光的频率低于极限频率时不管入射光的强度多大、照射时间多长都不会产生光电子，一旦入射光的频率超过极限频率，则不管光有多么弱都会产生光电效应，发出光电子．2．在发生光电效应的条件下，光电流的大小或单位时间内逸出的光电子数目由光的强度决定．光电效应规律的理解3．光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只与入射光的频率有关．遏止电压随光的频率的增大而增大，与光的强度无关．4．随着反向电压的增大，光电流逐渐减小，说明金属中逸出的光电子的初动能是不同的，而光电子的最大初动能与遏止电压是对应的．例1关于光电效应的规律，下列说法中正确的是()A．当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，则入射光的频率越高，产生的光电子的最大初动能越大B．当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，则入射光的强度越大，产生的光电子数越多C．同一频率的光照射不同的金属，如果都能产生光电效应，则逸出功大的金属产生的光电子的最大初动能也越大D．对某种金属，入射光波长必须大于某一极限波长，才能产生光电效应解析：由光电效应方程Ek＝hν－W0知：对于某种金属，其逸出功是一个定值，当入射光频率一定时，光子的能量是一定的，产生的光电子的最大初动能也是一定的，若提高入射光的频率，则产生光电子的最大初动能也将增大，因此A选项正确；要使某种金属发生光电效应，必须使入射光的频率大于其极限频率ν0，即νν0，λλ0＝hcW0时能发生光电效应，因而D选项错误；同一频率的光照射到不同的金属时，因不同金属的逸出功不同，逸出功越小，即电子越容易摆脱金属的束缚，电子脱离金属表面时获得的最大初动能越大，因而C选项错误；若入射光的频率不变，对于特定的金属，增加光强度，不会增大光电子的最大初动能，但由于光强的增加，入射光的光子的数目增多，因而产生的光电子数目也随之增多，光电流增大，因而B选项正确．故选项A、B正确．答案：AB【题后反思】对一定的金属来说，逸出功是一定的．入射光的频率越大，光子的能量越大，从金属中逸出的光电子的最大初动能就越大．如果入射光的频率较低，光子的能量小于金属的逸出功，就不能产生光电效应，这就是存在极限频率的原因．只有深刻理解逸出功和极限频率的概念，才能从能量转化和守恒的角度理解最大初动能，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只与入射光的频率有关．1．用一束紫外线照射某金属时没有产生光电效应，下列措施中可能产生光电效应的是()A.换用强度更大的紫外线照射B.换用红外线照射C.换用极限频率较大的金属D.换用极限波长较大的金属【答案】D【解析】发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，红外线的频率小于紫外线的频率，紫外线照射不能发生光电效应，换用红外线不能发生光电效应，故A、B选项错误；换用极限频率较大的金属，不能发生光电效应，故C选项错误；根据频率和波长的关系ν＝可知，换用极限波长较大的金属，可以发生光电效应，故D选项正确.1．遏止电压由入射光频率决定，与光强无关按照光的经典电磁理论，光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压应与光的强度有关，而实验表明：遏止电压由入射光频率决定，与光强无关．2．存在截止频率按照光的经典电磁理论，不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获得足够能量从而逸出表面，不应存在截止频率．而实验表明：不同金属有不同的截止频率，入射光频率大于截止频率时才会发生光电效应．光电效应与经典电磁理论的矛盾例2关于光电效应，下列几种表述正确的是()A．金属电子的逸出功与入射光的频率成正比B．光电流的强度与入射光的强度无关C．用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的最大初动能要大D．对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于这个波长，才能产生光电效应解析：金属的逸出功由该金属决定，与入射光的频率无关，光电流的强度与入射光强度成正比，选项A、B错误．不可见光包括能量比可见光大的紫外线、X射线、γ射线，也包括能量比可见光小的红外线、无线电波，选项C错误．正确选项为D.答案：D【题后反思】光电效应规律中“光电流的强度”指的是光电流的饱和值(对应从阴极发射出的电子全部被拉向阳极的状态)．因为光电流未达到饱和值之前，其大小不仅与入射光的强度有关，还与光电管两极间的电压有关，只有在光电流达到饱和值以后才和入射光的强度成正比．2．如图所示为光电管的使用原理图，已知有波长为λ0的光照射到阴极K上时，电路中有光电流，则()A．若有波长为λ(λλ0)的光照到阴极K上，电路中一定没有光电流B．用波长为λ0的光照射阴极K，保持光电管两极间电压不变，增大该单色光的强度，则光电流增大C．增加电路中电源电压，电路中的光电流一定增大D．减弱波长为λ0的光的照射强度，则电路中的光电流减小，最终会为零【答案】B【解析】通过本实验可知，电路中要有光电流，入射光需达到一定频率，低于这个频率便没有光电流产生，因此A选项中，λλ0一定有νν0，故电路中一定有光电流，故A错误；由实验结论易知，B正确；若用某光照射时，使光电管发生光电效应，增大正向电压，开始光电流增大，正向电压增大到某值时，可使从阴极逸出的光电子全部到达阳极，此时电路中的光电流达最大值，再增大电压，此后电流不变，故C错误；减弱入射光的强度，可使光电流减小，但只要能发生光电效应，光电流就不可能减为零，D错误．应选B.创新·综合·提高例3如图所示是测定光电效应产生的光电子比荷的实验原理简图：两块平行板相距为d，放在真空容器中，其中N金属板受光线照射时发射出沿不同方向运动的光电子，形成电流，从而引起电流表指针偏转．若调节R，逐渐增大极板间电压，可以发现电流逐渐减小，当电压表示数为U时，电流恰好为零；断开开关，在MN间加上垂直于纸面的匀强磁场，逐渐增大磁感应强度，也能使电流为零．当磁感应强度为B时，电流恰好为零．由此可算得光电子的比荷em为多少？解析：由于当电压表示数为U时，电流恰好为零，所以光电子的最大初动能为Ek＝12mv20＝eU；又断开开关，在MN间加上垂直于纸面的匀强磁场，逐渐增大磁感应强度，也能使电流为零．当磁感应强度为B时，电流恰好为零，所以当磁感应强度为B时，具有最大初动能的电子做圆周运动的直径刚好为两块平行板的间距d，根据向心力公式即有Bev0＝mv20d2，由此可算得光电子的比荷：em＝8UB2d2.答案：8UB2d2【题后反思】光学与力学、电磁学结合起来，涉及的知识面较广，难度较大，因此在学习时应切合实际，把握知识的内在联系，培养解题能力．