专题31 光电效应.docx

2020届高考物理一轮复习热点题型归纳与变式演练专题31光电效应【专题导航】目录热点题型一光电效应现象和光电效应方程的应用1热点题型二 光电效应的图象问题3(一) 对E厂v图象的理解4(二) 对I-U图象的理解5(三) 对Uc-v图象的理解7热点题型三对光的波粒二象性的理解8【题型演练】9【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) 光强大一光子数目多一发射光电子多一光电流大；(2) 光子频率高一光子能量大一光电子的最大初动能大.3. 定量分析时应抓住三个关系式爱因斯坦光电效应方程：Ek=hvW0.(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=hvc.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1.28x10-19 J.已知普朗克常量为6.63x10-34 J.s，真空中的光速为3.00X108 m-s-1 .能使锌产生光电效应的单色光的最 低频率约为（）B. 8x1014 HzA. 1x1014 HzC. 2x1015 HzD. 8x1015 Hz【答案】Bcc【解析】设单色光的最低频率为，由Ek=hv-W0知Ek=hv1-W00=hv0-W0,又知V=j，整理得vQ=J- 与，代入数据解得v0«8x 10Hz.【变式1】.（201%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"的光照到阴极K上时，电路中有光电流，则直流电源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. 若换用波长为人Q>"）的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流D. 若换用波长为久2（%或°）的光照射阴极K时，电路中一定有光电流【答案】D【解析】光电流的强度与入射光的强度有关，当光越强时，光电子数目会增多，初始时电压增加光电流可 能会增加，当达到饱和光电流后，再增大电压，光电流不会增大，故A错误；将电路中电源的极性反接， 电子受到电场阻力，到达A极的数目会减小，则电路中电流会减小，甚至没有电流，故B错误;波长为人（人>2°） 的光的频率有可能大于极限频率，电路中可能有光电流，故C错误；波长为22（22<2°）的光的频率一定大于极 限频率，电路中一定有光电流，故D正确.【变式2 （2017-高考全国卷HI）在光电效应实验中，分别用频率为va、vb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如和E"为普朗克常量.下列说法正 确的是（）A.若 v>vb，则一定有 U<UbB.若 v>vb，则一定有 Eka>EkbC.若U<Ub，则一定有Eka<EkbD.若v>vb，则一定有hv厂E/hv厂E炒【答案】BC【解析】由爱因斯坦光电效应方程E =hv-W，又由动能定理有E =eU，当v >v时，E >Eh，U >U， km°km c a bka kb a bA错误，B正确；若U<Ub，则有Eka<Ekb，C正确；同种金属的逸出功不变，则W°=hv-Ekm不变，D错误.热点题型二光电效应的图象问题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v的关 系图线0/ Rv 极限频率：图线与v轴交点的横坐标vc 逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值W°=|-EI=E 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 电压的关系仁一强光（黄）L 弱光（黄）.Uc0U，一黄光 一蓝光UelUz 0U 饱和光电流/m：电流的最大值 最大初动能：E =eUkmc颜色不同时，光电流与电压的关系 遏止电压Uc1、Uc2 饱和光电流 最大初动能Ek1 = eUc1，Ek2=eUc2遏止电压Uc与入 射光频率v的关系 图线U %P 截止频率vc：图线与横轴的交点 遏止电压Uc:随入射光频率的增大而增大 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）（一）对Ek v图象的理解由E-v图象可以得到的信息1（1）极限频率：图线与v轴交点的横坐标vc.（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】.（201%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v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v的关系图 象，图线与横轴的交点坐标为（。,0），与纵轴的交点坐标为（0,幻，下列说法中正确的是（）甲乙A. 普朗克常量为h=bB. 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【答案】B_,一 b -，一【解析】 由hv=W0+Ek，变形得Ek=hvW0，可知图线的斜率为普朗克常量，即h=a，故A错误；断开电键S后，仍有光电子产生，所以电流表G的示数不为零，故B正确；只有增大入射光的频率，才能增 大光电子的最大初动能，与光的强度无关，故C错误；保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，单个光 子的能量增大，而光的强度不变，那么光子数一定减少，发出的光子数也减少，电流表G的示数要减小，故D错误.【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（）I - -<<7 - I 一一 ，一 I - - - I .4.04.5 5.06.0 <5.5 7.0iV（ xinN FTa）A.该金属的截止频率为4.27x1014 Hz B.该金属的截止频率为5.5x1014 HzC.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【答案】AC【解析】图线在横轴上的截距为截止频率，A正确、B错误；由光电效应方程E=hvW,可知图线的斜率为普朗克常量，C正确；金属的逸出功为：W0=hv°=6.63x10-34x4.27x10141.6x10-19eV%1.77eV D错误.【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气与入射光频率v 的关系如图所示，E、v0为已知量，由图线信息可知（）-E 'A. 逸出功W=EB.图象的斜率表示普朗克常量的倒数C.图中E与v0的值与入射光的强度、频率均无关D.若入射光频率为3v0，则光电子的最大初动能为3E【答案】AC 【解析】根据光电效应方程有Ek=hv-W0，根据数学函数知图象与纵坐标的交点表示逸出功，所以逸出功 W0=E，图象的斜率表示普朗克常量，故A正确，故B错误；逸出功和极限频率的大小与入射光的强度、 频率均无关，由金属本身决定，故C正确；根据光电效应方程：Ek=hv-W0，当入射光频率为3v0，则光电 子的最大初动能为2E，故D错误.（二）对，一 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) 饱和光电流八：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，用频率为的光照射某种金属发生光电效应，测出光电流z随电 压U的变化图象如图乙所示，已知普朗克常量为。，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hv0eUC.该金属的逸出功为hv0eU0D.用频率为丁6的光照射该金属时不可能发生光电效应【答案】C【解析】根据光电效应的规律可知，入射光的频率越大，则逸出光电子的能量越大，与光强无关，选项A错误;根据光电效应的规律，光电子的最大初动能为Ekm=hv0W逸出，功选项B错误；由图象可知Ekm= eU0，eU则该金属的逸出功为hv0eU0，选项C正确；频率为-丁的光的能量为hv= eU。，当大于金属的逸出功(hvQ eU0)时，同样可发生光电效应，选项D错误；故选C.【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()A. 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【答案】B【解析】由图象知，甲、乙光对应的遏止电压相等，由eUc=Ek和hv=W°+Ek得甲、乙光频率相等，A错误；丙光的频率大于乙光的频率，则丙光的波长小于乙光的波长，B正确；由hvc=W0得甲、乙、丙光对应 的截止频率相同，C错误；由光电效应方程知，甲光对应的光电子最大初动能小于丙光对应的光电子最大初 动能，D错误.（三）对UC ！图象的理解由U-v图象可以得到的信息（1）截止频率vc：图线与横轴的父点.（2）遏止电压气：随入射光频率的增大而增大.（3）普朗克常量。：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）（201%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v的 关系图象如图所示.则由图象可知（）°-UA. 该金属的逸出功等于hv0B. 遏止电压是确定的，与入射光的频率无关。入射光的频率为2v0时，产生的光电子的最大初动能为hv0。.入射光的频率为3v0时，产生的光电子的最大初动能为hv0【答案】AC【解析】当遏止电压为零时，最大初动能为零，则入射光的能量等于逸出功，所以W0=hv0,故选项A正确； hW根据光电效应方程Ekm=hv-W0和一eUc=0Ekm得，U =e°，可知当入射光的频率大于极限频率时， 遏止电压与入射光的频率成线性关系，故选项B错误；从图象上可知，逸出功W0=hv0.根据光电效应方 程 Ekm=h-2v0-W0=hv0，故选项 C 正确；Ekm=h-3v0-W0=2hv0，故选项 D 错误.【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v的关系如图所示.若该直线的斜 率和纵轴截距分别为k和，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【解析】根据光电效应方程Ekm=hvW0及Ekm=eUc得U,：'=一¥，得 h = ek, W0=eb.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=hv=h，其中，v和A就是描述波的两个物理量【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【答案】ABD.【解析】电子属于实物粒子，电子衍射实验说明电子具有波动性，说明物质波理论是正确的，与光的波动 性无关，B、D正确，C错误；物质波也是概率波，亮条纹是电子到达概率大的地方，A正确.【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. P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【答案】 ACD【解析】 电子束通过双缝产生干涉图样，体现的是波动性，A正确；P射线在云室中留下清晰的径迹，不 能体现波动性，B错误；衍射体现的是波动性，C正确；电子显微镜利用了电子束波长短的特性，D正确.【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【答案】ABC .一 一 c【解析】据v=C可知光的波长越短则频率越大，据E=hv可知光能量越大，A正确；波粒二象性是微观世 A界特有的规律，一切运动的微粒都具有波粒二象性，B正确；光电效应现象说明光具有粒子性，C正确；由 德布罗意理论知，宏观物体的德布罗意波的波长太小，实际很难观察到波动性，但仍具有波粒二象性，D 错误.【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（）7个电子 3 000个电子 70 000个电子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 【答案】D【解析】光具有波粒二象性，这些照片说明少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性，故D 正确.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【答案】A【解析】光的频率不变，表示光子能量不变，光的强度减弱，仍会有光电子从该金属表面逸出，逸出的光 电子的最大初动能也不变；而减弱光的强度，逸出的光电子数就会减少，选项A正确.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【答案】B【解析】同一种单色光照射不同的金属，入射光的频率和光子能量一定相同，金属逸出功不同，根据光电 效应方程Ekm=hv-WQ知，最大初动能不同，则遏止电压不同；同一种单色光照射，入射光的强度相同， 所以饱和光电流相同.故选项B正确.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【答案】A【解析】根据光电效应方程Ekm=hv-W0，知入射光的频率越高，产生的光电子的最大初动能越大，故A 正确.光电效应具有瞬时性，入射光的强度不影响发出光电子的时间间隔，故B错误.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，即入射光的波长小于金属的极限波长，故C错误.不同的金属逸 出功不同，根据光电效应方程Ekm=hv-W0，知同一频率的光照射不同金属，如果都能产生光电效应，光电 子的最大初动能不同，故D错误.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【答案】BC.【解析】光电子的最大初动能与照射时间或照射强度无关，而与入射光子的能量有关，入射光子的能量越 大，光电子从阴极逸出时最大初动能越大，所以本题中可以改用比绿光光子能量更大的紫光、蓝光照射， 以增大光电子从阴极逸出时的最大初动能.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【答案】AC.【解析】只调换电源的极性，移动滑片P，电场力对电子做负功，当电流表示数为零时，则有eU=1mv2， 2 m那么电压表示数为遏止电压U0的数值，故A项正确；当其他条件不变，P向右滑动，加在光电管两端的电压增加，光电子运动更快，由/=?得电流表读数变大，若电流达到饱和电流，则电流表示数不会增大，B t项错误；只增大入射光束强度时，单位时间内光电子数变多，电流表示数变大，C项正确；因为光电效应的发生是瞬间的，阴极K不需要预热，所以D项错误.7.（2019-哈尔滨六中二次模拟）某半导体激光器发射波长为1.5x10-6 m，功率为5.0x10-3 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=6.63x10-34 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1.3x10-13 JD.光子数约为每秒3.8x1016个【答案】BD【解析】波长的大小大于可见光的波长，属于红外线，故A错误，B正确.光子能量E=h=6.63x10- A3x108Pt 一34x . J=1.326x10-19 J,故C错误.每秒钟发出的光子数n=幻3.8x160故D正确.1.5x106E9.（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（）<S)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 【答案】CD 【解析】如果仅将紫光的光强减弱一些，则单位时间内逸出的光电子数减小，则微安表示数减小，选项A 错误；饱和光电流与入射光的强度有关，仅将滑动变阻器的触头向右滑动，不改变光的强度，则微安表的 示数不一定增大；同理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，故B错误，C正 确.将电路中电源的极性反接后，即加上反向电压，若光电子的动能足够大，电路中还有光电流，微安表 仍可能有示数，故D正确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（）此束Z “倒口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【答案】AC.【解析】只调换电源的极性，移动滑片R电场力对电子做负功，当电流表示数为零时，则有eU=1mv2 , 2 m那么电压表示数为遏止电压U0的数值，故A项正确；当其他条件不变，尸向右滑动，加在光电管两端的电压增加，光电子运动更快，由/=?得电流表读数变大，若电流达到饱和电流，则电流表示数不会增大，B t项错误；只增大入射光束强度时，单位时间内光电子数变多，电流表示数变大，C项正确；因为光电效应的发生是瞬间的，阴极K不需要预热，所以D项错误.