1、 第第 101 节节 光电效应光电效应 【2019 年物理北京卷】光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时， 可能形成光电流。表中给出了 6 次实验的结果。 组次 入射光 子的能量/eV 相对光 强 光电流 大小/mA 逸出光电 子的最大动能 /eV 第 一 组 1 2 3 4.0 4.0 4.0 弱 中 强 29 43 60 0.9 0.9 0.9 第 二 组 4 5 6 6.0 6.0 6.0 弱 中 强 27 40 55 2.9 2.9 2.9 由表中数据得出的论断中不正确的是 A. 两组实验采用了不同频率的入射光 B. 两组实验所用的金属板材质不同 C. 若入射
2、光子的能量为 5.0 eV，逸出光电子的最大动能为 1.9 eV D. 若入射光子的能量为 5.0 eV，相对光强越强，光电流越大 【答案】B 【解析】 【详解】由爱因斯坦质能方程 0k EhW比较两次实验时的逸出功和光电流与光强的关系解题 由题表格中数据可知，两组实验所用的入射光的能量不同，由公式Eh可知，两组实验中所用 的入射光的频率不同，故 A 正确； 由爱因斯坦质能方程 0k EhW可得：第一组实验： 1 0 0.94.0 W ，第二组实验： 02 2.96.0 W，解得： 0102 3.1eVWW，即两种材料的逸出功相同也即材料相同，故 B错误； 由爱因斯坦质能方程 0k EhW可得
3、： k (5.03.1)eV=1.9eVE ，故 C 正确； 由题表格中数据可知，入射光能量相同时，相对光越强，光电流越大，故 D正确。 【2019 年物理江苏卷】在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长 =6.4107m，每个激光脉 冲的能量 E=1.5 10-2J 求每个脉冲中的光子数目（已知普朗克常量 h=6.63 l0-34J s， 光速 c=3 108m/s 计 算结果保留一位有效数字） 【答案】光子能量 hc ，光子数目 n= E ，代入数据得 n=5 1016 【解析】 【详解】每个光子的能量为 0 c Ehvh ，每个激光脉冲的能量为 E，所以每个脉冲中的光子个 数为： 0
4、 E N E ，联立且代入数据解得： 16 5 10N 个。 1. 2013 年上海卷年上海卷 2当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，这时 A锌板带负电 B有正离子从锌板逸出 C有电子从锌板逸出 D锌板会吸附空气中的正离子 答案：C 解析：当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，有电子从锌板逸出，锌板带正电，选项 C 正 确 ABD 错误。 2. 2014 年年物理物理上海卷上海卷 6.在光电效应的实验结果中，与光的波动理论不矛盾的是 （ ） A光电效应是瞬时发生的 B所有金属都存在极限颇率 C光电流随着入射光增强而变大 D入射光频率越大，光电子最大初动能越大 【答案】C 【解析】光具
5、有波粒二象性，即既具有波动性又具有粒子性，光电效应证实了光的粒子性。因为光 子的能量是一份一份的，不能积累，所以光电效应具有瞬时性，这与光的波动性矛盾，A 项错误；同理， 因为光子的能量不能积累，所以只有当光子的频率大于金属的极限频率时，才会发生光电效应，B 项错 误；光强增大时，光子数量和能量都增大，所以光电流会增大，这与波动性无关，C 项正确；一个光电 子只能吸收一个光子，所以入射光的频率增大，光电子吸收的能量变大，所以最大初动能变大，D 项错 误。 3. 2014 年年理综广东卷理综广东卷 18. 在光电效应实验中，用频率为 的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是 A增大入
6、射光的强度，光电流增大 B. 减小入射光的强度，光电效应现象消失 C. 改变频率小于 的光照射，一定不发生光电效应 D改变频率大于 的光照射，光电子的最大初动能变大 【答案】AD 【解析】用频率为 的光照射光电管阴极，发生光电效应，该用频率较小的光照射时，有可能发生 光电效应，选项 C 错误；据 2 2 1 mvWh 逸 可知增加照射光频率，光电子最大初动能也增大，故选 项 D 正确；增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积的光电子数增加，则光电流将增大，故选项 A 正确；光电效应是否产生于照射光频率有关而与照射光强度无关，故选项 B 错误。 4.2017 年新课标年新课标卷卷 19在光电效应
7、试验中，分别用频率为 a v， b v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 a U和 b U、光电子的最大初动能分别为 ka E和 kb E。h为普朗克常量。 学￥科网下列说法正确的是 A若 ba vv ，则一定有 ba UU B若 ba vv ，则一定有 kbka EE C若 ba UU ，则一定有 kbka EE D若 ba vv ，则一定有 kbbkaa EhEh 答：BC 解析：由爱因斯坦光电效应方程WhEkm，由动能定理可得eUEkm，所以当 ba vv 时， ba UU， kbka EE。故 A 错误，B 正确；若 ba UU ，则一定有 kbka EE，
8、故 C 正确；由光电 效应方程可得：金属的逸出功 kbbkaa EhEhW，D 错误。 5.2017 年北京卷年北京卷 182017 年年初，我国研制的“大连光源”极紫外自由电子激光装置，发出了 波长在 100nm（1nm=10-9m）附近连续可调的世界上个最强的极紫外激光脉冲，大连光源因其光子的能 量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。 一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎。据此判断，能 够电离一个分子的能量约为（取普朗克常量 34 6.6 10J sh ，真空光速 8 3 10 m/sc ） A 21 10J B 18
9、 10J C 15 10J D 12 10J 答：B 解析：一个处于极紫外波段的光子的能量为： c hE =210-18J，由题意可知，光子的能量应比 电离一个分子的能量稍大，因此数量级必须相同，故选项 B 正确。 6.2017 年海南卷年海南卷 7三束单色光 1、2 和 3 的波长分别为 1、2和 3（123） 。分别用这三束光照 射同一种金属。已知用光束 2 照射时，恰能产生光电子。下列说法正确的是（ AC ） A用光束 1 照射时，不能产生光电子 B用光束 3 照射时，不能产生光电子 C用光束 2 照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多 D用光束 2 照射时，光越强，产生的光电子
10、的最大初动能越大 解析：已知用光束 2 照射时，恰能产生光电子，则用频率更小（波长更长）的光照射时，不能产生 光电子， A 正确；则用频率更大（波长更短）的光照射时，也能产生光电子，则用光束 3 照射时，能 产生光电子，B 错误；发生光电效应时光电子的数目跟照射光的强度成正比，C 正确；由光电效应规律 知，光电子的最大初动能与照射光的频率成线性关系，与照射光的强度无关，D 错误。 7. 2013 年上海卷年上海卷 17某半导体激光器发射波长为 1.5 10-6m，功率为 5.0 10-3W 的连续激光。已知可见光波长的数量 级为 10-7m，普朗克常量 h=6.63 10-34J s，该激光器
11、发出的 A是紫外线 B是红外线 C光子能量约为 1.3 10-18J D光子数约为每秒 3.8 1016个 答案：BD 解析：由于激光波长大于可见光波长，所以该激光器发出的是红外线，选项 B 正确 A 错误。 由 E=hc/ 可得光子能量约为 E=6.63 10-34 3 108 (1.5 10-6)J=1.3 10-19J，选项 C 错误。 光子数约为每秒为 n=P/E=3.8 1016个，选项 D 正确。 8. 2012 年上海卷年上海卷 1在光电效应实验中，用单色光照时某种金属表面，有光电子逸出，则光电子的最大初动能取决 于入射光的 （ ） （A）频率 （B）强度 （C）照射时间 （D）
12、光子数目 答案：A 解析：根据爱因斯坦的光电效应方程： 2 2 1 mvWh，光电子的最大初动能只与入射光的频率 有关，与其它无关。而光照强度，照射时间及光子数目与逸出的光电子数量有关。 9. 2011 年年理综广东卷理综广东卷 18光电效应实验中，下列表述正确的是 （ ） A光照时间越长光电流越大 B入射光足够强就可以有光电流 C遏止电压与入射光的频率有关 D入射光频率大于极限频率才能产生光电子 答：C D 【解析】光电流的大小与入射光的强度相关，A 错误。产生光电效应的条件是：入射光的频率大于 或等于被照射材料的极限频率。 入射光的频率达不到极限频率， 增加照射光的强度是不能产生光电流的，
13、 所以 B 错误，C、D 正确。 10.2011年上海卷年上海卷 3用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措施是（ ） A改用频率更小的紫外线照射 B改用X射线照射 C改用强度更大的原紫外线照射 D延长原紫外线的照射时间 答案：B 解析：本题考查光电效应现象，要求学生知道光电效应发生的条件。根据爱因斯坦对光电效应的研 究结论可知光子的频率必须大于金属的极限频率，A错；与光照射时间无关，D错；与光强度无关，C错； X射线的频率比紫外线频率较高，故B对。 11. 2013 年北京卷年北京卷 20以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一
14、个光子而 从金属表面逸出。强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度 极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子电效应，这已被实验证实。 光电效应实验装置示意如图。用频率为 的普通光源照射阴极 K，没有发生光电效应。换用同样频 率为 的强激光照射阴极 K，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压 U，即将阴极 K 接电源正极， 阳极 A 接电源负极，在 KA 之间就形成了使光电子减速的电场，逐 渐增大 U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反 向电压 U 可能是下列的（其中 W 为逸出功，h 为普朗克常量，e 为电子电量） （ ）
15、A e W e h U B e W e h U 2 CWhU2 D e W e h U 2 5 解析：设电子在极短时间内吸收 n 个光子，由光电效应方程可得：WnhEk，由动能定理， eUEk，联立解得 e Wnh U 。n 只能为大于 1 的整数，所以选项 B 正确，ACD 错误。 12. 2012 年上海卷年上海卷 4根据爱因斯坦的“光子说”可知 （ ） （A）“光子说”本质就是牛顿的“微粒说” （B）光的波长越大，光子的能量越小 （C）一束单色光的能量可以连续变化 （D）只有光子数很多时，光才具有粒子性 答案：B 解析：爱因斯坦的“光子说”认为光是一份一份的，不连续的，它并不否定光的波动
16、性，而牛顿的“微 粒说”与波动说是对立的，因此 A 不对 K A V 电源 G 在爱因斯坦的“光子说”中，光子的能量 c hhE，可知波长越长，光子的能量越小，因此 B 正确。 某一单色光，波长恒定，光子的能量也是恒定的，因此 C 不对 大量光子表现为波动性，而少数光子才表现为粒子性，因此 D 不对。 13.2015 年年上海上海卷卷 11某光源发出的光由不同波长的光组成，不同波长的光的强度如图所示。表中 给出了一些材料的极限波长， 用该光源发出的光照射表 中材料 （ D ） （A）仅钠能产生光电子 （B）仅钠、铜能产生光电子 （C）仅铜、铂能产生光电子 （D）都能产生光电子 解析：根据爱因斯
17、坦光电效应方程可知，只有照射光的波长小于某金属的极限波长，才有光电子逸 出，从光的强度图线可知，该光源发出的光的波长含有小于 100nm 的光，小于钠、铜、铂三钟材料的极 限波长，都能产生光电子，故 D 正确，A、B、C 错误。 14.2018 年全国卷年全国卷 II、 17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 19 1.28 10 J 。已知普朗克常量为 34 6.63 10 J s ，真空中的光速为 81 3.00 10 m s。能使锌产生光电效 应的单色光的最低频率约为 （ B ） A 14 1 10 Hz B 14 8 10 Hz C 15 2 10 Hz D 15 8 10 Hz 解析：由光电效应方程式得： 0 WhEkm得： km E c hW 0 刚好发生光电效应的临界频率为 0 ，则 00 hW 代入数据可得：Hz108 14 0 ，选项 B 正确；故选 B. 材 料 钠 铜 铂 极限波长（nm） 541 268 196 /nm 0 100 200 300 400 光强
