光电效应光电效应吕叔湘中学吕叔湘中学庞留根庞留根20052005年年2 2月月一一.光电效应现象光电效应现象二二.光电效应规律光电效应规律三三.光子说光子说四四.爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程五五、光的波粒二象性、光的波粒二象性例题例题例例1、例例2、例例3、例例4、例例5、例例6例例7、例例8、例例9、例例10、例例11、高考题选高考题选95年年96年上海年上海97年上海年上海792年年98年全国年全国803年江苏年江苏204年广东年广东600年天津年天津00年广东年广东604年天津年天津04年广西年广西604年北京年北京1804年浙江年浙江192005年天津卷年天津卷17光电效应光电效应 一一.光电效应现象光电效应现象二二. .光电效应规律光电效应规律1.每种金属都有发生光电效应的极限频率每种金属都有发生光电效应的极限频率2.光电效应的产生几乎是瞬时的光电效应的产生几乎是瞬时的3.光电子的最大初动能光电子的最大初动能Ekm和入射光强度无关和入射光强度无关,只随入射光频率只随入射光频率的增大而增大的增大而增大4.4. 单位时间打出的光电子与入射光强度成正比单位时间打出的光电子与入射光强度成正比三三.光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的一份的,每一份叫每一份叫光子光子,光子的能量跟频率成正比光子的能量跟频率成正比E=hh=6.631034J.s普朗克恒量普朗克恒量返回返回四四. . 爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程的爱因斯坦光电效应方程的图象图象Ek0-W0爱因斯坦光电效应方程是能量守恒定律在爱因斯坦光电效应方程是能量守恒定律在 光电效应现象中的表现形式光电效应现象中的表现形式逸出功和极限频率的关系逸出功和极限频率的关系极限波长和极限频率的关系极限波长和极限频率的关系由由v=f得得返回返回五五、光光的的波波粒粒二二象象性性光的干涉和衍射表明光确实是一种波，光电光的干涉和衍射表明光确实是一种波，光电效应和康普顿效应无可辩驳地证明了光是效应和康普顿效应无可辩驳地证明了光是一种粒子，因此说：光是一种波，同时光一种粒子，因此说：光是一种波，同时光也是一种粒子，光具有波粒二象性也是一种粒子，光具有波粒二象性单个光子表现为粒子性单个光子表现为粒子性大量光子的运动表现为波动性大量光子的运动表现为波动性波长较长、频率较低的光，波动性较显著波长较长、频率较低的光，波动性较显著波长较短、频率较高的光，粒子性较显著波长较短、频率较高的光，粒子性较显著光是一种概率波光是一种概率波一切微观粒子都有波粒二象性一切微观粒子都有波粒二象性返回返回例例在在研研究究光光电电效效应应的的实实验验中中，根根据据测测得得的的数数据据绘绘出出光光电电子子最最大大初初动动能能Ek跟跟照照射射光光频频率率的的关关系系图图象象如如图图所所示示.图图线线的的斜斜率率tg，横横轴轴上上的的截截距距表表示示该该金金属属发发生生光光电电效效应应的的，纵纵轴轴上上的的截截距距的的绝绝对对值值表表示示该该金金属属的的的的大大小小.若若换换用用其其他他金金属属做做同同样样的的实实验验，测测绘绘得得到到的的图图线线与与此此图图的的图图线线相相比较比较相同，相同，不同不同.h极限频率极限频率逸出功逸出功斜率斜率纵横截距纵横截距返回返回Ek0光电效应的规律是：光电效应的规律是：(1)任任何何一一种种金金属属都都有有一一个个_频频率率,入入射射光光的的频率必须频率必须_这个频率这个频率,才能产生光电效应才能产生光电效应;(2)光光电电子子的的最最大大初初动动能能与与无无关关,只只随着随着的增大而增大的增大而增大;(3)入入射射光光照照射射到到金金属属上上时时,光光电电子子的的发发射射几几乎乎是是_,一般不超过一般不超过_;(4)产产生生光光电电效效应应时时,光光电电流流的的强强度度与与成成正比正比.极限极限大于大于入射光的强度入射光的强度入射光频率入射光频率瞬时的瞬时的10-9秒秒入射光的强度入射光的强度例例1返回返回例例2、在在X射射线线管管中中，由由阴阴极极发发射射的的电电子子被被加加速速后后打打到到阳阳极极，会会产产生生包包括括X光光在在内内的的各各种种能能量量的的光光子子，其其中中光光子子能能量量的的最最大大值值等等于于电电子子的的动动能能。若若伦伦琴琴射射线线管管阳阳极极与与阴阴极极间间所所加加电电压压为为3.00104V,求求伦伦琴琴射射线线管管所发出的所发出的X射线的最短波长是多少射线的最短波长是多少?解解：电子被加速后具有的能量：电子被加速后具有的能量EK=eU电子撞击阳极发出电子撞击阳极发出X射线，当电子的动能全部变射线，当电子的动能全部变为光子的能量为光子的能量h时，时，X射线的波长最短射线的波长最短EK=heU=hc=hc/eU=4.1410-11m返回返回例例3、从太阳到达地球的光流强度，在垂直于光的、从太阳到达地球的光流强度，在垂直于光的传播方向上是传播方向上是1.4103W/m2，如果把太阳光看成是平，如果把太阳光看成是平均频率为均频率为51014Hz的单色光，在垂直于太阳光的地的单色光，在垂直于太阳光的地球表面的球表面的1cm2的面积上，每秒接收到的光子数有多的面积上，每秒接收到的光子数有多少个？少个？解解：每秒钟太阳光照到地球上：每秒钟太阳光照到地球上1cm2的能量为的能量为E=1.4103110-4=0.14J每个光子的能量为每个光子的能量为E1=h=6.6310-3451014=3.310-19Jn=E/E1=0.14/3.310-19=4.21017个个返回返回例例4、有一小灯泡的规格为有一小灯泡的规格为“6V、0.3A”，正常工作时大约有正常工作时大约有6%的电能转变为可见光，的电能转变为可见光，试估算每一秒钟释放出来的可见光的光子数。试估算每一秒钟释放出来的可见光的光子数。解：解：一秒钟消耗电能一秒钟消耗电能W=Pt=UIt=1.8J一秒钟转变成的可见光能一秒钟转变成的可见光能E=0.061.8=0.108J每个光子的能量为每个光子的能量为E1=h E=nh 可见光的频率粗略取可见光的频率粗略取=51014Hzn=Eh=0.108(6.63103451014)=31017返回返回例例5在在绿绿色色植植物物光光合合作作用用下下，每每放放出出1mol的的O2，植植物物储储存存451.5kJ能能量量，绿绿色色植植物物能能量量转转化化效效率率（即即植植物物储储存存的的能能量量与与植植物物吸吸收收光光的的能能量量之之比比）约约50%，则绿色植物每放出则绿色植物每放出1个氧分子要吸收个氧分子要吸收个波长为个波长为的光子，的光子，（普朗克常量（普朗克常量），），阿伏加德罗常量阿伏加德罗常量解：解： 每放出每放出1个氧分子储存能量为个氧分子储存能量为451.5103/N(J)每放出每放出1个氧分子要吸收能量为个氧分子要吸收能量为E=2451.5103/N(J）=1.510-18J一个光子的能量为一个光子的能量为E1=hc/=310-19Jn=E/E1=5(个）个）5返回返回例例6、某某金金属属用用频频率率为为v2的的光光照照射射时时产产生生的的光光电电子子的的最最大大初初动动能能是是用用频频率率为为v1的的光光照照射射产产生生的的光光电电子子的的 最最 大大 初初 动动 能能 的的 2倍倍 ， 则则 这这 种种 金金 属属 的的 逸逸 出出 功功 W 解：解：返回返回例例7、已已知知某某金金属属表表面面接接受受波波长长为为和和2的的单单色色光光照照射射时时,释释放放出出的的光光电电子子的的最最大大初初动动能能分分别别为为30eV和和10eV,则则能能使使此此金金属属表表面面产产生生光光电电效效应应的的入入射射光光的的极极限波长是限波长是.解：由光电效应方程解：由光电效应方程EK1=hc/-W=30eV（1）EK2=hc/2-W=10eV（2）由由极限波长的定义极限波长的定义0=hc/0-W（3）解得解得W=10eVhc/=40eV0=44返回返回例例8、用用光光子子能能量量为为4.5eV的的光光照照射射某某金金属属,从从该该金金属属表表面面逸逸出出的的电电子子最最大大初初动动能能为为2.0eV.这这种种金金属属的的电电子子逸逸出出功功为为_,能能使使这这种种金金属属产产生生光光电电效效应应的的光光的的极极限限频频率率为为_.如如果果以以光光子子能能量量8.0eV的的光光照照射射该该金金属属,则则逸逸出出的的电电子子的的最最大大初动能是初动能是_.解：解：W=h-EK=4.5-2.0=2.5eV0=W/h=2.51.610-19/6.6310-34=61014HzEK1=h1-W=8-2.5=5.5eV2.5eV61014Hz5.5eV返回返回例例9、已知每秒钟从太阳已知每秒钟从太阳射到地球上垂直于太阳光的每平射到地球上垂直于太阳光的每平方米截面上的辐射能为方米截面上的辐射能为1.4103J，其中可见光约占，其中可见光约占45%。设可见光的波长均为。设可见光的波长均为0.55m，太阳向各个方向的辐射，太阳向各个方向的辐射是均匀的，太阳与地球间距离为是均匀的，太阳与地球间距离为1.51011m，则太阳每，则太阳每秒秒辐射出的可见光的光子数大约为辐射出的可见光的光子数大约为。（只要求二位有效数字）（只要求二位有效数字）解解：太阳每秒辐射出来的能量太阳每秒辐射出来的能量 E=4R21.4103J=43.14(1.51011)21.4103=41026J根据题意有，根据题意有，E45%=nhc/n=E45%/hc=410260.450.5510-66.610-343108=4.910444.91044返回返回返回返回例例10、在在光光电电效效应应实实验验中中，当当用用光光子子能能量量E3.1eV的的单单色色光光照照射射阴阴极极K时时，(如如图图)，产产生生少少量量电电流流.若若K极极接接正正，A极极接接负负，当当两两极极间间电电压压为为0.9V时时，光光电电流流恰恰好好截截止止.那那么么当当A极极接接正正，K极极接接负负，电电压压仍仍为为0.9V的的时时光光电电子子到到达达A极极的的最最大大动动能能Ek2eV，此此金属的逸出功金属的逸出功WeV.解解：打出的光电子具有初动能，若：打出的光电子具有初动能，若A、K间加上反向电间加上反向电压时，电场力做负功，当压时，电场力做负功，当EK=eU反反光电流恰好截止光电流恰好截止.EK1=0.9eV由由EK1=E-W逸出功逸出功W=E-EK1=2.2eV若若A、K间加上正向电压时，电场力做正功，光电子间加上正向电压时，电场力做正功，光电子到达到达A极的最大动能为：极的最大动能为：Ek2EK1+eU=0.9+0.9=1.8eV1.82.2返回返回例例11、图图(a)所所示示为为光光电电效效应应实实验验电电路路图图.在在某某一一定定强强度度，一一定定频频率率的的色色光光照照射射下下，调调节节电电位位器器可可得得到到不不同同电电压压与与电电流流曲曲线线如如图图(b)所所示示.若若改改变变照照射射光光频频率率可可得得到到图图(c)所所示示光光电电子子最最大大初初动动能能与与照照射射光光频频率率的的关关系系曲曲线线.当当用用波波长长为为510-7m的的光光照照射射时时，已已知知截截止止电电压压Uc-0.38V.试求：试求：(1)光电子的最大初动能；光电子的最大初动能；(2)阴极材料的逸出功；阴极材料的逸出功；(3)阴极材料的极限频率阴极材料的极限频率.(b)Ek00UIUC(c)解：解：入射光子的能量为入射光子的能量为hc/=6.6310-343108/510-7=3.9810-19J=2.49eV(1)EK=-eUc=0.38eV=6.0810-20J(2)W=hc/-EK=2.49-0.38=2.11eV(3)0=W/h=2.111.610-19/6.6310-34=5.11014Hz返回返回4、在演示光电效应的实验中，原来不带电的、在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连用弧光灯照射锌一块锌板与灵敏验电器相连用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，这时板时，验电器的指针就张开一个角度，这时()A锌板带正电，指针带负电锌板带正电，指针带负电B锌板带正电，指针带正电锌板带正电，指针带正电C锌板带负电，指针带正电锌板带负电，指针带正电D锌板带负电，指针带负电锌板带负电，指针带负电B95年全国高考年全国高考返回返回96年上海高考年上海高考当某种单色光照射到金属表面时，当某种单色光照射到金属表面时，金属表面有光电子逸出如果光的强度减弱，频率不金属表面有光电子逸出如果光的强度减弱，频率不变，则：变，则：()A光的强度减弱到某一最低数值时，就没有光电子光的强度减弱到某一最低数值时，就没有光电子逸出逸出B单位时间内逸出的光电子数减少单位时间内逸出的光电子数减少C逸出光电子的最大初动能减小逸出光电子的最大初动能减小D单位时间内逸出的光电子数和光电子的最大初动单位时间内逸出的光电子数和光电子的最大初动能都要减小能都要减小B6、红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的、红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的是：（是：（96年全国高考题年全国高考题）()A红光红光B橙光橙光C黄光黄光D绿光绿光A返回返回97年上海高考年上海高考7、关于光的本性，早期有牛顿、关于光的本性，早期有牛顿的微粒说和惠更斯的的微粒说和惠更斯的，后来又有麦克斯韦，后来又有麦克斯韦的电磁说本世纪初，为解释的电磁说本世纪初，为解释现象，爱现象，爱因斯坦提出了光子说因斯坦提出了光子说波动说波动说光电效应光电效应97年上海高考年上海高考如图所示，一静电计与锌板相连，在如图所示，一静电计与锌板相连，在A处处用一紫外灯照射锌板，关灯后，指针保持一定偏角用一紫外灯照射锌板，关灯后，指针保持一定偏角（1）现用一带负电的金属小球与锌板接触，则静电计）现用一带负电的金属小球与锌板接触，则静电计指针偏角将指针偏角将_（填增大、减小或不变）；（填增大、减小或不变）；（2）使静电计指针回到零，再用相同强度的钠灯发出）使静电计指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，静电计指针无偏转那么，若改用的黄光照射锌板，静电计指针无偏转那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到静电计指针强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到静电计指针_（填有或无）偏转（填有或无）偏转减小减小无无返回返回8.已知铯的极限频率为已知铯的极限频率为4.5451014赫，钠的赫，钠的极限频率为极限频率为6.0001014赫，银的为赫，银的为1.153/1015赫，赫，铂的为铂的为1.5291015赫。当用波长为赫。当用波长为0.375微米的微米的光照射它们时，可发生光电效应的是光照射它们时，可发生光电效应的是_。f=c/=3108/0.375106=81014Hz铯铯、钠、钠92年全国高考题年全国高考题返回返回98年全国高考题年全国高考题8、一细束平行光经玻璃三棱镜折射后分解、一细束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的三束光，分别照射到相同的金为互相分离的三束光，分别照射到相同的金属板属板a，b，c上，如图所示已知金属板上，如图所示已知金属板b有有光电子放出，则可知光电子放出，则可知()A板板a一定不放出光电子一定不放出光电子B板板a一定放出光电子一定放出光电子C板板c一定不放出光电子一定不放出光电子D板板c一定放出光电子一定放出光电子acbD返回返回2用用某某种种单单色色光光照照射射某某种种金金属属表表面面，发发生生光光电电效效应，现将该单色光的光强减弱，则（应，现将该单色光的光强减弱，则（）A光电子的最大初动能不变光电子的最大初动能不变B光电子的最大初动能减少光电子的最大初动能减少C单位时间内产生的光电子数减少单位时间内产生的光电子数减少D可能不发生光电效应可能不发生光电效应AC03年江苏高考年江苏高考2返回返回2004年广东高考年广东高考6分分别别用用波波长长为为和和的的单单色色光光照照射射同同一一金金属属板板,发发出出的的光光电电子子的的最最大大初初动动能能之之比比为为1:2,以以h表表示示普普朗朗克克常常量量,c表表示示真真空空中中的的光光速速,则则此此金属板的逸出功为金属板的逸出功为（）ABCDB返回返回已知金属铯的逸出功为已知金属铯的逸出功为1.9eV，在光电效应实，在光电效应实验中，要使铯表面发出的光电子的最大动能为验中，要使铯表面发出的光电子的最大动能为1.0eV，入射光的波长应为，入射光的波长应为m。解：解：根据爱因斯坦光电效应方程根据爱因斯坦光电效应方程E=h-W4.310-7m2000年天津、江西高考试题年天津、江西高考试题返回返回6图为图为X射线管的结构示意图，射线管的结构示意图，E为灯丝电源，要为灯丝电源，要使射管发出使射管发出X射线，须在射线，须在K、A两电极间加上几万伏的两电极间加上几万伏的直流高压，直流高压，()（A）高压高源正极应接在）高压高源正极应接在P点，点，X射线从射线从K极发出极发出（B）高压电源正极应接在）高压电源正极应接在P点，点，X射线从射线从A极发出极发出（C）高压电源正极应接在）高压电源正极应接在Q点，点，X射线从射线从K极发出极发出（D）高压电源正极应接在）高压电源正极应接在Q点，点，X射线从射线从A极发出极发出D2000年广东年广东6返回返回20人人眼眼对对绿绿光光最最为为敏敏感感。正正常常人人的的眼眼睛睛接接收收到到波波长长为为530nm的的绿绿光光时时，只只要要每每秒秒有有6个个绿绿光光的的光光子子射射入入瞳瞳孔孔，眼眼睛睛就就能能察察觉觉。普普朗朗克克常常量量为为6.6310-34JS，光光速速为为3108m/s，则则人人眼眼能能察察觉觉到到绿绿光光时时所所接接收收到到的最小功率是的最小功率是（）A2.31018WB3.81019WC71048WD1.21048W2004年天津年天津20A返回返回2004年广西高考年广西高考6、氦氦氖激光器发出波长为氖激光器发出波长为633nm的激光，当激光器的激光，当激光器的输出功率为的输出功率为1mW时，每秒发出的光子数为时，每秒发出的光子数为（）A2.21015B3.21015C2.21014D3.21014解：每个光子的能量为解：每个光子的能量为E1=hc/=6.6310-34310863310-9=3.1410-19J由题意由题意nE1=Ptn=Pt/E1=10-3/3.1410-19=3.21015B04年上海年上海9、在光电效应实验中在光电效应实验中,如果实验仪器及线路完好如果实验仪器及线路完好,当光照射到光电管上时当光照射到光电管上时,灵敏电流计中没有电流通过灵敏电流计中没有电流通过,可可能的原因是：能的原因是：。入射光波长太大（或反向电压太大）入射光波长太大（或反向电压太大）返回返回已知一束可见光已知一束可见光a是由是由m、n、p三种三种单色光组成的。检测发现三种单色光中，单色光组成的。检测发现三种单色光中，n、p两种色两种色光的频率都大于光的频率都大于m色光；色光；n色光能使某金属发生光电效色光能使某金属发生光电效应，而应，而p色光不能使该金属发生光电效应。那么，光束色光不能使该金属发生光电效应。那么，光束a通过三棱镜的情况是通过三棱镜的情况是（）2004年北京年北京18AanmpampnapmnamnpA.B.C.D.返回返回19下表给出了一些金属材料的逸出功。下表给出了一些金属材料的逸出功。现现用用波波长长为为400nm的的单单色色光光照照射射上上述述材材料料，能能产产生生光光电效应的材料最多有几种？（电效应的材料最多有几种？（）(普普朗朗克克常常量量h=6.610-34Js，光光速速c=3.00108m/s)A2种种B3种种C4种种D5种种2004年浙江年浙江19材料材料铯铯钙钙镁镁铍铍钛钛逸出功逸出功(10-19J)3.04.35.96.26.6解：照射光的能量为解：照射光的能量为hc/=4.9510-19J当照射光的能量大于逸出功即能产生光电效应。当照射光的能量大于逸出功即能产生光电效应。A返回返回17某光电管的阴极是用金属钾制成的，它的逸出功某光电管的阴极是用金属钾制成的，它的逸出功为为2.21eV，用波长为，用波长为2.510-7m的紫外线照射阴极，已知的紫外线照射阴极，已知真空中光速为真空中光速为3.0108m/s，元电荷为，元电荷为1.610-19C，普朗克，普朗克常量为常量为6.6310-34J s，求得钾的极限频率和该光电管发，求得钾的极限频率和该光电管发射的光电子的最大动能应分别是（射的光电子的最大动能应分别是（）A5.31014HZ，2.2JB5.31014HZ，4.410-19JC3.31033HZ，2.2JD3.31033HZ，4.410-19J2005年天津卷年天津卷17.B解：解：W=2.211.610-19=3.5410-19J=h00=W/h=3.5410-19/6.6310-34=5.31014HZhc/=6.6310-343.0108/2.510-7=7.9610-19JEKm=hc/W=7.9610-19-3.5410-19=4.4210-19J返回返回9、静夜四无邻，荒居旧业贫。2024/9/272024/9/27Friday, September 27, 202410、雨中黄叶树，灯下白头人。2024/9/272024/9/272024/9/279/27/2024 6:19:06 AM11、以我独沈久，愧君相见频。2024/9/272024/9/272024/9/27Sep-2427-Sep-2412、故人江海别，几度隔山川。2024/9/272024/9/272024/9/27Friday, September 27, 202413、乍见翻疑梦，相悲各问年。2024/9/272024/9/272024/9/272024/9/279/27/202414、他乡生白发，旧国见青山。27 九月 20242024/9/272024/9/272024/9/2715、比不了得就不比，得不到的就不要。九月 242024/9/272024/9/272024/9/279/27/202416、行动出成果，工作出财富。2024/9/272024/9/2727 September 202417、做前，能够环视四周；做时，你只能或者最好沿着以脚为起点的射线向前。2024/9/272024/9/272024/9/272024/9/279、没有失败，只有暂时停止成功！。2024/9/272024/9/27Friday, September 27, 202410、很多事情努力了未必有结果，但是不努力却什么改变也没有。2024/9/272024/9/272024/9/279/27/2024 6:19:06 AM11、成功就是日复一日那一点点小小努力的积累。2024/9/272024/9/272024/9/27Sep-2427-Sep-2412、世间成事，不求其绝对圆满，留一份不足，可得无限完美。2024/9/272024/9/272024/9/27Friday, September 27, 202413、不知香积寺，数里入云峰。2024/9/272024/9/272024/9/272024/9/279/27/202414、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。27 九月 20242024/9/272024/9/272024/9/2715、楚塞三湘接，荆门九派通。九月 242024/9/272024/9/272024/9/279/27/202416、少年十五二十时，步行夺得胡马骑。2024/9/272024/9/2727 September 202417、空山新雨后，天气晚来秋。2024/9/272024/9/272024/9/272024/9/279、杨柳散和风，青山澹吾虑。2024/9/272024/9/27Friday, September 27, 202410、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。2024/9/272024/9/272024/9/279/27/2024 6:19:06 AM11、越是没有本领的就越加自命不凡。2024/9/272024/9/272024/9/27Sep-2427-Sep-2412、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。2024/9/272024/9/272024/9/27Friday, September 27, 202413、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。2024/9/272024/9/272024/9/272024/9/279/27/202414、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。27 九月 20242024/9/272024/9/272024/9/2715、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。九月 242024/9/272024/9/272024/9/279/27/202416、业余生活要有意义，不要越轨。2024/9/272024/9/2727 September 202417、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。2024/9/272024/9/272024/9/272024/9/27MOMODA POWERPOINTLorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. 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