1、【步步高】2014-2015 学年高中物理 第二章章末总结（含解析）粤教版选修 3-5一、光子能量的计算1一个光子的能量 h ，其中 h 是普朗克常量， 是光的频率2一束光的能量 E nh ， n 为光子数目3频率与波长的关系： . c例 1 激光器是一个特殊的光源，它发出的光便是激光，红宝石激光器发射的激光是不连续的一道一道的闪光，每道闪光称为一个光脉冲，现有一红宝石激光器，发射功率为 1.01010 W，所发射的每个光脉冲持续的时间 t 为 1.01011 s，波长为793.4 nm.问每列光脉冲的长度 l 是多少？其中含有的光子数 n 是多少？解析 以 t、 l 和 c 分别表示光脉冲的
2、持续时间、长度和光在真空中的传播速度，由题意可知l c t以 P 和 E 表示红宝石激光器发射的功率和光脉冲的能量，则有： E P t以 和 表示红宝石激光器发射的激光的波长和频率，则有 ，因此就得到每c个光子的能量 h hc由式就得到该列光脉冲含有的光子数 n Eh P thc将数据代入式，就得到该列光脉冲的长度、含有的光子数分别为 l310 3 m3 mm、 n4.010 17个答案 3 mm 4.010 17个二、光电效应的规律1光电效应的实验规律(1)任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须高于这个极限频率，才能发生光电效应低于极限频率时，无论光照强度多强，都不会发生光电效应(2
3、)光电子的最大初始动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大(3)入射光照射到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过 109 s.(4)当入射光的频率高于极限频率时，单位时间内从金属表面逸出的光电子数目与入射光的强度成正比2爱因斯坦光电效应方程 h mv W0.12 2maxW0表示金属的逸出功， 0表示金属的极限频率，则 W0 h 0.例 2 (单选)关于光电效应，下列说法正确的是( )A光电流随入射光频率的增大而增大B光电子的初动能越大，光电流就越大C光子本身所具有的能量取决于光子本身的频率D用频率是 1的绿光照射某金属发生了光电效应，则改用频率是 2的红光照射该金属就一定
4、不发生光电效应解析 光电流的强度与入射光的强度成正比，A、B 项错误；能否发生光电效应，通过比较入射光的频率和极限频率而确定，因为 红 绿 ，而该金属的极限频率未知，所以 D 项错误本题正确答案为 C.答案 C方法总结 熟记光电效应规律：(1)存在极限频率 0，只有 0时，才能发生光电效应；(2)最大初始动能 Ek h W0， Ek与入射光频率 和金属的逸出功有关，而与光强无关；(3)饱和光电流与光强有关例 3 (单选)用波长为 2.0107 m 的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是 4.71019 J由此可知，钨的极限频率是(普朗克常量 h6.6310 34 Js，光速 c3
5、.010 8 m/s，结果取两位有效数字)( )A5.510 14 Hz B7.910 14 HzC9.810 14 Hz D1.210 15 Hz解析 由爱因斯坦光电效应方程得 h Ek W0，而金属的逸出功 W0 h 0，由以上两c式得，钨的极限频率为： 0 7.910 14 Hz，B 项正确c Ekh答案 B三、用图象表示光电效应的规律1 Ek 图象图 1根据爱因斯坦光电效应方程 Ek h W0，光电子的最大初动能 Ek是入射光频率 的一次函数，图象如图 1 所示其横轴截距为金属的极限频率 0，纵轴截距是金属的逸出功的负值；斜率为普朗克常量 h.2 I U 图象光电流强度 I 随光电管两
6、极间电压 U 的变化图象如图 2 所示，图中 Imax为饱和光电流，U0为遏止电压利用 mv eU0可得光电子的最大初动能12 2max图 2例 4 (单选)在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图 3 所示则可判断出( )图 3A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乙光的频率大于丙光的频率D甲光对应的光电子最大始初动能大于丙光的光电子最大初始动能解析 由题图可知，甲、乙两光对应的遏止电压均为 U02，由爱因斯坦光电效应方程h mv W0及 eU00 Ek可知甲、乙两光频率相同，且均小于丙光频率，选项1
7、2 2maxA、C 均错误；甲光频率小，则甲光对应的光电子最大初始动能小于丙光的光电子最大初始动能，选项 D 错误；乙光频率小于丙光频率，故乙光的波长大于丙光的波长，选项 B 正确答案 B例 5 (1)(单选)研究光电效应的电路如图所示用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极 K)，钠极板发射出的光电子被阳极 A 吸收，在电路中形成光电流下列光电流 I 与 A、K 之间的电压 UAK的关系图象中，正确的是( )(2)钠金属中的电子吸收光子的能量，从金属表面逸出，这就是光电子光电子从金属表面逸出的过程中，其动量的大小_(选填“增大” 、 “减小”或“不变”)，原因是_解析 (1)
8、同一金属的逸出功一定，对于同一频率的光，由 eU0 mvmax2 h W0知，12遏止电压相等，遏止电压与光的强度无关；光越强，光电流越大，所以 C 项正确答案 (1)C (2)减小 光电子受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功)1(双选)下列有关光的说法中正确的是( )A光电效应表明在一定条件下，光子可以转化为电子B大量光子易表现出波动性，少量光子易表现出粒子性C光有时是波，有时是粒子D康普顿效应表明光子和电子、质子等实物粒子一样也具有能量和动量答案 BD2(双选)100 多年前的 1905 年是爱因斯坦的“奇迹”之年，这一年他先后发表了三篇具有划时代意义的论文，其中成功地解释了光电
9、效应现象关于光电效应，下列说法正确的是( )A当入射光的频率低于极限频率时，不能发生光电效应B光电子的最大初始动能与入射光的频率成正比C光电子的最大初始动能与入射光的强度成正比D某单色光照射一金属时不发生光电效应，改用波长较短的光照射该金属可能发生光电效应答案 AD解析 根据光电效应现象的实验规律，只有入射光频率大于极限频率时才能发生光电效应，故 A、D 正确根据光电效应方程，最大初始动能与入射光频率为线性关系，但非正比关系，B 错根据光电效应现象的实验规律，光电子的最大初始动能与入射光强度无关，C 错3(单选)关于光电效应，下列说法正确的是( )A极限频率越大的金属材料逸出功越大B只要光照射
10、的时间足够长，任何金属都能产生光电效应C某种金属的逸出功越小，从该金属表面出来的光电子的最大初始动能越大D入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多答案 A解析 因 W0 h 0，所以极限频率越大，逸出功越大，A 正确低于极限频率的光，无论强度多大，照射时间多长，都不可能产生光电效应，B 错误光电子的最大初始动能还与入射光光子的频率有关，C 错误光强 I nh ，光强一定时，当频率变大时，光子数反而变少，光电子数变少，D 错误4(单选)能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为 1018 J，已知可见光的平均波长约为 0.6 m，普朗克常量 h6.6310 34 Js，则进入人眼的能
11、量子数至少为( )A1 个 B3 个 C30 个 D300 个答案 B解析 可见光的平均频率 ，能量子的平均能量为 h ，引起视觉效应时cE n ，联立可得 n3，B 正确5(双选)根据不确定性关系 x p ，判断下列说法正确的是( )h4A采取办法提高测量 x 精度时， p 的精度下降B采取办法提高测量 x 精度时， p 的精度上升C x 与 p 测量精度与测量仪器及测量方法是否完备有关D x 与 p 测量精度与测量仪器及测量方法是否完备无关答案 AD解析 不确定性关系表明无论采用什么方法试图确定坐标和相应动量中的一个，必然引起另一个较大的不确定性，这样的结果与测量仪器及测量方法是否完备无关
12、，无论怎样改善测量仪器和测量方法，都不可能逾越不确定性关系所给出的限度故 A、D 正确6(单选)图 4已知金属锌发生光电效应时产生的光电子的最大初动能 Ek跟入射光的频率 的关系图象如图 4 中的直线 1 所示某种单色光照射到金属锌的表面时，产生的光电子的最大初始动能为 E1.若该单色光照射到另一金属表面时产生的光电子的最大初始动能为E2， E2E1，关于这种金属的最大初始动能 Ek跟入射光的频率 的关系图象应是图中的( )A a B bC c D上述三条图线都不正确答案 A解析 根据光电效应方程知， Ek 为一次函数，普朗克常量 h 是斜率， h 是确定的值，虽然金属的逸出功不同，但两个 E
13、k 图象的斜率相同，两个直线平行，同时再利用 Ek h W0，结合图象 E2E1， h 相同，所以 W1W2，即直线在纵轴上的截距 W2大，故选 A.7已知金属钠产生光电效应的极限频率是 6.001014 Hz(1)求金属钠的电子逸出功；(2)如果用某种单色光照射金属钠，发射的光电子的最大初动能是 1.14 eV，求这种单色光的波长答案 (1)2.49 eV (2)3.4210 7 m解析 (1) W0 h 06.6310 34 6.001014 J3.9810 19 J2.49 eV.(2)由爱因斯坦光电效应方程得 Ek h W0，h W0 Ek(2.491.14) eV3.63 eVc所以 m3.4210 7 mhcEk W0 6.6310 3431083.631.610 19
