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1、高考物理光电效应 物质波时间：2007年3月4日【考纲要求】1、理解光电效应现象，理解光电效应现象的实验规律，理解光子的概念，掌握爱因斯坦光电效应方程并能解决有关实际问题。2、知道光具有波粒二象性，知道物质波的德布罗意公式并能作简单估算【知识要点】一、光电效应：1、内容：在光（包括不可见光）的照射下从物体表面发射出_（光电子）的现象叫光电效应，光电子是物体表面的电子吸收光子能量产生的，光电效应是光具有粒子性的有力例证。 2、光电效应的规律： （1）任何一种金属材料都有一个极限频率，人射光的频率必须大于这个极限频率，才能产生光电效应；低于这个频率的光不能产生光电效应。 （2）光电子最大初动能与入
2、射光的强度无关；只随着入射光的频率的增大而增大。 （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10-9s。 （4）当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比。二、光子说：1、内容：爱因斯坦提出，在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，光子的能量与其频率成正比，即Eh. 2、光子说对光电效应的解释 （1）金属表面受光照射，金属中的电子可以吸收一个光子的全部能量，动能增加，而不要时间的积累，吸收光子的电子可以从表面逸出而成为光电子，这就是产生光电效应和光电效应具有瞬时性的原因 （2）吸收光子的电子至少要能够克服金属原子核的引力做功才能从
3、金属表面逃逸出来，这个功就叫逸出功，金属表面的某个电子只有吸收一定频率即一定能量的光子才能发生光电效应如果吸收的光子能量不足以克服逸出功，则该电子将吸收的光子能量立即释放出去，而不积累能量，从而不产生光电效应对于不同金属，有不同的逸出功，这就是只有入射光的频率大于金属的极限频率时，才能使金属产生光电效应的原因（3）当入射光的频率大于金属的极限频率时，照射光的强度越大，单位时间内入射到金属表面的光子数越多，因此产生的光电子就越多3、爱因斯坦光电方程Ek=h一w ；其中为入射光子的频率，W为逸出功，Ek表示光电子所具有的最大初动能三、激光1、激光与自然光的区别：自然光光源发光时，光源上每个原子的发
4、光时刻不同，发光方向不同，发光频率不同，属非相干光；激光是人工产生的相干光两束激光可以满足频率相同、相差恒定2、激光特性及应用：（1）平行度好，可用于精确测距和激光制导，还可用于读取光盘上的信息；（2）相干性强，可用来传递信息，用于光纤通信（3）亮度高，用于切割物质、焊接金属及在硬材料上打孔，医学上用作“光刀”。四、物质波法国物理学家德布罗意提出：任何一个运动物体，都有一种波和它对应，波长为，这种波叫做物质波。P=h/，其中p是运动物体的动量，h是普朗克恒量。【热身训练】 例1 某金属在一束黄光照射下，恰好有电子逸出，在下述情况中，正确的是（ ）A增大光强度而不改变光的频率，光电子最大初动能不
5、变 B用一束强度更大的红光代替黄光，仍可发生光电效应 C用强度相同的紫光代替黄光，单位时间内逸出的电子数减少 D用强度较弱的紫光代替黄光，可能不会发生光电效应例2 在光电效应实验中，下列结果正确的是（ ）A当光照时间增大为原来两倍时，光电流强度也增大为原来的两倍 B当入射光频率增为原来的两倍时，光电子的最大初动能也增为原来的两倍 C当入射光的波长增大为原来的两倍时，可能不产生光电效应 D当入射光的强度增大为原来的两倍时，单位时间发射光电子的数量也增为原来的两倍例3 20世纪20年代，剑桥大学学生G泰勒做了一个实验在一个密闭的箱子里放上小灯泡、烟熏黑的玻璃、狭缝、针尖、照相底板，整个装置如图所示
6、小灯泡发出的光通过熏黑的玻璃后变得十分微弱，经过三个月的爆光，在底片上针尖影子周围才出现非常清晰的衍射条纹泰勒对这照片的平均黑度进行测量，得出每秒到达底片的能量是510-13 J（1）假如起作用的光波长约为 500nm，计算从一个光子到来和下一光子到来所相隔的平均时间，及光束中两邻近光子之间的平均距离； （2）如果当时实验用的箱子长为1.2m，根据（1）的计算结果，能否找到支持光是几率波的证据？例4 如图所示是测定光电效应产生的光电子荷质比的实验原理简图：两块平行金属板相距为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
7、增大极板问电压，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；切断开关，在MN间加上垂直于纸面的匀强磁场，逐渐增大磁感强度，也能使电流为零当磁感强度为B时，电流恰好为零由此可算得光电子的荷质比e/m为多少？（用已知量U、B、d表示） 例5 根据量子理论，光子不但有能量，还有动量，其计算公式为p=h，其中h是普朗克常量，是光子的波长既然光子有动量，那么光照到物体表面，光子被物体吸收或反射时光都会对物体产生压力，这就是“光压”根据光照射物体会对物体产生光压，有人设想在遥远的宇宙探测中用光压为动力推动航天器加速只要给探测器安上面积极大，反射率极高的薄膜，并让它正对太阳，就能从太阳得到源源不
8、断的动力已知在地球绕日轨道上，每平方米面积上得到的太阳功率为P0= 135 kw若探测器质量为 M= 50 kg，薄膜面积为 S=4 104m2，那么探测器得到的加速度将是多大？【讲练平台】1、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的最大的初动能增大，应该（ ）A改用红光照射 B增大绿光强度 C增大光电管上的加速电压 D改用紫外线照射2、如图为弧光灯S照射下的两块平行放置的锌板P1、P2，其中P2接地，C为P1、P2间带负电的绝缘小球，取向上为正方向，则从S开始发光计时（球速度随时间变化的图线是（ ）3、在做光电效应实验中，某金属被光照射发生了光电效应，实验测出了光电子的
9、最大初动能Ek与入射光的频率的关系如图所示，由实验图可以求出（ ） A该金属的逸出功 B该金属的极限频率 C单位时间内逸出的光电子数 D普朗克恒量4、下列关于光的说法中正确的是（ ） A、在真空中红光波长比紫光波长短； B、红光光子能量比紫光光子能量小； C、红光和紫光相遇时能产生干涉现象； D、红光照射某金属时有电子向外发射，紫光照射该金属时一定也有电子向外发射。5、（03上海）在右图所示的光电管的实验中，发现用一定频率的A单色光照射光电管时电流表指针会发生偏转，而用另一频率的B单色光照射时不发生光电效应，那么（ ）AA光的频率大于B光的频率BB光的频率大于A光的频率C用A光照射光电管时流过
10、电流表G的电流方向是a流向bD用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是b流向a6、一张普通的VCD光盘可以储存650兆比特（1兆= 106）的信息，一位同学用刻度尺量出光盘刻有信息的范围是两个半径分别为 rl=5.5 cm和 r2=2.0cm的圆之间的圆环形区域那么每个信息点所占的面积大约为_mm2如果今后用紫色激光代替目前使用的红色激光来读取光盘，那么同样大小的一张光盘的存储容量大约将增大到目前_倍（红光波长约是紫光的2倍）7、某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下述措施中可能使该金属产生光电效应的是： A、延长光照时间 B、增大光的强度； C、换用波长较短的光照射 D、换用频率低的光
11、照射.8、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，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图2所示。这时（ ） A、 锌板带正电，指针带负电； B、 锌板带正电，指针带正电； C、 锌板带负电，指针带正电； D、 锌板带负电，指针带负电。 9、如图3所示为一真空光电管的应用电路，其阴极金属材料的极限频率为4.51014Hz，则以下判断正确的是（ ） A、发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的频率； B、发生光电效应时，电路中的光电流的饱和值取决于入射光的强度； C、用=0.5m的光照射光电管时，电路中有光电流产生； D、光照射时间越长，电路中的光电流越大。用心 爱心 专心 115号编辑 4