1905 年爱因斯坦提出,光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的,而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的,这些能量子后来被称为光子,爱因斯坦的 “ 光子说 ” 对波粒二象性概念的建立有重大影响,爱因斯坦由于发现了光电效应规律而获得 1921 年的诺贝尔物理学奖。
1. 如图所示为演示光电效应的实验装置,把一块不带电的锌板连接在验电器上。当用可见光照射锌板时,验电器指针不偏转。当用紫外线照射锌板时,发现验电器指针偏转一定角度,以下说法正确的是 ( )
A .用紫外线照射锌板,验电器指针发生明显偏转,说明此时锌板带电,锌板带正电
B .用紫外线照射锌板,验电器指针发生明显偏转,说明此时锌板带电,锌板带负电
C .若减小紫外线的强度,验电器的指针也会偏转
D .若改用红光长时间照射,验电器的指针也会偏转
2. 利用如图所示装置做光电效应实验,用单色光照射某种金属表面,有光电子逸出。若要使光电子的最大初动能增大,下列选项正确的是 ( )
A .仅延长光照时间 B .仅换用频率更大的光
C .仅增大入射光的强度 D .仅增大 、 极板间电压
3. 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了三条光电流与电压之间的关系曲线,如图所示(甲光、乙光、丙光),则可判断出 ( )
A .甲光的光强大于乙光的光强
B .甲光的频率大于乙光的频率
C .乙光的波长大于丙光的波长
D .甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能
4. 某种金属发生光电效应时,光电子的最大初动能 与入射光频率 的关系图象如图所示。 、 均为已知量,由图线信息可知 ( )
A .普朗克常量、该金属的逸出功和极限频率
B .光电子的最大初动能跟入射光的强度成正比
C .当入射光的频率增大为原来的 2 倍时,电子的最大初动能增大为原来的 2 倍
D .图中 与 的值与入射光的强度、频率均无关
5. 从 1907 年起,美国物理学家密立根开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量。他的目的是:测量金属的截止电压 与入射光的频率 ,由此算出普朗克常量 ,并与普朗克根据黑体辐射得出的 相比较,以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性。
( 1 )根据爱因斯坦光电效应方程和光子的初动能推导得出遏止电压 与入射光的频率 之间的函数关系式(已知电子电量为 ,该金属逸出功为 ,普朗克常量为 ); ________
( 2 )按照密立根的方法我们利用图 1 所示的装置进行实验,得到了某金属的 图像如图 2 所示。已知元电荷 ,设图像的斜率为 ,则普朗克常量的表达式为 _________ ,计算的数值为 _________ 。
AC B AC AD h=ke
【详解】 1 、 [1]AB .用紫外线照射锌板,验电器指针发生明显偏转,说明此时锌板带电,因为光电效应打出了光电子,则锌板带正电,选项 A 正确, B 错误;
C .若减小紫外线的强度,同样也会发生光电效应,使得锌板带正电,验电器的指针也会偏转,选项 C 正确;
D .红光的频率小于紫外线,则若改用红光长时间照射,不会产生光电效应,则验电器的指针不会偏转,选项 D 错误。
故选 AC 。
2 、 [2] 根据爱因斯坦光电效应方程可知
若要使光电子的最大初动能增大,只需要换用频率更大的光;延长光照时间、增大入射光的强度以及增大 、 极板间电压都不能增大光电子的最大初动能。
故选 B 。
3 、 [3]A .甲光的饱和光电流大于乙光的饱和光电流,可知甲光的光强大于乙光的光强,选项 A 正确;
B .甲乙两光的反向截止电压相同,则光电子的最大初动能相同,则甲光的频率等于乙光的频率,选项 B 错误;
C .乙光的截止电压小于丙光的截止电压,可知乙光的频率小于丙光的频率,即乙光的波长大于丙光的波长,选项 C 正确;
D .甲光的截止电压小于丙光的截止电压,甲光对应的光电子最大初动能小于丙光的光电子最大初动能,选项 D 错误。
故选 AC 。
4 、 [4]A .根据
由图像可知普朗克常量
该金属的极限频率为 ,逸出功
选项 A 正确;
B .光电子的最大初动能跟入射光的强度无关,选项 B 错误;
C .根据
当入射光的频率增大为原来的 2 倍时,电子的最大初动能增大不等于原来的 2 倍,选项 C 错误;
D .图中 与 的值只与金属材料本身决定,与入射光的强度、频率均无关,选项 D 正确。
故选 AD 。
5 、( 1 ) [5] 根据爱因斯坦光电效应方程可得
又因为
可得
( 2 ) [6] 根据
可得
则
解得
[7] 带入数据
光子说:
光子说 | 爱因斯坦认为,光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的,而且光本身就是由不可分割的能量子组成的,即光在传播时能量也是一份一份的,每一份称为一个光量子,简称光子 | |
光子的能量: 为普朗克常量,v为光的频率 | ||
光子说对光电效应规律的解释 | 金属存在极限频率v0 | 电子从金属表面逸出,首先要克服金属原子核的引力做功 要使入射光子的能量不小于 对应的频率为 即极限频率 |
Ek随入射光频率v变化,而与入射光强度无关 | 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,对于确定的金属,既是一定的,故光电子的最大初动能只随入射光频率的增大而增大 | |
光电流与入射光强度成正比 | 入射光的强度越大,在单位时间内从金属板发射的电子数越多,光电流的强度就越大 | |
光电效应发生的瞬时性 | 光照射金属时,电子吸收一个光子的能量后,动能立即增大,不需要能量积累的过程 |
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光电效应实验的装置如图所示,则下面说法中正确的是
A.用紫外光照射锌板,验电器指针会发生偏转
B.用红色光照射锌板,验电器指针会发生偏转
C.锌板带的是负电荷
D.使验电器指针发生偏转的是正电荷