第2讲　光电效应　波粒二象性

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1所示．则可判断出(　　)．

图1

A．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．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率

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

解析　由于是同一光电管，因而不论对哪种光，极限频率和逸出功都相同，对于甲、乙两种光，反向截止电压相同，因而频率相同，A项错误；丙光对应的反向截止电压较大，因而丙光的频率较高，波长较短，对应的光电子的最大初动能较大，故C、D均错，只有B项正确．

答案　B

太阳能光电直接转换的基本原理是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换

成电能．如图2所示是测定光电流的电路简图，光电管加正向电压．

图2

(1)说出电源和电流表的正、负极．

(2)入射光应照射在________极上．

(3)若电流表读数是10 μA，则每秒钟从光电管阴极发射出的光电子数至少是________个．

解析　(1)电源左边为正极，右边为负极，电流表是上边正极下边负极．

(2)入射光应照射到阴极板上，即题图中的B极．

(3)q＝It＝10×10－6×1 C＝10－5 C，

而n＝，所以每秒发射出6.25×1013个光电子．

答案　(1)电源左边为正极，右边为负极　电流表是上边正极下边负极　(2)B　(3)6.25×1013

用不同频率的光照射某金属产生光电效应，测量金属的遏止电压Uc与入

射光频率ν，得到Ucν图象如图7所示，根据图象求出该金属的截止频率

νc＝________ Hz，普朗克常量h＝________ J·s.(已知电子电荷量e＝1.6×10－19 C)

图3

解析　由题图线可知νc＝5.0×1014 Hz，又eUc＝hν－W0，所以Uc＝ν－.结合图线可得

k＝＝ V/Hz，

h＝ J·s＝6.4×10－34 J·s.

答案　5.0×1014　6.4×10－34

4．在光电效应实验中，某金属截止频率相应的波长为λ0，该金属的逸出功为________．若用波长为λ(λ<λ0)的单色光做该实验，则其遏止电压为______．已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h.

解析　由波长、频率、波速的关系知，该金属的极限频率为ν0＝，故该金属的逸出功为hν0＝.设遏止电压为Uc，则eUc＝－，解得Uc＝·.

答案　　·(写为·也可)

爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖．某种金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率ν的关系如图4所示，其中ν0为极限频率．从图中可以确定的是________．(填选项前的字母)

图4

A．逸出功与ν有关

B．Ekm与入射光强度成正比

C．当ν＜ν0时，会逸出光电子

D．图中直线的斜率与普朗克常量有关

解析　金属的逸出功由金属本身决定，与入射光的频率无关，A错；由Ekm＝hν－hν0可知，Ekm与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，B错；当入射光的频率小于极限频率时不会发生光电效应，不会逸出光电子，C错；由Ekm＝hν－hν0可知图线的斜率与普朗克常量有关，D对．

答案　D

6．如图5所示，当电键S断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零．合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零．

图5

(1)求此时光电子的最大初动能的大小．

(2)求该阴极材料的逸出功．

解析　设用光子能量为2.5 eV的光照射时，光电子的最大初动能为Ek，阴极材料逸出功为W0，当反向电压达到U＝0.60 V以后，具有最大初动能的光电子达不到阳极，因此eU＝Ek

由光电效应方程得：Ek＝hν－W0

由以上两式得：Ek＝0.6 eV，W0＝1.9 eV.

答案　(1)0.6 eV　(2)1.9 eV

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