2020年高考物理热点题型归纳与精讲(含2019真题)-专题31 光电效应
2020年高考物理热点题型归纳与精讲(含2019真题)-专题20 电容器、带电粒子在电场中的运动
2020年高考物理热点题型归纳与精讲-专题20 电容器、带电粒子在电场中的运动【专题导航】目录热点题型一平行板电容器及其动态分析问题 (1)U不变时电容器的动态分析 (2)Q不变时电容器的动态分析 (3)平行板电容器中带电粒子的问题分析 (4)热点二带电粒子在电场中的直线运动 (5)电容器中直线运动 (5)带电粒子在匀强电场中的直线运动 (6)带电粒子在交变电场中的直线运动 (7)热点题型三带电粒子在电场中的偏转运动 (8)热点题型四带电粒子在交变电场中的运动 (12)粒子做直线往返运动 (13)粒子做偏转运动问题 (14)热点题型五带电体在电场、重力场中的运动 (16)带电体在电场、重力场中运动的动力学问题 (16)带电体在电场、重力场中运动的动量和能量问题 (17)【题型演练】 (19)【题型归纳】热点题型一平行板电容器及其动态分析问题1．分析思路(1)先确定是Q还是U不变：电容器保持与电源连接，U不变；电容器充电后与电源断开，Q不变．(2)用决定式C＝εr S4πkd确定电容器电容的变化．(3)用定义式C ＝QU 判定电容器所带电荷量Q 或两极板间电压U 的变化．(4)用E ＝Ud 分析电容器极板间场强的变化．2．两类动态变化问题的比较U 不变时电容器的动态分析【例1】(2019·湖南长沙模拟)利用电容传感器可检测矿井渗水，及时发出安全警报，从而避免事故的发生；如图所示是一种通过测量电容器电容的变化来检测矿井中液面高低的仪器原理图，A 为固定的导体芯，B 为导体芯外面的一层绝缘物质，C 为导电液体(矿井中含有杂质的水)，A 、C 构成电容器．已知灵敏电流表G 的指针偏转方向与电流方向的关系：电流从哪侧流入电流表则电流表指针向哪侧偏转．若矿井渗水(导电液体深度增大)，则电流表( )A ．指针向右偏转，A 、C 构成的电容器充电B ．指针向左偏转，A 、C 构成的电容器充电 C ．指针向右偏转，A 、C 构成的电容器放电D ．指针向左偏转，A 、C 构成的电容器放电 【答案】B【解析】由图可知，液体与芯柱构成了电容器，由图可知，两板间距离不变；液面变化时只有正对面积发生变化；则由C ＝εr S 4πkd 可知，当液面升高时，只能是正对面积S 增大；故可判断电容增大，再依据C ＝QU 和电势差不变，可知电容器的电荷量增大，因此电容器处于充电状态，因电流从哪侧流入电流表则电流表指针向哪侧偏转，因此指针向左偏转，故A 、C 、D 错误，B 正确．【变式】一平行板电容器两极板之间充满云母介质，接在恒压直流电源上．若将云母介质移出，则电容器( )A ．极板上的电荷量变大，极板间电场强度变大B ．极板上的电荷量变小，极板间电场强度变大C ．极板上的电荷量变大，极板间电场强度不变D ．极板上的电荷量变小，极板间电场强度不变【答案】D.【解析】平行板电容器接在电压恒定的直流电源上，电容器两极板之间的电压U 不变．若将云母介质移出，电容C 减小，由C ＝QU 可知，电容器所带电荷量Q 减小，即电容器极板上的电荷量减小．由于U 不变，d 不变，由E ＝Ud 可知，极板间电场强度E 不变，选项D 正确，A 、B 、C 错误．Q 不变时电容器的动态分析【例2】如图所示，平行板电容器带有等量异种电荷，与静电计相连，静电计金属外壳和电容器下极板都接地．在两极板间有一个固定在P 点的点电荷，以E 表示两板间的电场强度，E p 表示点电荷在P 点的电势能，θ表示静电计指针的偏角．若保持下极板不动，将上极板向下移动一小段距离至图中虚线位置，则( )A ．θ增大，E 增大B ．θ增大，E p 不变C ．θ减小，E p 增大D ．θ减小，E 不变 【答案】D.【解析】平行板电容器带有等量异种电荷，当极板正对面积不变时，两极板之间的电场强度E 不变．保持下极板不动，将上极板向下移动一小段距离至题图中虚线位置，由U ＝Ed 可知，两极板之间的电势差减小，静电计指针的偏角θ减小，由于下极板接地(电势为零)，两极板之间的电场强度不变，所以点电荷在P 点的电势能E p 不变．综上所述，选项D 正确．【变式】(2019·西北师大附中模拟)如图所示，平行板电容器充电后与电源断开，正极板接地，两板间有一 个带负电的试探电荷固定在P 点．静电计的金属球与电容器的负极板连接，外壳接地．以E 表示两板间的 场强，φ表示P 点的电势，E P 表示该试探电荷在P 点的电势能，θ表示静电计指针的偏角．若保持负极板将正极板缓慢向右平移一小段距离(静电计带电量可忽略不计)，各物理量变化情况描述正确的是( )A ．E 增大，φ降低，E P 减小，θ增大B ．E 不变，φ降低，E P 增大，θ减小C ．E 不变，φ升高，E P 减小，θ减小D ．E 减小，φ升高，E P 减小，θ减小 【答案】C【解析】将正极板适当向右水平移动，两板间的距离减小，根据电容的决定式C ＝εr S4πkd可知，电容C 增大，因平行板电容器充电后与电源断开，则电容器的电量Q 不变，由C ＝QU 得知，板间电压U 减小，因此夹角θ减小，再依据板间场强E ＝U d ＝Q Cd ＝4πkQεr S ，可见E 不变；P 点到正极板距离减小，且正极接地，由公式U ＝Ed 得知，则P 点的电势；负电荷在P 点的电势能减小，故A 、B 、D 错误，C 正确． 平行板电容器中带电粒子的问题分析【例3】(2018·高考全国卷Ⅲ)如图，一平行板电容器连接在直流电源上，电容器的极板水平；两微粒a 、b 所带电荷量大小相等、符号相反，使它们分别静止于电容器的上、下极板附近，与极板距离相等．现同时释放a 、b ，它们由静止开始运动，在随后的某时刻t ，a 、b 经过电容器两极板间下半区域的同一水平面，a 、b 间的相互作用和重力可忽略．下列说法正确的是( )A ．a 的质量比b 的大B ．在t 时刻，a 的动能比b 的大C ．在t 时刻，a 和b 的电势能相等D ．在t 时刻，a 和b 的动量大小相等 【答案】BD【解析】根据题述可知，微粒a 向下加速运动，微粒b 向上加速运动，根据a 、b 经过电容器两极板间下半区域的同一水平面，可知a 的加速度大小大于b 的加速度大小，即a a ＞a b .对微粒a ，由牛顿第二定律，qE ＝m a a a ，对微粒b ，由牛顿第二定律，qE ＝m b a b ，联立解得qE m a ＞qEm b ，由此式可以得出a 的质量比b 小，选项A 错误；在a 、b 两微粒运动过程中，a 微粒所受合外力(电场力)等于b 微粒，a 微粒的位移大于b 微粒，根据动能定理，在t 时刻，a 的动能比b 大，选项B 正确；由于在t 时刻两微粒经过同一水平面，电势相等，电荷量大小相等，符号相反，所以在t 时刻，a 和b 的电势能不等，选项C 错误；由于a 微粒受到的合外力(电场力)等于b 微粒受到的合外力(电场力)，根据动量定理，在t 时刻，a 、b 微粒的动量大小相等，选项D 正确．【变式】如图所示，一种β射线管由平行金属板A 、B 和平行于金属板的细管C 组成．放射源O 在A 极板左端，可以向各个方向发射不同速度、质量为m 的β粒子(电子)．若极板长为L ，间距为d ，当A 、B 板加上电压U 时，只有某一速度的β粒子能从细管C 水平射出，细管C 离两板等距．已知元电荷为e ，则从放射源O 发射出的β粒子的这一速度为( )A.2eU m B.LdeU m C.1dD.Ld eU2m【答案】C【解析】β粒子反方向的运动为类平抛运动，水平方向有L ＝v 0t ，竖直方向有d 2＝12at 2，且a ＝eUmd .从A 到C的过程有－12eU ＝12mv 20－12mv 2，以上各式联立解得v ＝1d C 正确．热点二 带电粒子在电场中的直线运动 1．用动力学观点分析 a ＝F 合m ，E ＝Ud ，v 2－v 20＝2ad 2．用功能观点分析匀强电场中：W ＝qEd ＝qU ＝12mv 2－12mv 20非匀强电场中：W ＝qU ＝E k2－E k1 电容器中直线运动【例4】(多选)(2019·株洲检测)如图所示，在真空中倾斜平行放置着两块带有等量异号电荷的金属板A 、B ，板与水平方向的夹角为θ，一个电荷量q ＝1.41×10－4 C 、质量m ＝1 g 的带电小球，自A 板上的孔P 以水平 速度v 0＝0.1 m/s 飞入两板之间的电场，经0.02 s 后未与B 板相碰又回到孔P ，g 取10 m/s 2，则( )A ．板间电场强度大小为100 V/mB ．板间电场强度大小为141 V/mC ．板与水平方向的夹角θ＝30°D ．板与水平方向的夹角θ＝45° 【答案】 AD【解析】 因为小球从孔P 水平飞入两板之间，沿水平方向运动，小球受力如图所示，设板间匀强电场的场强为E ，板与水平方向的夹角为θ，在竖直方向由平衡条件得Eq cos θ＝mg ，在水平方向由动量定理得Eqt sin θ＝2mv 0，解得E ＝m qg 2＋4v 20t 2＝100 V/m ，tan θ＝2v 0gt＝1，即θ＝45°，A 、D 正确．【变式】如图所示，电子由静止开始从A 板向B 板运动，到达B 板的速度为v ，保持两板间电压不变，则( )A ．当减小两板间的距离时，速度v 增大B ．当减小两板间的距离时，速度v 减小C ．当减小两板间的距离时，速度v 不变D ．当减小两板间的距离时，电子在两板间运动的时间变长 【答案】C【解析】由动能定理得eU ＝12mv 2，当改变两极板间的距离时，U 不变，v 就不变，故选项A 、B 错误，C 正确；粒子在极板间做初速度为零的匀加速直线运动，v ＝d t ，v 2＝d t ，即t ＝2dv ，当d 减小时，v 不变，电子在两极板间运动的时间变短，故选项D 错误． 带电粒子在匀强电场中的直线运动【例5】如图所示，三块平行放置的带电金属薄板A 、B 、C 中央各有一小孔，小孔分别位于O 、M 、P 点．由O 点静止释放的电子恰好能运动到P 点．现将C 板向右平移到P ′点，则由O 点静止释放的电子( )A ．运动到P 点返回B ．运动到P 和P ′点之间返回C ．运动到P ′点返回D ．穿过P ′点 【答案】A.【解析】电子在A 、B 板间的电场中加速运动，在B 、C 板间的电场中减速运动，设A 、B 板间的电压为U ，B 、C 板间的电场强度为E ，M 、P 两点间的距离为d ，则有eU －eEd ＝0，若将C 板向右平移到P ′点，B 、C 两板所带电荷量不变，由E ＝U d ＝Q C 0d ＝4πkQεr S 可知，C 板向右平移到P ′时，B 、C 两板间的电场强度不变，由此可以判断，电子在A 、B 板间加速运动后，在B 、C 板间减速运动，到达P 点时速度为零，然后返回，A 项正确，B 、C 、D 项错误．【变式】如图所示，一带正电的小球向右水平抛入范围足够大的匀强电场，电场方向水平向左．不计空气阻力，则小球( )A ．做直线运动B ．做曲线运动C ．速率先减小后增大D ．速率先增大后减小 【答案】BC【解析】对小球受力分析，小球受重力、电场力作用，合外力的方向与初速度的方向不在同一条直线上，故小球做曲线运动，故A 错误，B 正确；在运动的过程中合外力方向与速度方向间的夹角先为钝角后为锐角，故合外力对小球先做负功后做正功，所以速率先减小后增大，故C 正确，D 错误． 带电粒子在交变电场中的直线运动【例6】．如图甲所示，A 板电势为0，A 板中间有一小孔，B 板的电势变化情况如图乙所示，一质量为m 、电荷量为q 的带负电粒子在t ＝T4时刻以初速度为0从A 板上的小孔处进入两极板间，仅在电场力作用下开始运动，恰好到达B 板．则( )A ．A 、B 两板间的距离为qU 0T 28mB ．粒子在两板间的最大速度为 qU 0mC ．粒子在两板间做匀加速直线运动D ．若粒子在t ＝T8时刻进入两极板间，它将时而向B 板运动，时而向A 板运动，最终打向B 板【答案】B.【解析】粒子仅在电场力作用下运动，加速度大小不变，方向变化，选项C 错误；粒子在t ＝T4时刻以初速度为0进入两极板，先加速后减速，在3T 4时刻到达B 板，则12·qU 0md ·24⎪⎭⎫ ⎝⎛T ＝d2，解得d ＝qU 0T 216m，选项A 错误；粒子在T 2时刻速度最大，则v m ＝qU 0md ·T4＝qU 0m ，选项B 正确；若粒子在t ＝T8时刻进入两极板间，在T 8～T 2时间内，粒子做匀加速运动，位移x ＝12·qU 0md 283⎪⎭⎫ ⎝⎛T ＝9d 8，所以粒子在T2时刻之前已经到达B 板，选项D 错误．【变式】如图(a)所示，两平行正对的金属板A 、B 间加有如图(b)所示的交变电压，一重力可忽略不计的带 正电粒子被固定在两板的正中间P 处．若在t 0时刻释放该粒子，粒子会时而向A 板运动，时而向B 板运动， 并最终打在A 板上．则t 0可能属于的时间段是( )A ．0＜t 0＜T 4 B.T 2＜t 0＜3T 4 C.3T 4＜t 0＜T D ．T ＜t 0＜9T 8【答案】B【解析】设粒子的速度方向、位移方向向右为正．依题意知，粒子的速度方向时而为正，时而为负，最终打在A 板上时位移为负，速度方向为负．分别作出t 0＝0、T 4、T 2、3T4时粒子运动的v t 图象，如图所示．由于v t 图线与时间轴所围面积表示粒子通过的位移，则由图象知，0＜t 0＜T 4与3T4＜t 0＜T 时粒子在一个周期内的总位移大于零，T 4＜t 0＜3T4时粒子在一个周期内的总位移小于零；t 0＞T 时情况类似．因粒子最终打在A 板上，则要求粒子在每个周期内的总位移应小于零，对照各项可知B 正确．热点题型三 带电粒子在电场中的偏转运动 1．带电粒子在电场中的偏转规律2．处理带电粒子的偏转问题的方法 (1)运动的分解法一般用分解的思想来处理，即将带电粒子的运动分解为沿电场力方向上的匀加速直线运动和垂直电场力方向上的匀速直线运动． (2)功能关系当讨论带电粒子的末速度v 时也可以从能量的角度进行求解：qU y ＝12mv 2－12mv 20，其中U y ＝Ud y ，指初、末位置间的电势差．3.计算粒子打到屏上的位置离屏中心的距离的方法 (1)y ＝y 0＋L tan θ(L 为屏到偏转电场的水平距离)； (2)y ＝(l2＋L )tan θ(l 为电场宽度)；(3)y ＝y 0＋v y ·Lv 0；(4)根据三角形相似y y 0＝l 2＋L l2.【例6】(2019·江西吉安一中段考)如图所示，虚线MN 左侧有一场强为E 1＝E 的匀强电场，在两条平行的虚 线MN 和PQ 之间存在着宽为L 、电场强度为E 2＝2E 的匀强电场，在虚线PQ 右侧相距为L 处有一与电场 E 2平行的屏．现将一电子(电荷量为e ，质量为m ，不计重力)无初速度地放入电场E 1中的A 点，A 点到MN 的距离为L2，最后电子打在右侧的屏上，AO 连线与屏垂直，垂足为O ，求：(1)电子从释放到打到屏上所用的时间t ；(2)电子刚射出电场E 2时的速度方向与AO 连线夹角θ的正切值tan θ； (3)电子打到屏上的点P ′(图中未标出)到点O 的距离x . 【答案】 (1)3mLeE(2)2 (3)3L 【解析】 (1)电子在电场E 1中做初速度为零的匀加速直线运动，设加速度为a 1，时间为t 1， 由牛顿第二定律得：a 1＝eE 1m ＝eEm ①由x ＝12at 2得：L 2＝12a 1t 21②电子进入电场E 2时的速度为：v 1＝a 1t 1③ 进入电场E 2到屏水平方向做匀速直线运动， 时间为：t 2′＝2t 2＝2Lv 1④ 电子从释放到打到屏上所用的时间为：t ＝t 1＋t 2′⑤ 联立①～⑤求解得：t ＝3mL eE； (2)设粒子射出电场E 2时平行电场方向的速度为v y ，由牛顿第二定律得： 电子进入电场E 2时的加速度为： a 2＝eE 2m ＝2eE m ⑥v y ＝a 2t 2⑦电子刚射出电场E 2时的速度方向与AO 连线夹角的正切值为tan θ＝v yv 1⑧联立①②③④⑥⑦⑧得：tan θ＝2⑨ (3)带电粒子在电场中的运动轨迹如图所示．设电子打到屏上的点P 到O 点的距离x ， 根据上图用几何关系得：tan θ＝x32L ⑩联立得：x ＝3L【变式1】如图所示，在竖直放置的平行金属板A 、B 之间加上恒定电压U ，A 、B 两板的中央留有小孔O 1、O 2，在B 的右侧有平行于极板的匀强电场E ，电场范围足够大，感光板MN 垂直于电场方向放置，第一次从小孔O 1处从静止释放一个质子11H ，第二次从小孔O 1处从静止释放一个α粒子24He ，关于这两个粒子在电场中运动的判断正确的是( )A ．质子和α粒子打到感光板上时的速度之比为2∶1B ．质子和α粒子在电场中运动的时间相同C ．质子和α粒子打到感光板上时的动能之比为1∶2D ．质子和α粒子在电场中运动的轨迹重叠在一起 【答案】CD【解析】从开始运动到打到板上质子的速度为v 1，α粒子速度为v 2，根据动能定理有Uq ＋Edq ＝12mv 2－0，化简得出v ＝2U ＋Ed q m ，质子的比荷与α粒子的比荷之比为2∶1，代入得v 1v 2＝＝2，故A 错误；设粒子在加速电场中加速时间为t 1，加速位移为x 1，在偏转电场中偏转时间为t 2，偏转位移为y ，有x 1＝12a 1t 12＝Uq 2dm t 12，y ＝Eq2mt 22，由于质子和α粒子的加速位移和偏转位移相同，但是比荷不同，所以运动时间不同，故B 错误；从开始运动到打到板上，根据动能定理有Uq ＋Edq ＝E k －0，解得E k ＝q (U ＋Ed )，因为U 、E 、d 相同，则有E k1E k2＝q 1q 2＝12，故C 正确；带电粒子进入加速电场时，根据动能定理可得qU ＝12mv 02，进入偏转电场后电势差为U 2，偏转的位移为y ，有y ＝12at 2＝qU 22md (l v 0)2，联立得y ＝U 2l 24dU ，速度的偏转角正切值为tan θ，有tan θ＝v y v 0＝at v 0＝U 2l2Ud ，偏转位移y 与速度的偏转角正切值tan θ与带电粒子无关，因此运动轨迹重叠在一起，故D 正确．【变式2】(2019·洛阳一模)如图所示，氕核、氘核、氚核三种粒子从同一位置无初速地飘入电场线水平向右的加速电场E 1之后进入电场线竖直向下的匀强电场E 2发生偏转，最后打在屏上．整个装置处于真空中，不计粒子重力及其相互作用，那么( )A ．偏转电场E 2对三种粒子做功一样多B ．三种粒子打到屏上时的速度一样大C ．三种粒子运动到屏上所用时间相同D ．三种粒子一定打到屏上的同一位置 【答案】AD【解析】根据动能定理有qE 1d ＝12mv 21，得三种粒子经加速电场加速后获得的速度v 1＝2qE 1dm.在偏转电场中，由l ＝v 1t 2及y ＝12qE 2m t 22得，带电粒子经偏转电场的侧位移y ＝E 2l 24E 1d ，则三种粒子在偏转电场中的侧位移大小相等，又三种粒子带电荷量相同，根据W ＝qE 2y 得，偏转电场E 2对三种粒子做功一样多，选项A 正确．根据动能定理，qE 1d ＋qE 2y ＝12mv 22，得到粒子离开偏转电场E 2打到屏上时的速度v 2＝2qE 1d ＋qE 2ym，由于三种粒子的质量不相等，故v 2不一样大，选项B 错误．粒子打在屏上所用的时间t ＝d v 1/2＋L ′v 1＝2d v 1＋L ′v 1(L ′为偏转电场左端到屏的水平距离)，由于v 1不一样大，所以三种粒子打在屏上的时间不相同，选项C 错误．根据v y ＝qE 2m t 2及tan θ＝v y v 1得，带电粒子的偏转角的正切值tan θ＝E 2l2E 1d ，即三种带电粒子的偏转角相等，又由于它们的侧位移相等，故三种粒子打到屏上的同一位置，选项D 正确．热点题型四 带电粒子在交变电场中的运动 1．常见的交变电场常见的产生交变电场的电压波形有方形波、锯齿波、正弦波等． 2．常见的试题类型 此类题型一般有三种情况：(1)粒子做单向直线运动(一般用牛顿运动定律求解)． (2)粒子做往返运动(一般分段研究)．(3)粒子做偏转运动(一般根据交变电场特点分段研究)． 3．解答带电粒子在交变电场中运动的思维方法(1)注重全面分析(分析受力特点和运动规律)，抓住粒子的运动具有周期性和在空间上具有对称性的特征， 求解粒子运动过程中的速度、位移、做功或确定与物理过程相关的边界条件．(2)分析时从两条思路出发：一是力和运动的关系，根据牛顿第二定律及运动学规律分析；二是功能关系． (3)注意对称性和周期性变化关系的应用． 粒子做直线往返运动利用速度图象分析带电粒子的运动过程时的注意事项 (1)带电粒子进入电场的时刻； (2)速度图象的切线斜率表示加速度；(3)图线与坐标轴围成的面积表示位移，且在横轴上方所围成的面积为正，在横轴下方所围成的面积为负； (4)注意对称性和周期性变化关系的应用；(5)图线与横轴有交点，表示此时速度改变方向，对运动很复杂、不容易画出速度图象的问题，还应逐段分析求解．【例7】如图(a)所示，两平行正对的金属板A 、B 间加有如图(b)所示的交变电压，一重力可忽略不计的带 正电粒子被固定在两板的正中间P 处．若在t 0时刻释放该粒子，粒子会时而向A 板运动，时而向B 板运动， 并最终打在A 板上．则t 0可能属于的时间段是( )A ．0＜t 0＜T 4 B.T 2＜t 0＜3T 4 C.3T 4＜t 0＜T D ．T ＜t 0＜9T 8【答案】B【解析】设粒子的速度方向、位移方向向右为正．依题意知，粒子的速度方向时而为正，时而为负，最终打在A 板上时位移为负，速度方向为负．分别作出t 0＝0、T 4、T 2、3T4时粒子运动的v t 图象，如图所示．由于v t 图线与时间轴所围面积表示粒子通过的位移，则由图象知，0＜t 0＜T 4与3T4＜t 0＜T 时粒子在一个周期内的总位移大于零，T 4＜t 0＜3T4时粒子在一个周期内的总位移小于零；t 0＞T 时情况类似．因粒子最终打在A 板上，则要求粒子在每个周期内的总位移应小于零，对照各项可知B 正确．【变式】制备纳米薄膜装置的工作电极可简化为真空中间距为d 的两平行极板，如图甲所示．加在极板A 、 B 间的电压U AB 做周期性变化，其正向电压为U 0，反向电压为－kU 0(k >1)，电压变化的周期为2τ，如图乙所示．在t ＝0时，极板B 附近的一个电子，质量为m 、电荷量为e ，受电场作用由静止开始运动．若整个运 动过程中，电子未碰到极板A ，且不考虑重力作用．若k ＝54，电子在0～2τ时间内不能到达极板A ，求d 应满足的条件．【答案】 d ＞9eU 0τ210m【解析】 电子在0～τ时间内做匀加速运动 加速度的大小a 1＝eU 0md位移x 1＝12a 1τ2在τ～2τ时间内先做匀减速运动，后反向做匀加速运动 加速度的大小a 2＝keU 0md初速度的大小v 1＝a 1τ匀减速运动阶段的位移x 2＝v 212a 2由题知d ＞x 1＋x 2，解得d ＞9eU 0τ210m. 粒子做偏转运动问题交变电压的周期性变化，势必会引起带电粒子的某个运动过程和某些物理量的周期性变化，所以应注意： (1)分过程解决．“一个周期”往往是我们的最佳选择．(2)建立模型．带电粒子的运动过程往往能在力学中找到它的类似模型．(3)正确的运动分析和受力分析：合力的变化影响粒子的加速度(大小、方向)变化，而物体的运动性质则由加速度和速度的方向关系确定．【例8】(2019·福建厦门一中期中)相距很近的平行板电容器，在两板中心各开有一个小孔，如图甲所示，靠 近A 板的小孔处有一电子枪，能够持续均匀地发射出电子，电子的初速度为v 0，质量为m ，电荷量为－e ， 在A 、B 两板之间加上如图乙所示的交变电压，其中0＜k ＜1，U 0＝mv 206e ；紧靠B 板的偏转电压也等于U 0，板长为L ，两极板间距为d ，距偏转极板右端L2处垂直放置很大的荧光屏PQ ，不计电子的重力和它们之间的相互作用，电子在电容器中的运动时间可以忽略不计．(1)试求在0～kT 与kT ～T 时间内射出B 板电子的速度各是多大？(2)在0～T 时间内，荧光屏上有两个位置会发光，试求这两个发光点之间的距离．(结果用L 、d 表示) 【答案】(1)63v 0 233v 0 (2)L 28d【解析】 (1)电子经过电容器内的电场后，速度要发生变化，设在0～kT 时间内，穿出B 板的电子速度为v 1，kT ～T 时间内射出B 板的电子速度为v 2据动能定理有：－eU 0＝12mv 21－12mv 20，eU 0＝12mv 22－12mv 20 将U 0＝mv 206e 代入上式，得：v 1＝63v 0，v 2＝233v 0(2)在0～kT 时间内射出B 板的电子在偏转电场中，电子的运动时间：t 1＝Lv 1侧移量：y 1＝12at 21＝eU 0L 22mdv 21，得y 1＝L 28d打在荧光屏上的坐标为y 1′，则：y 1′＝2y 1＝L 24d同理可得在kT ～T 时间内穿出B 板后电子的侧移量： y 2＝L 216d打在荧光屏上的坐标：y 2′＝2y 2＝L 28d故两个发光点之间的距离：Δy ＝y 1′－y 2′＝L 28d.【变式】如图甲所示，两水平金属板间距为d ，板间电场强度的变化规律如图乙所示．t ＝0时刻，质量为m 的带电微粒以初速度v 0沿中线射入两板间，0～T3时间内微粒匀速运动，T 时刻微粒恰好经金属板边缘飞出．微粒运动过程中未与金属板接触．重力加速度的大小为g .关于微粒在0～T 时间内运动的描述，正确的是( )甲 乙 A ．末速度大小为 2v 0 B ．末速度沿水平方向 C ．重力势能减少了12mgdD ．克服电场力做功为mgd【答案】BC【解析】.0～T3时间内微粒匀速运动，有mg ＝qE 0.把微粒的运动分解，水平方向：做速度为v 0的匀速直线运动；竖直方向：T 3～2T 3时间内，只受重力，做自由落体运动，2T 3时刻，v 1y ＝g T 3；2T3～T 时间内，a ＝2qE 0－mg m ＝g ，做匀减速直线运动，T 时刻，v 2y ＝v 1y －a ·T3＝0，所以末速度v ＝v 0，方向沿水平方向，选项A 错误，B正确；重力势能的减少量ΔE p ＝mg ·d 2＝12mgd ，所以选项C 正确；根据动能定理：12mgd －W 克电＝0，得W 克电＝12mgd ，所以选项D 错误．热点题型五 带电体在电场、重力场中的运动 带电体在电场、重力场中运动的动力学问题 1．等效重力法将重力与电场力进行合成，如图所示，则F 合为等效重力场中的“重力”，g ′＝F 合m 为等效重力场中的“等效重力加速度”，F 合的方向等效为“重力”的方向，即在等效重力场中的竖直向下方向． 2．物理最高点与几何最高点在“等效力场”中做圆周运动的小球，经常遇到小球在竖直平面内做圆周运动的临界速度问题．小球能维持圆周运动的条件是能过最高点，而这里的最高点不一定是几何最高点，而应是物理最高点．几何最高点是图形中所画圆的最上端，是符合人眼视觉习惯的最高点．而物理最高点是物体在圆周运动过程中速度最小(称为临界速度)的点．【例9】(2019·福建厦门一中期中)如图，光滑斜面倾角为37°，一质量m ＝10 g 、电荷量q ＝＋1×10－6 C 的 小物块置于斜面上，当加上水平向右的匀强电场时，该物体恰能静止在斜面上，g 取10 m/s 2，求：(1)该电场的电场强度；(2)若电场强度变为原来的12，小物块运动的加速度大小；(3)在(2)前提下，当小物块沿斜面下滑L ＝23 m 时，机械能的改变量．【答案】(1)7.5×104 N/C ，方向水平向右 (2)3 m/s 2 (3)－0.02 J【解析】(1)如图所示，小物块受重力、斜面支持力和电场力三个力作用，受力平衡，则有在x 轴方向：F cos 37°－mg sin 37°＝0 在y 轴方向：F N －mg cos 37°－F sin 37°＝0得：qE ＝mg tan 37°，故有E ＝3mg4q ＝7.5×104 N/C ，方向水平向右．(2)场强变化后物块所受合力为： F ＝mg sin 37°－12qE cos 37°根据牛顿第二定律得：F ＝ma故代入解得a ＝0.3g ＝3 m/s 2，方向沿斜面向下． (3)机械能的改变量等于电场力做的功， 故ΔE ＝－12qEL cos 37°，解得ΔE ＝－0.02 J.带电体在电场、重力场中运动的动量和能量问题。
高中物理现代物理光电效应题详解
高中物理现代物理光电效应题详解在高中物理学习中，现代物理是一个重要的内容，其中光电效应作为其中的一部分，在考试中也是经常出现的题型。
本文将详细解析光电效应的相关题目，包括考点、解题技巧以及一些典型示例，帮助高中学生更好地理解和应对这一题型。
一、基本概念光电效应是指当光照射到金属表面时，金属表面会发射出电子的现象。
光电效应的关键是光子的能量，当光子的能量大于或等于金属的逸出功时，光电效应才会发生。
逸出功是指金属表面的电子脱离金属所需的最小能量。
二、考点分析1. 光电效应的基本原理：光照射到金属表面，光子的能量被金属吸收，电子脱离金属表面。
2. 光电效应的影响因素：光的频率、光的强度、金属的逸出功。
3. 光电效应的应用：光电池、光电管等。
三、解题技巧1. 注意光子能量与光的频率的关系：光子能量E与光的频率f成正比，E = hf，其中h为普朗克常数。
2. 判断光电效应是否发生：比较光子能量与金属逸出功的大小关系，若光子能量大于等于逸出功，则光电效应发生。
3. 注意光电效应的影响因素：光的频率决定光子能量，光的强度影响光子的数量，金属的逸出功决定电子脱离金属的难易程度。
四、典型示例1. 问题：某金属的逸出功为2eV，一束光照射到该金属表面，光的频率为5×10^14 Hz，求光子的能量。
解析：根据光子能量与光的频率的关系，E = hf，代入已知数据，可得E = 6.63×10^-34 J·s × 5×10^14 Hz = 3.32×10^-19 J。
将能量转换为电子伏特，1 eV = 1.6×10^-19 J，所以光子的能量为3.32×10^-19 J / 1.6×10^-19 J/eV = 2.075 eV。
考点：光子能量与光的频率的关系，能量单位转换。
2. 问题：某金属的逸出功为3 eV，一束光照射到该金属表面，光的频率为4×10^14 Hz，光的强度为100 W/m^2，求光电效应是否发生。
(完整版)高中物理光电效应知识点
―、光电效应和氢原子光谱知识点一：光电效应现象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，入射光的频率必须大于这个极限频率才能发生光电效应，低于这个极限频率则不能发生光电效应.(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，其随入射光频率的增大而增大—(3)大于极限频率的光照射金属时，光电流强度(反映单位时间内发射出的光电子数的多少)与入射光强度成正比.(4)金属受到光照，光电子的发射一般不超过10-9s.2.光子说爱因斯坦提出：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，光子具有的能量与光的频率成正比，即：£=hv，其中h=6.63X10-34J・s.3.光电效应方程(1)表达式：hv=E k+W0或E k=hv-W Q.(2)物理意义：金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hv，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能E k=2m v2.知识点二：a粒子散射实验与核式结构模型1.卢瑟福的a粒子散射实验装置(如图13-2-1所示)2.实验现象绝大多数a粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但少数a粒子发生了大角度偏转，极少数a粒子甚至被撞了回来.如图13-2-2所示.--'■樓a粒子散射实验的分析图3.原子的核式结构模型在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里,带负电的电子在核外空间绕核旋转.知识点三：氢原子光谱和玻尔理论1光谱(1)光谱：用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱.(2)光谱分类有些光谱是一条条的亮线，这样的光谱叫做线状谱.有的光谱是连在一起的光带，这样的光谱叫做连续谱.(3)氢原子光谱的实验规律.巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式+=R(±—n^)(n=3,4,5,…)，R是里德伯常量，R=1.10X107m-1，n为量子数.2.玻尔理论(1)定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中,在这些能量状态中原子是稳定的,电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量.(2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hv=E—E.(h是普朗克常量，h=6.63X10-34J・s)ymn(3)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应.原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的.点拨：易错提醒(1)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线数为N=C2=n€n2—，一个氢原子跃迁发出可能的光谱线数最多为(n—1).(2)由能级图可知，由于电子的轨道半径不同，氢原子的能级不连续，这种现象叫能量量子化.考点一：对光电效应的理解1•光电效应的实质光子照射到金属表面，某个电子吸收光子的能量使其动能变大，当电子的动能增大到足以克服原子核的引力时，便飞出金属表面成为光电子.2.极限频率的实质光子的能量和频率有关，而金属中电子克服原子核引力需要的能量是一定的，光子的能量必须大于金属的逸出功才能发生光电效应.这个能量的最小值等于这种金属对应的逸出功，所以每种金属都有一定的极限频率.3.对光电效应瞬时性的理解光照射到金属上时，电子吸收光子的能量不需要积累，吸收的能量立即转化为电子的能量，因此电子对光子的吸收十分迅速.4.光电效应方程电子吸收光子能量后从金属表面逸出，其中只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能，根据能量守恒定律，E k=hv—W Q.如图13—2—4所示.5.用光电管研究光电效应(1)常见电路(如图13—2—5所示)——11__/图13-2-5(2)两条线索①通过频率分析：光子频率高一光子能量大一产生光电子的最大初动能大.②通过光的强度分析：入射光强度大一光子数目多一产生的光电子多一光电流大.(3)常见概念辨析NM543［强度一一决定着每秒钟光源发射的光子数昭射光』八［频率——决定着每个光子的能量8=hv'每秒钟逸出的光电子数一一决定着光电光电子，流的强度规律总结：(1) 光电子也是电子，光子的本质是光，注意两者的区别.(2) 在发生光电效应的过程中，并非所有光电子都具有最大初动能，只有从金属表面直接发出的光电子初动能才最大.考点二：氢原子能级和能级跃迁1•氢原子的能级图能级图如图13—2—6所示.-3.4[13.6 图13—2—62.能级图中相关量意义的说明相关量意义能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态定态横线左端的数字“1,2,3…”表示量子数横线右端的数字“一13.6,—3.4…”表示氢原子的能量相邻横线间的距离表示相邻的能量差，量子数越大相邻的能量差越小，距离越小带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁的条件为hv =E —E 3•关于光谱线条数的两点说明(1) 一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数为N =c n =n …n 2~^. (2) 一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n —1).二、核反应和核能知识点一：天然放射现象和衰变1.天然放射现象(1)天然放射现象．元素自发地放出射线的现象,首先由贝可勒尔发现.天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构.(2)放射性和放射性元素．物质发射某种看不见的射线的性质叫放射性•具有放射性的元素叫放射性元素.(3)三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是a射线、B射线、Y射线.(4)放射性同位素的应用与防护.①放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类,放射性同位素的化学性质相同.②应用：消除静电、工业探伤、作示踪原子等.③防护：防止放射性对人体组织的伤害.2．原子核的衰变(1)原子核放出a粒子或卩粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变.(2)分类a衰变：A X^A Z4Y+4He卩衰变：A X-zli Y+^e(3)半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间.半衰期由原子核内部的因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关.点拨：易错提醒(1)半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，对个别或少数原子核，无半衰期可言.(2)原子核衰变时质量数守恒，核反应过程前、后质量发生变化(质量亏损)而释放出核能.知识点二：核反应和核能1.核反应在核物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程.在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒.2.核力核子间的作用力.核力是短程力,作用范围在1.5X10-15m之内，只在相邻的核子间发生作用.3.核能核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量,叫做原子核的结合能，亦称核能.4.质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程E=mc2,原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小Am,这就是质量亏损•由质量亏损可求出释放的核能AE=Amc2.【考点解析：重点突破】考点一：衰变和半衰期2.对半衰期的理解(1)根据半衰期的概念，可总结出公式N严原(2)以,m余=加原(2)以式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子核数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子核数和质量，t表示衰变时间，T表示半衰期(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关.考点二：核反应方程的书写(1)核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接(2)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程.(3)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒；遵循电荷数守恒.考点三：核能的产生和计算1.获得核能的途径(1)重核裂变：重核俘获一个中子后分裂成为两个中等质量的核的反应过程.重核裂变的同时放出几个中子，并释放出大量核能.为了使铀235裂变时发生链式反应，铀块的体积应大于它的临界体积.(2)轻核聚变：某些轻核结合成质量较大的核的反应过程，同时释放出大量的核能，要想使氘核和氚核合成氦核，必须达到几百万度以上的高温，因此聚变反应又叫热核反应.2.核能的计算方法(1)应用AE=Amc2：先计算质量亏损Am,注意Am的单位1u=1.66X10-27kg,1u相当于931.5MeV 的能量，u是原子质量单位.(2)核反应遵守动量守恒和能量守恒定律,因此我们可以结合动量守恒和能量守恒定律来计算核能．规律总结根据A E=A mc2计算核能时，若Am以千克为单位,“c”代入3X108m/s,AE的单位为“J”；若Am以“u”为单位，则由1u c2=931.5MeV得AE=Am X931.5MeV.。
2020年高考物理一轮复习热点题型专题31 光电效应(解析版)
2020届高考物理一轮复习热点题型归纳与变式演练专题31 光电效应【专题导航】目录热点题型一光电效应现象和光电效应方程的应用 (1)热点题型二光电效应的图象问题 (3)（一）对E k－ν图象的理解 (4)（二）对I－U图象的理解 (5)（三）对Uc－ν图象的理解 (7)热点题型三对光的波粒二象性的理解 (8)【题型演练】 (9)【题型归纳】热点题型一光电效应现象和光电效应方程的应用1．对光电效应的四点提醒(1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率．(2)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光．(3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关．(4)光电子不是光子，而是电子．2．两条对应关系(1)光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；(2)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大．3．定量分析时应抓住三个关系式(1)爱因斯坦光电效应方程：E k＝hν－W0.(2)最大初动能与遏止电压的关系：E k＝eU c.(3)逸出功与极限频率的关系：W0＝hνc.4．区分光电效应中的四组概念(1)光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子．(2)光电子的动能与光电子的最大初动能：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初动能，只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能．(3)光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关．(4)入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量．【例1】(2018·高考全国卷Ⅱ)用波长为300 nm 的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19 J ．已知普朗克常量为6.63×10－34J·s ，真空中的光速为3.00×108 m·s －1.能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为( ) A ．1×1014 Hz B ．8×1014 Hz C ．2×1015 Hz D ．8×1015 Hz【答案】B【解析】设单色光的最低频率为v 0，由E k ＝hv －W 0知E k ＝hv 1－W 0,0＝hv 0－W 0，又知v 1＝c λ，整理得v 0＝c λ－E kh，代入数据解得v 0≈8×1014 Hz. 【变式1】．(2019·山东泰安检测)如图所示是光电管的原理图，已知当有波长为λ0的光照到阴极K 上时，电 路中有光电流，则( )A ．若增加电路中电源电压，电路中光电流一定增大B ．若将电源极性反接，电路中一定没有光电流产生C ．若换用波长为λ1(λ1>λ0)的光照射阴极K 时，电路中一定没有光电流D ．若换用波长为λ2(λ2<λ0)的光照射阴极K 时，电路中一定有光电流 【答案】D【解析】光电流的强度与入射光的强度有关，当光越强时，光电子数目会增多，初始时电压增加光电流可能会增加，当达到饱和光电流后，再增大电压，光电流不会增大，故A 错误；将电路中电源的极性反接，电子受到电场阻力，到达A极的数目会减小，则电路中电流会减小，甚至没有电流，故B错误；波长为λ1(λ1>λ0)的光的频率有可能大于极限频率，电路中可能有光电流，故C错误；波长为λ2(λ2<λ0)的光的频率一定大于极限频率，电路中一定有光电流，故D正确．【变式2】(2017·高考全国卷Ⅲ)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为U a和U b、光电子的最大初动能分别为E k a和E k b.h为普朗克常量．下列说法正确的是()A．若νa>νb，则一定有U a<U b B．若νa>νb，则一定有E k a>E k bC．若U a<U b，则一定有E k a<E k b D．若νa>νb，则一定有hνa－E k a>hνb－E k b【答案】BC【解析】由爱因斯坦光电效应方程E km＝hν－W0，又由动能定理有E km＝eU c，当νa>νb时，E k a>E k b，U a>U b，A错误，B正确；若U a<U b，则有E k a<E k b，C正确；同种金属的逸出功不变，则W0＝hν－E km不变，D错误．热点题型二光电效应的图象问题图象名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量最大初动能E k与入射光频率ν的关系图线①极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc②逸出功：图线与E k轴交点的纵坐标的值W0＝|－E|＝E③普朗克常量：图线的斜率k＝h颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系②饱和光电流I m：电流的最大值③最大初动能：E km＝eU c颜色不同时，光电流与电压的关系①遏止电压U c1、U c2②饱和光电流③最大初动能E k1＝eU c1，E k2＝eU c2遏止电压U c与入射光频率ν的关系图线①截止频率νc：图线与横轴的交点②遏止电压U c：随入射光频率的增大而增大③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电量的乘积，即h＝ke.(注：此时两极之间接反向电压)（一）对E k－ν图象的理解由E k－ν图象可以得到的信息(1)极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc.(2)逸出功：图线与E k轴交点的纵坐标的绝对值E＝W0.(3)普朗克常量：图线的斜率k＝h.【例2】．(2019·南平市检测)用如图甲所示的装置研究光电效应现象．闭合电键S，用频率为ν的光照射光电管时发生了光电效应．图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能E k与入射光频率ν的关系图象，图线与横轴的交点坐标为(a,0)，与纵轴的交点坐标为(0，－b)，下列说法中正确的是()A．普朗克常量为h＝abB．断开电键S后，电流表G的示数不为零C．仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大D．保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表G的示数保持不变【答案】 B【解析】由hν＝W0＋E k，变形得E k＝hν－W0，可知图线的斜率为普朗克常量，即h＝ba，故A错误；断开电键S后，仍有光电子产生，所以电流表G的示数不为零，故B正确；只有增大入射光的频率，才能增大光电子的最大初动能，与光的强度无关，故C错误；保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，单个光子的能量增大，而光的强度不变，那么光子数一定减少，发出的光子数也减少，电流表G的示数要减小，故D错误．【变式1】(多选)如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点坐标4.27，与纵轴交点坐标0.5)．由图可知()A．该金属的截止频率为4.27×1014 Hz B．该金属的截止频率为5.5×1014 HzC．该图线的斜率表示普朗克常量D．该金属的逸出功为0.5 eV【答案】AC【解析】图线在横轴上的截距为截止频率，A正确、B错误；由光电效应方程E k＝hν－W0，可知图线的斜率为普朗克常量，C正确；金属的逸出功为：W0＝hν0＝6.63×10－34×4.27×10141.6×10－19eV≈1.77 eV，D错误．【变式2】.(多选)(2019·山东天成大联考)某种金属发生光电效应时，光电子的最大初动能E k与入射光频率ν的关系如图所示，E、ν0为已知量，由图线信息可知()A．逸出功W0＝E B．图象的斜率表示普朗克常量的倒数C．图中E与ν0的值与入射光的强度、频率均无关D．若入射光频率为3ν0，则光电子的最大初动能为3E 【答案】AC【解析】根据光电效应方程有E k＝hν－W0，根据数学函数知图象与纵坐标的交点表示逸出功，所以逸出功W0＝E，图象的斜率表示普朗克常量，故A正确，故B错误；逸出功和极限频率的大小与入射光的强度、频率均无关，由金属本身决定，故C正确；根据光电效应方程：E k＝hν－W0，当入射光频率为3ν0，则光电子的最大初动能为2E，故D错误．（二）对I－U图象的理解由I－U图象可以得到的信息(1)遏止电压U c ：图线与横轴的交点的绝对值． (2)饱和光电流I m ：电流的最大值． (3)最大初动能：E km ＝eU c .【例2】(2019·河南新乡模拟)如图甲所示，用频率为ν0的光照射某种金属发生光电效应，测出光电流i 随电 压U 的变化图象如图乙所示，已知普朗克常量为h ，光电子带电荷量为e .下列说法中正确的是 ( )A. 入射光越强，光电子的能量越高 B ．光电子的最大初动能为hν0C ．该金属的逸出功为hν0—eU 0D ．用频率为eU 0h 的光照射该金属时不可能发生光电效应【答案】C【解析】根据光电效应的规律可知，入射光的频率越大，则逸出光电子的能量越大，与光强无关，选项A 错误；根据光电效应的规律，光电子的最大初动能为E km ＝hν0－W 逸出功，选项B 错误；由图象可知E km ＝ eU 0，则该金属的逸出功为hν0－eU 0，选项C 正确；频率为eU 0h 的光的能量为hν＝ eU 0，当大于金属的逸出功(hν0－eU 0)时，同样可发生光电效应，选项D 错误；故选C.【变式】．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三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图所示．则可判断出( )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对应的光电子最大初动能 【答案】B【解析】由图象知，甲、乙光对应的遏止电压相等，由eU c ＝E k 和hν＝W 0＋E k 得甲、乙光频率相等，A 错误；丙光的频率大于乙光的频率，则丙光的波长小于乙光的波长，B 正确；由hνc ＝W 0得甲、乙、丙光对应的截止频率相同，C 错误；由光电效应方程知，甲光对应的光电子最大初动能小于丙光对应的光电子最大初动能，D 错误．（三）对Uc －ν图象的理解 由U c －ν图象可以得到的信息(1)截止频率νc ：图线与横轴的交点．(2)遏止电压U c ：随入射光频率的增大而增大．(3)普朗克常量h ：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h ＝ke .(注：此时两极之间接反向电压) 【例4】．(多选)(2019·重庆万州月考)某金属在光的照射下产生光电效应，其遏止电压U c 与入射光频率ν的关系图象如图所示．则由图象可知 ( )A ．该金属的逸出功等于hν0B ．遏止电压是确定的，与入射光的频率无关C ．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为hν0D ．入射光的频率为3ν0时，产生的光电子的最大初动能为hν0 【答案】AC【解析】当遏止电压为零时，最大初动能为零，则入射光的能量等于逸出功，所以W 0＝hν0，故选项A 正确；根据光电效应方程E km ＝hν－W 0和－eU c ＝0－E km 得，U c ＝h e ν－W 0e ，可知当入射光的频率大于极限频率时，遏止电压与入射光的频率成线性关系，故选项B 错误；从图象上可知， 逸出功W 0＝hν0.根据光电效应方程E km ＝h ·2ν0－W 0＝hν0，故选项C 正确；E km ＝h ·3ν0－W 0＝2hν0，故选项D 错误．【变式】. 在某次光电效应实验中，得到的遏止电压U c 与入射光的频率ν的关系如图所示．若该直线的斜率和纵轴截距分别为k 和b ，电子电荷量的绝对值为e ，则普朗克常量可表示为________，所用材料的逸出功可表示为________．【答案】ek －eb【解析】根据光电效应方程E km ＝hν－W 0及E km ＝eU c 得U c ＝hνe －W0e ，故h e ＝k ，b ＝－W 0e ，得h ＝ek ，W 0＝－eb .热点题型三 对光的波粒二象性的理解 对波粒二象性的理解项目 内容说明光的粒子性(1)当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子性(2)少量或个别光子容易显示出光的粒子性 粒子的含义是“不连续的”“一份一份的”，光子不同于宏观观念的粒子光的波动性(1)足够能量的光在传播时，表现出波动的性质(2)光是一种概率波，即光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可用波动规律来描述 光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的，光的波动性不同于宏观概念的波波和粒子的对立与统一宏观世界：波和粒子是相互对立的概念微观世界：波和粒子是统一的．光子说并未否定波动性，光子能量E ＝hν＝hcλ，其中，ν和λ就是描述波的两个物理量【例5】1927年戴维逊和革末完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一．如图所示的是该实验装置的简化图，下列说法正确的是( )A ．亮条纹是电子到达概率大的地方B ．该实验说明物质波理论是正确的C ．该实验再次说明光子具有波动性D ．该实验说明实物粒子具有波动性 【答案】ABD.【解析】电子属于实物粒子，电子衍射实验说明电子具有波动性，说明物质波理论是正确的，与光的波动性无关，B 、D 正确，C 错误；物质波也是概率波，亮条纹是电子到达概率大的地方，A 正确． 【变式1】实物粒子和光都具有波粒二象性．下列事实中突出体现波动性的是( )A ．电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样B ．β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹C ．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构D ．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构 【答案】 ACD【解析】 电子束通过双缝产生干涉图样，体现的是波动性，A 正确；β射线在云室中留下清晰的径迹，不能体现波动性，B 错误；衍射体现的是波动性，C 正确；电子显微镜利用了电子束波长短的特性，D 正确． 【变式2】关于物质的波粒二象性，下列说法正确的是 ( )A ．光的波长越短，光子的能量越大，光的粒子性越明显B ．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性C ．光电效应现象揭示了光的粒子性D ．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性 【答案】ABC【解析】据ν＝cλ可知光的波长越短则频率越大，据E ＝hν可知光能量越大，A 正确；波粒二象性是微观世界特有的规律，一切运动的微粒都具有波粒二象性，B 正确；光电效应现象说明光具有粒子性，C 正确；由德布罗意理论知，宏观物体的德布罗意波的波长太小，实际很难观察到波动性，但仍具有波粒二象性，D 错误． 【题型演练】1．用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在， 如图所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片．这些照片说明( )A ．光只有粒子性没有波动性B ．光只有波动性没有粒子性C ．少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性D ．少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性 【答案】D【解析】光具有波粒二象性，这些照片说明少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性，故D正确．2．用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，则() A．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变B．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能减小C．逸出的光电子数不变，光电子的最大初动能减小D．光的强度减弱到某一数值，就没有光电子逸出了【答案】A【解析】光的频率不变，表示光子能量不变，光的强度减弱，仍会有光电子从该金属表面逸出，逸出的光电子的最大初动能也不变；而减弱光的强度，逸出的光电子数就会减少，选项A正确．3．在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面，都能发生光电效应．对于这两个过程，下列四个物理过程中，一定相同的是()A．遏止电压B．饱和光电流C．光电子的最大初动能D．逸出功【答案】B【解析】同一种单色光照射不同的金属，入射光的频率和光子能量一定相同，金属逸出功不同，根据光电效应方程E km＝hν－W0知，最大初动能不同，则遏止电压不同；同一种单色光照射，入射光的强度相同，所以饱和光电流相同．故选项B正确．4．(2019·西藏拉萨中学六次月考)关于光电效应的规律，下面说法正确的是()A．当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，入射光的频率越高，产生的光电子最大初动能也就越大B．当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，如果入射光的强度减弱，从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加C．对某金属来说，入射光波长必须大于一极限值才能产生光电效应D．同一频率的光照射不同的金属，如果都能产生光电效应，则所有金属产生的光电子的最大初动能一定相同【答案】A【解析】根据光电效应方程E km＝hν－W0，知入射光的频率越高，产生的光电子的最大初动能越大，故A 正确．光电效应具有瞬时性，入射光的强度不影响发出光电子的时间间隔，故B错误．发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，即入射光的波长小于金属的极限波长，故C错误．不同的金属逸出功不同，根据光电效应方程E km＝hν－W0，知同一频率的光照射不同金属，如果都能产生光电效应，光电子的最大初动能不同，故D 错误．5.(2019·北京朝阳模拟)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最大初动能增大，可以( )A ．改用红光照射B ．改用紫光照射C ．改用蓝光照射D ．增加绿光照射时间【答案】BC.【解析】光电子的最大初动能与照射时间或照射强度无关，而与入射光子的能量有关，入射光子的能量越大，光电子从阴极逸出时最大初动能越大，所以本题中可以改用比绿光光子能量更大的紫光、蓝光照射，以增大光电子从阴极逸出时的最大初动能．6. (2019·河北保定模拟)如图所示，这是一个研究光电效应的电路图，下列叙述中正确的是( )A ．只调换电源的极性，移动滑片P ，当电流表示数为零时，电压表示数为遏止电压U 0的数值B ．保持光照条件不变，滑片P 向右滑动的过程中，电流表示数将一直增大C ．不改变光束颜色和电路，增大入射光束强度，电流表示数会增大D ．阴极K 需要预热，光束照射后需要一定的时间才会有光电流【答案】AC.【解析】只调换电源的极性，移动滑片P ，电场力对电子做负功，当电流表示数为零时，则有eU ＝12mv 2m，那么电压表示数为遏止电压U 0的数值，故A 项正确；当其他条件不变，P 向右滑动，加在光电管两端的电压增加，光电子运动更快，由I ＝q t得电流表读数变大，若电流达到饱和电流，则电流表示数不会增大，B 项错误；只增大入射光束强度时，单位时间内光电子数变多，电流表示数变大，C 项正确；因为光电效应的发生是瞬间的，阴极K 不需要预热，所以D 项错误．7.(2019·哈尔滨六中二次模拟)某半导体激光器发射波长为1.5×10－6 m ，功率为5.0×10－3 W 的连续激光．已 知可见光波长的数量级为10－7 m ，普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s ，该激光器发出的 ( ) A ．是紫外线 B ．是红外线C ．光子能量约为1.3×10－13 JD ．光子数约为每秒3.8×1016个【答案】BD【解析】波长的大小大于可见光的波长，属于红外线，故A错误，B正确．光子能量E＝h cλ＝6.63×10－34×3×1081.5×10－6J＝1.326×10－19 J，故C错误．每秒钟发出的光子数n＝PtE≈3.8×1016，故D正确．9.(2019·辽宁鞍山一中模拟)按如图的方式连接电路，当用紫光照射阴极K时，电路中的微安表有示数．则下列正确的叙述是()A. 如果仅将紫光的光强减弱一些，则微安表可能没有示数B．仅将滑动变阻器的触头向右滑动一些，则微安表的示数一定增大C．仅将滑动变阻器的触头向左滑动一些，则微安表的示数可能不变D．仅将电源的正负极对调，则微安表仍可能有示数【答案】CD【解析】如果仅将紫光的光强减弱一些，则单位时间内逸出的光电子数减小，则微安表示数减小，选项A 错误；饱和光电流与入射光的强度有关，仅将滑动变阻器的触头向右滑动，不改变光的强度，则微安表的示数不一定增大；同理仅将滑动变阻器的触头向左滑动一些，则微安表的示数可能不变，故B错误，C正确．将电路中电源的极性反接后，即加上反向电压，若光电子的动能足够大，电路中还有光电流，微安表仍可能有示数，故D正确10. (2019·河北保定模拟)如图所示，这是一个研究光电效应的电路图，下列叙述中正确的是()A．只调换电源的极性，移动滑片P，当电流表示数为零时，电压表示数为遏止电压U0的数值B．保持光照条件不变，滑片P向右滑动的过程中，电流表示数将一直增大C．不改变光束颜色和电路，增大入射光束强度，电流表示数会增大D ．阴极K 需要预热，光束照射后需要一定的时间才会有光电流【答案】AC.【解析】只调换电源的极性，移动滑片P ，电场力对电子做负功，当电流表示数为零时，则有eU ＝12mv 2m，那么电压表示数为遏止电压U 0的数值，故A 项正确；当其他条件不变，P 向右滑动，加在光电管两端的电压增加，光电子运动更快，由I ＝q t得电流表读数变大，若电流达到饱和电流，则电流表示数不会增大，B 项错误；只增大入射光束强度时，单位时间内光电子数变多，电流表示数变大，C 项正确；因为光电效应的发生是瞬间的，阴极K 不需要预热，所以D 项错误．。
高三新教材物理知识点总结
高三新教材物理知识点总结一、光电效应光电效应是指当光照射到金属上时，金属会释放出电子的现象。
光电效应是经典物理理论无法解释的现象，必须使用光的粒子性来解释。
光的粒子被称为光子，它具有能量和动量。
1. 光电效应的条件光电效应发生的条件包括光照强度、光的频率和金属的性质。
只有光照强度达到一定的阈值，光的频率大于金属的截止频率（光子能量大于金属的束缚能），金属才会发生光电效应。
2. 光电效应的公式光电效应的能量守恒公式为：光子能量 = 电子的最大动能 + 逸出功。
可以用以下公式表示：E = hf = φ + KE其中E为光子的能量，h为普朗克常数，f为光的频率，φ为金属的逸出功，KE为电子的动能。
3. 光电效应的应用光电效应在实际生活中有广泛的应用，如光电池、太阳能电池等。
光电效应还被应用于光电管、光电倍增管等装置中，用于光信号的探测和增强。
二、运动学运动学是研究物体运动规律的学科，它描述和解释物体在运动过程中的位置、速度和加速度等重要参数。
1. 匀速直线运动匀速直线运动是指物体在相等时间内位移相等的运动。
它的特点是速度大小和方向保持不变。
位移与速度之间的关系可以通过公式：位移 = 速度 ×时间来计算。
2. 平抛运动平抛运动是指物体在一个平面上做抛体运动的情况。
平抛运动可以分为水平方向和竖直方向的分解运动。
在忽略空气阻力的情况下，水平方向的速度不变，竖直方向受重力的影响而变化。
3. 自由落体运动自由落体运动是指物体在只受重力作用下的运动。
自由落体运动的特点是加速度恒定，并且方向向下。
自由落体运动可以用以下公式描述：速度 = 加速度 ×时间、位移 = 初速度 ×时间 + 1/2 ×加速度 ×时间的平方。
三、力学力学是研究物体运动和相互作用的学科，它包括质点力学和刚体力学两个方面。
1. 牛顿三定律牛顿三定律是力学的基础定律，描述了物体受力情况的规律。
第一定律是惯性定律，即物体在没有外力作用时保持静止或匀速直线运动。
高考光电效应知识点总结
高考光电效应知识点总结光电效应作为物理学中的一个重要概念，常常是高考中出现的重点内容之一。
它描述的是当光照射到金属表面时，光子的能量会使得金属表面的电子被激发并被释放出来的现象。
在这篇文章中，我将对高考光电效应的知识点进行总结，帮助读者更好地理解这一概念。
1. 光电效应的基本原理光电效应的基本原理是：当光照射到金属表面时，光子的能量会使得金属表面的束缚电子克服电场力的束缚，从而逸出金属表面，并形成电子束流。
这个现象是由爱因斯坦在1905年提出的，并对量子论的发展产生了重要影响。
通过实验，我们可以进一步了解光电效应的性质和规律。
2. 光电效应的关键参数光电效应中涉及的关键参数有光电子的最大动能、截止频率和光电子的动量。
光电子的最大动能取决于光子的能量。
当光子的能量大于等于金属的逸出功时，才可以克服金属表面对电子的束缚力，产生光电子。
而截止频率是指使光电效应达到饱和的最低频率。
当光的频率低于截止频率时，无论光的强度多大，都无法触发光电效应。
3. 光电效应的实验装置在实验中，我们可以使用光电效应的实验装置来研究光电效应。
实验装置通常包括光源、金属样品和电路部分。
光源可以是氢银光源、钠光源等，用来提供光子。
金属样品作为光电效应的目标物，可以是锌、铜、铝等金属。
电路部分用来测量光电子的最大动能和光电流。
通过调节实验装置中的不同参数，我们可以观察到光电效应的发生与变化。
4. 光电效应的应用领域光电效应不仅是一种基本的物理现象，也在各个领域中具有广泛的应用。
在太阳能领域中，我们利用光电效应来转化太阳光直接为电能。
而在光电子学领域中，我们可以利用光电效应来制造光电二极管、光电倍增管等器件。
此外，光电效应还被应用于红外线探测、光电子显微镜以及光电子材料等方面。
因此，光电效应的研究和应用对于推动科学技术的发展具有重要意义。
5. 光电效应与经典物理的矛盾光电效应的发现不仅仅是一个重要的实验结果，也对经典物理学提出了挑战。
2020年高考物理考点题型归纳与训练专题十八近代物理(含解析)
2020 高考物理二轮复习题型概括与训练专题十八近代物理题型一 光电效应的实验规律【规律方法】 应用光电效应方程时的注意事项(1) 每种金属都有一个截止频次，入射光频次大于这个截止频次时才能发生光电效应。
(2) 截止频次对应着光的极限波长和金属的逸出功，即cc＝ W 0。
h ν＝ h λc(3) 应用光电效应方程 k(1 eV ＝ 1.6 －19J)。
E ＝h ν－ W 时，注意能量单位电子伏和焦耳的换算×10 【典例 5】．(2019 ·哈尔滨三中二模 )(多项选择 )图甲是研究光电效应的电路图，图乙是用 a 、 b 、 c光照耀光电管获得的 I -U 图线， U c1、U c2 表示制止电压，以下说法正确的选项是 ()A ．在光照条件不变的状况下，跟着所加电压的增大，光电流向来会增添B ． a 、 c 光的频次相等C ．光电子的能量只与入射光的强弱相关，而与入射光的频次没关D ． a 光的波长大于 b 光的波长【分析】在光照条件不变的状况下，跟着所加电压的增大，光电流会先增添后不变， A错误；当光电流为零时，光电管两头加的电压为制止电压，依据 eU c ＝ h ν－ W 0，入射光的频次越高，对应的制止电压U c 越大， a 、 c 两光的制止电压相等，且小于b 光的制止电压，因此 a 、c 两光的频次相等且小于b 光的频次，依据 λ＝ c，可知 a 光的波长大于 b 光的波长，νB 、 D 正确；光电子的能量只与入射光的频次相关，而与入射光的强弱没关，C 错误。
【答案】BD题型二、原子核的衰变与半衰期【典例 1】 (2019 ·陕西咸阳高三第二次摸底)23290Th 拥有放射性，经以下连续衰变过程，最后208232228228228208生成稳固的 82 Pb： 90 Th→88 Ra→ 89Ac→90Th→ →82 Pb.以下说法正确的选项是 ()232228A. 90Th 和90 Th 属于放射性同位素，其原子核内中子数同样，质子数不一样228Ra 发生β衰变后变为228228原子核内有β粒子B. 8889 Ac，说明 88 Ra228C. 88 Ra 的半衰期约为 6.7 年，将该元素混杂到其余稳固元素中，半衰期将增大D．整个衰变过程共发生 6 次α衰变和 4 次β衰变232228拥有同样的质子数，属于放射性同位素，其原子核内质子数同样，【分析】： 90 Th和 90 Th中子数不一样，故228228228A 错误；88 Ra 发生β衰变后变为89Ac，是88 Ra 原子核内一此中子转变为一个质子并放出电子，并不是原子核内有电子，故 B 错误；元素的半衰期不随物理和化学状态的改变而改变，故 C 错误；β衰变质量数不变，故232－ 208＝ 4x，则 x＝ 6，发生 6 次α衰变，依据电荷数守恒可知90－ 82＝2x－ y，获得 y＝ 4，故发生 4 次β衰变，故 D 正确．【答案】： D题型三、原子能级与跃迁【规律方法】1．氢原子的能级跃迁(1) 氢原子从低能级向高能级跃迁：汲取必定频次的光子，当光子的能量知足hν＝ E 末－ E 初时，才能被某一个原子汲取，不然不汲取。
2020年高考物理一轮复习专题12.2 光电效应 波粒二象性(讲)(解析版)
专题12.2 光电效应波粒二象性1.知道什么是光电效应，理解光电效应的实验规律.2.会利用光电效应方程计算逸出功、极限频率、最大初动能等物理量.3.知道光的波粒二象性，知道物质波的概念．知识点一光电效应波粒二象性1．光电效应(1)定义：在光的照射下从金属表面发射出电子的现象(发射出的电子称为光电子)。
(2)产生条件：入射光的频率大于金属极限频率。
(3)光电效应规律①存在着饱和电流：对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。
②存在着遏止电压和截止频率：光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关。
当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应。
③光电效应具有瞬时性：当频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，几乎在照到金属时立即产生光电流，时间不超过10－9 s。
2．光电效应方程(1)基本物理量①光子的能量ε＝hν，其中h＝6.626×10－34 J·s(称为普朗克常量)。
②逸出功：使电子脱离某种金属所做功的最小值。
③最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有动能的最大值。
(2)光电效应方程：E k＝hν－W0。
【知识拓展】与光电效应有关的五组概念对比1．光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子。
光子是光电效应的因，光电子是果。
2．光电子的动能与光电子的最大初动能：光照射到金属表面时，电子吸收光子的全部能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能。
光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能。
3．光电流与饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。
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2020年高考物理热点题型归纳与精讲-专题31 光电效应【专题导航】目录热点题型一光电效应现象和光电效应方程的应用 (1)热点题型二光电效应的图象问题 (3)（一）对E k－ν图象的理解 (4)（二）对I－U图象的理解 (5)（三）对Uc－ν图象的理解 (7)热点题型三对光的波粒二象性的理解 (8)【题型演练】 (9)【题型归纳】热点题型一光电效应现象和光电效应方程的应用1．对光电效应的四点提醒(1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率．(2)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光．(3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关．(4)光电子不是光子，而是电子．2．两条对应关系(1)光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；(2)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大．3．定量分析时应抓住三个关系式(1)爱因斯坦光电效应方程：E k＝hν－W0.(2)最大初动能与遏止电压的关系：E k＝eU c.(3)逸出功与极限频率的关系：W0＝hνc.4．区分光电效应中的四组概念(1)光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子．(2)光电子的动能与光电子的最大初动能：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初动能，只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能．(3)光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关． (4)入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量．【例1】(2018·高考全国卷Ⅱ)用波长为300 nm 的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19 J ．已知普朗克常量为6.63×10－34J·s ，真空中的光速为3.00×108 m·s －1.能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为( ) A ．1×1014 Hz B ．8×1014 Hz C ．2×1015 Hz D ．8×1015 Hz【答案】B【解析】设单色光的最低频率为v 0，由E k ＝hv －W 0知E k ＝hv 1－W 0,0＝hv 0－W 0，又知v 1＝c λ，整理得v 0＝c λ－E kh，代入数据解得v 0≈8×1014 Hz. 【变式1】．(2019·山东泰安检测)如图所示是光电管的原理图，已知当有波长为λ0的光照到阴极K 上时，电路中有光电流，则( )A ．若增加电路中电源电压，电路中光电流一定增大B ．若将电源极性反接，电路中一定没有光电流产生C ．若换用波长为λ1(λ1>λ0)的光照射阴极K 时，电路中一定没有光电流D ．若换用波长为λ2(λ2<λ0)的光照射阴极K 时，电路中一定有光电流 【答案】D【解析】光电流的强度与入射光的强度有关，当光越强时，光电子数目会增多，初始时电压增加光电流可能会增加，当达到饱和光电流后，再增大电压，光电流不会增大，故A 错误；将电路中电源的极性反接，电子受到电场阻力，到达A极的数目会减小，则电路中电流会减小，甚至没有电流，故B错误；波长为λ1(λ1>λ0)的光的频率有可能大于极限频率，电路中可能有光电流，故C错误；波长为λ2(λ2<λ0)的光的频率一定大于极限频率，电路中一定有光电流，故D正确．【变式2】(2017·高考全国卷Ⅱ)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为U a和U b、光电子的最大初动能分别为E k a和E k b.h为普朗克常量．下列说法正确的是()A．若νa>νb，则一定有U a<U b B．若νa>νb，则一定有E k a>E k bC．若U a<U b，则一定有E k a<E k b D．若νa>νb，则一定有hνa－E k a>hνb－E k b【答案】BC【解析】由爱因斯坦光电效应方程E km＝hν－W0，又由动能定理有E km＝eU c，当νa>νb时，E k a>E k b，U a>U b，A错误，B正确；若U a<U b，则有E k a<E k b，C正确；同种金属的逸出功不变，则W0＝hν－E km不变，D错误．热点题型二光电效应的图象问题（一）对E k－ν图象的理解由E k－ν图象可以得到的信息(1)极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc.(2)逸出功：图线与E k轴交点的纵坐标的绝对值E＝W0.(3)普朗克常量：图线的斜率k＝h.【例2】．(2019·南平市检测)用如图甲所示的装置研究光电效应现象．闭合电键S，用频率为ν的光照射光电管时发生了光电效应．图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能E k与入射光频率ν的关系图象，图线与横轴的交点坐标为(a,0)，与纵轴的交点坐标为(0，－b)，下列说法中正确的是()A．普朗克常量为h＝abB．断开电键S后，电流表G的示数不为零C．仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大D．保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表G的示数保持不变【答案】B【解析】由hν＝W0＋E k，变形得E k＝hν－W0，可知图线的斜率为普朗克常量，即h＝ba，故A错误；断开电键S后，仍有光电子产生，所以电流表G的示数不为零，故B正确；只有增大入射光的频率，才能增大光电子的最大初动能，与光的强度无关，故C错误；保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，单个光子的能量增大，而光的强度不变，那么光子数一定减少，发出的光子数也减少，电流表G的示数要减小，故D错误．【变式1】(多选)如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点坐标4.27，与纵轴交点坐标0.5)．由图可知()A．该金属的截止频率为4.27×1014 Hz B．该金属的截止频率为5.5×1014 HzC．该图线的斜率表示普朗克常量D．该金属的逸出功为0.5 eV【答案】AC【解析】图线在横轴上的截距为截止频率，A正确、B错误；由光电效应方程E k＝hν－W0，可知图线的斜率为普朗克常量，C正确；金属的逸出功为：W0＝hν0＝6.63×10－34×4.27×10141.6×10－19eV≈1.77 eV，D错误．【变式2】.(多选)(2019·山东天成大联考)某种金属发生光电效应时，光电子的最大初动能E k与入射光频率ν的关系如图所示，E、ν0为已知量，由图线信息可知()A．逸出功W0＝E B．图象的斜率表示普朗克常量的倒数C．图中E与ν0的值与入射光的强度、频率均无关D．若入射光频率为3ν0，则光电子的最大初动能为3E 【答案】AC【解析】根据光电效应方程有E k＝hν－W0，根据数学函数知图象与纵坐标的交点表示逸出功，所以逸出功W0＝E，图象的斜率表示普朗克常量，故A正确，故B错误；逸出功和极限频率的大小与入射光的强度、频率均无关，由金属本身决定，故C正确；根据光电效应方程：E k＝hν－W0，当入射光频率为3ν0，则光电子的最大初动能为2E，故D错误．（二）对I－U图象的理解由I－U图象可以得到的信息(1)遏止电压U c ：图线与横轴的交点的绝对值． (2)饱和光电流I m ：电流的最大值． (3)最大初动能：E km ＝eU c .【例2】(2019·河南新乡模拟)如图甲所示，用频率为ν0的光照射某种金属发生光电效应，测出光电流i 随电 压U 的变化图象如图乙所示，已知普朗克常量为h ，光电子带电荷量为e .下列说法中正确的是 ( )A. 入射光越强，光电子的能量越高 B ．光电子的最大初动能为hν0C ．该金属的逸出功为hν0—eU 0D ．用频率为eU 0h 的光照射该金属时不可能发生光电效应【答案】C【解析】根据光电效应的规律可知，入射光的频率越大，则逸出光电子的能量越大，与光强无关，选项A 错误；根据光电效应的规律，光电子的最大初动能为E km ＝hν0－W 逸出功，选项B 错误；由图象可知E km ＝ eU 0，则该金属的逸出功为hν0－eU 0，选项C 正确；频率为eU 0h 的光的能量为hν＝ eU 0，当大于金属的逸出功(hν0－eU 0)时，同样可发生光电效应，选项D 错误；故选C.【变式】．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三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图所示．则可判断出( )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对应的光电子最大初动能 【答案】B【解析】由图象知，甲、乙光对应的遏止电压相等，由eU c ＝E k 和hν＝W 0＋E k 得甲、乙光频率相等，A 错误；丙光的频率大于乙光的频率，则丙光的波长小于乙光的波长，B 正确；由hνc ＝W 0得甲、乙、丙光对应的截止频率相同，C 错误；由光电效应方程知，甲光对应的光电子最大初动能小于丙光对应的光电子最大初动能，D 错误．（三）对Uc －ν图象的理解 由U c －ν图象可以得到的信息(1)截止频率νc ：图线与横轴的交点．(2)遏止电压U c ：随入射光频率的增大而增大．(3)普朗克常量h ：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h ＝ke .(注：此时两极之间接反向电压) 【例4】．(多选)(2019·重庆万州月考)某金属在光的照射下产生光电效应，其遏止电压U c 与入射光频率ν的关系图象如图所示．则由图象可知 ( )A ．该金属的逸出功等于hν0B ．遏止电压是确定的，与入射光的频率无关C ．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为hν0D ．入射光的频率为3ν0时，产生的光电子的最大初动能为hν0 【答案】AC【解析】当遏止电压为零时，最大初动能为零，则入射光的能量等于逸出功，所以W 0＝hν0，故选项A 正确；根据光电效应方程E km ＝hν－W 0和－eU c ＝0－E km 得，U c ＝h e ν－W 0e，可知当入射光的频率大于极限频率时，遏止电压与入射光的频率成线性关系，故选项B 错误；从图象上可知， 逸出功W 0＝hν0.根据光电效应方程E km ＝h ·2ν0－W 0＝hν0，故选项C 正确；E km ＝h ·3ν0－W 0＝2hν0，故选项D 错误．【变式】. 在某次光电效应实验中，得到的遏止电压U c 与入射光的频率ν的关系如图所示．若该直线的斜率和纵轴截距分别为k 和b ，电子电荷量的绝对值为e ，则普朗克常量可表示为________，所用材料的逸出功可表示为________．【答案】ek －eb【解析】根据光电效应方程E km ＝hν－W 0及E km ＝eU c 得U c ＝hνe －W 0e ，故h e ＝k ，b ＝－W 0e ，得h ＝ek ，W 0＝－eb .热点题型三 对光的波粒二象性的理解 对波粒二象性的理解【例5】1927年戴维逊和革末完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一．如图所示的是该实验装置的简化图，下列说法正确的是( )A ．亮条纹是电子到达概率大的地方B ．该实验说明物质波理论是正确的C ．该实验再次说明光子具有波动性D ．该实验说明实物粒子具有波动性 【答案】ABD.【解析】电子属于实物粒子，电子衍射实验说明电子具有波动性，说明物质波理论是正确的，与光的波动性无关，B 、D 正确，C 错误；物质波也是概率波，亮条纹是电子到达概率大的地方，A 正确． 【变式1】实物粒子和光都具有波粒二象性．下列事实中突出体现波动性的是( )A ．电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样B ．β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹C ．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构D ．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构 【答案】 ACD【解析】 电子束通过双缝产生干涉图样，体现的是波动性，A 正确；β射线在云室中留下清晰的径迹，不能体现波动性，B 错误；衍射体现的是波动性，C 正确；电子显微镜利用了电子束波长短的特性，D 正确． 【变式2】关于物质的波粒二象性，下列说法正确的是 ( )A ．光的波长越短，光子的能量越大，光的粒子性越明显B ．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性C ．光电效应现象揭示了光的粒子性D ．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性 【答案】ABC【解析】据ν＝cλ可知光的波长越短则频率越大，据E ＝hν可知光能量越大，A 正确；波粒二象性是微观世界特有的规律，一切运动的微粒都具有波粒二象性，B 正确；光电效应现象说明光具有粒子性，C 正确；由德布罗意理论知，宏观物体的德布罗意波的波长太小，实际很难观察到波动性，但仍具有波粒二象性，D 错误．【题型演练】1．用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在， 如图所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片．这些照片说明( )A ．光只有粒子性没有波动性B ．光只有波动性没有粒子性C．少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性D．少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性【答案】D【解析】光具有波粒二象性，这些照片说明少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性，故D 正确．2．用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，则() A．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变B．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能减小C．逸出的光电子数不变，光电子的最大初动能减小D．光的强度减弱到某一数值，就没有光电子逸出了【答案】A【解析】光的频率不变，表示光子能量不变，光的强度减弱，仍会有光电子从该金属表面逸出，逸出的光电子的最大初动能也不变；而减弱光的强度，逸出的光电子数就会减少，选项A正确．3．在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面，都能发生光电效应．对于这两个过程，下列四个物理过程中，一定相同的是()A．遏止电压B．饱和光电流C．光电子的最大初动能D．逸出功【答案】B【解析】同一种单色光照射不同的金属，入射光的频率和光子能量一定相同，金属逸出功不同，根据光电效应方程E km＝hν－W0知，最大初动能不同，则遏止电压不同；同一种单色光照射，入射光的强度相同，所以饱和光电流相同．故选项B正确．4．(2019·西藏拉萨中学六次月考)关于光电效应的规律，下面说法正确的是()A．当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，入射光的频率越高，产生的光电子最大初动能也就越大B．当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，如果入射光的强度减弱，从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加C．对某金属来说，入射光波长必须大于一极限值才能产生光电效应D．同一频率的光照射不同的金属，如果都能产生光电效应，则所有金属产生的光电子的最大初动能一定相同【答案】A【解析】根据光电效应方程E km ＝hν－W 0，知入射光的频率越高，产生的光电子的最大初动能越大，故A 正确．光电效应具有瞬时性，入射光的强度不影响发出光电子的时间间隔，故B 错误．发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，即入射光的波长小于金属的极限波长，故C 错误．不同的金属逸出功不同，根据光电效应方程E km ＝hν－W 0，知同一频率的光照射不同金属，如果都能产生光电效应，光电子的最大初动能不同，故D 错误．5.(2019·北京朝阳模拟)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最大初动能增大，可以( )A ．改用红光照射B ．改用紫光照射C ．改用蓝光照射D ．增加绿光照射时间【答案】BC.【解析】光电子的最大初动能与照射时间或照射强度无关，而与入射光子的能量有关，入射光子的能量越大，光电子从阴极逸出时最大初动能越大，所以本题中可以改用比绿光光子能量更大的紫光、蓝光照射，以增大光电子从阴极逸出时的最大初动能．6. (2019·河北保定模拟)如图所示，这是一个研究光电效应的电路图，下列叙述中正确的是( )A ．只调换电源的极性，移动滑片P ，当电流表示数为零时，电压表示数为遏止电压U 0的数值B ．保持光照条件不变，滑片P 向右滑动的过程中，电流表示数将一直增大C ．不改变光束颜色和电路，增大入射光束强度，电流表示数会增大D ．阴极K 需要预热，光束照射后需要一定的时间才会有光电流【答案】AC.【解析】只调换电源的极性，移动滑片P ，电场力对电子做负功，当电流表示数为零时，则有eU ＝12mv 2m，那么电压表示数为遏止电压U 0的数值，故A 项正确；当其他条件不变，P 向右滑动，加在光电管两端的电压增加，光电子运动更快，由I ＝q t得电流表读数变大，若电流达到饱和电流，则电流表示数不会增大，B 项错误；只增大入射光束强度时，单位时间内光电子数变多，电流表示数变大，C 项正确；因为光电效应的发生是瞬间的，阴极K 不需要预热，所以D 项错误．7.(2019·哈尔滨六中二次模拟)某半导体激光器发射波长为1.5×10－6 m，功率为5.0×10－3 W的连续激光．已知可见光波长的数量级为10－7 m，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，该激光器发出的()A．是紫外线B．是红外线C．光子能量约为1.3×10－13 J D．光子数约为每秒3.8×1016个【答案】BD【解析】波长的大小大于可见光的波长，属于红外线，故A错误，B正确．光子能量E＝h cλ＝6.63×10－34×3×1081.5×10－6J＝1.326×10－19 J，故C错误．每秒钟发出的光子数n＝PtE≈3.8×1016，故D正确．9.(2019·辽宁鞍山一中模拟)按如图的方式连接电路，当用紫光照射阴极K时，电路中的微安表有示数．则下列正确的叙述是()A. 如果仅将紫光的光强减弱一些，则微安表可能没有示数B．仅将滑动变阻器的触头向右滑动一些，则微安表的示数一定增大C．仅将滑动变阻器的触头向左滑动一些，则微安表的示数可能不变D．仅将电源的正负极对调，则微安表仍可能有示数【答案】CD【解析】如果仅将紫光的光强减弱一些，则单位时间内逸出的光电子数减小，则微安表示数减小，选项A错误；饱和光电流与入射光的强度有关，仅将滑动变阻器的触头向右滑动，不改变光的强度，则微安表的示数不一定增大；同理仅将滑动变阻器的触头向左滑动一些，则微安表的示数可能不变，故B错误，C正确．将电路中电源的极性反接后，即加上反向电压，若光电子的动能足够大，电路中还有光电流，微安表仍可能有示数，故D正确10. (2019·河北保定模拟)如图所示，这是一个研究光电效应的电路图，下列叙述中正确的是()A ．只调换电源的极性，移动滑片P ，当电流表示数为零时，电压表示数为遏止电压U 0的数值B ．保持光照条件不变，滑片P 向右滑动的过程中，电流表示数将一直增大C ．不改变光束颜色和电路，增大入射光束强度，电流表示数会增大D ．阴极K 需要预热，光束照射后需要一定的时间才会有光电流【答案】AC.【解析】只调换电源的极性，移动滑片P ，电场力对电子做负功，当电流表示数为零时，则有eU ＝12mv 2m，那么电压表示数为遏止电压U 0的数值，故A 项正确；当其他条件不变，P 向右滑动，加在光电管两端的电压增加，光电子运动更快，由I ＝q t得电流表读数变大，若电流达到饱和电流，则电流表示数不会增大，B 项错误；只增大入射光束强度时，单位时间内光电子数变多，电流表示数变大，C 项正确；因为光电效应的发生是瞬间的，阴极K 不需要预热，所以D 项错误．。