高考物理复习：光电效应
高考物理光电效应(1)
高考物理光电效应(1)光电效应是指物质受到光照射后，表现出一种电子放射现象，即将电子从物质表面排放出去的现象。
这个过程中，当光强足够大时，可以发现光子将能量转化给被照射的电子，使电子获得一定的能量，从而能够突破物质表面的束缚力，从而从物质表面弹射出去，形成电子释放。
而这种现象，称之为“光电效应”。
光电效应的发现，极大地推动了光学、电学、量子力学等领域的发展，同时也使人们对光机理、物质结构等方面有了更深刻、更全面的认识。
因此，高考中对光电效应的理解和运用，是非常重要的一环。
一、光电效应的产生机理在经典物理学中，当光线照射在金属表面上时，仅仅只是能将被照射的物质的壳层电子激发到更高的能级而已，并没有让电子从物质表面退出。
只有在光子的能量达到一定数值时，才能被金属表面吸收，使得表面的一个或多个原子的束缚电子获得足够的能量，从而被弹射出去，形成电子的释放。
2.光电效应的基本规律(1)波长效应定律：当照射同一金属的光子波长不同时，所释放的电子的最大动能也不同，但为同一光源，光的强度不变时，所放电子数目也相同。
(2)强度效应定律：在照射同一金属的情况下，光强愈大，光电效应愈明显，放射出的电子个数愈多，而且电子的最大动能随光强的增加也增大。
(3)质量效应定律：不同金属光电效应的临界色板不同，与金属的电子亲和能有关系。
而光电效应不但与光的强度和波长有关，还与被照射金属的质量有关。
二、光电效应的应用1.光电电路默认情况下，光电使用是基于一套集成电路，其中包括使用光电二极管将光转换成电流从而实现数字信号的传输，同时还会包括光电池等金属结构设备，用于将阳光转为电流。
2.光电效应在医学、环保、科研中的应用光电效应有着广泛的应用，它在医学、环保、科研等方面都有着重要作用。
比如，在医学上，光电效应可以用于光敏治疗，以提高治疗效果。
此外，光电效应也可以应用在环保技术中，比如用光电技术净化废水。
在科研方面，光电效应可以应用于光谱学、原子物理学及分子物理学研究中，其应用范围越来越广。
物理光电效应知识点高考
物理光电效应知识点高考物理光电效应是高考物理中的重要考点之一，是深入理解光与物质相互作用的基础。
光电效应的理论和实际应用已经广泛应用于现代科学技术中。
本文将围绕物理光电效应的基本概念、实验现象以及应用领域展开讨论，帮助考生更好地理解这一知识点。
一、基本概念光电效应是指当光照射到某些物质表面时，物质表面上的电子会被光子激发并发射出来，产生电子流的现象。
这一现象是光与物质相互作用的结果，也是光的粒子性质的重要证据之一。
光电效应的基本概念包括光电发射、光电子、光电子能量、光电子动能等。
其中光电发射是指光照射到物质表面，使物质表面上的电子从原子或分子中脱离并发射出来的过程。
光电子指从物质表面发射出来的电子。
光电子能量是指光电子的能量大小，它与光的频率和电子的能级有关。
光电子动能是指光电子由于光电效应而获得的动能，它等于光子的能量减去电子从物质表面脱离的能量。
二、实验现象光电效应的实验现象主要包括光电流的产生和光电子动能与光的频率的关系。
光照射到某些物质表面时，会产生光电流。
光电流是指光照射到物质表面后，从物质中发射出来的电子形成的电流。
实验表明，光的强度增大，光电流也增大，但光的频率与光电流的关系却不是简单的线性关系。
光电子动能与光的频率的关系是光电效应的一个重要实验结果。
实验发现，当光的频率小于某一临界频率时，无论光的强度如何变化，光电子动能都等于零；而当光的频率大于等于临界频率时，光电子动能与光的频率成正比。
三、应用领域光电效应的应用领域非常广泛，涉及到光电技术、激光技术、光电子器件等多个领域。
在光电技术中，光电效应被广泛用于光电传感器、光电显示器、光电防盗系统等设备中。
通过光电效应，可以将光信号转化为电信号，实现光电转换和信息传递。
在激光技术中，光电效应被用于激光器的设计与制造。
激光器是一种通过光电子放大作用产生激光光束的装置，它的核心部件就是利用光电效应产生光电子，并经过一系列放大过程得到强光束。
2023新教材高考物理二轮专题复习专题：光电效应能级跃迁原子核
专题十五光电效应能级跃迁原子核高频考点·能力突破考点一光电效应规律的应用1．光电效应两条对应关系(1)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大；(2)光照强度大(同种频率的光)→光子数目多→发射光电子多→光电流大．2．定量分析时应抓住三个关系式例1 [2022·河北卷]如图是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压U c与入射光频率ν的实验曲线，该实验直接证明了爱因斯坦光电效应方程，并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量h.由图像可知( )A．钠的逸出功为hνcB．钠的截止频率为8.5×1014HzC．图中直线的斜率为普朗克常量hD．遏止电压U c与入射光频率ν成正比[解题心得]预测1 [2022·全国冲刺卷]胶片电影利用光电管把“声音的照片”还原成声音，原理如图所示，在电影放映机中用频率为ν、强度不变的一极窄光束照射声音轨道，由于影片上各处的声音轨道宽窄不同，在影片移动的过程中，通过声音轨道后的光强随之变化，射向光电管后，在电路中产生变化的电流，经放大电路放大后，通过喇叭就可以把声音放出来．则( )A．只减小光的频率，一定可以还原出声音B．只增大光的强度，一定可以还原出声音C．a端为电源正极D．a端为电源负极预测 2 [2022·湖南押题卷]某同学欲探测某种环境下是否有频率高于7.73×1014 Hz 的电磁波辐射，利用光电效应现象自制了一个探测器，如图所示．当环境中含有高于此频率的电磁波时灵敏电流表有示数．下表给出了几种金属的极限频率．则( )A.发生光电效应的金属板应该选用金属钙B．如果发生光电效应的金属板选择金属钠，则电流表有示数时，环境中一定含有频率高于7.73×1014 Hz的电磁波C．要想提高仪器的灵敏度，电流表选灵敏一些的，两板间距选适当大一些的D．如果在两板间加上“左正右负”的电压，效果会更好预测3 [2022·湖南押题卷](多选)用如图所示的装置研究光电效应现象，光电管阴极K与滑动变阻器的中心抽头c相连，光电管阳极与滑动变阻器的滑片P相连，初始时滑片P 与抽头c正对，电压表的示数为0(电压表0刻线在表盘中央)．在移动滑片P的过程中，光电流I随电压表示数U变化的图像如图所示，已知入射光的光子能量为1.6 eV.下列说法正确的是( )A．当滑片P与c正对时，电路中有光电流B．当U＝－0.6 V时，滑片P位于a、c之间C．阴极材料的逸出功为1.0 eVD．当U＝0.8 V时，到达阳极的光电子的最大动能为2.4 eV考点二玻尔理论和能级跃迁1．玻尔理论的三条假设2.解决氢原子能级跃迁问题的三点技巧(1)原子跃迁时，所吸收或辐射的光子能量只能等于两能级的能量差．(2)原子电离时，所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值，剩余能量为自由电子的动能．(3)一个氢原子跃迁发出的可能光谱线条数最多为(n－1)，而一群氢原子跃迁发出的可能光谱线条数可用N＝C n2＝n(n−1)求解．2例2 [2022·浙江6月]如图为氢原子的能级图．大量氢原子处于n＝3的激发态，在向低能级跃迁时放出光子，用这些光子照射逸出功为2.29 eV的金属钠．下列说法正确的是( )A．逸出光电子的最大初动能为10.80 eVB．n＝3跃迁到n＝1放出的光子动量最大C．有3种频率的光子能使金属钠产生光电效应D．用0.85 eV的光子照射，氢原子跃迁到n＝4激发态[解题心得]例4 [2022·东北三省四市联考]氦离子(He＋)和氢原子一样．原子核外只有一个电子，因此它们有着相似的能级图，如图所示为氢原子和氦离子的能级图．一群处于量子数n＝4的激发态的氦离子，能够自发地跃迁到较低的能量状态，并向外辐射光子．已知金属钨的逸出功为4.54 eV.则向外辐射多种频率的光子中( )A．最多有3种频率的光子B．能使金属钨发生光电效应的有3种频率的光子C.能够使处于基态的氢原子电离的有3种频率的光子D．能够使处于基态的氢原子跃迁的有4种频率的光子例5 [2022·山东押题卷]为了更形象地描述氢原子能级和氢原子轨道的关系，作出如图所示的能级轨道图，处于n＝4能级的氢原子向n＝2能级跃迁时辐射出可见光a，处于n ＝3能级的氢原子向n＝2能级跃迁时辐射出可见光b，则以下说法正确的是( )A．a光照射逸出功为2.14 eV的金属时，光电子的最大初动能为0.41 eVB．a光的波长比b光的波长长C．辐射出b光时，电子的动能和电势能都会变大D．一个处于n＝4能级的氢原子自发跃迁可释放6种频率的光考点三衰变、核反应与核能的计算1．核衰变问题(1)核衰变规律：m＝(12)tt1/2m0，N＝(12)tt1/2N0.(2)α衰变和β衰变次数的确定方法①方法一：由于β衰变不改变质量数，故可以先由质量数改变确定α衰变的次数，再根据电荷数守恒确定β衰变的次数．②方法二：设α衰变次数为x ，β衰变次数为y ，根据质量数和电荷数守恒列方程组求解．2．核能的计算方法(1)根据爱因斯坦质能方程，用核反应亏损的质量乘真空中光速c 的平方，即ΔE ＝Δmc 2(J)．(2)根据1 u(原子质量单位)相当于931.5 MeV 的能量，用核反应的质量亏损的原子质量单位数乘931.5 MeV ，即ΔE ＝Δm ×931.5 (MeV)．3．常见的核反应 (1)衰变 (2)重核裂变 (3)轻核聚变 (4)人工转变例3 [2022·全国甲卷]两种放射性元素的半衰期分别为t 0和2t 0，在t ＝0时刻这两种元素的原子核总数为N ，在t ＝2t 0时刻，尚未衰变的原子核总数为N3，则在t ＝4t 0时刻，尚未衰变的原子核总数为( )A ．N12B ．N9C ．N8D ．N6[解题心得]预测6 [2022·历城二中测评]2021年12月30日，中国“人造太阳”——全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)再次创造新的世界纪录，实现1 056秒的长脉冲高参数等离子体运行．大科学工程“人造太阳”通过核反应释放的能量用来发电，其主要的核反应过程可表示为( )A.t 12+12H―→23He +01tB . 714t +24He―→ 817t +11tC . 92235t +01n―→ 56141tt +3692tt +301tD . 92235U―→ 90234Th +24tt预测7 [2022·辽宁卷]2022年1月，中国锦屏深地实验室发表了首个核天体物理研究实验成果．表明我国核天体物理研究已经跻身国际先进行列．实验中所用核反应方程为Mg 2312―→A t 2613，已知X 、Mg 1223、Al 1326的质量分别为m 1、m 2、m 3，真空中的光速为c ，该反应中释放的能量为E .下列说法正确的是( )A ．X 为氘核H 12B ．X 为氚核H 13C ．E ＝(m 1＋m 2＋m 3)c 2D ．E ＝(m 1＋m 2－m 3)c 2预测8 (多选)2021年9月，在甘肃省武威市全球首台钍基熔盐核反应堆进行试运行放电，也标志着我国成为世界上第一个对第四代核电技术进行商业化试验运营的国家．反应堆工作原理如图所示，钍232(Th 23290)吸收一个中子后会变成钍233，钍233 不稳定，会变成易裂变核素铀233(U 23392)．下列说法正确的是( )A ．钍233变成铀233的核反应方程式是：t 90232t―→tt 91233+t −10，tt 91233―→U 92233+t −10B ．中间产生的新核镤233(tt 91233)从高能级向低能级跃迁时，会伴随γ辐射C ．新核铀233(U 92233)的结合能小于钍233(t 90232t )D ．核反应堆是通过核裂变把核能直接转化为电能发电预测9 [2022·辽宁押题卷]碳14是宇宙射线撞击空气中的氮14原子所产生，具有放射性，碳14原子发生β衰变转变为氮14.生物存活期间需要呼吸，其体内的碳14含量大致不变；生物停止呼吸后，体内的碳14开始减少．可以根据死亡生物体内残余碳14含量来推断它的死亡时间．碳14各个半衰期所剩原子比例如图所示，某古木样品中14C 的比例正好是现代植物所制样品的三分之一．下列说法正确的是( )A ．碳14的衰变方程式为C 614―→N 714+t −10B ．该古木的年代距今大于11 460年C ．14C 和14N 中含有的中子个数相等D ．如果古木处于高温、高压下测量结果可能有较大误差素养培优·情境命题 与近代物理相关的生活、科技问题与近代物理相关的科技问题相对较多，与我们生活接近的有：放射治疗、辐照保鲜、烟雾报警器等，与生产科技有关的有：射线测厚装置、示踪原子、光伏发电、核电站等．要解决科技发展问题必须要了解科技问题背后的原理．放射治疗、辐照保鲜、射线测厚装置、示踪原子等是利用了放射性同位素的射线，烟雾报警器、光伏发电利用了光电效应，核电站利用了核裂变．情境1 [2022·浙江6卷](多选)秦山核电站生产C 614的核反应方程为N 714+t 01―→C 614＋X ，其产物C 614的衰变方程为C 614―→t 714+t −10.下列说法正确的是( )A ．X 是H 11B ．C 614可以用作示踪原子 C ．t −10来自原子核外D ．经过一个半衰期，10个C 614将剩下5个[解题心得]情境2 (多选)2021年4月13日日本政府宣布将向太平洋倾倒逾125万吨福岛核电站内储存的核废水，消息一出举世哗然．福岛核电站的裂变材料是铀235，核废水含有大量的氚以及钡141、氪92、锶90、钴60、碘129、钉106等放射性核素．由于含氚的水和普通的水具有相同的化学性质，物理性质也相近，因而现有的废水处理技术很难去除，铀235的半衰期大约为12.5年．针对这一事件，下列同学的观点正确的是( )A ．为了保护海洋环境，日本政府应在12.5年后再排放经过处理的核废水B ．比较铀235、钡141、氪92、锶90的原子核，铀235的平均核子质量最大C ．比较铀235、钡141、氪92、锶90的原子核，铀235的比结合能最大D ．核反应方程：t 92235+t 01―→tt 56141+tt 3692＋3X 中的X 是中子n 01[解题心得]情境3 (多选)红外测温具有响应时间快、非接触、安全准确的优点，在新冠疫情防控中发挥了重要作用．红外测温仪捕捉被测物体电磁辐射中的红外线部分，将其转变成电信号．图甲为红外线光谱的三个区域，图乙为氢原子能级示意图．已知普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s，光在真空中的速度c ＝3.0×108m/s ，下列说法正确的是( )A ．红外线光子能量的最大值约为1.64 eVB ．氢原子从n ＝3能级向n ＝2能级跃迁时释放出的光子能被红外测温仪捕捉C．大量氢原子从n＝4能级向低能级跃迁时，红外测温仪可捕捉到2种频率的红外线D．大量处于n＝2激发态的氢原子吸收能量为2.86 eV的光子后，辐射出的光子可能被红外测温仪捕捉[解题心得]情境4 [2022·山东青岛二模](多选)如图为某同学设计的一个光电烟雾探测器，光源S发出一束波长为0.8 μm的红外线，当有烟雾进入探测器时，来自S的红外线会被烟雾散射进入光电管C，当红外线射到光电管中的金属表面时发生光电效应，当光电流大于8×10－9A时，便会触发报警系统．已知元电荷e＝1.6×10－19C，光在真空中的传播速度为3×108 m/s.下列说法正确的是( )A．光电流的大小与光照强度无关B．若光源发出的是可见光，则该装置将会失去报警功能C．该金属的极限频率小于3.75×1014 HzD．若射向光电管C的光子中有10%会产生光电子，当报警器报警时，每秒射向该金属表面的光子数最少为5×1011个[解题心得]专题十五 光电效应 能级跃迁 原子核高频考点·能力突破考点一例1 解析：根据遏止电压与最大初动能的关系有eU c ＝E kmax ，根据爱因斯坦光电效应方程有E kmax ＝hν－W 0，结合图像可知，当U c 为0时，解得W 0＝hνc ，A 正确；钠的截止频率为νc ，根据图像可知，截止频率约为5.5×1014Hz ，B 错误；结合遏止电压与光电效应方程可解得U c ＝h e ν－W 0e ，对比遏止电压U c 与入射光频率ν的实验曲线可知，图中直线的斜率表示h e ，C 错误；根据遏止电压与入射光的频率关系式可知，遏止电压U c 与入射光频率ν成线性关系，不是成正比，D 错误．答案：A预测1 解析：只增大光的频率，肯定有光电子从光电管的阴极到达阳极，从而使电路导通，一定可以还原出声音，反之则不一定发生光电效应现象使电路导通，故A 、B 错误；光照射部分为阴极材料，光电子到达另一侧，在电场力作用下到达电源正极，故a 端为电源正极，故C 正确，D 错误．答案：C预测2 解析：根据题表数据可知金属钙的极限频率为7.73×1014Hz ，只有当环境中有高于7.73×1014 Hz 的电磁波辐射时，才能使光电子从钙板中逸出，从而使灵敏电流表有示数，所以发生光电效应的金属板应该选用金属钙，故A 正确；根据题表数据可知金属钠的极限频率为5.53×1014 Hz ，如果发生光电效应的金属板选择金属钠，则电流表有示数时，环境中一定含有频率高于5.53×1014 Hz 的电磁波，不一定含有频率高于7.73×1014 Hz 的电磁波，故B 错误；要想提高仪器的灵敏度，电流表选灵敏一些的，且为了能够使光电子能够更易到达阳极，两板间距应选适当小一些的，故C 错误；如果在两板间加上“左负右正”的电压，光电子受到向右的电场力，更易到达阳极，效果会更好，故D 错误．答案：A预测3 解析：当滑片P 与c 正对时，光电管两端无电压，由题中右图可以看出光电流不为零，故A 正确；由图可知，当U ＝－0.6 V 时，光电流为0即为遏止电压，即光电管两端接反向电压，则阴极电势应更高，滑片P位于b、c之间，故B错误；由光电效应方程有E k＝hν－W0，由图可知，当U＝0.6 V时，光电流为0即为遏止电压，则有－0.6 eV＝0－E k 联立解得W0＝1.0 eV，故C正确；光电子逸出时的最大初动能为E k0＝hν－W0＝0.6 eV，当U＝0.8 V时由动能定理得eU＝E k－E k0，得E k＝eU＋E k0＝(0.8＋0.6)eV＝1.4 eV，故D错误．答案：AC考点二例2 解析：氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级时释放的光子能量最大，频率也最大，能量为E1＝(－1.51 eV)－(－13.6 eV)＝12.09 eV，照射逸出功为2.29 eV的金属钠，光电子的最大初动能为E km＝E1－W＝9.8 eV，频率大的光子波长小，根据p＝h可知频率大的光子λ动量大，A错误，B正确；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时释放的光子能量为E2＝(－1.51 eV)－(－3.4 eV)＝1.89 eV<W，该光子不能使金属钠发生光电效应，可知有2种频率的光子能使金属钠产生光电效应，C错误；－1.51 eV＋0.85 eV＝－0.66 eV，可知氢原子不能吸收该光子从n＝3能级跃迁到n＝4能级，D错误．答案：B预测4 解析：一群氦离子从n＝4能级向低能级跃迁时可以辐射出6种频率的光子，A 选项错误；其中只有从n＝4能级向n＝3能级跃迁时所辐射出的光子能量小于4.54 eV，不能使金属钨发生光电效应，故共有5种频率的光子能使金属钨发生光电效应，故B选项错误；因为要使处于基态的氢原子发生电离，所需要的光子能量只要达到13.6 eV就可以，根据辐射光子能量等于氦离子能级跃迁前后两能级的能量差可得，有3种频率的光子能使处于基态的氢原子电离，故C选项正确；氦离子只有从n＝4能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光子能量，等于氢原子n＝1能级与n＝2能级之间的能量差，可使处于基态的氢原子跃迁，故D 选项错误．答案：C预测5 解析：a光的光子能量E a＝E4－E2＝2.55 eV，b光的光子能量E b＝E3－E2＝1.89 ，可知λb>λa，B错误；a光照射逸出功W0＝2.14 eV的金属时，由于E a>W0 eV，根据E＝h cλ能发生光电效应，光电子的最大初动能E k＝E a－W0＝0.41 eV，A正确；辐射出b光时，电子做圆周运动的半径减小，动能增加，电场力做正功，电势能减小，C错误；一个处于n＝4能级的氢原子自发跃迁时，释放出不同频率光的种类最多的情况为n＝4→n＝3→n＝2→n＝1，即最多能释放3种频率的光，D错误．考点三例3 解析：设两种放射性元素的原子核原来总数分别为N 1和N 2，则N ＝N 1＋N 2，因为N 余＝(12)t T ·N 原，所以t ＝2t 0时刻，N 3＝N 1(12)2＋N 2(12)1，联立解得N 1＝23N ，N 2＝13N ，故t ＝4t 0时刻，N 1(12)4＋N 2(12)2＝N 8，C 项正确． 答案：C预测 6 解析：根据题意，实验装置为核聚变装置，核反应方程H 12+H 12―→23 He＋01n ，属于核聚变，故A 正确；核反应方程t 714+H 24e―→ 817O +H 11，属于原子核的人工转变，故B 错误；核反应方程t 92235+t 01―→ 56141tt +3692 tt ＋301n ，属于裂变，故C 错误；核反应方程U 92235―→tt 90234+He 24，属于衰变，故D 错误．答案：A预测7 解析：根据核反应遵循的质量数守恒和电荷数守恒可知，X 的质量数为3，电荷数为1，为氚核H 13，A 错误，B 正确；因该反应为人工转变，反应前两种粒子都有动能(总动能设为E k1)，反应后的生成物也有动能E k2，根据质能方程可知，由于质量亏损反应放出的能量为ΔE ＝Δmc 2＝(m 1＋m 2－m 3)c 2，则反应释放的能量为E ＝E k1＋ΔE －E k2＝E k1－E k2＋(m 1＋m 2－m 3)c 2，C 、D 错误．答案：B预测8 解析：根据核反应的电荷数和质量数守恒可知，钍233变成铀233的核反应方程式是tt 90232―→t 91233t +−10t ，tt 91233―→ 92233t +t −10，选项A 正确；中间产生的新核镤233( 91233Pa)从高能级向低能级跃迁时，放出能量，会伴随γ辐射，选项B 正确；整个过程中释放能量，则生成的新核铀233( 92233U)更加稳定，则新核铀233( 92233U)的结合能大于钍233(Th 90232)，选项C 错误；在核电站的核反应堆内部，核燃料具有的核能通过核裂变反应转化为内能，然后通过发电机转化为电能，故D 错误．答案：AB预测9 解析：根据质量数守恒和电荷数守恒，又因为碳14发生β衰变，所以衰变方程为t 614―→t 714+t －10，故A 正确；根据图像可知，剩余三分之一，时间应该大于5 730年小于11 460年，故B 错误；由元素序数知碳14中子数为8，氮14中子数为7，故C 错误；半衰期与温度、压强无关，故D 错误．素养培优·情境命题情境1 解析：根据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可知X 为质子 H 11，A 正确；由于t 614具有放射性，且C 是构成生物体的主要元素之一，所以t 614可以用作示踪原子，B 正确；β衰变放出的电子t －10来自原子核，C 错误；由于半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量原子核不适用，所以经过一个半衰期，10个t 614不一定剩下5个，D 错误．答案：AB情境2 解析：为了保护海洋环境，日本政府在12.5年后还是不能排放经过处理的核废水，因为经过一个半衰期只是有半数发生衰变，还有半数的没有衰变，所以废水还是具有放射性的，所以不能排放，则A 错误；比较铀235、钡141、氪92、锶90的原子核，铀235的平均核子质量最大，所以B 正确；比较铀235、钡141、氪92、锶90的原子核，铀235的比结合能最小，因为比结合能越大原子越稳定，所以C 错误；根据核反应过程中，遵循电荷数，质量数守恒定律，所以核反应方程t 92235+t 01―→ 56141tt + Kr 3692＋3X 中的X 是中子n 01，则D 正确．答案：BD情境3 解析：红外线最短波长和最长波长分别为λmin ＝0.76 μm，λmax ＝1 000 μm，根据光子能量E ＝hν＝h c λ，代入数据可得光子最大和最小能量分别为E max ＝1.64 eV ，E min ＝1.24×10－3eV ，A 正确；氢原子从n ＝3能级向n ＝2能级跃迁时释放出的光子能量E ＝－1.51－(－3.4)＝1.89 eV>E max ，因此不会被红外测温仪捕捉到，B 错误；大量氢原子从n ＝4能级向低能级跃迁时，放出的能量为E 43＝－0.85－(－1.51)＝0.66 eV ，E 32＝－1.51－(3.4)＝1.89 eV ，只有从n ＝4向n ＝3轨道跃迁时放出的光子能量在红外区，因此红外测温仪可捕捉到1种频率的红外线，C 错误；大量处于n ＝2激发态的氢原子吸收能量为2.86 eV 的光子后跃迁到n ＝5的能级，再从该能级向回跃迁时，放出的能量有E 54＝－0.54－(－0.85)＝0.31 eV ，E 43＝－0.85－(－1.51)＝0.66 eV ，因此，辐射出的光子可能被红外测温仪捕捉，D 正确．答案：AD情境4 解析：在达到饱和电流之前，光照强度越大，光电流越大，光电流的大小与光照强度有关，故A 错误；根据报警器的工作原理，可见光的光子能量大于红外线的光子能量，所以若光源发出的是可见光，则该装置不会失去报警功能，故B 错误；根据波长与频率的关系式有c ＝λν，代入数据，可得ν＝3.75×1014 Hz ，根据光电效应原理，可知该金属的极限频率小于3.75×1014 Hz ，故C 正确；当光电流等于8×10－9 A 时，每秒产生的光电子的数目为N ＝8×10−91.60×10−19个＝5×1010个，若射向光电管C 的光子中有10%会产生光电子，故每秒射向金属表面的光子数最少为5×101010%个＝5×1011个，故D 正确． 答案：CD。
物理高考光电效应解释
物理高考光电效应解释光电效应是一种基本的物理现象，广泛应用于光电子器件和光电子技术领域。
在高考物理中，对于光电效应的解释是必要的内容之一。
本文将对光电效应的原理和应用进行详细阐述。
一、光电效应的原理光电效应是指当光照射到金属表面时，使金属表面的电子受到能量的激发，从而跃迁到金属内，形成光电流的现象。
光电效应是量子力学的实验证明，它的基本原理可以概括为以下几点：1. 光的粒子性：根据量子理论，光具有粒子性和波动性的特性。
根据爱因斯坦的光量子假说，光以能量子的形式传播，在与物质相互作用时，光的能量被传递给物质的电子。
2. 光子能量：光的能量由光子携带，光子的能量与光的频率相关。
根据普朗克的能量量子化假说，光的能量E与光的频率ν的关系为E = hν，其中h为普朗克常量。
3. 光电子发射：金属表面的自由电子在光照射下吸收足够能量后，可以克服束缚力逸出金属表面，形成光电子。
光电子具有动能和电荷，可以在外电路中形成电流。
二、光电效应的公式光电效应可以用公式来描述。
根据实验观测到的光电效应现象，可以得到以下两个重要的公式：1. 光电效应方程：光电效应的动能定律可以用如下方程表达：E = hf - φ其中E为光电子的最大动能，h为普朗克常量，f为光的频率，φ为金属的逸出功。
该方程量化了光电效应中光子能量与光电子动能之间的关系。
2. 阈频公式：根据实验观察到的光电效应现象，发现当光的频率小于一定频率时，光电效应不会发生。
这个频率被称为阈频。
阈频可以用如下公式计算：f0 = φ / h其中f0为阈频，φ为金属的逸出功，h为普朗克常量。
阈频是金属材料的特性参数，不同金属具有不同的阈频。
三、光电效应的应用光电效应作为一种重要的物理现象，广泛应用于光电子器件和光电子技术领域。
以下是一些光电效应的应用：1. 光电池：利用光电效应原理，将光能转化为电能的器件被称为光电池。
光电池的工作原理是光照射在半导体材料上，产生电子-空穴对，并通过外电路形成电流。
高考物理一轮复习 第14章 近代物理初步 第1节 光电效应 波粒二象性教案(含解析)
第1节光电效应波粒二象性一、光电效应1．光电效应现象：在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，称为光电效应，发射出来的电子称为光电子。
2．光电效应的四个规律(1)每种金属都有一个极限频率。
(2)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的。
(3)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大。
(4)光电流的强度与入射光的强度成正比。
3．遏止电压与截止频率(1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压U c。
(2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)。
不同的金属对应着不同的极限频率。
二、爱因斯坦光电效应方程1．光子说在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光的能量子，简称光子，光子的能量ε＝hν。
其中h＝6.63×10－34J·s(称为普朗克常量)。
2．逸出功W0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的动能的最大值。
4．爱因斯坦光电效应方程(1)表达式：E k ＝hν－W 0。
(2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W 0，剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能E k ＝12m e v 2。
三、光的波粒二象性与物质波1．光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性。
(2)光电效应说明光具有粒子性。
(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性。
2．物质波(1)概率波：光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波。
(2)物质波：任何一个运动着的物体，小到微观粒子，大到宏观物体，都有一种波与它对应，其波长λ＝h p，p 为运动物体的动量，h 为普朗克常量。
1．思考辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)(1)光子说中的光子，指的是光电子。
2023年高考物理热点复习：光电效应 波粒二象性(附答案解析)
2023年高考物理热点复习：光电效应波粒二象性【2023高考课标解读】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10－9s。
2．光电效应方程(1)基本物理量①光子的能量ε＝hν，其中h＝6.626×10－34J·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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高考物理光电效应知识点总结归纳
高考物理光电效应知识点总结归纳光电效应作为物理学中的重要概念，是高考物理考试中的常见考点之一。
本文将对光电效应的基本概念、实验现象、解释理论以及相关应用进行总结归纳，以帮助同学们更好地掌握光电效应知识，为高考考试做好准备。
一、光电效应的基本概念光电效应是指当光照射到金属表面时，金属会发生电子的发射现象。
这种现象是通过光的能量转化为电子的动能实现的。
光电效应通常发生在紫外线或更短波长的光线照射下，产生的电子被称为光电子。
二、光电效应的实验现象当光线照射到金属表面时，可观察到以下实验现象：1. 光电流现象：当金属表面被光照射时，会在电路中形成光电流。
2. 光电发射现象：光照射到金属表面，会发射出光电子。
光电子的动能与光的频率有关，与光的强度无关。
三、光电效应的解释理论光电效应的解释理论主要有以下两个方面：1. 波动说（经典理论）：根据经典物理学理论，将光看作是波动性的电磁波，当光线照射到金属表面时，电子被激发并获得足够的能量，从而脱离金属形成电子流。
2. 粒子说（量子理论）：量子理论认为光具有粒子性，即光子。
当光子的能量大于光电子的逸出功时，光子被吸收，电子被激发并发射出去。
四、光电效应的相关参数光电效应的研究中常用的相关参数包括：1. 逸出功（或称光电发射功函数）：指的是当光的频率为零时，金属表面上最小的能量，其值与金属种类相关。
2. 阈值频率：当光的频率超过阈值频率时，金属才会发生光电效应。
阈值频率与金属的逸出功有关。
3. 剩余动能（或称动能最大值）：指的是光电子逃离金属表面后剩余的动能，与光的频率和金属种类有关。
五、光电效应的应用光电效应在现实生活中有许多应用，其中包括：1. 光电池：利用光电效应将光能转化为电能，广泛应用于太阳能电池板等方面。
2. 光电倍增管：利用光电效应实现光信号到电信号的转换，用于增强弱光信号的检测和放大。
3. 光电探测器：基于光电效应原理，研制各种光电传感器，用于测量光强、光功率等。
高考物理科普光电效应与光电池原理
高考物理科普光电效应与光电池原理高考物理科普——光电效应与光电池原理光电效应（Photoelectric Effect）是指光照射到物质表面时，当光的能量大于物质中电子的结合能时，物质表面的电子将被光子激发出来形成光电子。
而光电池（Photovoltaic Cell）则是一种能够将光能直接转化为电能的器件，利用光电效应实现能量转换。
在本文中，我们将详细介绍光电效应的原理以及光电池的工作原理和应用。
一、光电效应的原理光电效应的理论解释要依赖于量子理论，根据量子理论的观点，光被看作是由一系列光子组成的。
光子是光和其他电磁波的最基本单位，并具有能量和动量。
当光子进入物质表面时，它们与物质中的电子发生相互作用。
根据光电效应的实验结果，我们得出以下结论：1. 光电效应是瞬时的，光子与物质表面的电子发生碰撞后，光子的能量完全转移给电子，电子获得足够的能量后即可逸出物质表面。
2. 光电效应与光的强弱关系密切，光的强度越大，光电子的动能越强，逸出物质表面的速度越快。
3. 光电效应与光的频率有关，当光的频率增大时，光电子的动能也增大。
二、光电池的工作原理光电池是一种半导体器件，其内部由具有特殊能带结构的P-N结构材料构成。
工作时，光线照射到光电池表面后，产生光电效应，光子的能量被半导体材料中的电子吸收。
吸收光子的电子受激发后，会脱离原子，形成自由电子和空穴。
光电池的工作原理如下：1. 光吸收：光线中的光子进入光电池后，与半导体材料相互作用，将能量传递给半导体材料中的电子。
2. 光生电子和空穴：光子的能量将电子从价带跃迁到导带，形成自由电子和空穴。
自由电子和空穴的生成量取决于光的强度和半导体材料的特性。
3. 电荷分离：自由电子和空穴在半导体内部分离，而且由于P-N结的特殊能带结构，自由电子移向P区，空穴移向N区，产生电场。
4. 电流输出：由于电荷分离和电场的作用，P区和N区之间产生电势差，从而产生电流。
这就是光电池输出的电能。
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高考物理复习：光电效应1.光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流。
表中给出了6次实验的结果。
由表中数据得出的论断中不正确的是 A. 两组实验采用了不同频率的入射光 B. 两组实验所用的金属板材质不同C. 若入射光子的能量为5.0 eV ，逸出光电子的最大动能为1.9 eVD. 若入射光子的能量为5.0 eV ，相对光强越强，光电流越大 【答案】B 【解析】【详解】由爱因斯坦质能方程0k E h W ν=-比较两次实验时的逸出功和光电流与光强的关系解题 由题表格中数据可知，两组实验所用的入射光的能量不同，由公式E h ν=可知，两组实验中所用的入射光的频率不同，故A 正确；由爱因斯坦质能方程0k E h W ν=-可得：第一组实验：100.9 4.0W =-，第二组实验：022.9 6.0W =-，解得：0102 3.1eV W W ==，即两种材料的逸出功相同也即材料相同，故B 错误；由爱因斯坦质能方程0k E h W ν=-可得：k (5.0 3.1)eV=1.9eV E =-，故C 正确； 由题表格中数据可知，入射光能量相同时，相对光越强，光电流越大，故D 正确。
2.在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长λ=6.4×107m ，每个激光脉冲的能量E =1.5×10-2J ．求每个脉冲中的光子数目．（已知普朗克常量h =6.63×l0-34J·s ，光速c =3×108m/s ．计算结果保留一位有效数字）【答案】光子能量hcελ=，光子数目n =Eε，代入数据得n =5×1016 【解析】【详解】每个光子的能量为0cE hv h λ== ，每个激光脉冲的能量为E ，所以每个脉冲中的光子个数为：0EN E = ，联立且代入数据解得：16510N =⨯个。
1.当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，这时 A ．锌板带负电B ．有正离子从锌板逸出C ．有电子从锌板逸出D ．锌板会吸附空气中的正离子 答案：C解析：当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，有电子从锌板逸出，锌板带正电，选项C 正确ABD 错误。
2. .在光电效应的实验结果中，与光的波动理论不矛盾的是 （ ） A ．光电效应是瞬时发生的 B ．所有金属都存在极限颇率 C ．光电流随着入射光增强而变大D ．入射光频率越大，光电子最大初动能越大 【答案】C【解析】光具有波粒二象性，即既具有波动性又具有粒子性，光电效应证实了光的粒子性。
因为光子的能量是一份一份的，不能积累，所以光电效应具有瞬时性，这与光的波动性矛盾，A 项错误；同理，因为光子的能量不能积累，所以只有当光子的频率大于金属的极限频率时，才会发生光电效应，B 项错误；光强增大时，光子数量和能量都增大，所以光电流会增大，这与波动性无关，C 项正确；一个光电子只能吸收一个光子，所以入射光的频率增大，光电子吸收的能量变大，所以最大初动能变大，D 项错误。
3.在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是 A ．增大入射光的强度，光电流增大 B. 减小入射光的强度，光电效应现象消失C. 改变频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应 D ．改变频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大 【答案】AD【解析】用频率为ν的光照射光电管阴极，发生光电效应，该用频率较小的光照射时，有可能发生光电效应，选项C 错误；据221mv W h =-逸ν可知增加照射光频率，光电子最大初动能也增大，故选项D 正确；增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积的光电子数增加，则光电流将增大，故选项A 正确；光电效应是否产生于照射光频率有关而与照射光强度无关，故选项B 错误。
4.在光电效应试验中，分别用频率为a v ，b v 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a U 和b U 、光电子的最大初动能分别为ka E 和kb E 。
h 为普朗克常量。
学￥科网下列说法正确的是A ．若b a v v >，则一定有b aU U <B ．若b a v v >，则一定有kb ka E E >C ．若b a U U <，则一定有kb ka E E <D ．若b a v v >，则一定有kb b ka aE h E h ->-νν答：BC解析：由爱因斯坦光电效应方程W h E km -=ν，由动能定理可得eU E km=，所以当b a v v >时，b a U U >，kb ka E E >。
故A 错误，B 正确；若b a U U <，则一定有kb ka E E <，故C 正确；由光电效应方程可得：金属的逸出功kb b ka a E h E h W -=-=νν，D 错误。
5.2017年年初，我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100nm （1nm=10-9m ）附近连续可调的世界上个最强的极紫外激光脉冲，大连光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。
一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎。
据此判断，能够电离一个分子的能量约为（取普朗克常量346.610J s h -=⨯⋅，真空光速8310m/s c =⨯） A ．2110J -B ． 1810J -C ． 1510J -D ． 1210J -答：B解析：一个处于极紫外波段的光子的能量为： λchE ==2×10-18J ，由题意可知，光子的能量应比电离一个分子的能量稍大，因此数量级必须相同，故选项B 正确。
6.三束单色光1、2和3的波长分别为λ1、λ2和λ3（λ1>λ2>λ3）。
分别用这三束光照射同一种金属。
已知用光束2照射时，恰能产生光电子。
下列说法正确的是（ AC ）A ．用光束1照射时，不能产生光电子B ．用光束3照射时，不能产生光电子C ．用光束2照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多D ．用光束2照射时，光越强，产生的光电子的最大初动能越大解析：已知用光束2照射时，恰能产生光电子，则用频率更小（波长更长）的光照射时，不能产生光电子， A 正确；则用频率更大（波长更短）的光照射时，也能产生光电子，则用光束3照射时，能产生光电子，B 错误；发生光电效应时光电子的数目跟照射光的强度成正比，C 正确；由光电效应规律知，光电子的最大初动能与照射光的频率成线性关系，与照射光的强度无关，D 错误。
7. 某半导体激光器发射波长为1.5×10-6m ，功率为5.0×10-3W 的连续激光。
已知可见光波长的数量级为10-7m ，普朗克常量h =6.63×10-34J·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1.3×10-18JD ．光子数约为每秒3.8×1016个 答案：BD解析：由于激光波长大于可见光波长，所以该激光器发出的是红外线，选项B 正确A 错误。
由E =hc /λ可得光子能量约为E =6.63×10-34×3×108÷(1.5×10-6)J=1.3×10-19J ，选项C 错误。
光子数约为每秒为n=P/E =3.8×1016个，选项D 正确。
8. 在光电效应实验中，用单色光照时某种金属表面，有光电子逸出，则光电子的最大初动能取决于入射光的 （ ） （A ）频率（B ）强度（C ）照射时间（D ）光子数目答案：A解析：根据爱因斯坦的光电效应方程：221mv W h =-ν，光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与其它无关。
而光照强度，照射时间及光子数目与逸出的光电子数量有关。
9. 光电效应实验中，下列表述正确的是 （ ） A ．光照时间越长光电流越大 B ．入射光足够强就可以有光电流 C ．遏止电压与入射光的频率有关D ．入射光频率大于极限频率才能产生光电子 答：C D【解析】光电流的大小与入射光的强度相关，A 错误。
产生光电效应的条件是：入射光的频率大于或等于被照射材料的极限频率。
入射光的频率达不到极限频率，增加照射光的强度是不能产生光电流的，所以B 错误，C 、D 正确。
10.用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措施是（ ） A ．改用频率更小的紫外线照射 B ．改用X 射线照射C ．改用强度更大的原紫外线照射D ．延长原紫外线的照射时间 答案：B解析：本题考查光电效应现象，要求学生知道光电效应发生的条件。
根据爱因斯坦对光电效应的研究结论可知光子的频率必须大于金属的极限频率，A 错；与光照射时间无关，D 错；与光强度无关，C 错；X 射线的频率比紫外线频率较高，故B 对。
11. 以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出。
强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子电效应，这已被实验证实。
光电效应实验装置示意如图。
用频率为ν的普通光源照射阴极K ，没有发生光电效应。
换用同样频率为ν的强激光照射阴极K ，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U ，即将阴极K 接电源正极，阳极A 接电源负极，在KA 之间就形成了使光电子减速的电场，逐渐增大U ，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U 可能是下列的（其中W 为逸出功，h 为普朗克常量，e 为电子电量） （ ）A ．e W e h U -=νB ．e W e h U -=ν2C ．W h U -=ν2D ．eW e h U -=25ν解析：设电子在极短时间内吸收n 个光子，由光电效应方程可得：W nh E k -=ν，由动能定理，eU E k =，联立解得eW nh νU -=。
n 只能为大于1的整数，所以选项B 正确，ACD 错误。
12. 根据爱因斯坦的“光子说”可知 （ ） （A ）“光子说”本质就是牛顿的“微粒说” （B ）光的波长越大，光子的能量越小 （C ）一束单色光的能量可以连续变化 （D ）只有光子数很多时，光才具有粒子性答案：B解析：爱因斯坦的“光子说”认为光是一份一份的，不连续的，它并不否定光的波动性，而牛顿的“微粒说”与波动说是对立的，因此A 不对在爱因斯坦的“光子说”中，光子的能量λνchh E ==，可知波长越长，光子的能量越小，因此B正确。