黑体辐射和能量子的理解
一、基础知识
1、能量子
(1)普朗克认为，带电微粒辐射或者吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值的整数倍．即能量的辐射或者吸收只能是一份一份的．这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子．(2)能量子的大小：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量．h＝6.63×10－34 J·s.
2、光子说：
(1)定义：爱因斯坦提出的大胆假设。内容是：空间传播的光的能量是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子．光子的能量为ε＝hν，其中h是普朗克常量，其值为6.63×10－34 J·s.
二、练习
1、下列可以被电场加速的是( B)
A．光子B．光电子C．X射线D．无线电波
2、关于光的本性，下列说法中不正确的是（B ）
A．光电效应反映光的粒子性
B．光子的能量由光的强度所决定
C．光子的能量与光的频率成正比
D．光在空间传播时，是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子
对光电效应实验的理解
一、基础知识（用光电管研究光电效应的规律）
1、常见电路(如图所示)
2、两条线索
(1)通过频率分析：光子频率高→光子能量大→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→光子数目多→产生的光电子多→光电流大．
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．
(3)逸出功：电子从金属中逸出所需做功的最小值，叫做该金属的逸出功．
二、练习
1、如图所示，当开关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．合上开关，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．
(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．
答案(1)0.6 eV(2)1.9 eV
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E km，阴极材料逸出功为W0
当反向电压达到U0＝0.60 V以后，具有最大初动能的光电子达不到阳极，因此eU0＝E km
由光电效应方程知E km＝hν－W0
由以上二式得E km＝0.6 eV，W0＝1.9 eV.
2、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(说明:右侧为正极) ()
A ．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
B ．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
C ．增加电路中电源电压，电路中光电流一定增大
D ．若将电源极性反接，电路中一定没有光电流产生
答案 B
解析 用波长为λ0的光照射阴极K ，电路中有光电流，说明入射光的频率ν＝c λ0
大于金属的极限频率，换用波长为λ1的光照射阴极K ，因为λ1>λ0，根据ν＝c λ
可知，波长为λ1的光的频率不一定大于金属的极限频率，因此不一定能发生光电效应现象，A 错误；同理可以判断，B 正确；光电流的大小与入射光的强度有关，在一定频率与强度的光照射下，光电流与电压之间的关系为：开始时，光电流随电压U 的增加而增大，当U 增大到一定程度时，光电流达到饱和值，这时即使再增大U ，在单位时间内也不可能有更多的光电子定向移动，光电流也就不会再增加，即饱和光电流是在一定频率与强度的光照射下的最大光电流，增大电源电压，若光电流达到饱和值，则光电流也不会增大，C 错误；将电源极性反接，若光电子的最大初动能大于光电管两极间电场力做的功，电路中仍有光电流产生，D 错误．
3、(双选)如图所示, 在研究光电效应的实验中, 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( AC )
A. A 光的频率大于B 光的频率
B. B 光的频率大于A 光的频率
C. 用A 光照射光电管时流过电流表G 的电流方向是a 流向b
D. 用A 光照射光电管时流过电流表G 的电流方向是b 流向a
4、 如图所示，当电键K 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K ，调节滑线变阻器，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。由此可知阴极材料的逸出功为（ A ）
A ．1.9 eV
B ．0.6 eV
C ．2.5 eV
D ．3.1 eV
5、2009年诺贝尔物理学奖得主威拉德·博伊尔和乔治·史密斯主要
成就是发明了电荷耦合器件(CCD)图象传感器．他们的发明利用了
爱因斯坦的光电效应原理．如图3所示电路可研究光电效应规律．图
中标有A 和K 的为光电管，其中K 为阴极，A 为阳极．理想电流
计可检测通过光电管的电流，理想电压表用来指示光电管两端的电压．现接通电源，用光子能量为10．5 eV的光照射阴极K，电流计中有示数；若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动，电流计的读数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为 6.0 V；现保持滑片P位置不变，光电管阴极材料的逸出功为________，若增大入射光的强度，电流计的读数________(选填“为零”或“不为零”)．(说明:左侧为正极)
答案 4.5 eV为零
解析根据当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为U＝
6.0 V，由动能定理得eU＝E k；由爱因斯坦光电效应方程有E k＝E－W0，解得光电管阴
极材料的逸出功为W0＝4.5 eV；若增大入射光的强度，电流计的读数
仍为零．
6、(2010·江苏单科·12C(1))研究光电效应的电路如图所示．用频率相
同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发
射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流．下列光电流I
与A、K之间的电压U AK的关系图象中，正确的是________．
解析由于光的频率相同，所以对应的反向截止电压相同，选项A、B错误；发生光电效应时，在同样的加速电压下，光强度越大，逸出的光电子数目越多，形成的光电流越大，所以选项C正确，D错误．
答案 C
7、(2010·浙江理综·16)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的光电子最大初
动能
答案 B
解析 由题图可知，甲、乙两光对应的反向截止电压均为U c2，由爱因斯坦光电效应方程E km ＝hν－W 0及－eU c2＝0－E km 可知甲、乙两光频率相同，且均小于丙光频率，选项
A 、C 均错；甲光频率小，则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，选项D 错误；乙光频率小于丙光频率，故乙光的波长大于丙光的波长，选项
B 正确．
8、(2010·天津理综·8)用同一光电管研究a 、b 两种单色光产生的
光电效应，得到光电流I 与光电管两极间所加电压U 的关系如
图所示．则这两种光 ( )
A ．照射该光电管时a 光使其逸出的光电子最大初动能大
B ．从同种玻璃射入空气发生全反射时，a 光的临界角大
C ．通过同一装置发生双缝干涉，a 光的相邻条纹间距大
D ．通过同一玻璃三棱镜时，a 光的偏折程度大
答案 BC
解析 由题图知，E km a W 0，知νa <νb ，由sin C ＝1n 知，C a >C b ，故选项B 正确；由Δx ＝l d λ及λ＝c ν 知，频率越小，波长越长，间距越大，即Δx a >Δx b ，故选项C 正确；因νa <νb ，所以通过三棱镜时，b 的偏折程度大，故选项D 错误 对光电效应规律的理解 一、基础知识 1、光电效应现象 光电效应：在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子． 2、光电效应规律 (1)每种金属都有一个极限频率． (2)光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． (3)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的． (4)光电流的强度与入射光的强度成正比． 二、练习 1、关于光电效应的规律，下列说法中正确的是 ( ) A ．只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能产生 B ．光电子的最大初动能跟入射光强度成正比 C ．发生光电效应的反应时间一般都大于10－ 7 s D ．发生光电效应时，单位时间内从金属内逸出的光电子数目与入射光强度成正比 答案 D 解析 由ε＝hν＝h c λ 知，当入射光波长小于金属的极限波长时，发生光电效应，故A 错．由E k ＝hν－W 0知，最大初动能由入射光频率决定，与入射光强度无关，故B 错．发生光电效应的时间一般不超过10－ 9 s ，故C 错． 2、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( C ) A ．改用频率更小的紫光照射 B ．改用强度更大的原紫外线照射 C ．改用X 射线照射 D ．延长原紫外线的照射时间 3、关于光电效应，下列说法正确的是( A ) A ．极限频率越大的金属材料逸出功越大 B ．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应 C ．从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小 D ．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多 4、光电效应的实验结论是：对于某种金属 ( ) A ．无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应 B ．无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应 C ．超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小 D ．超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大 答案 AD 解析 根据光电效应规律可知，选项A 正确；根据光电效应方程hν＝12m v 2max ＋W 0知，频率ν越高，初动能就越大，选项D 正确． 5、 (双选)光电效应实验中, 下列表述正确的是(CD ) 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 6、入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，下 列说法中正确的是 ( ) A ．有可能不发生光电效应 B ．从光照射到金属表面上至发射出光电子之间的时间间隔将明显增加 C ．逸出的光电子的最大初动能将减小 D ．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少 解析由光电效应方程E k＝hν－W0可知，光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与光强没有关系，但入射光的强度减弱，单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少，选项A、C错，D对；光电效应具有瞬时性，B错． 7、入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，则 () A．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 B．逸出的光电子的最大初动能将减小 C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减小 D．有可能不发生光电效应 答案 C 解析光电效应瞬时(10－9s)发生，与光强无关，A错；能否发生光电效应，只取决于入射光的频率是否大于极限频率，与光强无关，D错；对于某种特定金属，光电子的最大初动能只与入射光频率有关，入射光频率越大，最大初动能越大，B错；光电子数目多少与入射光强度有关(可理解为一个光子能打出一个电子)，光强减弱，逸出的电子数目减少，C对．8、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，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． 9、(双选)一金属表面，爱绿光照射时发射出电子，受黄光照射时无电子发射．下列有色光 照射到这金属表面上时会引起光电子发射的是（BD ） A．橙光B．紫光C．红光D．蓝光 10、对光电效应的理解正确的是() A．金属钠的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属 B．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应 C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大D．由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应，入射光的最低频率也不同 解析 按照爱因斯坦的光子说，光子的能量由光的频率决定，与光强无关，入射光的频率越大，发生光电效应时产生的光电子的最大初动能越大．但要使电子离开金属，须使电子具有足够的动能，而电子增加的动能只能来源于入射光的光子能量，且电子只能吸收一个光子，不能吸收多个光子．电子从金属逸出时只有从金属表面向外逸出的电子克服原子核的引力所做的功最小．综上所述，选项B 、D 正确． 对光电效应方程的考查 一、基础知识 光电效应方程 1、根据能量守恒定律，光电子的最大初动能跟入射光子的能量hv 和逸出功W 0的关系为: 爱因斯坦光电效应方程 02 21W mv h m +=ν ； 2、遏止电压U 0与光电子最大初动能的关系 2210m mv eU = 二、练习 1、入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱而频率保持不变，则(C) A ．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 B ．逸出的光电子的最大初动能将减小 C ．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少 D ．有可能不发生光电效应 2、1905年是爱因斯坦的“奇迹”之年，这一年他先后发表了三篇具有划时代意义的论文，其中关于光量子的理论成功的解释了光电效应现象．关于光电效应，下列说法正确的是 ( ) A ．当入射光的频率低于极限频率时，不能发生光电效应 B ．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 C ．光电子的最大初动能与入射光的强度成正比 D ．某单色光照射一金属时不发生光电效应，改用波长较短的光照射该金属可能发生光电效应 解析根据光电效应现象的实验规律，只有入射光频率大于极限频率才能发生光电效应，故A、D正确．根据光电效应方程，最大初动能与入射光频率为线性关系，但非正比关系，B错误；根据光电效应现象的实验规律，光电子的最大初动能与入射光强度无关，C错误． 答案AD 3、下列关于光电效应的陈述中，正确的是( D ) A．金属的逸出功与入射光的频率成正比 B．光电流强度与入射光强度无关 C．用不可见光照射金属一定比用可见光照同种金属产生的光电子最大初动能大 D．对任何一种金属，都有一个“最大波长”，入射光的波长必须小于这个波长才能产生光电效应 4、用绿光照射一光电管能产生光电效应，欲使光电子从阴极逸出时的最大初动能增大就应（ C ） A．改用红光照射B．增大绿光的强度 C．改用紫光照射D．增大光电管上的加速电压 5、(双选)用频率为ν1的单色光照射某种金属表面，发生了光电效应现象．现改为频率为ν2的另一单色光照射该金属表面，下面说法正确的是(AC ) A．如果ν2＞ν1，能够发生光电效应 B．如果ν2＜ν1，不能够发生光电效应 C．如果ν2＞ν1，逸出光电子的最大初动能增大 D．如果ν2＞ν1，逸出光电子的最大初动能不受影响 6、(双选)发生光电效应时，若保持入射光强度不变，而增大入射光的波长，则( BD ) A．光电流强度减小，光电子的最大初动能不变 B．光电流强度不变，光电子的最大初动能减小 C．光电流强度减小，光电子的最大初动能减小 D．光的波长增大到一定程度后，就不能发生光电效应 7、频率为ν的光照射某金属时，产生光电子的最大初动能为E km.改用频率为2ν的光照射同一金属，所产生光电子的最大初动能为(h为普朗克常量)(C) A．E km－hνB．2E km C. E km＋hν D. E km＋2hν 8、(双选)已知能使某金属产生光电效应的极限频率为ν0，则(AB) A．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，一定能产生光电子 B．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hν0 C．当照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大，则逸出功增大 D．当照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍9、(双选)用一束绿光照射某金属，恰能产生光电效应，现在把入射光的条件改变，再照射 这种金属．下列说法正确的是（ BD ） A ．把这束绿光遮住一半，则可能不产生光电效应 B ．把这束绿光遮住一半，则逸出的光电子数将减少 C ．若改用一束黄光照射，则逸出的光电子数将减少 D ．若改用一束蓝光照射，则逸出光电子的最大初动能将增大 10、(2012·四川理综·18)a 、b 两种单色光组成的光束从介质进入空气时，其 折射光束如图所示．用a 、b 两束光 ( ) A ．先后照射双缝干涉实验装置，在缝后屏上都能出现干涉条纹，由此 确定光是横波 B ．先后照射某金属，a 光照射时恰能逸出光电子，则b 光照射时也能逸出光电子 C ．从同一介质以相同方向射向空气，其界面为平面，若b 光不能进入空气，则a 光也不能进入空气 D ．从同一介质以相同方向射向空气，其界面为平面，a 光的反射角比b 光的反射角大 答案 C 解析 光的干涉说明光是一种波，光的偏振说明光是横波，选项A 错误．由题图可知， 光束a 的折射角r a 大于光束b 的折射角r b .根据n ＝sin r sin i ，知两束光的折射率n a >n b ，频率νa >νb ，因此a 光照射金属时恰能逸出光电子，b 光照射时则不能逸出光电子，选项B 错误．根据临界角公式sin C ＝1n 知两束光的临界角C a 11、用波长为2.0×10－ 7 m 的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是4.7×10－19 J ．由此可知，钨的极限频率是(普朗克常量h ＝6.63×10 －34 J·s ，光速c ＝3.0×108 m/s ，结果取两位有效数字) ( B ) A ．5.5×1014Hz B ．7.9×1014Hz C ．9.8×1014Hz D ．1.2×1015Hz 12、硅光电池是利用光电效应原理制成的器件．下列表述正确的是( C ) A ．逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率无关 B ．硅光电池中吸收了光子能量的电子都能逸出 C ．硅光电池是把光能转变为电能的一种装置 D ．任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应 13、利用光子说对光电效应的解释，下列说法正确的是 ( ) A ．金属表面的一个电子只能吸收一个光子 B ．电子吸收光子后一定能从金属表面逸出，成为光电子 C ．金属表面的一个电子吸收若干个光子，积累了足够的能量才能从金属表面逸出 D．无论光子能量大小如何，电子吸收光子并积累了能量后，总能逸出成为光电子答案 A 解析根据光子说，金属的一个电子一次只能吸收一个光子，若所吸收的光子频率大于金属的极限频率，电子逸出金属表面，成为光电子，且光子的吸收是瞬时的，不需要时间的积累，若所吸收的光子能量小于逸出功(光子频率小于金属的极限频率)，则电子不能逸出金属表面，不能成为光电子． 14、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，用紫外线灯照射锌板时，验电器的指针就张开一 个角度，如图所示，这时(B) 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 15、如图所示，用a、b两种不同频率的光分别照射同一金属板，发现当a光照射时验电器 的指针偏转，b光照射时指针未偏转，以下说法正确的是() A．增大a光的强度，验电器的指针偏角一定减小 B．a光照射金属板时验电器的金属小球带负电 C．a光在真空中的波长小于b光在真空中的波长 D．若a光是氢原子从n＝4的能级向n＝1的能级跃迁时产生的，则b光可能是氢原子从n＝5的能级向n＝2的能级跃迁时产生的 答案CD 解析增大a光的强度，从金属板飞出的光电子增多，金属板带电荷量增大，验电器的指针偏角一定增大，选项A错误；a光照射金属板时，光电子从金属板飞出，金属板带正电，验电器的金属小球带正电，选项B错误；经分析，a光在真空中的频率大于b光在真空中的频率，故a光在真空中的波长小于b光在真空中的波长，选项C正确；氢原子跃迁，因为|E4－E1|>|E5－E2|，故选项D正确． E k －ν图象的考查 一、基础知识 1、 爱因斯坦光电效应方程 E k ＝hν－W 0 hν：光电子的能量 W 0：逸出功，即从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功． E k ：光电子的最大初动能． 2、由E k －ν图象(如图1)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 轴交点的纵坐标的值E ＝W 0. (3)普朗克常量：图线的斜率k ＝h . 二、练习 1、如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能E k 与入射光 频率ν的关系图象．由图象可知 ( ) A ．该金属的逸出功等于E B ．该金属的逸出功等于hνc C ．入射光的频率为2νc 时，产生的光电子的最大初动能为E D ．入射光的频率为νc 2时，产生的光电子的最大初动能为 E 2 答案 ABC 解析 由题图并结合E k ＝hν－W 0得，E k ＝hν－E ，故逸出功W 0＝E ，故选项A 对；当E k ＝0时，ν＝νc ，故E ＝hνc ，故选项B 对；ν＝2νc 时，可得出E k ＝E ，故选项C 对；当入射 光的频率为νc 2 时，不发生光电效应，故选项D 错． 2、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为4.27，与纵轴交点坐标为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 Hz C ．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 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－W 0可知图线的斜率为普朗克常量，C 正确；金属的逸出功为W 0＝hνc ＝ 6.63×10－34×4.27×1014 1.6×10－19 eV ＝1.77 eV ，D 错误． 答案AC 光电效应方程简单的计算 1、已知锌的逸出功为3.34 eV，用某单色紫外线照射锌板时，逸出光电子的最大速度为106 m/s，求该紫外线的波长λ(电子质量m e＝9.11×10－31 kg，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s,1 eV ＝1.60×10－19 J)． 答案 2.01×10－ 7 m 解析 根据爱因斯坦光电效应方程hc λ＝W 0＋12 m e v 2 所以λ＝2.01×10－ 7 m. 2、下表给出了一些金属材料的逸出功. (普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s ，光速c ＝3.0×108 m/s) ( ) A ．2种 B ．3种 C ．4种 D ．5种 答案 A 解析 要发生光电效应，则入射光的能量必须大于金属的逸出功，由题可算出波长为 400 nm 的光的能量为E ＝hν＝h c λ＝6.63×10－34×3.0×108400×10 9 J ＝4.97×10－19 J ，大于铯和钙的逸出功．所以A 选项正确． 3、紫光在真空中的波长为4.5×10－ 7 m ，问： (1)紫光光子的能量是多少？ (2)用它照射极限频率为ν0＝4.62×1014 Hz 的金属钾能否产生光电效应？若能产生，则光电子的最大初动能为多少？(h ＝6.63×10 －34 J·s) 答案 (1)4.42×10－19 J (2)能 1.36×10－19 J 解析 (1)E ＝hν＝h c λ ＝4.42×10－19 J (2)ν＝c λ ＝6.67×1014 Hz ，因为ν>ν0，所以能产生光电效应． 光电子的最大初动能为E km ＝hν－W 0＝h (ν－ν0)＝1.36×10 －19 J. 右图中，锌板带正电，验电器也带正电。 光电效应中，金属板发射出来的电子叫光电子，光电子的定向移动可以形成光电流。 相关知识：电磁波按照频率依次增大（波长依次减小）的顺序排列： 无线电波→红外线→可见光→紫外线→x射线→γ射线 可见光又分为7中颜色：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。 光的频率和颜色是对应关系，一个频率对应一种光的颜色。单色光就是单一频率的光。 光照强度：单位时间内照射到单位面积上的光的能量。（光线和接收面垂直时） 通俗讲，光照强度大就是光线密集的意思。房间里开一盏灯时没有开两盏灯光照强度大。 光电效应的规律：（右图为研究光电效应的电路图） 1．光电管中存在饱和电流。当光照强度、光的颜色一定时，光电流随着AK极之间的电压增大而增大，但是当电压增大到一定程度以后，光电流就不再增大了，光电流能达到的最大值叫饱和电流。 控制光的颜色，饱和电流与光照强度有关，光照越强则饱和电流越大。 2．光电管两端存在着遏止电压。当A、K极之间电压为零时，光电流并不为零。当在A、K极加反向电压时，即A极为负极板，K极为正极板时，光电子在两极之间减速运动。反向电压越大，光电流越小，当反向电压达到某一值时，光电流消失，能够使光电流消失的反向电压叫遏止电压，用U C表示。 遏止电压与光照强度无关，只与入射光的频率有关，频率越大则遏止电压越大。 右图中，甲乙丙三种光的频率大小关系？ 甲、乙的光照强度大小关系？ 乙、 3．金属能否发生光电效应取决于入射光的频率，与光照强度和光照时间无关。 当入射光的频率低于某一值时，无论光照多强，时间多长都不会发生光电效应。而这一值叫做截止频率，又叫极限频率，用νc表示。 4．如果入射光的频率超过了截止频率，无论光照强度多么弱，发生光电效应仅需10-9s。 爱因斯坦为了解释光电效应，提出了光子说： 1．在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量E=hν。ν指光的频率。 2．金属中的自由电子吸收光子能量时，必须是一次只能吸收一个光子，而且不能累计吸收。 3．光子不能再分，自由电子吸收光子时要么是全部吸收，要么不吸收。 4．自由电子吸收光子仅需10-9s。 光电效应规律和光电效应方程 一、选择题 1．下列关于光电效应实验结论的说法正确的是() A．对于某种金属，无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应 B．对于某种金属，无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应 C．对于某种金属，超过极限频率的入射光强度越大，所产生的光电子的最大初动能就越大 D．对于某种金属，发生光电效应所产生的光电子，最大初动能与入射光的频率成正比 【解析】选A. 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，与入射光的强度、光照时间无关，所以光的频率小于极限频率就不能产生光电效应，故A正确，B错误．根据光电效应方程E k＝hν－W0，可知入射光的频率大于极限频率时，频率越高，光电子的最大初动能越大，与入射光强度无关，故C错误．根据光电效应方程E k＝hν－W0，可知光电子的最大初动能与入射光的频率是一次函数关系，故D错误． 2．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．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应 D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大 【解析】选AD.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；光电效应是否发生取决于照射光的频率，而与照射强度无关，故选项B错误；用频率为ν的光照射光电管阴极，发生光电效应，用频率较小的光照射时，若光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，选项C错误；根据hν－W0＝ 2 1 mv2可知，增加照射光频率，光电子的最大初动能也增大，故选项D正确． 3．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了一个角度，如图所示，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 精品文档 光电子技术安毓英习题答案-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII 第一章 1. 设在半径为R c 的圆盘中心法线上，距盘圆中心为l 0处有一个辐射强度为I e 的点源S ，如图所示。试计算该点源发射到盘圆的辐射功率。 解：因为 ΩΦd d e e I = ， 且 ()??? ? ??+- =-===Ω?22000212cos 12sin c R R l l d d r dS d c πθπ?θθ 所以??? ? ??+-=Ω=Φ220012c e e e R l l I d I π 2. 如图所示，设小面源的面积为A s ，辐射亮度为L e ，面源法线 与l 0的夹角为s ；被照面的面积为A c ，到面源A s 的距离为l 0。若c 为辐射在被照面A c 的入射角，试计算小面源在A c 上产生的辐射照度。 解：亮度定义: r r e e A dI L θ?cos = 强度定义:Ω Φ =d d I e e 可得辐射通量：Ω?=Φd A L d s s e e θcos 在给定方向上立体角为：2 cos l A d c c θ?= Ω 则在小面源在?A c 上辐射照度为：20 cos cos l A L dA d E c s s e e e θθ?=Φ= 3.假如有一个按朗伯余弦定律发射辐射的大扩展源（如红外装置面对的天空背景），其各处的辐亮度L e 均相同，试计算该扩展源在面积为A d 的探测器表面上产生的辐照度。 答：由θcos dA d d L e ΩΦ = 得θcos dA d L d e Ω=Φ，且() 2 2cos r l A d d +=Ωθ 则辐照度：()e e e L d r l rdr l L E πθπ =+=? ?∞ 20 0222 2 4. 霓虹灯发的光是热辐射吗？ l 0 S R c L e A s A c l 0 s c 第1.2题图 光电效应波粒二象性 知识梳理 知识点一、光电效应 1．定义 照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象。 2．光电子 光电效应中发射出来的电子。 3．研究光电效应的电路图(如图1)： 图1 其中A是阳极。K是阴极。 4．光电效应规律 (1)每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)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。 (3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9s。 (4)当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成正比。 知识点二、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．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。 5．爱因斯坦光电效应方程 (1)表达式：E k ＝h ν－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h ν，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。 知识点三、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。 考点精练 考点一 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； 黑体辐射和能量子的理解 一、基础知识 1、能量子 (1)普朗克认为，带电微粒辐射或者吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值的整数倍.即能量的辐射或者吸收只能是一份一份的.这个不可再分的最小能量值￡叫做能量子. ⑵能量子的大小：￡= h v ,其中v是电磁波的频率，h称为 普朗克常量.h = 6.63 x 10 -34 J ? S. 2、光子说： (1)定义：爱因斯坦提出的大胆假设。内容是：空间传播的光的能量是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子.光子的能量为￡= h V，其中h是普朗克常量，其值为6.63 x 10-34 J ? S. 二、练习 1、下列可以被电场加速的是( B ) A. 光子 B .光电子C. X射线 D.无线电波 2、关于光的本性，下列说法中不正确的是( B ) A. 光电效应反映光的粒子性 B. 光子的能量由光的强度所决定 C. 光子的能量与光的频率成正比 D. 光在空间传播时，是不连续的，是一份一份的，每一份 叫做一个光子 对光电效应实验的理解 一、基础知识(用光电管研究光电效应的规律) 1、常见电路(如图所示) 2、两条线索 (1) 通过频率分析：光子频率高-光子能量大-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-光子数目多-产生的 光电子多-光电流大. 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. ⑵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. ⑶逸出功：电子从金属中逸出所需做功的最小值，叫做该金属 的逸出功. 二、练习 1、如图所示，当开关S断开时，用光子能量为2.5的一束 光照射阴极 P,发现电流表读数不为零. 合上开关，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. (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. 答案(1)0.6 (2)1.9 解析设用光子能量为2.5的光照射时，光电子的最大初动 能为，阴极材料逸出功为W 当反向电压达到U0= 0.60 V以后，具有最大初动能的光电 子达不到阳极，因此0 = 由光电效应方程知=h V -W 由以上二式得=0.6 , W J= 1.9 . 练习二十一光电效应康普顿效应 一、选择题 1. 已知一单色光照射在钠表面上，测得光电子的最大动能是1.2eV，而钠的红限波长是540nm，那么入射光的波长是 (A) 535nm。 (B) 500nm。 (C) 435nm。 (D) 355nm。 2. 光子能量为0.5MeV的X射线，入射到某种物质上而发生康普顿散射。若反冲电子的动能为0.1MeV，则散射光波长的改变量?λ与入射光波长λ0之比值为 (A) 0.20。 (B) 0.25。 (C) 0.30。 (D) 0.35。 3. 用频率为ν的单色光照射某种金属时，逸出光电子的最大动能为E k，若改用频率为2ν的单色光照射此种金属，则逸出光电子的最大动能为 (A)hν+E k。 (B) 2hν?E k。 (C)hν?E k。 (D)2E k。 4. 下面这此材料的逸出功为：铍，3.9eV；钯， 5.0eV；铯，1.9eV；钨，4.5eV。要制造能在可见光(频率范围为3.9×1014Hz－7.5×1014Hz)下工作的光电管，在这此材料中应选： (A)钨。 (B)钯。 (C)铯。 (D)铍。 5. 光电效应和康普顿效应都包含有电子与光子的相互作用过程。对此过程，在以下几种理解中，正确的是： (A) 光电效应是电子吸收光子的过程，而康普顿效应则是光子和电子的弹性碰撞过程。 (B) 两种效应都相当于电子与光子的弹性碰撞过程。 (C) 两种效应都属于电子吸收光子的过程。 (D) 两种效应都是电子与光子的碰撞，都服从动量守恒定律和能量守恒定律。 6. 一般认为光子有以下性质 (1) 不论在真空中或介质中的光速都是c； (2) 它的静止质量为零； (3) 它的动量为hν/c2； (4) 它的动能就是它的总能量； (5) 它有动量和能量，但没有质量。 以上结论正确的是 (A)(2)(4)。 (B)(3)(4)(5)。 (C)(2)(4)(5)。 (D)(1)(2)(3)。 7. 某种金属在光的照射下产生光电效应，要想使饱和光电流增大以及增大光电子的初动能，应分别增大照射光的 1. 一氦氖激光器，发射波长为6.3287 10-?m 的激光束，辐射量为5mW ，光束的发散角为 310-?，求此激光束的光通量及发光强度。又此激光器输出光束的截面（即放电毛细管 的截面）直径为1mm ，求其亮度。 解：波长的光的视见函数值为=)(λV ，W lm K m /683=则其激光束的光通量为： e m v V K Φ??=Φ)(λ=683??238.05310-?=lm 1弧度 = 1单位弧长/1单位半径, 1立体角=以该弧长为直径的圆面积/1单位半径的值的平方，则光束的发散角为3 10-?时的立体角为 24 απ = Ω= 23)100.1(4 -??π =610-? 发光强度为： cd I v v 610035.1?=Ω Φ= 亮度为： 2cos r I A I L v v v πθ=?= =212/10m cd ? 2．已知氦氖激光器输出的激光束束腰半径为0.5mm ，波长为，在离束腰100mm 处放置一个倒置的伽利略望远系统对激光束进行准直与扩束，伽利略望远系统的目镜焦距 mm f e 10-='，物镜焦距mm f o 100=' ，试求经伽利略望远系统变换后激光束束腰大小、位 置、激光束的发散角和准直倍率。 解：已知束腰半径010.5w mm =，632.8nm λ=，束腰到目镜的距离为1100z mm = ∴可以求得目镜前主平面上的截面半径 2 10.50.502w w mm === 波阵曲面的曲率半径： 22 0122116 1 3.140.5(1())100(+())=-15488.857mm 100632.810 w R z z πλ-?=+=-?-??1 Q '' 11111R R f -= ∴将115488.857mm R =-，'10f mm =-带入得'1R ： ''111111115488.85710 R R f =+=+-- 黑体辐射和能量子的理解 一、基础知识 1能量子 (1) 普朗克认为，带电微粒辐射或者吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值的整^_ 倍.即能量的辐射或者吸收只能是一份一份的.这个不可再分的最小能量值 ￡叫做能量子. —34 ⑵能量子的大小： 尸h v,其中v 是电磁波的频率，h 称为普朗克常量.h = 6.63X 10 J s ： 2、光子说： 空间传播的光的能量是不连续的，是一份一 ￡= h v 其中h 是普朗克常量，其值为 6.63X 10 二、练习 1、下列可以被电场加速的是 (B A .光子 B .光电子 2、关于光的本性，下列说法中不正确的是( A .光电效应反映光的粒子性 B. 光子的能量由光的强度所决定 C. 光子的能量与光的频率成正比 ) C . X 射线 D .无线电波 B ) D. 光在空间传播时，是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子 (1)定义：爱因斯坦 提出的大胆假设。内容是: 份的，每一份叫做一个光子.光子的能量为 —34 J S ： 对光电效应实验的理解 、基础知识(用光电管研究光电效应的规律) 1常见电路(如图所示) 2、两条线索 (1) 通过频率分析：光子频率高T光子能量大T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T光子数目多T产生的光电子多T光电流大. 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. ⑵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. (3) 逸出功：电子从金属中逸出所需做功的最小值，叫做该金属的逸出功. 二、练习 1、如图所示，当开关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.合上开关，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. (1)求此时光电子的最大初动能的大小； ⑵求该阴极材料的逸出功. 答案(1)0.6 eV (2)1.9 eV 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E km,阴极材料逸出功为W o 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°= E km 1> - — 1) 色温是指在规定两波长处具有与热辐射光源的辐射比率 相同的黑体的温度 2) 自发跃迁是指处于高能级的粒子自发地跃迁到低能级上。 受激跃迁是指由于外界辐射场作用而产生的粒子能级间的跃迁。 3) 受激辐射下光谱线展宽的类型分为均匀展宽和非均匀展宽，其中 均匀展宽有自然展宽、碰撞展宽、热振动展宽，非均匀展宽有多普勒展宽、残余应力展宽。 4) 常见的固体激光器有红宝石激光器、钕激光器、钛宝石激光器（写 出两种），常见的气体激光器有He-Ne激光器、Ar激光器、CO2激光器（写出两种）。 5) 光是一种以光速运动的光子流，光子和其它基本粒子一样，具有 能量、动量和质量；其静止质量为零。 6) 激光与普通光源相比具有如下明显的特点：方向性好、单色性好、相干性好、强度大 7) 简述光子的基本特性。 答：1、光子能量E与光波频率v对应：E=hv 2、光子具有运动质量m，m=E/c2=hv/c2 3、光子的动量与单色平面波矢对应：P=?k 4、光子具有两种可能的独立偏振状态，对应于光波场的两个独立偏振方向 5、光子具有自旋性，并且自旋量子数为整数 8) 简述激光产生的条件、激光器的组成及各组成部分的作用。 答：必要条件：粒子数反转分布和减少振荡模式数 充分条件：激光在谐振腔内的增益要大于损耗 稳定振荡条件：增益饱和效应 组成：工作物质、泵浦源、谐振腔 作用：工作物质：在这种介质中可以实现粒子数反转 泵浦源：将粒子从低能级抽运到高能级的装置 谐振腔：1、使激光具有极好的方向性 2、增强光放大作用 3、使激光具有极好的单色性 1)声波在声光晶体中传播会引起晶体中的质点按声波规律在平衡位置振动，按照声波频率的高低以及声波和光波作用的长度不同，声光相互作用可以分为拉曼-纳斯衍射，布喇格衍射两种类型。 2) 磁光效应是指外加磁场作用所引起的材料光学各项异性，法拉第磁光效应的规律（1）对于给定的介质，光振动面的旋转角与样品的长度和外加的磁感应强度成正比（2）光的传播方向反转时，法拉第旋转的左右方向互换。 3) 电致折射率变化是指晶体介质的介电系数与晶体中的电荷分布有关，当晶体被施加电场后，将引起束缚电荷的重新分布，并导致离子晶格的微小型变，从而引起介电系数的变化，并最终导致晶体折射率变化的现象。 4) 光纤色散的主要危害是使脉冲信号展宽，限制了光纤的宽带或传输容量，多模光纤的色散主要有模色散、材料色散、波导色散 第一章 1. 设在半径为R c 的圆盘中心法线上，距盘圆中心为l 0处有一个辐射强度为I e 的点源S ，如图所示。试计算该点源发射到盘圆的辐射功率。 解：因为 ΩΦd d e e I = ， 且 ()??? ? ??+- =-=== Ω?22000212cos 12sin c R R l l d d r dS d c πθπ?θθ 所以??? ? ??+-=Ω=Φ2 20012c e e e R l l I d I π 2. 如图所示，设小面源的面积为?A s ，辐射亮度为L e ，面源法线与l 0的夹角为θs ；被照面的面积为?A c ，到面源?A s 的距离为l 0。若θc 为辐射在被照面?A c 的入射角，试计算小面源在?A c 上产生的辐射照度。 解：亮度定义: r r e e A dI L θ?cos = 强度定义:Ω Φ= d d I e e 可得辐射通量：Ω?=Φd A L d s s e e θcos 在给定方向上立体角为：2 cos l A d c c θ?= Ω 则在小面源在?A c 上辐射照度为：2 0cos cos l A L dA d E c s s e e e θθ?=Φ= 3.假如有一个按朗伯余弦定律发射辐射的大扩展源（如红外装置面对的天空背景），其各处的辐亮度L e 均相同，试计算该扩展源在面积为A d 的探测器表面上产生的辐照度。 答：由θcos dA d d L e ΩΦ = 得θcos dA d L d e Ω=Φ，且() 2 2cos r l A d d +=Ωθ 则辐照度：()e e e L d r l rdr l L E πθπ =+=? ?∞ 20 0222 2 4. 霓虹灯发的光是热辐射吗？ 不是热辐射。霓虹灯发的光是电致发光，在两端放置有电极的 真空充入氖或氩等惰性气体，当两极间的电压增加到一定数值时，气体中的原子或离子受到被电场加速的电子的轰击，使原子中的电子受到激发。当它由激发状态回复到正常状态会发光，这一过程称为电致发光过程。 6. 从黑体辐射曲线图可以看出，不同温度下的黑体辐射曲线的极大值处的波长λm 随温度T 的升高而减小。试由普朗克热辐射公式导出 常数=T m λ。 答：这一关系式称为维恩位移定律，其中常数为2.898′10-3m ·K 。 普朗克热辐射公式求一阶导数，令其等于0，即可求的。 7.黑体辐射曲线下的面积等于等于在相应温度下黑体的辐射出射度M 。试有普朗克的辐射公式导出M 与温度T 的四次方成正比，即 作业1 三、简答题： 1、简述激光产生的条件、激光器的组成及各组成部分的作用。 [答]：必要条件：粒子数反转分布和减少振荡模式数。 充分条件：起振——阈值条件：激光在谐振腔内的增益要大于损耗。 稳定振荡条件——增益饱和效应（形成稳定激光） 。 组成：工作物质、泵浦源、谐振腔。 作用：工作物质：在这种介质中可以实现粒子数反转。 泵浦源（激励源） ：将粒子从低能级抽运到高能级态的装置。 谐振腔：(1) 使激光具有极好的方向性( 沿轴线) (2) 增强光放大作用( 延长了工作物质 ) (3) 使激光具有极好的单色性( 选频 ) 2、简述光子的基本特性。 [答]：光是一种以光速运动的光子流，光子和其它基本粒子一样，具有能量、动 量和质量。 它的粒子属性（能量、动量、质量等）和波动属性（频率、波矢、偏振等）之间的关系满足： （1）E=hv= ω （2）m= 2 2 c hv c E =，光子具有运动质量，但静止质量为零； （3）k P =； （4）、光子具有两种可能的独立偏振态，对应于光波场的两个独立偏振方向； （5）、光子具有自旋，并且自旋量子数为整数，是玻色子。 作业2 判断题中的第5小题： 在电光调制器中，为了得到线性调制，在调制器中插入一个λ/4波片，波片的轴向如何设置最好？若旋转λ/4波片，它所提供的直流偏置有何变化？ 答：在电光调制器中，为了得到线性调制，在调制器中插入一个?/4波片， 波片的轴向取向为快慢轴与晶体的主轴x 成45°角时最好，从而使 E x′ 和 E y′ 两个分量之间产生π/2 的固定相位差。若旋转λ/4波片，它所提供的直流偏置 ，得到直流偏值随偏振改变而改变。 三 简答题 1、何为大气窗口，试分析光谱位于大气窗口内的光辐射的大气衰减因素。 答：对某些特定的波长，大气呈现出极为强烈的吸收。光波几乎无法通过。根据大气的这种选择吸收特性，一般把近红外区分成八个区段，将透过率较高的波段称为大气窗口。 光谱位于大气窗口内的光辐射的大气衰减因素主要有:大气分子的吸收,大气分子散射 ,大气气溶胶的衰减。 2. 何为大气湍流效应，大气湍流对光束的传播产生哪些影响？ 答：是一种无规则的漩涡流动，流体质点的运动轨迹十分复杂，既有横向运动，又有纵向 运动， 空间每一点的运动速度围绕某一平均值随机起伏。 这种湍流状态将使激光辐射在传播 过程中随机地改变其光波参量， 使光束质量受到严重影响， 出现所谓光束截面内的强度闪烁、 光束的弯曲和漂移（亦称方向抖动）、光束弥散畸变以及空间相干性退化等现象，统称为大气湍流效应。 第一章 1. 光电子器件按功能分为哪几类？每类大致包括哪些器件？ 光电子器件按功能分为光源器件、光传输器件、光控制器件、光探测器件、光存储器件、光显示器件。 光源器件分为相干光源和非相干光源。相干光源主要包括激光器和非线性光学器件等。非相干光源包括照明光源、显示光源和信息处理用光源等。 光传输器件分为光学元件(如棱镜、透镜、光栅、分束器等等)、光波导和光纤等。 光控制器件包括调制器、偏转器、光开关、光双稳器件、光路由器等。 光探测器件分为光电导型探测器、光伏型探测器、热伏型探测器等。 光存储器件分为光盘(包括CD、VCD、DVD、LD等)、光驱、光盘塔等。 光显示器件包括CRT、液晶显示器、等离子显示器、LED显示。 2．谈谈你对光电子技术的理解。 光电子技术主要研究物质中的电子相互作用及能量相互转换的相关技术，以光源激光化，传输波导（光纤）化，手段电子化，现代电子学中的理论模式和电子学处理方法光学化为特征，是一门新兴的综合性交叉学科。 ⒌据你了解，继阴极射线管显示（CRT）之后，哪几类光电显示器件代表的技术有可能发展成为未来显示技术的主体？ 等离子体显示（PDP），液晶显示（LCD），场致发射显示（EL），LED显示。 第二章：光学基础知识与光场传播规律 ⒈ 填空题 ⑴ 光的基本属性是光具有波粒二象性，光粒子性的典型现象有光的吸收、发射以及光电效应等；光波动性的典型体现有光的干涉、衍射、偏振等。 ⑵ 两束光相干的条件是频率相同、振动方向相同、相位差恒定；最典型的干涉装置有杨氏双缝干涉、迈克耳孙干涉仪；两束光相长干涉的条件是(0,1,2,)m m δλ==±±，δ为光程差。 ⑶两列同频平面简谐波振幅分别为01E 、02E ，位相差为φ，则其干涉光强为 22010201022cos E E E E φ++，两列波干涉相长的条件为2(0,1,2,)m m φπ==±± ⑷波长λ的光经过孔径D 的小孔在焦距f 处的衍射爱里斑半径为1.22f D λ 。 ⒉ 在玻璃( 2.25,1)r r εμ==上涂一种透明的介质膜以消除红外线(0.75)m λμ=的反射。 ⑴求该介质膜应有的介电常量及厚度。 ⑵如紫外线(0.42)m λμ=垂直照射至涂有该介质膜的玻璃上，反射功率占入射功率百分之多少？ ⑴玻璃的折射率 1.5n == ，正入射时，当n = 作用，所以 1.225n ===，正入射下相应的薄膜厚度最薄为 0.750.15344 1.225 h m n λμ===? ⑵正入射时，反射率为 2222 00002222000022()cos ( )sin 22()cos ()sin G G G G n n nh nh n n n n n n nh nh n n n n ππλλρππλλ-+-=+++正 2200222200002()cos 3.57%22()cos ()sin G G G nh n n n n nh nh n n n n πλππλλ-= =+++ 第十五章波粒二象性原子与原子核 考情分析高考对本章的考查主要以选择题形式出现，经常结合经典物理理论和最新科技成果考查，难度不会太大。 重要考点波粒 二象 性 1.光电效应(Ⅰ) 2．爱因斯坦光电效应方程 (Ⅰ) 考 点 解 读 1.理解光电效应现象，掌握光电效应 方程的应用。高考中常以选择题形式 呈现。 2．理解玻尔理论对氢原子光谱的解 释，掌握氢原子的能级公式并能灵活 应用，用氢原子能级图求解原子的能 级跃迁问题是高考的热点。 3．原子核式结构的发现、原子核的组 成、放射性、半衰期等仍会是高考命 题的重点。 4．了解放射性同位素的应用，了解核 力的特点。 5．书写核反应方程，区分核反应的种 类并根据质能方程求解核能问题在高 考中命题率较高。 6．裂变反应、聚变反应的应用，射线 的危害和应用等知识与现代科技联系 密切。 原子 结构 1.氢原子光谱(Ⅰ) 2．氢原子的能级结构、能级 公式(Ⅰ) 原子 核 1.原子核的组成、放射性、原 子核的衰变、半衰期(Ⅰ) 2．放射性同位素(Ⅰ) 3．核力、核反应方程(Ⅰ) 4．结合能、质量亏损(Ⅰ) 5．裂变反应和聚变反应、裂 变反应堆(Ⅰ) 6．射线的危害和防护(Ⅰ) 主干梳理对点激活 知识点光电效应及其规律Ⅰ 1．定义 01电子从表面逸出的现象。 2．光电子 02光电效应中发射出来的电子。 3．光电效应规律 (1)存在饱和光电流：光照条件不变，当正向电压增大时，光电流趋于一个饱和值，即一定的光照条件下单位时间发出的光电子数目是一定的。实验表明，光的频率一定时，入射光 越强，饱和光电流03越大，单位时间内发射的光电子数04越多。 (2)存在遏止电压：使光电流减小到0的反向电压U c 称为遏止电压。遏止电压的存在意味着光电子的初动能有最大值E km ＝12m e v 2 c ＝eU c ，称为光电子的最大初动能。实验表明，遏止电压 (或光电子的最大初动能)与入射光的05强度无关，只随入射光频率的增大而06增大。 (3)存在截止频率：每种金属都有一个极限频率或截止频率νc ，入射光的频率必须07大于等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。 (4)光电效应具有瞬时性：当入射光的频率超过截止频率νc 时，无论入射光怎样微弱，光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s 。 知识点 爱因斯坦光电效应方程 Ⅰ 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ε01hν。其中h ＝6.63×10－34 J·s(称为普朗克常量)。 2．逸出功W 0 02最小值。 3．最大初动能 03电子吸收光子后，除了要克服金属的逸出功外，有时还要克服原子的其他束缚而做功，这时光电子的初动能就比较小；当逸出过程只克服金属的逸出功而逸出时，光电子的初动能称为最大初动能。 4．爱因斯坦光电效应方程 (1)表达式：E k 04hν－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05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 0612 m e v 2 。 5．对光电效应规律的解释 对应规律 对规律的产生的解释 存在截止频率νc 电子从金属表面逸出，必须克服金属的逸出功W 0，则入射光子的能量不 能小于W 0，对应的频率必须不小于νc ＝07 W 0 h ，即截止频率 光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而增大，与 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，对于确定的金属，W 0是一定的，故光电子的最大初动能只随入射光频率的 光电效应练习题-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1 光电效应练习题 说明：适合只选3-5的学生做 1.（单选题）用强度相同的红光和蓝光分别照射同一种金属，均能使该金属发生光电效应．下列判断正确的是（） A．用红光照射时，该金属的逸出功小，用蓝光照射时该金属的逸出功大 B．用红光照射时，该金属的截止频率低，用蓝光照射时该金属的截止频率高 C．用红光照射时，逸出光电子所需时间长，用蓝光照射时逸出光电子所需时间短 D．用红光照射时，逸出的光电子最大初动能小，用蓝光时逸出的光电子最大初动能大2.（多选）图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象．由图象可知() A．该金属的逸出功等于E B．该金属的逸出功等于hν0 C．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为E D．入射光的频率为ν0/2时，产生的光电子的最大初动能为E/2 3.（多选）关于光电效应，下列说法正确的是： A．某种频率的光使金属发生光电效应，若增加入射光的强度，则单位时间内发射的光电子数增加 B．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 C．当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应 D．一般需要用光照射金属几分钟到几十分钟才能产生光电效应 E．入射光的频率不同，同一金属的逸出功也会不同 2 4.（单选题）现有a、b、c三束单色光，其波长关系为λa∶λb∶λc＝1∶2∶3。当用a光束照射某种金属板时能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为3E k，若改用b光束照射该金属板，飞出的光电子最大动能为E k，当改用c光束照射该金属板时 A．能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为E k B．能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为E k/2 C．能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为E k/3 D．由于c光束光子能量较小，该金属板不会发生光电效应 5.（单选题）现有a、b、c三束单色光，其波长关系为λa>λb>λc.用b光束照射某种金属时，恰能发生光电效应．若分别用a光束和c光束照射该金属，则可以判定 A．a光束照射时，不能发生光电效应 B．c光束照射时，不能发生光电效应 C．a光束照射时，释放出的光电子数目最多 D．c光束照射时，释放出的光电子的最大初动能最小 6. (多选)光电效应实验的装置如图13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．用绿色光照射锌板，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 3 3.23导学案答案 1．[2017·上海单科，1]由放射性元素放出的氦核流被称为( ) A．阴极射线B．α射线 C．β射线 D．γ射线 解析：在天然放射现象中，放出α、β、γ三种射线，其中α射线属于氦核流，选项B正确．答案：B 2．[2019·山东德州一模]在物理学发展的过程中，许多物理学家的科学发现推动了人类历史的进步．对以下几位物理学家的科学贡献的表述中，与事实相符的是( ) A．玻尔根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型 B．密立根最早通过实验，比较准确地测定了电子的电荷量 C．法拉第发现了由磁场产生电流的条件和规律，总结出电磁感应定律 D．爱因斯坦认为发生光电效应时，若入射光频率一定，则光的强度越大，逸出光子的最大初动能越大 解析：卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，选项A错误；密立根最早通过实验，比较准确地测定了电子的电荷量，选项B正确；法拉第发现了由磁场产生电流的条件，但是纽曼和韦伯先后总结了电磁感应定律，选项C错误；爱因斯坦认为发生光电效应时，入射光频率越大，逸出光电子的最大初动能越大，选项D错误． 答案：B 3.在同位素氢、氘、氚的核内具有相同的( ) A．核子数 B．电子数 C．中子数 D．质子数 解析：本题考查对同位素的认识．同位素是指在原子核中的质子数相同而中子数不同的元素，故氢、氘、氚的核内具有相同的质子数，D项正确． 答案：D 4．[2019·广东佛山模拟]下列四幅图的有关说法中正确的是( ) A．图甲中的α粒子散射实验说明了原子核是由质子与中子组成 B．图乙中若改用绿光照射，验电器金属箔一定不会张开 C．图丙一群氢原子处于n＝4的激发态，最多能辐射6种不同频率的光子 D．图丁原子核C、B结合成A时会有质量亏损，要释放能量 解析：α粒子散射实验说明了原子具有核式结构，故A项错误．紫外线照射金属板时能产生 光电效应：光照射金属板时，可以使金属板发射电子的现象。 右图中，锌板带正电，验电器也带正电。 光电效应中，金属板发射出来的电子叫光电子，光电子的定向移动可以形成光电流。 相关知识：电磁波按照频率依次增大（波长依次减小）的顺序排列： 无线电波→红外线→可见光→紫外线→x射线→γ射线 可见光又分为7中颜色：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。 光的频率和颜色是对应关系，一个频率对应一种光的颜色。单色光就是单一频率的光。 光照强度：单位时间内照射到单位面积上的光的能量。（光线和接收面垂直时） 通俗讲，光照强度大就是光线密集的意思。房间里开一盏灯时没有开两盏灯光照强度大。 光电效应的规律：（右图为研究光电效应的电路图） 1．光电管中存在饱和电流。当光照强度、光的颜色一定时，光电流随着AK极之间的电压增大 而增大，但是当电压增大到一定程度以后，光电流就不再增大了，光电流能达到的最大值叫饱和 电流。 控制光的颜色，饱和电流与光照强度有关，光照越强则饱和电流越大。 2．光电管两端存在着遏止电压。当A、K极之间电压为零时，光电流并不为零。当在A、K极 加反向电压时，即A极为负极板，K极为正极板时，光电子在两极之间减速运动。反向电压越大，光电流越小，当反向电压达到某一值时，光电流消失，能够使光电流消失的反向电压叫遏止电压，用U C表示。 遏止电压与光照强度无关，只与入射光的频率有关，频率越大则遏止电压越大。 右图中，甲乙丙三种光的频率大小关系？ 甲、乙的光照强度大小关系？ 乙、 3．金属能否发生光电效应取决于入射光的频率，与光照强度和光照时间无关。 当入射光的频率低于某一值时，无论光照多强，时间多长都不会发生光电效应。而这一值叫做截止频率，又叫极限频率，用νc表示。 4．如果入射光的频率超过了截止频率，无论光照强度多么弱，发生光电效应仅需10-9s。 爱因斯坦为了解释光电效应，提出了光子说： 1．在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量E=hν。ν指光的频率。 2．金属中的自由电子吸收光子能量时，必须是一次只能吸收一个光子，而且不能累计吸收。 3．光子不能再分，自由电子吸收光子时要么是全部吸收，要么不吸收。 4．自由电子吸收光子仅需10-9s。 光子说对光电效应的解释： 1．当光照颜色一定时，光照越强，则单位时间内照射到金属上的光子数越多，光子数越多则发射出来的光电子数越多。所以光电流就越大。当A、K极间的电压大到一定程度后，所有的光电子都能从K极到达A极，出现了饱和电流。光照越强，光子数、光电子数相应越多，则饱和电流增大。 2．自由电子吸收了光子能量后，能够从金属内部逃逸出来。自由电子从金属中逃逸出来的过程中，要克服原子核对它的引力做功。自由电子从金属中逃逸出来的过程中所要克服引力所做功的最小值，叫金属的逸出功，用W0表示。逸出功是由金属本身决定的，不同的金属有不同的逸出功。 若要自由电子能够从金属中逃逸出来，则自由电子吸收的光子能量E=hν必须大于金属的逸出功W0。 因此金属存在着截止频率，hνc= W0。当光子能量hν> W0时，才能发生光电效应。 电子从金属中逃逸出来后剩余的动能，由能量守恒定律可知：E K=hν-W，其中W指自由电子逃逸过程中克服引力做的功，当W最小时，电子剩余的动能则越大，所以，电子的最大初动能E Km=hν-W0。 3．在光电管中，当在、K极加反向电压时，电场力对电子做负功，当反向电压达到遏止电压 U C时，光电子恰好不能到达A极。如右图，A极接电源负极。 则遏止电压U C满足：-eU C=0-E Km= hν-W0，所以，遏止电压只 与入射光的频率有关，与光照强度和光照时间无关。 第二章习题答案 2—1 铯的逸出功为，试求： （1）铯的光电效应阈频率及阈值波长； （2）如果要得到能 量为的光电子，必须使用多少波长的光照射 解：光电效应方程 2 12 m mv h =ν-Φ （1） 由题意知 0m v = 即 0h ν-Φ= 14 15 1.9 4.59104.13610ev Hz h ev s -Φν= ==??? 1.24652.61.9c hc nm Kev nm ev λ?====νΦ （2） ∵ 2 1 1.52 m mv ev = ∴ 1.5c ev h h λ =ν-Φ=-Φ 1.24364.71.5 1.5 1.9hc nm Kev nm ev ev ev λ?= ==+Φ+ 2-2 对于氢原子、一次电离的氢离子He ＋ 和两次电离的锂离子Li ＋＋ ，分别计算它们的： （1）第一、第二玻尔轨道半径及电子在这些轨道上的速度；（2）电子在基态的结合能； （3）由基态带第一激发态所需的激发能量及由第一激发态退激到基态所放光子的波长。 解：（1）由波尔理论及电子的轨道半径公式 r 1为氢原子第一波尔半径 222 01122204()(197.3)0.0530.511e e c r a nm nm m e m c e 6 πε====≈/4πε?10?1.44 h h 氢原子第二波尔半径 可知：He + (Z=2) Li + + (Z=3) 电子在波尔轨道上的速率为 2 1 n n r r z =221140.212r n r r nm ===112 210.0265220.1062a r nm r a nm ====112 210.0176320.07053 a r nm r a nm ====n z v c n =α 光电效应练习题 说明：适合只选3-5的学生做 1.（单选题）用强度相同的红光和蓝光分别照射同一种金属，均能使该金属发生光电效应．下列判断正确的是（） A．用红光照射时，该金属的逸出功小，用蓝光照射时该金属的逸出功大 B．用红光照射时，该金属的截止频率低，用蓝光照射时该金属的截止频率高 C．用红光照射时，逸出光电子所需时间长，用蓝光照射时逸出光电子所需时间短 D．用红光照射时，逸出的光电子最大初动能小，用蓝光时逸出的光电子最大初动能大2.（多选）图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象．由图象可知( ) A．该金属的逸出功等于E????? B．该金属的逸出功等于hν0 C．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为E D．入射光的频率为ν0/2时，产生的光电子的最大初动能为E/2 3.（多选）关于光电效应，下列说法正确的是： A．某种频率的光使金属发生光电效应，若增加入射光的强度，则单位时间内发射的光电子数增加 B．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 C．当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应 D．一般需要用光照射金属几分钟到几十分钟才能产生光电效应 E．入射光的频率不同，同一金属的逸出功也会不同 4.（单选题）现有a、b、c三束单色光，其波长关系为λa∶λb∶λc＝1∶2∶3。当用a光束照射某种金属板时能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为3E k，若改用b光束照射该金属板，飞出的光电子最大动能为E k，当改用c光束照射该金属板时 A．能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为E k B．能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为E k/2 C．能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为E k/3 D．由于c光束光子能量较小，该金属板不会发生光电效应 5.（单选题）现有a、b、c三束单色光，其波长关系为λa>λb>λc.用b光束照射某种金属时，恰能发生光电效应．若分别用a光束和c光束照射该金属，则可以判定A．a光束照射时，不能发生光电效应 B．c光束照射时，不能发生光电效应 C．a光束照射时，释放出的光电子数目最多 D．c光束照射时，释放出的光电子的最大初动能最小 6. (多选)光电效应实验的装置如图13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．用绿色光照射锌板，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 7.（单选题）入射光照到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而保持频率不变，那么（） A．从光照至金属表面到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加；光电效应例题汇总
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