“光电效应”中易错概念辨析 专题辅导 不分版本VIP免费

“光电效应”中易错概念辨析江苏董淑伟吴传叶“光电效应”是光的粒子性的一个重要体现，学习中要澄清一些易混淆的概念，如“光子”、“光电子”、“光子的能量”与“光电子的最大初动能”等，这对理解光电效应的规律具有重要意义。1.“光子”与“光电子”光子是指光在空间传播时的每一份能量（即能量是不连续的），光子不带电，是微观领域中的一种粒子；而光电子是金属表面受到光照时发射出来的电子，因此其本质就是电子。2.“光子的能量”与“入射光的强度”光子的能量是一份一份的，每一份的能量为，其大小由光的频率决定；而入射光的强度是指单位时间内入射光中包含光子数的多少，入射光的强度可表示为，其中n为单位时间内的光子数。例1.用某种单色光照射某种金属表面，发生光电效应，现将该单色光的光强减弱，则（）A.光电子的最大初动能不变B.光电子的最大初动能减少C.单位时间内产生的光电子数减少D.可能不发生光电效应解析：选A、C。该单色光照射某种金属表面时能发生光电效应，则根据爱因斯坦光电效应方程得：入射光频率不变时光电子的最大初动能不变；若该单色光的光强减弱，则表明单位时间内射到单位面积上的光子数减少，产生的光电子数也必减少。故答案A、C正确。例2.已知每秒从太阳射到地球上垂直于太阳光的每平方米截面上的辐射能为，其中可见光部分约占45%。假设可见光的波长约为0.55m，普朗克常数，由此可估算出太阳每秒辐射的可见光的光子数约多少个。（只要求两位有效数字）解析：因太阳向各个方向的辐射为均匀的，就可认为太阳每秒辐射的可见光的光子数就等于以太阳为球心，日地之间距离为半径R的球面上每秒获得的可见光的光子数。已知每秒从太阳射到地球上垂直于太阳光的每平方米截面上的辐射能，可见光所占的能量为，则太阳每秒辐射的可见光的能量，每个可见光子的能量，则太阳每秒辐射出的可见光的光子数为：，代入数据可得：。3.“光电子的最大初动能”与“光电子的动能”光照射到金属表面时，电子吸收光子的能量，就可能向各个方向运动，运动过程中要克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分能量转化为光电子的初动能。所以金属表面的电子，只需克服原子核的引力做功就能从金属表面逸出，那么这些光电子具有最大初动能，其值为（式中W为金属的逸出功）。而不从金属表面发射的光电子，在逸出的过程中损失的能量会更多，所以此时光电子的动能。例3.如图1，当电键S断开时，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零。合上电键，调节滑线变阻器，发现当电压表读数小于0.60V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零。由此可知阴极材料的逸出功为（）A.1.9eVB.0.6eVC.2.5eVD.3.1eV图1解析：选A。由题意知光电子的最大初动能为：，所以根据光电效应方程得：。故选项A正确。4.“光电流”与“饱和光电流”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比较大时，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，光电流也就不会增加，即饱和光电流是一定频率与强度的光照射下的最大光电流。因此在解光电效应的习题时，应注意明确是光电流还是饱和光电流。例4.如图2所示装置，阴极K由极限波长的金属制成。若闭合电键，用波长的绿光照射阴极K，调整两个极板电压，电流表示数为，求：（1）每秒阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能。（2）如果将照射阴极绿光的光强增大为原来的2倍，每秒阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能。图2解析：（1）当阴极发射的光电子全部达到阳极时，光电流达到饱和，故每秒发射的光电子个数为：个根据光电效应方程，光电子的最大初动能应为：代入数据可得（2）如果照射光的频率不变，光强加倍，则每秒内发射的光电子数也加倍、饱和光电流也增大为原来的2倍。根据光电效应实验规律可得每秒阴极发射的光电子个数；光电子的最大初动能仍然为。