第6章 专题强化4 光电效应方程及其应用-【优化探究】2025-2026学年新教材高中物理选择性必修第三册同步导学案配套PPT课件（鲁科版）

专题强化4　光电效应方程及其应用 第6章　波粒二象性 课时作业 巩固提升 类型1　光电效应方程hν=W+mv2的应用 类型2　光电效应图像问题 内容索引 类型1　光电效应方程 hν=W+mv2的应用 一 3 1.光电效应方程的理解 (1)mv2为光电子的最大初动能,与金属的逸出功W和光的频率ν有关。 (2)若mv2=0,则hν=W0,此时的ν即为金属的截止频率νc。 2.光电效应现象的有关计算 (1)最大初动能的计算:mv2=hν-W=hν-hνc; (2)截止频率的计算:hνc=W,即νc=; (3)遏止电压的计算:-eUc=0-mv2, 即Uc==。 [例1]　用频率为ν的光照射某金属表面时,逸出的光电子的最大初动能为Ek。若改用频率为3ν的光照射该金属,则逸出的光电子的最大初动能为(　　) A.3Ek　 　B.2Ek　 　C.3hν-Ek　 　D.2hν+Ek [解析]　由爱因斯坦光电效应方程可知Ek=hν-W,Ek'=h·3ν-W,所以Ek'=2hν+Ek,选D。 D [例2]　(多选)用如图所示的装置研究光电效应现象。当用光子能量为2.75 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应,电流表G的示数不为零,移动滑动变阻器的滑片c,发现当电压表的示数大于或等于1.7 V时,电流表示数为0,则下列说法正确的是(　　) A.光电子的最大初动能为1.05 eV B.光电管阴极的逸出功为1.05 eV C.当滑片向a端滑动时,反向电压增大,电流增大 D.改用能量为2.5 eV的光子照射,移动滑动变阻器的滑片c,电流表G中也可能有电流 BD [解析]　当电压表示数大于或等于1.7 V时,电流表无示数,说明遏止电压为1.7 V,由eUc=Ek可得光电子的最大初动能Ek=1.7 eV,由光电效应方程Ek=hν-W可得光电管阴极的逸出功为1.05 eV,A错误,B正确;若光的频率不变,反向电压大于遏止电压后电路中就不再有电流,C错误;当入射光频率超过截止频率,且反向电压小于遏止电压,电路中就会有电流,D正确。 二 类型2　光电效应图像问题 9 光电效应的四类图像 图像名称 图线形状 读取信息 最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像   (1)截止频率(极限频率):横轴截距 (2)逸出功:纵轴截距的绝对值W0=|-E|=E (3)普朗克常量:图线的斜率k=h 图像名称 图线形状 读取信息 遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像   (1)截止频率νc:横轴截距 (2)遏止电压Uc: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 图像名称 图线形状 读取信息 颜色相同、强度不同的光,光电流与电压的关系   (1)遏止电压Uc:横轴截距 (2)饱和电流Im:电流的最大值 (3)最大初动能:Ekm=eUc 颜色不同时,光电流与电压的关系   (1)遏止电压Uc1、Uc2 (2)饱和电流 (3)最大初动能Ek1=eUc1,Ek2=eUc2 [例3]　用不同频率的光照射某种金属时,逸出光电子的最大初动能随入射光频率变化的图线如图所示,图线的反向延长线与纵轴交点纵坐标为-a(a>0),与横轴交点横坐标为b,电子的电荷量大小为e,则下列由图像获取的信息正确的是(　　) A.该金属的截止频率为a B.该金属的逸出功为b C.普朗克常量为 D.入射光的频率为2b时,遏止电压为 D [解析]　根据爱因斯坦光电效应方程有Ek=hν-hνc,结合图像,当Ek=0时,b=νc,即该金属的截止频率为b;当ν=0时,Ek=-hνc=-a,即该金属的逸出功为a;普朗克常量为h=k=,故A、B、C错误。根据爱因斯坦光电效应方程可得,当入射光的频率为2b时,光电子最大初动能为Ek=hν'-hνc=·2b-a=a,又Ek=eUc,则Uc=,故D正确。 [例4]　(多选)1907年起,美国物理学家密立根开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量,检验爱因斯坦光电效应方程的正确性。按照密立根的方法进行实验时得到了某金属的Uc和ν的几组数据,并作出如图所示的图线,电子的电荷量大小为e=1.6×10-19 C。由图线可知,以下说法正确的是(　 　) A.该金属的截止频率约为4.27×1014 Hz B.该金属的逸出功约为0.48 eV C.可以求得普朗克常量h约为6.24×10-34 J·s D.若用波长为500 nm的紫光照射该金属,能使该金属发生光电效应 ACD [解析]　根据光电效应方程有Ekm=hν-W0,又eUc=Ekm,解得Uc=ν-,由图像可知该金属的截止频率约为νc=4.27×1014 Hz,故A正确;由图像可知当Uc=0时W0=hνc,由图像可知= V/Hz,解得h≈6.24×10-34 J·s,W0≈1.67 eV,故B错误,C正确;波长为500 nm的紫光的能量为E==2.34 eV>1.67 eV,则用波长为500 nm的紫光照射该金属,能使该金属发生光电效应,故D正确。 [例5]　(2024·河北石家庄二中教育集团期中)如图甲所示,阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极,阴极K在受到光照时能够发射光电子。阴极K与阳极A之间电压U的大小可以调整,电源的正负极也可以对调。闭合开关后,阳极A吸收阴极K发出的光电子,在电路中形成光电流。现分别用a、b、c三种色光照射阴极K,形成的光电流与电压的关系图像如图乙中a、b、c所示。下列说法正确的是(　　) A.b光频率最低 B.a光的光强一定最强 C.a、c光照射到阴极K上,出射 电子的最大初动能不同 D.U一定时,三种单色光分别照 射阴极K,射出的光电子的最大 动能Eka=Ekc<Ekb D [解析]　设遏止电压为Uc,有eUc=Ek=hν-W0, 对于同一种金属W0不变,则遏止电压与入射 光的频率有关,b光的遏止电压最大,故b光的 频率最大,故A错误;在光的频率不变的情况 下,入射光越强,饱和电流越大,则a光的光强 大于c光的光强,若光强相同,光频率越大,单 个光子能量越大,则单位时间内发射的光子数越少,打出来的光电子也越少,所以饱和电流会减小,所以a光的光强可能小于b光的光强,故B错误;a、c光遏止电压相同,频率相同,a、c光照射到阴极K上,出射电子的最大初动能相同,故C错误;b光的频率最大,a、c光频率相同,U一定时,三种单色光分别照射阴极K,射出的光电子的最大动能Eka=Ekc<Ekb,故D正确。 三 课时作业 巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 [A组　基础巩固练] 1.利用光电管研究光电效应的实验电路图如图所示,用波长为λ的光照射某种金属,发生光电效应时,光电子的最大初动能为Ek;若用波长为的光照射该金属,发生光电效应时光电子的最大初动能为2.25Ek。该金属极限波长λ0为(　　) A.3λ　　　　　　　 B.5λ C.7λ D.9λ B 解析:设该金属的逸出功为W0,根据光电效应方程得-W0=Ek, 2-W0=2.25Ek,联立解得W0=,又因为W0=,所以λ0=5λ,故选B。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2.用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应,可得到光电子的最大初动能Ek随入射光频率ν变化的Ek-ν图像。已知钨的逸出功是3.28 eV,锌的逸出功是3.34 eV,若将二者的图线画在同一个Ek-ν坐标系中,用实线表示钨,虚线表示锌,则能正确反映这一过程的图像是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 A 解析:根据光电效应方程Ek=hν-W0可知,Ek-ν图线的斜率代表普朗克常量h,因此钨和锌的Ek-ν图线应该平行;图线的横轴截距代表截止频率νc,而νc=,因此钨的截止频率小些,综上所述,A正确,B、C、D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 3.如图所示,分别用1、2两种材料作阴极K进行光电效应实验, 其逸出功的大小关系为W1>W2,保持入射光不变,则光电子到 达A极时动能的最大值Ek随电压U变化关系的图像是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 C 解析:光电管所加电压为正向电压,则根据爱因斯坦光电效应方程可知光电子到达A极时动能的最大值Ek=Ue+hν-W0,由此可知Ek-U图像的斜率相同,均为e;逸出功越大,则图像在纵轴上的截距越小,因W1>W2,则图像C正确,A、B、D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 4.利用图示实验装置研究光电效应规律。实验中用同一频率(足够大)的单色光,分别照射不同型号的光电管(K极金属不同),以下遏止电压(Uc)随不同金属逸出功(W0)变化图像正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 B 解析:实验中用同一频率(足够大)的单色光,分别照射不同型号的光电管,根据光电效应方程可得Ek=hν-W0,根据动能定理可得-eUc=0-Ek,联立可得Uc=-W0+,由此可知Uc-W0是一条斜率为负、纵轴截距为正的倾斜直线,故选B。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 5.(多选)如图所示为金属A和B的遏止电压Uc和入射光频率ν的关系图像。由图可知(　　) A.金属A的逸出功小于金属B的逸出功 B.金属A的截止频率大于金属B的截止频率 C.图线的斜率为普朗克常量 D.如果用频率为5.5×1014 Hz的入射光照射 两种金属,从金属A逸出的光电子的最大初动能较大 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 AD 解析:根据爱因斯坦光电效应方程及动能定理可 得Ekm=hν-W,eUc=Ekm,则Uc=ν-,当Uc=0时,对应 的频率为截止频率,由题图可知,金属A的截止频 率小于金属B的截止频率,B错误;金属的逸出功 为W0=hνc,νc是截止频率,所以金属A的逸出功小于金属B的逸出功,A正确;由B解析中的表达式可知,图线斜率表示,C错误;根据爱因斯坦光电效应方程可知,由于A的逸出功较小,故从金属A逸出的光电子的最大初动能较大,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 [B组　综合强化练] 6.(多选)X射线光电子能谱仪是利用X光照射材料表面激发出光电子,并对光电子进行分析的科研仪器。用某一频率的X光照射某种金属表面,逸出了光电子,若增加此X光的强度,则(　　) A.该金属逸出功增大 B.X光的光子能量不变 C.逸出的光电子最大初动能增大 D.单位时间逸出的光电子数增多 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 BD 解析:金属的逸出功是金属的自身固有属性,仅与金属自身有关,增加此X光的强度,该金属逸出功不变,故A错误;根据光子能量公式ε=hν可知,增加此X光的强度,X光的光子能量不变,故B正确;根据爱因斯坦光电方程Ek=hν-W0可知,逸出的光电子最大初动能不变,故C错误;增加此X光的强度,单位时间照射到金属表面的光子变多,则单位时间逸出的光电子数增多,故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 7.(多选)某实验小组做光电效应的实验,用不同频率的光照射某种金属,测量结果如下表所示。已知电子电荷量大小为e。下列说法中正确的是 (　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 CD A.一定有U2=3U1 B.一定有I2=3I1 C.可以推测普朗克常量h= D.可以推测该金属的逸出功为W0= 入射光频率 遏止电压 饱和电流 ν U1 I1 3ν U2 I2 解析:遏止电压的大小与入射光频率有关,根据爱因斯坦光电效应方程有Ek=hν-W0=eUc,则遏止电压与入射光频率成一次函数关系但不是正比例关系,故U2≠3U1,A错误;饱和电流与入射光强度有关,题中入射光强度未知,B错误;根据爱因斯坦光电效应方程得hν1=eU1+W0,hν2=eU2+W0,联立可得普朗克常量为h=,代入数据得h=,C正确;将求出的普朗克常量代入可得,金属的逸出功W0=hν1-eU1=,代入数据有W=,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 8.如图所示,图甲为观测光电效应的实验装置,在光的照射下,测得某种金属的遏止电压Uc和入射光波长倒数之间的关系如图乙所示,电子的电荷量为e。下列说法正确的是(　　) A.图像中的λ0是发生光电效应的 入射光的最小波长 B.该金属的逸出功为eU1 C.图线斜率为普朗克常量h D.若入射光的波长为,产生的光电子的最大初动能为5eU1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 B 解析:图像中的λ0是发生光电效应的入射光的最大波长,A错误;由eUc=hν-W0,ν=,联立得Uc=-,图像的纵截距为-,-=-U1,得W0=eU1,B正确;图线斜率为,C错误;若入射光的波长为,Ekm=-W0=-==3eU1,D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 9.(多选)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。如图所示,甲是研究光电效应的电路图,乙是光电流与电压的关系图像。下列说法正确的是(　　) A.闭合开关,电子从阴极K表面逸出后做减速运动 B.闭合开关,将滑动变阻器的滑片缓慢向右移动, 电流表示数增大到某一值后不再增大 C.由图乙可知,③光子的频率大于①光子的频率 D.由图乙可知,①②是同种颜色的光,①的光强比②的小 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 BC 解析:由题图甲知光电管中的电场方向水平 向右,电子从金属板逸出后,受到水平向左的 电场力,电子做加速运动,A错误;向右移动滑 动变阻器,光电管两端电压增大,当光电管中 的电流达到饱和电流时,电流表示数将不再 增大,B正确;根据光电效应方程得hν=W0+Ekm,结合eUc=Ekm,整理得Uc=ν-,由题图乙可知③光子的遏止电压大于①光子的遏止电压,所以③光子的频率大于①光子的频率,C正确;①②的遏止电压相同,频率相同,所以①②是同种颜色的光,①的饱和电流大于②的饱和电流,①的光强比②的大,D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 [C组　培优选做练] 10.从1907年起,密立根就开始测量金属的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系,由此计算普朗克常量h,并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较,以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性。按照密立根的方法,我们利用图甲所示装置进行实验,得到某金属的Uc-ν图像如图乙所示,电子的电荷量e、图中ν1和U0均已知,求: 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 (1)金属的截止频率; (2)普朗克常量h; (3)当入射光的频率为3ν1时,逸出光电子的最大初动能。 答案:(1)ν1　(2)　(3)2eU0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 解析:(1)根据金属的Uc-ν图像可知,金属的截止频率为ν0=ν1。 (2)根据光电效应方程和动能定理可得Ek=hν-W0 -eUc=0-Ek 可得Uc=ν- 可知Uc-ν图像的斜率为k== 解得普朗克常量为h=。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 (3)由Uc-ν图像可得-=-U0 可得金属的逸出功为W0=eU0 当入射光的频率为3ν1时,根据光电效应方程可得 Ek'=h·3ν1-W0 解得Ek'=2eU0。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 $$