第16章 第1讲 能量量子化 光电效应-【金版教程】2026年高考物理一轮复习解决方案全书word

学科网书城画 品牌书店·知名教辅·正版资源 15.2 zxxk.com○ 您身边的互联网+教辅专家 第十六章 近代物理初步 第 讲 能量量子化 光电效应 教材阅读指导 (对应人教版选择性必修第三册相关内容及问题) 1 第四章阅读“】普朗克黑体辐射理论”这一节内容，了解黑体、黑体辐射的实验规律， 理解能量子。 2 第四章第2节图4.25，这种金属的极限颜率大约是多少？ 提示：4.27×1014Hz。 3第四章第2节[练习与应用]T1 提示：若入射光的波长确定而强度增加，光电流的饱和值将增大：若入射光的率增加，過 止电压将增大。 4 第四章[复习与提高]A组T1。 提示：(1)乙大：(2)丙大：(3)一样大：(4)一样大。 5 第四章[复习与提高B组T6 提示：设每个绿光光子的能量是￡，则每秒射入瞳孔引起祝党所需的绿光的最低能量 E=Ne 其中e=m 且c=w 设瞳孔面积为S,则S。=π4P 设眼睛最远在r处能够看到这个光源，则E=P4π2S。 联立可得r=d4RWhc以 代入数据解得r=211km。 考点一黑体辐射 能量子 基础梳理 1.热辐射 (1)定义：我们周围的一切物体都在辐射sp101)电磁波，这种辐射与物体的spl02)温度有 关，所以叫作热辐射。 学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 (2)特点：辐射强度按波长的分布情况随物体的sp103)温度而有所不同。 2.黑体、黑体辐射的实验规律 (1)黑体：能够sp1O4)完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体。 是一料理想化模型 (②)黑体辐射的实验规律 辐射强度 W 300】 100 0 2 pm 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的吧l05)温度有关。随若温度的升高，一方 面，各种波长的辐射强度都有sp1O6)增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较！ spl07)短的方向移动，如图。 3.能量子 (1)定义：普朗克认为，振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的s空1O8)整数倍， 这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。 (2)能量子大小：ε=sp1O9h,其中v是带电微粒吸收或辐射电磁波的频率，h称为普朗克 常量，h=6.626×10-34J·s(一般取h=6.63×10-34J·s). 4.光子：爱因斯坦认为，光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为的光的能 量为lsup1I0)h。这些能量子后来称为光子。 【「题组强化 例1“测温枪”（学名“红外线辐射测温仪”）具有响应快、非接触和操作方便等优点。它是 根据黑体辐射规律设计出来的，能将接收到的人体热辐射转换成温度显示。若人体温度升高， 则人体热辐射强度I及其极大值对应的波长的变化情况是( A.I增大，A增大 B.I增大，A减小 C.I减小，入增大 D.I减小，A减小 [答案]B [解析]黑体辐射的实验规律如图。由图可知，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有 增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，所以若人体温度升高，则人体热辐射强 度I增大，热辐射强度的极大值对应的波长减小。故选B。 2 学科网书城画 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com● 您身边的互联网+教辅专家 辆射燕度 3M0 L500 300 0 2 山m 例2(2025吉林省吉林市高三上期末)2023年10月3日，诺贝尔物理学奖揭晓，三位科学家 以阿秒激光技术奠基人的身份共同获奖。阿秒激光脉冲是目前人类所能控制的最短时间过程， 可用来测量原子内绕核运动电子的动态行为等超快物理现象。若实验室中产生了1个阿秒激 光脉冲，该激光在真空中的波长1=50nm,真空中的光速c=3.0×108m/s,普朗克常量h =6.63×10一34J·s,则该阿秒激光脉冲的光子的能量约为() A.3.98×10-17J B.3.98×10-18J C.3.98×10-19J D.3.98×10-20J [答案]B [解析]由光子的能量公式有c=m=.,代入数据可得该阿秒激光脉冲的光子的能量约为& =3.98×10-18J,故选B。 考点二 光电效应 基础梳理。 一、光电效应及其规律 1.光电效应 照射到金属表面的光，能使金属中的uplO)电子从表面逸出的现象。 2.光电子 sp02)光电效应中从金属表面逸出的电子。 3.光电效应的实验规律 (I)存在截止频率：当入射光的频率sp103)低于截止频率时不发生光电效应。不同金属的截 止频率不同，即截止频率与金属自身的性质有关。 (2)存在饱和电流：在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值 3 学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 ,即在一定的光照条件下，单位时间阴极K发射的光电子的数目是一定的。实验表明，光的 频率一定时，入射光越强，饱和电流splO4)越大，单位时间内发射的光电子数sp105)越 多。 (③)存在遏止电压：使光电流减小到0的反向电压U。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，Em=12m2c=eU。,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s四l06)强度无关，只随入射光频率的增大而」 spl07)增大。 (4)光电效应具有瞬时性：当入射光的频率超过截止频率v。时，无论入射光怎样微弱，光电效 应几乎是瞬时发生的。 二、爱因斯坦光电效应方程 1.逸出功Wo 要使电子脱离某种金属，需要外界对它做功，做功的sp1O)最小值叫作这种金属的逸出功。 2.光电子的最大初动能Ek 在光电效应中，金属中的sp102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。 3.爱因斯坦光电效应方程 (I)表达式：E=sup1(03)hw-W。 反牌了光电数应中能量守色 (2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是加，在这些能量中，一部分大小为 W。的能量被电子用来sp1O4脱离金属，剩下的是逸出后电子的最大初动能E=」 hupl105I2m02c。 4.对光电效应规律的解释 对应规律 对规律的解释 电子从金属表面逸出，必须克服金居的逸出功W。,则入射光子的能 存在截止须率v。 量不能小于W。,对应的频率必须不小于v.=supO6WOh,即截止频 率 光电子的最大初 电子吸收光子能量后，一部分用米克服金属的逸出功，剩余部分表现 动能随着入射光 为光电子的初动能，贝有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初 频率的增大而增 动能。对于确定的金属，W。是一定的，故光电子的最大初动能只随 大，与入射光的强 入射光频率的增大而xp107)增大，和光强无关 度无关 学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com● 您身边的互联网+教辅专家 光电效应具有瞬 光照射金属时，电子一次性吸收光子的全部能量，不需要sp1OS积 时性 累能量的时间 光较强时饱和电 对于同种频率的光，光较强时，单位时间内照射到金属表面的光子数 流较大 较多，照射金属时产生的spl09)光电子较多，因而饱和电流较大 梳理检测 1.只要入射光的强度足够强，就能发生光电效应。() 2.电子枪发射电子的现象就是光电效应。() 3,光电子的最大初动能与入射光的频率成正比。() 4.光电效应方程E=m一W。中v为入射光子的频率，而不是金属的极限频率。() 5,不同的金属一定对应着相同的极限频率。() 答案：1.×2.×3，×4.√5.× 深化理解 1.与光电效应有关的五组概念对比 ()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)光电子的初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，只需克服原子核的引力做功的情况，光 电子才具有最大初动能。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。 (4)入射光的强度与光子的能量：入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总 能量，即1=nm,n是单位时间照射到单位面积上频率为v的单色光的光子数。 (⑤)光的强度与饱和光电流：饱和光电流随入射光的强度增大而增大的规律是对频率相同的光 照射金属产生光电效应而言的，对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流 与入射光的强度之闻没有简单的正比关系。 2.四点提醒 (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。 5 学科网书城圆 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.2 xxk.com● 您身边的互联网+教辅专家 (④光电子不是光子，而是电子。 3.三个关系式 (1)爱因斯坦光电效应方程：E=hw一W (2)光电子最大初动能与遏止电压的关系：E=eU. (3)逸出功与极限频率的关系：W。=w。 4.两条对应关系 (1)光强大（频率一定时）一光子数目多→发射光电子多→饱和光电流大。 (2)光子频率高一光子能量大一光电子的最大初动能大。 题组强化 例3（人教版选择性必修第三册·第四章第2节[练习与应用]T1改编（多选）在光电效应实验中 ,用频率为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.改用频率小于的光照射，一定不发生光电效应 D.改用频率大于v的光照射，光电子的最大初动能变大 [答案]AD [解析]增大入射光的强度，单位时间内照射到单位面积上的光子数增加，则光电流增大， 故A正确：光电效应是否发生取决于入射光的频率，而与入射光强度无关，故B错误：用频 率为v的光照射光电管阴极，发生光电效应，用频率小于v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，C错误；根据加w一W。=E可知，改用频率大于v的光照射， 光电子的最大初动能变大，故D正确。 例4用频率为8×1014Hz的单色光照射某金属时，产生的光电子的最大初动能为1.1eV, 已知普朗克常量h=6.6×10-34J·s,元电荷e=1.6×10-19C,则下列说法正确的是() A.该金属的逸出功为1,1eV B.该金属的截止频率为3.5×1014Hz C.上述光电效应中的遏止电压为1,1V D.减小入射光的波长，光电子的最大初动能可能减小 [答案]C [解析]根据爱因斯坦光电效应方程有E=v一W,可得该金属的逸出功W。=6.6×10-34× 8×1014L.6×10-19eV-1.1eV=2.2eV,当减小入射光的波长时，入射光的频率增大，光 电子的最大初动能一定增大，A、D错误：根据逸出功与截止频率的关系可得W,=州。，解得 该金属的截止频率为v。=5.3×1014Hz,B错误；根据光电子最大初动能与逼止电压的关系 可得eU。=E,解得遏止电压为U。=1.1V,C正确。 6 学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.2 zxxk.com● 您身边的互联网+教辅专家 跟进训川练利用如图所示的电路研究光电效应现象，滑片P的位置在O点的正上方。已知入 射光蓝光的频率大于阴极K的截止频率，且光的强度较大，则() A.减弱入射光的强度，遏止电压变小 B.将蓝光换成橙光，阴极K的截止频率会改变 C.P向a端移动，微安表的示数增大 D.P向b瑞移动，微安表的示数可能先增大后不变 答案：D 解析：遏止电压仅与入射光频率有关，与入射光的强度无关，故A错误：阴极K的截止频率 。=Wh,阴校K的逸出功W。与入射光无关，则将蓝光换成橙光，阴极K的截止频率不变， 故B错误：P向a端移动，则光电管两端所加反向电压变大，若小于遏止电压，则光电流变 小，微安表的示数变小，故C错误；P向b端移动，则光电管两端所加正向电压变大，阴极 K发出的光电子中有更多的到达阳极，微安表的示数增大，当正向电压足够大时，阴极K发 出的所有光电子都能到达阳极，微安表的示数不再变化，故D正确。 考点三光电效应的图像分析 深化理解 图像名称 图线形状 由图线可直接（或间接）得到的物理量 ①遏止电压U。:图线与横轴的交点的 颜色相同、强度不同的 强光黄 横坐标的值； 光，光电流与电压的关 弱光（黄） ②饱和电流l,m:光电流的最大值： 系图线 ③最大初动能：E=eU. 颜色不同、强度相同的 黄光 ①遏止电压U、U2: 光，光电流与电压的关 蓝光 ②饱和电流： 系图线 ③最大初动能Eu1=eUa,Ea=eUea 7 学科网书城国 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 ①极限频率v。:图线与v轴交点的横坐 光电子的最大初动能 标； Ek与入射光的频率v的 ②逸出功Wo:图线与Ek轴交点的纵坐 关系图线 标的绝对值，W。=一=E; ③普朗克常量h:图线的斜率k=h ①截止频率v。:图线与横轴的交点的横 坐标的值： ②遏止电压U:随入射光频率的增大 遏止电压U。与入射光 而增大： 的频率v的关系图线 ③普朗克常量：等于图线的斜率与电 子电荷量的乘积，即h=e (注：此时两极之间接反向电压) 题组强化 例5(2024河北省张家口市高三下三模)某课题小组研究光电效应规律时，分别用1、2、3 三种光束照射同一光电管的阴极，得到了如图所示的三条光电流随电压变化的图像。下列说 法正确的是() A.光束1和3的强度相同 B.光束1的波长大于3的波长 C.光束1照射时产生光电子的最大初动能最大 D.光束2照射时产生光电子的最大初动能最大 [答案]D [解析]根据爱因斯坦光电效应方程Em=m一Wo,Eam=eU。,联立解得U。=加e一WOe,由 题图可知，光束1、3对应的遏止电压相同，故其频率相同，波长相同，B错误：光束1产生 的饱和光电流比光束3的大，其强度要大于光束3的强度，A错误：光束2对应的遏止电压 最大，由eU.=Em可知，光束2照射光电管产生光电子的最大初动能最大，C错误，D正确。 例6(2022河北高考)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。与入射 光频率的实验曲线，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() 8 学科网书城画 品牌书店·知名教辅·正版资源 Mb.zxxk.com● 您身边的互联网+教辅专家 n 30 2s 20 05 56789102x10 A.钠的逸出功为. B.钠的截止频率为8.5×1014Hz C.图中直线的斜率为普朗克常量h D.遏止电压U。与入射光频率v成正比 [答案]A [解析]根据遏止电压与最大初动能的关系eU.=Ek,以及光电效应方程E=m-Wo,得eU。 =m-Wa,由图像可知，当U。=0时，v=v=5,5×1014Hz,v。即钠的截止频率，且可解 得钠的逸出功W。=h。,A正确，B错误：U。=hv一WOe,可知图中直线的斜率表示he,C 错误；根据U.=hey一WOe可知，遏止电压U。与入射光频率v成线性关系，但不是正比关系， D错误。 课时作业 [A组基础巩固练] 1,黑体辐射的研究表明：辐射强度、波长分布与辐射体的温度有密切关系。此研究对治金工 业的迅速发展有巨大贡献。如图所示，图中画出了四种温度下黑体辐射的强度与波长的关系， 从中可以看出() 辐射强度 300 0 A.温度越高，辐射电磁波的波长越短 B.温度越低，辐射电磁波的波长越长 9 学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.2xXk.com● 您身边的互联网+教辅专家 C.同一波长的辐射强度随着温度的升高而增强 D.不同温度时辐射强度的最大值变化无规律可循 答案：C 解析：无论温度高低，黑体都会辐射各种波长的电磁波，故A、B错误；同一波长的辐射强 度随着温度的升高而增强，故C正确：温度升高，辐射强度的极大值向波长短、频率高的方 向移动，故D错误。 2.(人教版选择性必修第三册，第四章第2节[问题]改编)（多选）如图所示，用导线把不带电的 验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是() 锌板 哈电器 紫外线灯 A.有光子从锌板逸出 B.有电子从锌板逸出 C.验电器指针张开一个角度 D.锌板带负电 答案：BC 解析：用紫外线照射锌板时，锌板里的电子吸收紫外线的能量从锌板表面逸出，称之为光电 子，故A错误，B正确：锌板与验电器相连，带有相同电性的电荷，锌板失去电子带正电， 且失去的电子越多，带正电的电荷量越多，验电器指针张角越大，故C正确，D错误。 3.(2024辽宁高考（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.该金届的逸出功增大 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 答案：BD 解析：金属的逸出功仅与金属自身有关，增加此X光的强度，该金属的逸出功不变，故A错 误：增加此X光的强度，单位时间照射到该金属表面的光子数增多，则单位时间逸出的光电 子数增多，但X光的光子频率不变，根据光子能量公式6=m可知，X光的光子能量不变， 根据爱因斯坦光电效应方程E=加一W。可知，逸出的光电子最大初动能不变，故B、D正确 ,C错误。 4.如图所示为研究光电效应现象的电路图，当用绿光照射到阴极K时，电路中有光电流， 下列说法正确的是() 10