第四章 2.光电效应 -【优学精讲】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册教用课件（人教版）

该高中物理课件围绕光电效应展开，涵盖实验规律、经典解释疑难、爱因斯坦理论及康普顿效应与波粒二象性，通过情景思辨（如紫外线照锌板验电器张开）和判断正误导入，构建“现象-规律-理论”学习支架，衔接前后知识。 其亮点在于紧扣物理观念（建立粒子性观念）和科学思维（对比经典与实验矛盾、典例分析深化理解），设互动探究（如康普顿效应光子碰撞方向探究），配分层训练题（含2024年期末题）。学生能提升分析能力，教师可高效实施教学，兼顾知识梳理与素养提升。

2.光电效应 课标要求 素养目标 1.通过实验，了解光电效应现象。 2.知道爱因斯坦光电效应方程及其意义。 3.能根据实验结论说明光的波粒二象性 1.知道光电效应、康普顿效应、光子的概念以及光电效应的规律，能解释相关现象，树立粒子性观念。（物理观念） 2.掌握光电效应的实验规律并能应用爱因斯坦光电效应方程解释相关规律。提高分析问题、解决问题的能力。（科学思维） 目 录 01. 基础知识·准落实 02. 核心要点·快突破 03. 教学效果·勤检测 04. 课时训练·提素能 基础知识·准落实 梳理归纳 自主学习 01 目录 知识点一　光电效应的实验规律 1. 光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的 ⁠从表面逸 出的现象。 2. 光电子：光电效应中发射出来的 ⁠。 电子　 电子　 目录 物理·选择性必修第三册 （1）存在 频率：当入射光的频率低于截止频率时 ⁠ （选填“能”或“不能”）发生光电效应。 （2）存在 电流：在光的频率不变的情况下，入射光越 强，饱和电流越 ⁠。 （3）存在 电压：使光电流减小到 的反向电压Uc，且 满足me＝eUc。 （4）光电效应具有瞬时性：光电效应几乎是瞬时发生的。 截止　 不 能　 饱和　 大　 遏止　 0　 3. 光电效应的实验规律 目录 物理·选择性必修第三册 知识点二　光电效应经典解释中的疑难 1. 逸出功：使电子脱离某种金属，需要外界对它做功的 ⁠， 叫作这种金属的逸出功，用W0表示，不同金属的逸出功的大 小 ⁠。 2. 电磁理论能解释的实验结果 （1）光电效应的产生：当光照射金属表面时，电子会吸收 ⁠ 的能量。若电子吸收的能量超过 ，电子就能从金 属表面 ，这就是光电子。这样便产生了光电效应。 （2）光越强，逸出的电子数越 ，光电流越 ⁠。 最小值　 不相同　 光　 逸出功　 逸出　 多　 大　 目录 物理·选择性必修第三册 3. 光电效应经典解释中的疑难 （1）按照光的经典电磁理论，不管入射光的频率如何，只要光足 够强，电子都可以获得足够的能量从而 ，不应 存在截止频率。 （2）光越强，光电子的初动能也应该 ，所以遏止电压应 与光强有关。 （3）电子要从金属表面逸出，需要积累能量的时间，但光电效应 的发生几乎是瞬时的。 逸出表面　 越大　 目录 物理·选择性必修第三册 知识点三　爱因斯坦的光电效应理论 1. 光子：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的 光的能量子为 ，其中h为普朗克常量。这些能量子后来称 为 ⁠。 2. 爱因斯坦光电效应方程 （1）表达式：Ek＝ ⁠。 （2）物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是 ⁠， 在这些能量中，一部分大小为W0的能量被电子用来脱离金 属，剩下的是逸出后电子的 ⁠。 hν　 光子　 hν－W0　 hν　 初动能Ek　 目录 物理·选择性必修第三册 3. 对光电效应规律的解释 （1）光电效应方程表明，只有当hν＞W0时，光电子才可以从金属 中逸出，νc＝就是光电效应的截止频率。 （2）该方程还表明，光电子的最大初动能Ek与入射光 ⁠有 关，而与光的 无关。 （3）电子 吸收光子的全部能量， ⁠积累能量 的时间，光电流自然几乎是瞬时产生的。 （4）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 较多，照射金属时产生的 较多，因 而饱和电流较大。 频率ν　 强弱　 一次性　 不需要　 光子数　 光电子　 目录 物理·选择性必修第三册 知识点四　康普顿效应和光子的动量　光的波粒二象性 1. 康普顿效应 （1）定义：在光的散射中，除了与入射波长λ0 ⁠的成分 外，还有波长 λ0的成分的现象。 （2）意义：表明光子除了具有能量之外还具有动量，深刻地揭示 了光的粒子性的一面。 2. 光子的动量：p＝ ⁠。 3. 光的波粒二象性 光是一种电磁波，具有 性；光电效应和康普顿效应揭示了 光具有 性。光既具有 性，又具有 性，光 具有波粒二象性。 相同　 大于　 　 波动　 粒子　 波动　 粒子　 目录 物理·选择性必修第三册 【情景思辨】 1. 如图所示，紫外线照射锌板后，验电器指针张开说明了什么？ 提示：紫外线照射锌板后，发生光电效应，锌板表面逸出电子，使 验电器带电。 目录 物理·选择性必修第三册 2. 判断正误。 （1）金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关。 （　×　） （2）任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应。 （　×　） （3）不同金属的逸出功不同，因此，不同金属对应的截止频率也 不同。 （　√　） （4）对同一金属，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比。 （　×　） × × √ × 目录 物理·选择性必修第三册 （5）在光的散射过程中，光子的动量发生了变化，但光的频率不 变。 （　×　） （6）经典的电磁理论可以解释康普顿效应。 （　×　） （7）光既具有波动性，又具有粒子性。 （　√　） × × √ 目录 物理·选择性必修第三册 核心要点·快突破 互动探究 深化认知 02 目录 要点一　光电效应的实验规律 【探究】 研究光电效应的实验电路如图所示。 （1）某单色光照射到金属表面上结果没有光电子逸出，请思考：我们应如何操作才能使该金属发生光电效应呢？ 提示：增大入射光频率，使其高于该金 属的极限频率。 目录 物理·选择性必修第三册 （2）光电流的强度与入射光的强度一定成正比吗？ 提示：不一定。光电流未达到饱和值之前其大小不仅与入射光的强度有关，还与光电管两极间的电压有关，只有用相同频率的光产生的饱和光电流才与入射光的强度成正比。 目录 物理·选择性必修第三册 【归纳】 1. 光电效应中的几组概念的理解 两组对比 概念 说明 光 子 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 目录 物理·选择性必修第三册 两组对比概念 说明 光电 子的 初动 能 光电子 的最大初 动能 光照射到金属表面时，光子的能量全部被电子吸 收，电子吸收了光子的能量，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，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 目录 物理·选择性必修第三册 两组对比概念 说明 光子 的能 量 入射光 的强度 光子的能量即每个光子的能量，其值为 ε＝hν（ν 为光子的频率），其大小由光的频率决定。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，入射光的强度等于单位时间照射到金属表 面单位面积上每个光子能量与入射光子数的乘积 目录 物理·选择性必修第三册 两组对比概念 说明 饱和 电流 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，光电流增大，但光 电流趋于一个饱和值时，这个饱和值是饱和电流， 在一定的光照条件下，饱和电流与所加电压大小无 关 光的 强度 饱和电流与入射光强度成正比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，饱和电流与入射 光强度之间没有简单的正比关系 目录 物理·选择性必修第三册 2. 光电效应的实验规律 （1）发生光电效应时，入射光越强，饱和电流越大，即入射光越 强，单位时间内发射的光电子数越多。 （2）光电子的最大初动能（或遏止电压）与入射光的强度无关， 只与入射光的频率有关。入射光的频率越高，光电子的最大 初动能越大，但最大初动能与频率不成正比。 （3）每一种金属都有一个截止频率（或极限频率）νc，入射光的 频率必须大于νc才能发生光电效应。频率低于νc的入射光，无 论光的强度有多大，照射时间有多长，都不能发生光电效 应。不同金属的截止频率不同。 （4）光电效应具有瞬时性。 目录 物理·选择性必修第三册 3. 光电效应与经典电磁理论的矛盾 项目 经典电磁理论 光电效应实验结果 矛 盾 1 按照光的经典电磁理论，不论入射光的频率是多少，只要光强足够强，总可以使电子获得足够的能量从而发生光电效应 如果光的频率小于金属 的极限频率，无论光强 多大，都不会发生光电 效应 目录 物理·选择性必修第三册 项目 经典电磁理论 光电效应实验结果 矛 盾 2 光越强，电子可获得更多的能量，光电子的最大初动能也应该越大，所以遏止电压与光强有关 遏止电压与光强无关， 与频率有关 矛 盾 3 光越强时，电子能量积累的时间就短，光越弱时，能量积累的时间就长 当入射光照射到光电管 的阴极时，无论光强怎 样微弱，几乎在开始的 瞬间就产生了光电子 目录 物理·选择性必修第三册 【典例1】　如图所示为用光电管研究光电效应实验的电路图，现用 频率为ν1的光照射阴极K，电流表中有电流通过，电路中的滑动变阻 器的滑片为P。下列说法正确的是（　　） A. 当P移动到a端时，电流表中一定无电流通过 B. P向b端滑动的过程，电流表示数可能不变 C. 改用频率小于ν1的光照射，电流表中一定有电流通过 D. 改用频率大于ν1的光照射，电流表中可能无电流通过 目录 物理·选择性必修第三册 解析：当P移动到a端时，由于发生光电效应，仍然有光电流，电 流表中仍有电流通过，A错误；滑片P向b端滑动的过程，阳极A吸 收光电子的能力增强，光电流会增大，当射出的所有光电子都能 到达阳极A时，光电流达到最大，即饱和电流，若在滑动P前，光 电流已经达到饱和，则P向b端滑动的过程中，电流表示数不变，B 正确；因为不知道阴极K的截止频率，所以改用频率小于ν1的光照 射时，不一定能发生光电效应，电流表中不一定有电流通过，C 错；改用频率大于ν1的光照射时，一定能发生光电效应，电流表中 一定有电流通过，D错误。 目录 物理·选择性必修第三册 误区警示 关于光电效应的两点提醒 （1）发生光电效应时需满足：照射光的频率大于金属的极限频率， 即ν＞νc，或光子的能量ε＞W0。 （2）光电子的最大初动能只与照射光的频率及金属的逸出功有关， 而与照射光的强弱无关，照射光强度大小决定了逸出光电子的 数目多少。 目录 物理·选择性必修第三册 1. （2024·天津北辰高二期中）如图所示，电路中所有元件完好，光 照射到光电管上，灵敏电流计中并没有电流通过，其原因可能是 （　　） A. 入射光强度太弱 B. 光照时间太短 C. 入射光波长太长 D. 入射光频率太大 目录 物理·选择性必修第三册 解析：　电路中所有元件完好，光照射到光电管上，灵敏电流计 中并没有电流通过，其原因可能是入射光的波长太长，即入射光频 率太小，使得入射光的光子能量小于光电管的逸出功，无法产生光 电效应现象。故选C。 目录 物理·选择性必修第三册 2. 如图所示，某种单色光入射到光电管的阴极上时，电流表有示数， 则下列说法不正确的是（　　） A. 入射的单色光的频率一定大于阴极材料的截止频率 B. 增大单色光的强度，电流表的示数将增大 C. 滑片P向左移，电流表示数将增大 D. 滑片P向左移，电流表示数将减小，甚至为零 目录 物理·选择性必修第三册 解析：　单色光入射到光电管的阴极上时，电流表有示数，说明 发生了光电效应，因此入射的单色光的频率一定大于阴极材料的截 止频率，故A正确；增大单色光的强度，则产生的光电流增大，电 流表的示数增大，故B正确；当滑片P向左移时，K极板的电势比A 极板的电势高，光电管上加的是反向电压，电流表示数将减小，甚 至为零，故C错误，D正确。 目录 物理·选择性必修第三册 要点二　爱因斯坦的光电效应理论 1. 光子说：光子说的提出说明了光是由光子组成的。光子的能量ε＝ hν决定于光的频率。光的强度与光子的数目有关，在频率一定的情 况下，光越强，单位时间内单位面积上的光子数越多。 2. 光电效应方程：Ek＝hν－W0 （1）式中的Ek是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离 开金属时的动能大小可以是0～Ek范围内的任何数值。 目录 物理·选择性必修第三册 ①能量为ε＝hν的光子被电子吸收，电子把这些能量的一部分 用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属 表面时的初动能。 ②如要克服吸引力做功最少为W0，电子离开金属表面时动能 最大为Ek，根据能量守恒定律可知：Ek＝hν－W0。 （2）光电效应方程实质上是能量守恒方程 目录 物理·选择性必修第三册 3. 光子说对光电效应的解释 （1）饱和电流与光照强度的关系：同种频率的光，光照强度越 大，包含的光子数越多，照射金属时产生的光电子越多，因 而饱和电流越大。 （2）存在截止频率和遏止电压 ①由爱因斯坦光电效应方程知，光电子的最大初动能与入射 光频率有关，与光强无关，所以遏止电压由入射光频率决 定，与光强无关。 ②若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，即 Ek＝hν－W0＞0，即hν＞W0，ν＞＝νc，而νc＝恰好是光 电效应的截止频率。 目录 物理·选择性必修第三册 【典例2】　A、B两种光子的能量之比为2∶1，它们都能使某种金属 发生光电效应，且所产生的光电子的最大初动能分别为EA、EB，普朗 克常量为h，则下列说法正确的是（　　） A. A、B两种光子的频率之比为1∶2 B. 所产生光电子的最大初动能之比为2∶1 C. 该金属的逸出功W0＝EA－2EB D. 该金属的截止频率νc＝ 目录 物理·选择性必修第三册 解析：由ε＝hν知，光子的能量与频率成正比，则A、B两种光子的频 率之比为2∶1，故A错误；EA＝hνA－W0，EB＝hνB－W0，解得＝ ≠，W0＝EA－2EB，故B错误，C正确；该金属的截止频率为νc ＝＝，故D错误。 目录 物理·选择性必修第三册 1. 频率为ν的光照射某金属材料，产生光电子的最大初动能为Ekm，若 以频率为1.5ν的光照射同一金属材料，则光电子的最大初动能是 （　　） A. 1.5Ekm B. 1.5hν C. Ekm＋0.5hν D. Ekm＋1.5hν 解析：　用频率为ν的光照射某种金属时，由光电效应方程得Ekm ＝hν－W0，若改用频率为1.5ν的光照射此种金属时，则有Ek'＝ 1.5hν－W0＝0.5hν＋Ekm，故选C。 目录 物理·选择性必修第三册 2. （2024·山东威海高二期末）下列对光电效应规律的理解正确的是 （　　） A. 遏止电压与入射光频率成正比 B. 极限频率是能发生光电效应的最小频率 C. 饱和电流大小由入射光频率决定，与光照强度无关 D. 所有光电子的初动能都等于光电子的最大初动能 解析：　根据光电效应方程有Ekm＝hν－W0，又Ekm＝eUc，得Uc ＝－，可知遏止电压与入射光频率成线性关系，不成正比，故 A错误；极限频率是能发生光电效应的最小频率，故B正确； 目录 物理·选择性必修第三册 光的频率一定时，入射光越强，单位时间内逸出的光电子数越多，饱和光电流越大，故C错误；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。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小于最大初动能。所以一般情况下光电子的动能小于等于最大初动能。故D错误。 目录 物理·选择性必修第三册 要点三　康普顿效应和光子的动量　光的波粒二象性 【探究】 光子与静止的电子碰撞，碰撞后电子的运动方向如图所示。 目录 物理·选择性必修第三册 （1）碰后光子可能沿哪个方向运动？ 提示：碰撞前后总动量应保持一致的方向，故碰后光子只可能 沿1的方向。 （2）碰后光子的波长怎样变化？ 提示：通过碰撞，光子的一部分动量转移给电子，光子动量减 少，根据p＝可知波长变长。 目录 物理·选择性必修第三册 【归纳】 1. 康普顿效应的几点认识 （1）光电效应主要用于电子吸收光子的问题；而康普顿效应主要 用于讨论光子与电子碰撞且没有被电子吸收的问题。 （2）光子不仅具有能量，也具有动量，在与其他微粒作用过程中 遵循能量守恒定律和动量守恒定律。 （3）假定X射线光子与电子发生弹性碰撞。光子和电子相碰撞 时，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于 是散射光的波长大于入射光的波长。 （4）康普顿效应进一步揭示了光的粒子性，也再次证明了爱因斯 坦光子说的正确性。 目录 物理·选择性必修第三册 2. 光子的能量和动量 能量ε和动量p是描述物质的粒子性的重要物理量；波长 λ和频率ν 是描述物质的波动性的典型物理量。ε＝hν和p＝揭示了光的粒子 性和波动性之间的密切关系。 目录 物理·选择性必修第三册 【典例3】　如图所示是教材上解释康普顿效应的示意图，下列说法 正确的是（　　） A. 图中光子与电子不是正碰，故不遵循动量守恒定律 B. 图中碰撞后光子频率ν'可能等于碰撞前光子频率ν C. 图中碰撞后光子速度可能小于碰撞前光子速度 D. 图中碰撞后光子波长一定大于碰撞前光子波长 目录 物理·选择性必修第三册 解析：无论正碰还是斜碰，系统所受的合外力为零，碰撞过程都遵循 动量守恒定律，A错误；由于光子与电子碰撞后，光子的部分能量传 递给电子，所以光子能量一定减小，根据公式ε＝hν＝h，可知图中 碰撞后光子频率ν'一定小于碰撞前光子频率ν，碰撞后光子的波长一定 大于碰撞前光子的波长，B错误，D正确；根据爱因斯坦相对论的光 速不变原理，光子的速度为c，碰撞前后不变，C错误。 目录 物理·选择性必修第三册 1. 下列事例中表明光子不但具有能量，而且像实物粒子一样具有动量 的是（　　） A. 康普顿效应 B. 光的偏振现象 C. 光的色散现象 D. 光的干涉现象 解析：　康普顿效应表明光子不但具有能量，而且像实物粒 子一样具有动量，光的偏振现象和干涉现象表明光具有波动 性，故A正确。 目录 物理·选择性必修第三册 2. 波粒二象性是微观世界的基本特征，下列说法正确的是（　　） A. 大量光子表现出光的粒子性 B. 光电效应现象揭示了光的粒子性 C. 黑体辐射现象可以用光的波动性解释 D. 光的波动性是大量光子之间的相互作用引起的 目录 物理·选择性必修第三册 解析：　光具有波粒二象性，大量光子表现出光的波动性，故A 错误；光电效应现象揭示了光的粒子性，故B正确；为了解释黑体 辐射规律，普朗克引入能量子的概念，认为电磁辐射的能量是量子 化的，完美的解释了黑体辐射规律，故C错误；光的波粒二象性是 光子本身的属性，不是光子之间的相互作用引起的，故D错误。 目录 物理·选择性必修第三册 教学效果·勤检测 强化技能 查缺补漏 03 目录 1. （多选）关于光的波粒二象性的说法中，正确的是（　　） A. 一束传播的光，有的光是波，有的光是粒子 B. 光子与电子是同样的一种粒子，光波与机械波是同样的一种波 C. 当光和物质相互作用时表现出粒子性 D. 光在传播过程中表现出波动性 解析：　光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性，A错误；当光和物质作用时，是“一份一份”的，表现出粒子性，光的干涉、衍射又说明光是一种波，光既不同于宏观的粒子，也不同于宏观的波，B错误，C、D正确。 目录 物理·选择性必修第三册 2. 康普顿散射的主要特征是（　　） A. 散射光的波长与入射光的波长全然不同 B. 有些散射光的波长与入射光的相同，但有些变短了，散射角的大 小与散射波长无关 C. 有些散射光的波长与入射光的相同，但也有变长的，也有变短的 D. 有些散射光的波长与入射光的相同，有些散射光的波长比入射光 的波长长些，且散射光波长的改变量与散射角的大小有关 目录 物理·选择性必修第三册 解析：　测量发现康普顿散射后的X射线中，既有波长不变的X 射线，又有波长变长的X射线，而且散射光波长的改变量与散射角 的大小有关，波长变长的X射线动量和能量的大小均变小了，这是 散射过程中动量和能量守恒的体现，故D正确，A、B、C错误。 目录 物理·选择性必修第三册 3. 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. 在光电效应中，电子吸收足够能量后才可以逸出，所以发生光电 效应的累积时间很长 C. 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 D. 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 目录 物理·选择性必修第三册 解析：　金属钠的每个电子吸收一个光子，获取能量，若足够克 服金属钠原子核和其他钠原子的阻碍做功，就能逸出金属，若不够 克服金属钠原子核和其他钠原子的阻碍做功，就不能逸出金属，不 会发生积累，A错误；在光电效应中，电子吸收一个光子，获取能 量，若足够克服金属钠原子核和其他钠原子的阻碍做功，就几乎瞬 时从金属逸出，一般不超过10－9 s，即发生光电效应几乎是瞬时 的，不需要累积时间，B错误；根据产生光电效应的条件可知，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正确；光电子的最大初 动能与入射光的频率有关，与光的强度无关，D错误。 目录 物理·选择性必修第三册 4. 如图所示是研究光电效应的电路图，对于某金属用绿光照射时，电 流表指针发生偏转。则以下说法正确的是（　　） A. 将滑动变阻器滑动片向右移动，电流表的示数一 定增大 B. 如果改用紫光照射该金属，电流表无示数 C. 将K极换成逸出功小的金属板，仍用相同的绿光照 射时，电流表的示数一定增大 D. 将电源的正负极调换，仍用相同的绿光照射时，将滑动变阻器滑动片向右移动一些，电流表的读数可能不为零 目录 物理·选择性必修第三册 解析：　滑动变阻器滑片向右移动，电压虽然增大，但若移动滑 片前已达到饱和电流，则电流表的示数不变，故A错误；如果改用 紫光照射该金属，因频率增大，导致光电子最大初动能增大，则电 流表一定有示数，故B错误；将K极换成逸出功小的金属板，仍用 相同的绿光照射时，光电子的最大初动能增大，但单位时间里通过金属表面的光子数没有变化，因而单位时间里从金属表面逸出的光电子数也不变，饱和电流不会变化，若K极更换前已达饱和电流，则电流表的示数不会增大，故C错误；电源的正负极调换，仍用相同的绿光照射时，将滑动变阻器滑片向右移一些，若此时的电压小于遏止电压，则电流表仍可能有示数，故D正确。 目录 物理·选择性必修第三册 5. （多选）（2024·福建宁德高二期中）在光电效应实验中，用频率 为ν0的光照射光电管阴极，恰好发生了光电效应。普朗克常量为 h，电子电荷量为e，下列说法正确的是（　　） A. 减弱入射光的强度，仍会发生光电效应现象 B. 换用频率为2ν0的光照射光电管阴极，光电子的最大初动能为2hν0 C. 此光电管的逸出功为hν0 D. 换用频率为2ν0的光照射光电管阴极，遏止电压为 目录 物理·选择性必修第三册 解析：　根据光电效应发生的条件可知能否发生光电效应与入 射光的强度无关，所以减弱入射光的强度，仍会发生光电效应现 象，故A正确；根据光电效应方程可知，用频率为ν0的光照射光电 管阴极，恰好发生了光电效应，则逸出功为W0＝hν0，故C正确； 换用频率为2ν0的光照射光电管阴极，根据光电效应方程可知eUc＝ Ekm＝h×2ν0－W0 ，解得Ekm＝hν0，Uc＝，故B、D错误。 目录 物理·选择性必修第三册 04 课时训练·提素能 分层达标 素养提升 目录 题组一　光电效应的实验规律 1. （多选）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小 C. 单位时间内产生的光电子数目减少 D. 可能不发生光电效应 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 目录 物理·选择性必修第三册 解析：　光电子的最大初动能跟光的频率有关，跟光强无关，故A正确，B错误；频率不变时，发生光电效应时单位时间内的光电子数正比于光强，故C正确，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 目录 物理·选择性必修第三册 2. 对光电效应现象的理解，下列说法正确的是（　　） A. 当某种单色光照射金属表面时，能产生光电效应，如果入射光的强度减弱，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. 若发生了光电效应且入射光的频率一定时，光的强度越强，单位时间内逸出的光电子数就越多 C. 无论光的强度多强，只要光的频率小于截止频率就能产生光电效应 D. 以上说法都不正确 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 目录 物理·选择性必修第三册 解析：　光电效应具有瞬时性，从光照射至金属表面上到发射出 光电子之间的时间间隔与光的照射强度无关，故A错误；在发生光 电效应的情况下，频率一定的入射光的强度越强，单位时间内发出 光电子的数目越多，故B正确，D错误；每种金属都有它的截止频 率νc，入射光的频率小于金属的截止频率νc时，不会发生光电效 应，故C错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 目录 物理·选择性必修第三册 3. 不带电的锌板和验电器用导线相连。若用甲灯照射锌板，验电器的 金属箔片不张开；若用乙灯照射锌板，验电器的金属箔片张开，如 图所示，则与甲灯相比，乙灯发出的光（　　） A. 频率更高 B. 波长更大 C. 光强更强 D. 速度更大 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 目录 物理·选择性必修第三册 解析：　甲灯没有使锌板产生光电效应，但乙灯使锌板发生了光 电效应，故乙灯发出的光频率更高，波长更短，光电效应发生与否 与光强无关，同种介质中光的传播速度相同，故A正确，B、C、D 错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 目录 物理·选择性必修第三册 题组二　爱因斯坦的光电效应理论 4. （2024·河北石家庄高二期末）已知元电荷e＝1.6×10－19 C，普朗 克常量h＝6.6×10－34 J·s，用单色光照射逸出功为W＝2.2 eV的某 金属时，逸出光电子的最大初动能为1.1 eV，则单色光的频率ν与 金属的截止频率ν0之比为（　　） A. ＝ B. ＝ C. ＝ D. ＝ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 目录 物理·选择性必修第三册 解析：　根据爱因斯坦光电效应方程可得Ek＝hν－W，该金属的 逸出功为W＝2.2 eV，光电子的最大初动能为1.1 eV，解得hν＝ 3.3 eV，根据逸出功与截止频率的关系可得W＝hν0，解得＝， 故选A。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 目录 物理·选择性必修第三册 5. 用如图所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为3.0 eV的光 照射到光电管上时，电流表G的读数为0.2 mA，移动变阻器的滑片 c，当电压表的示数大于或等于0.7 V时，电流表读数为0，则（　） A. 开关K断开后，没有电流流过电流表G B. 所有光电子的初动能均为0.7 eV C. 光电管阴极的逸出功为2.3 eV D. 改用能量为1.5 eV的光子照射，电流表G也有电流， 但电流较小 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 目录 物理·选择性必修第三册 解析：　光电管两端接的是反向电压，开关K断开后，光电管两 端的电压为零，逸出的光电子能够到达另一端，则仍然有电流流过 电流表G，故A错误；当电压表的示数大于或等于0.7 V时，电流表 的读数为0，可知遏止电压为0.7 V，根据动能定理得eUc＝Ek，则 光电子的最大初动能为0.7 eV，故B错误；根据光电效应方程Ek＝ hν－W0，代入数据解得逸出功W0＝2.3 eV，故C正确；改用能量为 1.5 eV的光子照射，因为光子能量小于光电管阴极的逸出功，则不 会发生光电效应，没有光电流，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 目录 物理·选择性必修第三册 6. 如图所示，用频率为ν1和ν2的甲、乙两种光分别照射同一光电管， 对应的遏止电压分别为U1和U2，已知ν1＜ν2，则（　　） A. 遏止电压U1＜U2 B. 用甲、乙两种光分别照射时，金属的截止频率不同 C. 增加乙光的强度，遏止电压U2变大 D. 滑动变阻器滑片P移至最左端，电流表示数为零 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 目录 物理·选择性必修第三册 解析：　根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，遏止电压与最 大初动能的关系－eUc＝0－Ek，两式联立解得eUc＝hν－W0，所以 入射光频率越大，遏止电压越大，遏止电压与入射光的强度无关， 故A正确，C错误；金属的截止频率与入射光无关，取决于金属， 因甲、乙两种光分别照射同一光电管，所以金属的截止频率相同， 故B错误；滑动变阻器滑片P移至最左端，所加的反向电压为零， 因能发生光电效应，所以电流表示数不为零，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 目录 物理·选择性必修第三册 题组三　康普顿效应和光子的动量　光的波粒二象性 7. （多选）关于康普顿效应，下列说法中正确的是（　　） A. 石墨对X射线散射时，部分射线的波长变短 B. 康普顿效应仅出现在石墨对X射线的散射中 C. 康普顿效应证明了光的粒子性 D. 光子具有动量 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 目录 物理·选择性必修第三册 解析：　在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，则其动量减小，波长增大，故 A错误；康普顿效应不仅仅出现在石墨对X射线的散射中，故B 错误；康普顿效应揭示了光具有粒子性，表明光子具有动量， 故C、D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 目录 物理·选择性必修第三册 8. 能够证明光具有波粒二象性的现象是（　　） A. 光电效应和康普顿效应 B. 光的衍射和光的色散 C. 光的折射和透镜成像 D. 光的干涉和康普顿效应 解析：　光的干涉、衍射及折射现象证明了光的波动性，光电效 应和康普顿效应证明了光的粒子性。故D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 目录 物理·选择性必修第三册 9. 关于光电效应和康普顿效应的规律，下列说法正确的是（　　） A. 光电效应中，金属板向外发射的光电子又叫光子 B. 在光电效应实验中，光照时间越长光电流越大 C. 对于同种金属而言，遏止电压与入射光的频率无关 D. 石墨对X射线散射时，部分X射线的散射光波长会变长，这个现象 称为康普顿效应 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 目录 物理·选择性必修第三册 解析：　光电效应中，金属板向外发射的光电子是电子，不可以 叫光子，选项A错误；在光电效应实验中，光电流的大小与光照时 间无关，选项B错误；根据Uce＝m＝hν－W逸出功，则对于同种 金属而言，遏止电压随入射光的频率增加而增大，选项C错误；石 墨对X射线散射时，部分X射线的散射光波长会变长，频率变小， 这个现象称为康普顿效应，选项D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 目录 物理·选择性必修第三册 10. 分别用波长为λ和λ的单色光照射同一金属板，逸出的光电子的最 大初动能之比为1∶2，以h表示普朗克常量，c表示光速，则此金 属板的逸出功为（　　） A. B. C. D. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 目录 物理·选择性必修第三册 解析：　由光子的能量ε＝和爱因斯坦光电效应方程有Ek1＝ －W0，Ek2＝－W0，又Ek1∶Ek2＝1∶2，联立各式解得逸出功 W0＝。故B正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 目录 物理·选择性必修第三册 11. 研究光电效应现象的实验电路如图所示，A、K为光电管的两个电 极，电压表V、电流计G均为理想电表。已知该光电管阴极K的截 止频率为ν0，元电荷为e，普朗克常量为h，开始时滑片P、P'上下 对齐。现用频率为ν的光照射阴极K（ν＞ν0），则下列说法错误的 是（　　） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 目录 物理·选择性必修第三册 A. 该光电管阴极材料的逸出功为hν0 B. 若加在光电管两端的正向电压为U，则到达阳极A 的光电子的最大动能为hν－hν0＋eU C. 若将滑片P向右滑动，则电流计G的示数一定会不 断增大 D. 若将滑片P'向右滑动，则当滑片P、P'间的电压为 时，电流计G的示数恰好为0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 目录 物理·选择性必修第三册 解析：　由于截止频率为ν0，故金属的逸出功为W0＝hν0，A正 确；由光电效应方程可知，光电子飞出时的最大动能为Ek＝hν－ W0，由于加的正向电压U，由动能定理eU＝Ek'－Ek，解得Ek'＝hν －hν0＋eU，故B正确；若将滑片P向右滑动，如果电流达到饱和 电流，则电流不再发生变化，故C错误；若将P'向右滑动，所加电 压为反向电压，由eU'＝Ek，可得U'＝，则反向电压达到遏 止电压后，动能最大的光电子刚好不能到达A极板，则光电流为 零，故D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 目录 物理·选择性必修第三册 12. （多选）（2024·浙江杭州高二期中）某同学设计了一种利用光电 效应原理工作的电池，如图所示。K、A电极分别加工成球形和透 明导电的球壳。现用波长为λ的单色光照射K电极，K电极发射光 电子的最大初动能为Ek，电子电荷量为e。忽略光电子重力及之间 的相互作用，已知光速为c，普朗克常量为h。下列说法正确的是 （　　） A. 入射光子的动量p＝hλ B. K电极的逸出功W0＝－Ek C. A、K之间的最大电压U＝ D. 若仅增大入射光强度，A、K之间电压将增大 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 目录 物理·选择性必修第三册 解析：　入射光子的动量p＝，故A错误；K电极发射光电子 的最大初动能为Ek，则Ek＝h－W0 ，解得W0＝－Ek，故B正 确；电子聚集在A电极后，使A极带负电，因此会在球内部建立一 个从K指向A的反向电场，阻碍电子继续往A聚集。当A、K之间 达到最大电势差U，最大初动能为Ek的电子都无法到达A极。根据 动能定理得－eU＝0－Ek ，A、K之间的最大电压U＝，故C正 确；根据Ek＝h－W0，可知，若仅增大入射光强度，最大初动能 不变，A、K之间电压将不变，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 目录 物理·选择性必修第三册 13. 几种金属的逸出功W0见下表： 金属 钨 钙 钠 钾 铷 W0/（×10－19 J） 7.26 5.12 3.66 3.60 3.41 用一束可见光照射上述金属的表面，已知该可见光的波长的范围 为4.0×10－7～7.6×10－7 m，普朗克常数h＝6.63×10－34 J·s，光 速c＝3×108 m·s－1。（结果保留3位有效数字） （1）请通过计算说明哪些金属能发生光电效应？ 答案：能使钠、钾、铷发生光电效应 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 目录 物理·选择性必修第三册 解析：波长越小，光子频率越大，根据最小波长求出最大的光子能量ε＝hν＝h 将λ＝4.0×10－7 m代入，解得ε≈4.97×10－19 J。 根据Ek＝hν－W0可知，入射光的光子能量大于金属的逸 出功时可发生光电效应，则可见光能使钠、钾、铷发生 光电效应。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 目录 物理·选择性必修第三册 （2）照射哪种金属时逸出的光电子最大初动能最大？最大值 是多少？ 答案：铷　1.56×10－19 J 解析：根据光电效应方程Ek＝hν－W0可知，入射光的光子能 量hν越大，且金属的逸出功W0越小时，逸出的光电子初动 能越大。 照射金属铷时，逸出的光电子最大初动能最大。 将ε＝4.97×10－19 J和W0＝3.41×10－19 J代入，解得Ek＝ 1.56×10－19 J。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 目录 物理·选择性必修第三册 $