第二节 光电效应方程及其意义（分层作业）物理粤教版选择性必修第三册

品学科网·上好课 www zxxk.com 上好每一堂课 第二节光电效应方程及其意义 目录 【攻核心·技能提升】 1 考点一、能量子光子假说. .1 考点二、光电效应方程 2 【拓思维·重难突破】 5 【链高考·精准破局】…。 .5 攻核心 技能提升 考点一、能量子光子假说 1.光量子 hv 不同 2.金属表面 不相同 3.W+Elkmaox 光电子的最大初动能 4.线性 岩 增多 5.B 考点二、光电效应方程 6.D 7.B 8.A 9.c 10.AD 拓思维重难突破 11.AC 12.BD 13.CD 14.AD 15. 【答案】(1)hv-W0 2 【详解】(1)根据光电效应方程可得E=hV-Wo (2)由题意得，音爆能量转化成光能为nE,转化为光子总能量Nhv,即nE=Nhv 1/2 品学科网·上好课 www zxxk.com 上好每一堂课 所以N=器 链高考 精准破局 16.A 17.A 18.BC 2/2 第二节 光电效应方程及其意义 目录 【攻核心·技能提升】 1 考点一、能量子 光子假说 1 考点二、光电效应方程 2 【拓思维·重难突破】 5 【链高考·精准破局】 5 考点一、能量子 光子假说 光量子概念的提出　光电效应方程 1．光量子 爱因斯坦认为：光本身就是不连续的，而是由单个的能量子组成的，这些能量子称为 ，简称光子。每一个光子的能量为ε＝ ，其中h为普朗克常量，ν为光的频率。因此，不同频率的光子具有 的能量。 2．逸出功 电子由金属内逸出 时所需做的功W，叫作逸出功。不同种类的金属，其逸出功的大小 （填“相同”或“不相同”）。 3．爱因斯坦光电效应方程 （1）表达式：hν＝ 。 （2）意义：光电效应方程实质上是能量守恒方程，金属板内的电子从入射光中吸收了一个光子的能量hν之后，一部分消耗于逸出功，另一部分转化为 。 4．光电效应方程对光电效应实验现象的解释 （1）截止频率与逸出功：光电效应方程表明光电子的最大初动能和入射光的频率成 关系，当最大初动能等于零时，金属表面不再有光电子逸出，这时入射光的频率就是截止频率ν0，即ν0＝ 。 （2）当入射光的频率不变，而光的强度增加时，单位时间内照射到阴极上的光子数 ，因而饱和电流增大。 （3）当光照射到金属上时，光子的全部能量立刻被金属中的电子吸收，不需要积累能量的时间，光电效应发生的时间极短，光电流几乎是瞬时产生的。 【答案】1． 光量子 不同 2． 金属表面 不相同 3． 光电子的最大初动能 4． 线性 增多 5．2025年是量子力学诞生100周年，联合国教科文组织将这一年定为“国际量子科学与技术年”，普朗克常量h是量子力学中的重要常数。用国际单位制的基本单位表示，h的单位应为（    ） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】根据，， 可知用国际单位制的基本单位表示，h的单位应为 故选B。 考点二、光电效应方程 6．(24-25高二下·安徽合肥第八中学·期末)用如图所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为的光照射到光电管上时发生了光电效应，毫安表的示数不为零；移动变阻器的触头，发现当电压表的示数大于或等于时，毫安表示数为0，则下列说法正确的是（　　） A．光电管阴极的逸出功为 B．光电子的最大初动能为 C．相同频率下，入射光的强度越大，则在阴极板上产生的光电子的最大初动能越大 D．实验中用光子能量为的光照射到光电管阴极上也能发生光电效应 【答案】D 【详解】AB．该装置所加的电压为反向电压，发现当电压表的示数大于或等于时，电流表示数为，可知道光电子的最大初动能为，根据光电效应方程 其中 联立解得，故AB错误 C．根据爱因斯坦光电效应方程 光电子的最大初动能与入射光的强度无关，故C错误 D．改用能量为的光子照射，大于逸出功，可以发生光电效应，故D正确。 故选D。 7．(24-25高三下·安徽安庆九一六学校·月考)某同学采用如图所示的实验装置来研究光电效应现象，当用频率为的单色光分别照射光电管的阴极K时，测得遏止电压之比为，则光电管金属的截止频率为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】由爱因斯坦光电效应方程 及 得， 解得 故选B。 8．如图是研究光电效应的实验电路，电极K由某种金属制成，已知该金属的逸出功为W。用某一频率的光照射电极K时，逸出的光电子的最大初动能为Ekm，电流表的示数为I。已知普朗克常量为h，下列说法正确的是（　　） A．若仅将入射光频率加倍，光电子的最大初动能变为2Ekm＋W B．若仅将入射光频率加倍，光电子的最大初动能变为2Ekm C．若仅将入射光频率加倍，光电子的最大初动能变为2Ekm－W D．该金属的逸出功与入射光的频率有关 【答案】A 【来源】6.2 光电效应 课后练 【详解】ABC．已知该金属的逸出功为W，用某一频率的光照射电极K时，逸出的光电子的最大初动能为，由光电效应方程 仅将入射光频率加倍，则 解得，故A正确，BC错误； D．逸出功是由金属本身决定的，与入射光的频率无关，故D错误。 故选A。 9．(25-26高三上·树德中学·期末)如图甲为研究光电效应的实验装置，用频率为γ的单色光照射光电管的阴极K，得到光电流I与光电管两端电压U的关系图线如图乙所示，已知电子电荷量的绝对值为e，普朗克常量为h，则（　　） A．测量遏止电压Uc时开关S应扳向“2” B．只增大光照强度时，图乙中Uc的值会增大 C．只增大光照强度时，图乙中I0的值会增大 D．阴极K所用材料的极限频率为 【答案】C 【详解】A．开关S应扳向1，光电子在电场中减速运动，当到达另外一端时速度恰好减少为0，这时电压被称为遏止电压，故A错误； B．根据动能定理可得 结合爱因斯坦光电效应方程 可知的值只与光照频率有关，与光照强度无关，故B错误； C．只增大光照强度时，K极发射电子数会增多，图乙中I0的值会增大，故C正确； D．根据动能定理可得 结合爱因斯坦光电效应方程， 联立解得，故D错误。 故选C。 10．(24-25高二下·甘肃靖远县第一中学·期末)铝的逸出功是，现用波长为的光照射铝的表面，已知普朗克常量，元电荷，光在真空中的速度。根据上述数据，下列说法正确的是（　　） A．能求出铝的极限频率 B．能求出光电子的最大初动能，但不能求出遏止电压 C．用波长大于的光照射铝的表面，能发生光电效应现象 D．用波长大于的光照射铝的表面，不能发生光电效应现象 【答案】AD 【详解】A．由能量公式 可得 故A正确； B．由光电效应方程， 最大初动能 联立能求出遏止电压，故B错误； CD．波长大于的光的频率为 小于铝的极限频率，用其照射铝的表面，不能发生光电效应现象，故C错误，D正确。 故选AD。 11．(24-25高二下·辽宁名校联盟·)1899年，苏联物理学家列别捷夫首先从实验上证实了“光射到物体表面上时会产生持续均匀的压力”，这种压力会对物体表面产生压强，这就是“光压”。某同学设计了如图所示的探测器，利用太阳光的“光压”为探测器提供动力，以使太阳光对太阳帆的压力超过太阳对探测器的引力，将太阳系中的探测器送到太阳系以外。已知：太阳帆帆面的面积为S，且始终与太阳光垂直，探测器到太阳中心的距离为r，不考虑行星对探测器的引力。单位时间内从太阳单位面积辐射的电磁波的总能量为P0，太阳的半径为R，光速为c，普朗克常量为h，假定太阳光发出光的波长为λ，则以下判断正确的是（　　） A．太阳辐射的光子的能量为 B．太阳辐射的光子的动量为 C．探测器在r处，t时间内太阳帆受到太阳辐射的能量为 D．若照射到太阳帆上的光全部被太阳帆吸收，则探测器在r处，太阳帆受到太阳光的“光压”为 【答案】AC 【详解】A．由波长、波速与频率关系c=λν 根据能量关系E=hν 联立解得光子的能量为E=hν=，故A正确； B．由E=mc2 联立解得mc= 所以光子的动量p=mc=，故B错误； C．太阳t时间内辐射出的总能量为E总=P0t（4πR2） t时间内在r处单位面积受到太阳辐射的能量为 t时间内探测器在r处太阳帆受到太阳辐射的能量为，故C正确； D．t时间内探测器在r处太阳帆受到太阳辐射的光子总数目n= 对n个光子根据动量定理Ft=nmc= 光子的动量为，光子的质量，所以F= 探测器在r处太阳帆受到的太阳光对光帆的光压为，故D错误。 故选AC。 12．(24-25高二下·贵州贵阳·期末)如图所示，电源的电动势为E，内阻不计。K是光电管的阴极，A是光电管的阳极，它们都是半径为r的圆形金属板，两圆心间距离为l，两圆心连线与两板垂直，当两板间存在电压时，板间的电场可视为匀强电场。R为滑动变阻器，长度。电压表V（0刻度在表盘中间）和灵敏电流计G均为理想电表。频率为的细激光束照射到K的中心O上，使阴极发射光电子。不计光电子之间的相互作用和重力，普朗克常量为h，电子带电量为（e为元电荷），电子质量为m，下列说法正确的是（　　） A．保持激光束的频率不变而增加激光束的强度，遏止电压会增大 B．合上开关S，当滑动变阻器的滑动触头P从c向左端a滑动时，灵敏电流计G读数逐渐减小，且有可能变为0 C．当滑动变阻器的滑动触头P从c向右滑动，灵敏电流计G的读数将随电压表V读数的增大而一直增大 D．若滑动变阻器的滑动触头P从c向左滑动到达b处时，灵敏电流计G读数刚好为0，则阴极K的金属材料的逸出功为 【答案】BD 【详解】A．根据爱因斯坦光电效应方程有 根据动能定理有 联立解得 可知遏止电压由照射光的频率决定，与光强无关，故A错误； B．滑动触头向左滑动，光电管两端加反向电压且逐渐增大，当达到遏止电压时光电流变为零，故B正确； C．当光电流达到饱和光电流时，光电流不再增大，故C错误。 D．滑动触头P移动到达b时为遏制电压 根据动能定理有 根据因斯坦光电效应方程有 联立解得，故D正确。 故选BD。 13．金属板M受到频率为ν的紫外线照射时，会持续向各个方向发射不同速率的电子，电子的最大速率为vm，质量为m，电荷量为e，普朗克常数为h。如图所示，正对M放置一个金属网N，M与N间距为d（远小于板长），将M、N分别与电源的正、负极相连，使两板间的电压为U。下列说法正确的是（　　） A．若光强不变，只增大ν，电流表示数增大 B．若电压不变，只减小d，电子由M到N的过程动能变化量减小 C．金属板M的极限频率为 D．仅将电源正、负极对调，电子到达N时的最大动能为 【答案】CD 【详解】A．设单位时间内射向金属板M的光子数为n，则t时间内入射光的能量 故光强为 ν增大时n减小，单位时间内产生的光电子数n′减小，则光电流为 光电流也减小，故A错误； C．由爱因斯坦光电效应方程可得 极限频率νc是使最大初动能恰为零的频率，即 因此，故C正确； BD．图示状态MN间有向右的电场，光电子受向左的静电力减速，其动能变化量为 与d无关，正负极对调后，光电子将加速，由动能定理可得 最大末动能，故B错误，D正确。 故选CD。 14．(25-26高三上·天津宁河区芦台第二中学·月考)爱因斯坦提出的光子说成功地解释了光电效应的实验现象，在物理学发展历程中具有重大意义。如图所示为四个与光电效应有关的图像，下列说法正确的是（　　） A．在图甲装置中，改用x射线照射锌板一定有光电子飞出 B．由图乙可知，当正向电压增大时，光电流一定增大 C．由图丙可知，入射光的频率越高，金属的逸出功越大 D．由图丁可知，该图线的斜率为普朗克常量 【答案】AD 【详解】A．是否能发生光电效应取决于入射光的频率，x射线的频率大于紫外线，所以紫外线能使锌板发生光电效应，x射线一定能使锌板发生光电效应，故A正确； B．当正向电压达到一定时，光电流达到饱和，再增大电压时，光电流保持不变，故B错误； C．金属的逸出功取决于金属本身，与入射光频率无关，故C错误； D．根据爱因斯坦光电效应方程：Ekm=hν-W，图线斜率就是普朗克常量，故D正确。 故选AD。 15．超音速飞行器以马赫数M飞行时产生音爆，音爆释放总能量为E，能量以效率η转化为频率为ν的光能，飞行器表面材料在该光照射下发生光电效应。已知该材料逸出功为W0，普朗克常量为h，求： (1)逸出的光电子的最大初动能Ek； (2)最多逸出的电子数N。 【答案】(1)hν-W0 (2) 【详解】（1）根据光电效应方程可得 （2）由题意得，音爆能量转化成光能为ηE，转化为光子总能量Nhν，即 所以 16．(25-26高三上·湖南八校联考·调研考)爱因斯坦这样评价普朗克的贡献：“普朗克常量的发现成为20世纪所有物理学研究的基础，并从那时起几乎完全决定了物理学的发展”，美国物理学家密立根于1916年利用光电效应实验第一次测定了普朗克常量。如图为光电效应实验中金属的遏止电压与入射光频率的关系图像，已知该图线与横轴交点的横坐标为，与纵轴交点的纵坐标绝对值为，电子电荷量的绝对值为，则普朗克常量可表示为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】根据光电效应方程可得 根据动能定理可得 联立可得 可知图像的斜率为 则普朗克常量为 故选A。 17．(25-26高三上·一模)用同一频率的光分别照射钨板和银板，都能发生光电效应.比较两次实验，下列物理量可能相等的是（    ） A．光电子的初动能 B．光电子的最大初动能 C．两种金属的逸出功 D．两种金属的截止频率 【答案】A 【详解】A B．根据光电效应方程，则有，可知光电子的最大初动能不同，则有可能会有初动能相等的光电子，故A正确，B错误； CD．不同的金属逸出功不同，其截止频率也不同，故C错误，D错误。 故选A。 18．(25-26高三上·辽宁名校联盟·)在新型光量子器件的研发中，科学家需要测试不同光电材料的性能。当使用相同频率和强度的绿光照射材料A和B时，两者都能发生光电效应，从材料A逸出的电子最大初动能比材料B逸出的小，若两种材料的逸出功分别为和，两种材料对应的遏止电压分别为和，则（　　） A． B． C． D． 【答案】BC 【详解】AB．根据光电效应方程，为逸出功，因入射光频率相同即相同，材料的最大初动能，故，A错误、B正确； CD．又因（为电子电荷量，为遏止电压），，故，C正确、D错误。 故选BC。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第二节 光电效应方程及其意义 目录 【攻核心·技能提升】 1 考点一、能量子 光子假说 1 考点二、光电效应方程 2 【拓思维·重难突破】 5 【链高考·精准破局】 5 考点一、能量子 光子假说 光量子概念的提出　光电效应方程 1．光量子 爱因斯坦认为：光本身就是不连续的，而是由单个的能量子组成的，这些能量子称为 ，简称光子。每一个光子的能量为ε＝ ，其中h为普朗克常量，ν为光的频率。因此，不同频率的光子具有 的能量。 2．逸出功 电子由金属内逸出 时所需做的功W，叫作逸出功。不同种类的金属，其逸出功的大小 （填“相同”或“不相同”）。 3．爱因斯坦光电效应方程 （1）表达式：hν＝ 。 （2）意义：光电效应方程实质上是能量守恒方程，金属板内的电子从入射光中吸收了一个光子的能量hν之后，一部分消耗于逸出功，另一部分转化为 。 4．光电效应方程对光电效应实验现象的解释 （1）截止频率与逸出功：光电效应方程表明光电子的最大初动能和入射光的频率成 关系，当最大初动能等于零时，金属表面不再有光电子逸出，这时入射光的频率就是截止频率ν0，即ν0＝ 。 （2）当入射光的频率不变，而光的强度增加时，单位时间内照射到阴极上的光子数 ，因而饱和电流增大。 （3）当光照射到金属上时，光子的全部能量立刻被金属中的电子吸收，不需要积累能量的时间，光电效应发生的时间极短，光电流几乎是瞬时产生的。 5．2025年是量子力学诞生100周年，联合国教科文组织将这一年定为“国际量子科学与技术年”，普朗克常量h是量子力学中的重要常数。用国际单位制的基本单位表示，h的单位应为（    ） A． B． C． D． 考点二、光电效应方程 6．(24-25高二下·安徽合肥第八中学·期末)用如图所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为的光照射到光电管上时发生了光电效应，毫安表的示数不为零；移动变阻器的触头，发现当电压表的示数大于或等于时，毫安表示数为0，则下列说法正确的是（　　） A．光电管阴极的逸出功为 B．光电子的最大初动能为 C．相同频率下，入射光的强度越大，则在阴极板上产生的光电子的最大初动能越大 D．实验中用光子能量为的光照射到光电管阴极上也能发生光电效应 7．(24-25高三下·安徽安庆九一六学校·)某同学采用如图所示的实验装置来研究光电效应现象，当用频率为的单色光分别照射光电管的阴极K时，测得遏止电压之比为，则光电管金属的截止频率为（　　） A． B． C． D． 8．如图是研究光电效应的实验电路，电极K由某种金属制成，已知该金属的逸出功为W。用某一频率的光照射电极K时，逸出的光电子的最大初动能为Ekm，电流表的示数为I。已知普朗克常量为h，下列说法正确的是（　　） A．若仅将入射光频率加倍，光电子的最大初动能变为2Ekm＋W B．若仅将入射光频率加倍，光电子的最大初动能变为2Ekm C．若仅将入射光频率加倍，光电子的最大初动能变为2Ekm－W D．该金属的逸出功与入射光的频率有关 9．(25-26高三上·树德中学·期末)如图甲为研究光电效应的实验装置，用频率为γ的单色光照射光电管的阴极K，得到光电流I与光电管两端电压U的关系图线如图乙所示，已知电子电荷量的绝对值为e，普朗克常量为h，则（　　） A．测量遏止电压Uc时开关S应扳向“2” B．只增大光照强度时，图乙中Uc的值会增大 C．只增大光照强度时，图乙中I0的值会增大 D．阴极K所用材料的极限频率为 10．(24-25高二下·甘肃靖远县第一中学·期末)铝的逸出功是，现用波长为的光照射铝的表面，已知普朗克常量，元电荷，光在真空中的速度。根据上述数据，下列说法正确的是（　　） A．能求出铝的极限频率 B．能求出光电子的最大初动能，但不能求出遏止电压 C．用波长大于的光照射铝的表面，能发生光电效应现象 D．用波长大于的光照射铝的表面，不能发生光电效应现象 11．(24-25高二下·辽宁名校联盟·)1899年，苏联物理学家列别捷夫首先从实验上证实了“光射到物体表面上时会产生持续均匀的压力”，这种压力会对物体表面产生压强，这就是“光压”。某同学设计了如图所示的探测器，利用太阳光的“光压”为探测器提供动力，以使太阳光对太阳帆的压力超过太阳对探测器的引力，将太阳系中的探测器送到太阳系以外。已知：太阳帆帆面的面积为S，且始终与太阳光垂直，探测器到太阳中心的距离为r，不考虑行星对探测器的引力。单位时间内从太阳单位面积辐射的电磁波的总能量为P0，太阳的半径为R，光速为c，普朗克常量为h，假定太阳光发出光的波长为λ，则以下判断正确的是（　　） A．太阳辐射的光子的能量为 B．太阳辐射的光子的动量为 C．探测器在r处，t时间内太阳帆受到太阳辐射的能量为 D．若照射到太阳帆上的光全部被太阳帆吸收，则探测器在r处，太阳帆受到太阳光的“光压”为 12．(24-25高二下·贵州贵阳·期末)如图所示，电源的电动势为E，内阻不计。K是光电管的阴极，A是光电管的阳极，它们都是半径为r的圆形金属板，两圆心间距离为l，两圆心连线与两板垂直，当两板间存在电压时，板间的电场可视为匀强电场。R为滑动变阻器，长度。电压表V（0刻度在表盘中间）和灵敏电流计G均为理想电表。频率为的细激光束照射到K的中心O上，使阴极发射光电子。不计光电子之间的相互作用和重力，普朗克常量为h，电子带电量为（e为元电荷），电子质量为m，下列说法正确的是（　　） A．保持激光束的频率不变而增加激光束的强度，遏止电压会增大 B．合上开关S，当滑动变阻器的滑动触头P从c向左端a滑动时，灵敏电流计G读数逐渐减小，且有可能变为0 C．当滑动变阻器的滑动触头P从c向右滑动，灵敏电流计G的读数将随电压表V读数的增大而一直增大 D．若滑动变阻器的滑动触头P从c向左滑动到达b处时，灵敏电流计G读数刚好为0，则阴极K的金属材料的逸出功为 13．金属板M受到频率为ν的紫外线照射时，会持续向各个方向发射不同速率的电子，电子的最大速率为vm，质量为m，电荷量为e，普朗克常数为h。如图所示，正对M放置一个金属网N，M与N间距为d（远小于板长），将M、N分别与电源的正、负极相连，使两板间的电压为U。下列说法正确的是（　　） A．若光强不变，只增大ν，电流表示数增大 B．若电压不变，只减小d，电子由M到N的过程动能变化量减小 C．金属板M的极限频率为 D．仅将电源正、负极对调，电子到达N时的最大动能为 14．(25-26高三上·天津宁河区芦台第二中学·月考)爱因斯坦提出的光子说成功地解释了光电效应的实验现象，在物理学发展历程中具有重大意义。如图所示为四个与光电效应有关的图像，下列说法正确的是（　　） A．在图甲装置中，改用x射线照射锌板一定有光电子飞出 B．由图乙可知，当正向电压增大时，光电流一定增大 C．由图丙可知，入射光的频率越高，金属的逸出功越大 D．由图丁可知，该图线的斜率为普朗克常量 15．超音速飞行器以马赫数M飞行时产生音爆，音爆释放总能量为E，能量以效率η转化为频率为ν的光能，飞行器表面材料在该光照射下发生光电效应。已知该材料逸出功为W0，普朗克常量为h，求： (1)逸出的光电子的最大初动能Ek； (2)最多逸出的电子数N。 16．(25-26高三上·湖南八校联考·调研考)爱因斯坦这样评价普朗克的贡献：“普朗克常量的发现成为20世纪所有物理学研究的基础，并从那时起几乎完全决定了物理学的发展”，美国物理学家密立根于1916年利用光电效应实验第一次测定了普朗克常量。如图为光电效应实验中金属的遏止电压与入射光频率的关系图像，已知该图线与横轴交点的横坐标为，与纵轴交点的纵坐标绝对值为，电子电荷量的绝对值为，则普朗克常量可表示为（　　） A． B． C． D． 17．(25-26高三上·一模)用同一频率的光分别照射钨板和银板，都能发生光电效应.比较两次实验，下列物理量可能相等的是（    ） A．光电子的初动能 B．光电子的最大初动能 C．两种金属的逸出功 D．两种金属的截止频率 18．(25-26高三上·辽宁名校联盟·)在新型光量子器件的研发中，科学家需要测试不同光电材料的性能。当使用相同频率和强度的绿光照射材料A和B时，两者都能发生光电效应，从材料A逸出的电子最大初动能比材料B逸出的小，若两种材料的逸出功分别为和，两种材料对应的遏止电压分别为和，则（　　） A． B． C． D． 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $