第2节 光电效应方程及其意义-【金版新学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册同步课堂高效讲义配套课件（粤教版）

该高中物理课件聚焦“光电效应方程及其意义”，涵盖能量子假说、光子假说、光电效应方程及图像分析等核心知识点。通过普朗克能量子情境导入，结合生活量子化实例（如同学计数、台阶阶数），构建从假说基础到方程应用再到图像解读的知识脉络，为学生搭建递进式学习支架。 其亮点在于以情境问题链（如“开水温度为何连续降低”）驱动科学探究，通过图像分析（Ek-ν、Uc-ν关系图）和计算题（如激光光子数、遏止电压求解）培养科学思维。融入核心素养中的物理观念（能量量子化）与科学推理（方程推导），助力学生深化理解，也为教师提供系统教学资源，提升课堂效率。

第二节　光电效应方程及其意义 　　　　 第四章 波粒二象性 1.知道普朗克的能量子假说和爱因斯坦的光子假说。　 2.理解光电效应方程及其意义，会用爱因斯坦光电效应方程分析有关 问题。　 3.会用图像描述光电效应有关物理量之间的关系，能利用图像求最大 初动能、截止频率和普朗克常量。 素养目标 知识点一　能量子假说　光子假说 1 知识点二　光电效应方程 2 知识点三　光电效应的图像 3 课时测评 5 随堂演练　对点落实 4 内容索引 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 知识点一　能量子假说　光子假说 返回 自主学习 情境导入　普朗克指出玻璃与铁块在相同的高温下，能发出完全相同的 光，是由于光以相同的离散的能量块，一份份的辐射出来。这种物理量只能采取某些分立数值的特征叫作量子化。你还能在现实生活中举一些量子化的实例吗？ 提示：教室中的同学的计数、上楼时台阶的阶数都是量子化的。 教材梳理 (阅读教材P81－P82完成下列填空) 1．能量子假说 (1)假说内容：物体热辐射所发出的电磁波的能量是__________，只能是hν的________。 (2)能量子：hν被称为一个能量子，其中ν是辐射频率，h是一个常量，被称为普朗克常量，h＝____________ J·s。 (3)量子化现象：在微观世界里，物理量的取值常常是不连续的，只能取一些__________的现象。 不连续的 整数倍 6.63×10－34 分立的值 2．光子假说 (1)内容：当光和物质相互作用时，光的能量不是连续的，而是一份一份的光量子。这些光量子被称为光子。一个光子的能量为ε＝_____，式中h是普朗克常量，ν是光的频率。 (2)同样频率的光，光的强弱反映了单位时间内射到单位面积的________的多少。 hν 光子数 课堂探究 师生互动　在一杯开水中放入一支温度计，开水静置在室内，可以看到开水的温度是逐渐降低的。既然从微观的角度来看开水的能量是一份一份向外辐射的，为什么它的温度不是一段一段地降低呢？ 提示：能量子的值非常小，在宏观世界里，一般观测不到能量子的效应，可认为能量是连续的，所以开水的温度是逐渐降低的；但在研究微观粒子时必须考虑能量量子化。 例1 √ 能量子假说认为物质辐射(或吸收)能量时，辐射(或吸收)的能量是不连续的，是一份一份进行的，故A正确，不符合题意；能量子假说中将每一份不可再分的最小能量值，称为“能量子”，故B正确，不符合题意；能量子假说中，能量子的能量ε＝hν，ν是辐射频率，h为普朗克常量，故C正确，不符合题意；能量子假说认为辐射(或吸收)的能量是不连续的，是一份一份的，故D错误，符合题意。故选D。 1900年，德国物理学家普朗克在研究黑体辐射时提出了一个大胆的假说，即能量子假说，关于能量子假说。下列说法不正确的是 A．物质辐射(或吸收)能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的 B．能量子假说中将每一份不可再分的最小能量值，称为“能量子” C．能量子假说中，能量子的能量ε＝hν，ν是辐射频率，h为普朗克常量 D．能量子假说认为能量是连续的，是不可分割的 针对练．普朗克对能量量子化的发现，开启了人类认识世界的新纪元。某激光器能发射波长为λ的激光，发射功率为P，c表示光速，h为普朗克常量，则激光器t时间内发射的光子数为 √ 返回 知识点二　光电效应方程 返回 自主学习 情境导入　金属电子吸收一份光子能量后可以逃逸出来，思考什么位置的电子逃逸出来克服阻力做功最少。从能量守恒的角度考虑，电子吸收能量后，除了克服阻力做功消耗一部分，剩下的转成什么能量？ 提示：金属最外层的电子；动能。 教材梳理 (阅读教材P82－P83完成下列填空) 1．逸出功：使电子脱离某种金属所做的功的________。用符号W0表示。 2．光电效应方程 (1)表达式：hν＝__________，式中Ek＝ 。 (2)物理意义：光电效应方程实质上是能量守恒方程，金属中的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初动能。 最小值 Ek＋W0 hν 3．光电效应方程对光电效应实验现象的解释 (1)饱和电流：入射光的强度越大，所含的________越多，照射金属时产生的________越多，因此饱和电流越大。所以，饱和电流的大小与入射光的强度成______。 (2)截止频率：光电效应发生的条件是光子的能量ε＝hν必须____________ 逸出功W0，即ν≥ 。 (3)遏止电压的决定因素：对于某种金属，在逸出功W0一定的情况下，出射光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与入射光的强度无关。所以遏止电压只与频率有关。 光子数 光电子 正比 大于或等于 课堂探究 师生互动　爱因斯坦光电效应方程给出了光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν的关系。但是，很难直接测量光电子的动能，容易测量的是遏止电压Uc，怎样得到Uc与ν、W0的关系？ (多选)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W0，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Ek，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 例2 A．若仅将入射光频率加倍，光电子的最大初动能变为原 来的2倍 B．若仅将入射光频率加倍，光电子的最大初动能增大 C．若入射光的强度加倍、频率不变，电流表的示数变为2I D．该金属的逸出功与入射光的频率有关 √ √ 已知该金属的逸出功为W0，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Ek，由光电效应 方程有Ek＝hν－W0，仅将入射光频率加倍，则Ek′＝ h·2ν－W0，解得Ek′＝2Ek＋W0，故A错误，B正确； 若入射光的强度加倍、频率不变，则单位时间内入射 的光子数加倍，电极K表面逸出的光电子数量加倍，电流表示数变为2I，故C正确；逸出功是由金属本身性质决定的，与入射光的频率无关，故D错误。故选BC。 针对练．铝的逸出功是4.2 eV，现在用波长为200 nm的光照射铝的表面，求：(h＝6.63×10－34 J·s，c＝3.0108 m/s，计算结果保留3位有效数字) (1)光电子的最大初动能； 答案：3.23×10－9 J (2)遏止电压； 答案：2.02 V 由eUc＝Ek，解得Uc≈2.02 V。 (3)铝的截止频率。 答案：1.01×1015 Hz 返回 知识点三　光电效应的图像 返回 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ν0：横轴截距 ②逸出功W0：纵轴截距的绝对值W0＝|－E|＝E ③普朗克常量h：图线的斜率k＝h 遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像 ①截止频率ν0：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图像 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Ek：Ek＝eUc 颜色不同时，光电流与电压的关系图像 ①遏止电压Uc1、Uc2：横轴截距 ②饱和电流Im：电流的最大值 ③最大初动能Ek：Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2 (2025·广东湛江高二期末)放电影是利用光电管制成的光控继电器来实现声音的重放，而光电管就是利用光电效应的原理制成的光电元件。利用如图甲所示的实验装置探究光电效应规律，图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像，则 例3 A．普朗克常量为 B．该金属的逸出功为Ek1 C．保持照射光强度不变，仅提高照射光 频率，电流表A的示数保持不变 D．仅增加照射光的强度，光电子的最大 初动能将增大 √ 由光电效应方程有Ek＝hν－W0，可知图线的斜率为普朗克常量，即h＝ ，由题图可知该金属的逸出功为W0＝Ek1，故A错误，B正确；若保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，则光子数目减小，那么电流表A的示数变小，故C错误；根据光电效应方程可知，最大初动能与入射光的频率有关，与光的强度无关，仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能不变，故D错误。 分析光电效应的线性图像的几个关键点 分析光电效应的线性图像一般要结合其表达式Ek＝hν－W0进行数形结合分析。 (1)斜率k＝h。 (2)横截距ν0＝ ，纵截距Ek＝－W0。 探究归纳 针对练1.在某次光电效应实验中，得到的遏止电压Uc与入射光的频率的关系如图所示，若该直线的斜率和纵截距分别为k和－b，电子电荷量的绝对值为e，则 A．普朗克常量h＝k B．若更换材料再实验，得到的图线的k改变，b不改变 C．所用材料的逸出功W0＝eb D．入射光频率越高，k值越大 √ √ 针对练2.(2025·广东潮州高二统考期末)小明用如图甲所示的电路研究光电效应的规律，分别用a、b、c三束单色光照射同一光电管，得到光电流I与电压U的关系如图乙所示，由图可知a、b、c三束单色光中 A．a光频率最大 B．b光频率最大 C．c光波长最短 D．b光所产生的光电子的最大初动能最小 当光电流为零时，光电管两端加的电压为遏止电压，对应的光的频率为截止频率，根据eUc＝hν－W0，可知入射光的频率越高，对应的遏止电压Uc越大，a光、c光的遏止电压相等，所以a光、c光的频率相等，b光的频率最大，能量最大，且对应的波长最短，故B正确，A、C错误；由Ek＝hν－W0，可知b光所产生的光电子的最大初动能最大，故D错误。故选B。 返回 随堂演练　对点落实 返回 √ 普朗克认为微观粒子的能量是分立的，体现了量子化，故A错误；教室里上课同学的人数，人数体现了量子化，故B错误；任一带电体的电量都是元电荷的整数倍，体现了量子化，故C错误；能量不断减小的过程是连续的，不能体现量子化，故D正确。故选D。 1．下列说法中不是体现量子化的是 A．普朗克认为微观粒子的能量是分立的 B．教室里上课同学的人数 C．任一带电体的电量都是元电荷的整数倍 D．一个宏观的单摆，小球在摆动过程中，受到摩擦阻力作用，能量不断减小的过程 √ 2．用能量为5.0 eV的光子照射某金属表面，金属发射光电子的最大初动能为1.5 eV，则该金属的逸出功为 A．1.5 eV B．3.5 eV C．5.0 eV D．6.5 eV 从金属表面逸出的光电子具有最大的初动能为1.5 eV，而入射光的能量为5.0 eV，由光电效应方程hν＝Ek＋W0，解得该金属的逸出功为W0＝hν－Ek＝3.5 eV，故B正确，A、C、D错误。 根据光电效应方程有Ek＝hν－W0＝ －W0，代入数据解得Ek＝3.2× 10－19 J＝2 eV，A、C、D错误，B正确。 √ 3．(人教版P77T3改编)用波长200 nm的光照射铝的表面发生光电效应，已知铝的逸出功是4.2 eV，普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，电子电量e＝1.6×10－19 C，则光电子的最大初动能约为 A．0.2 eV B．2 eV C．20 eV D．200 eV √ 4．(2025·广东珠海高二校考)与光电效应有关的四幅图如图所示，下列说法正确的是 A．根据图甲装置，若开始锌板不带电，用紫外线照射锌板，则验电器的张角变大，验电器带负电 B．根据图乙可知，黄光越强，则饱和电流越大，说明光子的能量与光强有关 C．由图丙可知，ν1为该金属的截止频率 D．由图丁可知E等于该金属的逸出功 由题意，在甲装置中，用紫外线照射锌板，发生光电效应，锌板将失去一部分电子带正电，则验电器带正电，验电器的张角将变大，故A错误；根据E＝hν可知，光子的能量由光的频率决定，与光的强度无关，故B错误；根据eUc＝hν－W0＝hν－hν0，解得Uc＝ ，结合题图丙可得该金属的截止频率ν0＝ν2，故C错误；根据Ek＝hν－W0，结合题图丁可得该金属的逸出功W0＝E，故D正确。故选D。 返回 课 时 测 评 返回 1.普朗克在1900年将“能量子”引入物理学，开创了物理学的新纪元。在下列宏观概念中，具有“量子化”特征的是 A．人的个数 B．人的质量 C．物体的动能 D．物体的长度 √ 在经典物理学中，对体系物理量变化的最小值没有限制，它们可以任意连续变化，如质量、动能、长度等，但在量子力学中，物理量只能以确定的大小一份一份地进行变化，具体有多大要随体系所处的状态而定。这种物理量只能采取某些分立数值的特征叫作量子化，A正确，B、C、D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 √ 普朗克在解释黑体辐射时首先提出了能量子假说，故A正确；由E＝hν，可知光子的能量与其频率成正比，故B错误；带电物体的电荷量是元电荷的整数倍，因此不连续，故C错误；电场中两点间的电势差是连续的，故D错误。故选A。 2．19世纪末，黑体辐射、光电效应、氢原子光谱的不连续性等问题无法用经典物理理论解释，直到“能量子”假设的提出才解决了上述难题。关于能量量子化，下列说法正确的是 A．普朗克首先提出了“能量子”的概念 B．光子的能量与其频率成反比 C．带电物体的电荷量是连续的 D．电场中两点间的电势差是量子化的 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 √ 设光电管的逸出功为W0，根据爱因斯坦光电效应方程得hν＝E＋W0 ，2hν＝E′＋W0，联立可得E′＝E＋hν，A、C、D错误，B正确。 3．光电管是把光信号转变为电信号的仪器，现用频率为ν的光照射光电管，发射光电子的最大初动能为E。若改用频率为2ν的光照射该光电管，发射光电子的最大初动能是(h是普朗克常量) A．2E B．E＋hν C．E－hν D．E＋2hν 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 √ 根据光电效应方程，有eUcA＝h·1.5ν－hν0，eUcB＝hν－hν0，联立可得ν0＝ ν，故B正确。 4．在光电效应实验中，用频率为1.5ν的A光和频率为ν的B光分别照射同一金属，A光照射时的遏止电压是B光照射时遏止电压的2倍，则该金属发生光电效应的截止频率为 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 √ 5．(2025·广东佛山高二检测)在如图所示的电路中，当开关S断开时，用光子能量为2.6 eV的一束光照射阴极P，发现电流表A的示数不为零；合上开关S，调节滑动变阻器，发现当电压表V的示数小于0.6 V时，电流表A的示数仍不为零；当电压表V的示数大于或等于0.6 V时，电流表A的示数为零。该阴极材料的逸出功为 A．0.6 eV B．1.2 eV C．2 eV D．2.6 eV 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 当用光子能量为2.6 eV的光照射时，光电子的最大初动能为Ek，阴极材料的逸出功为W0，当反向电压达到U0＝0.6 V后，具有最大初动能的光电子不能到达阳极，则有eU0＝Ek，结合光电效应方程hν＝Ek＋W0，联立解得W0＝2 eV，故C正确，A、B、D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 √ 6．某同学用两种不同的金属做光电效应实验。实验中他逐渐增大入射光的频率，并测出光电子的最大初动能。下列四幅图像中能符合实验结果 的是 由光电效应方程有Ek＝hν－W0，可知Ek­ν图像的斜率都为普朗克常量h，故得出的两条图线一定为平行线，由于两金属的逸出功不同，则与横轴的交点不同，A、B、D错误，C正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 √ 7.如图所示，分别用1、2两种单色光研究光电效应现象，其频率ν1＜ν2，改变K极材料进行探究。则遏止电压Uc随K极材料的逸出功W变化的关系图像可能是 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 √ 8．如图甲所示，阴极K受到光照时能发射光电子。用蓝光、弱黄光、强黄光分别照射阴极K，形成的光电流与电压的关系图像如图乙所示，则a、b、c光依次为 A．蓝光、弱黄光、强黄光 B．弱黄光、蓝光、强黄光 C．强黄光、蓝光、弱黄光 D．蓝光、强黄光、弱黄光 根据光电效应方程hν＝Ek＋W0，结合Ek＝eUc，可得Uc＝ ，可知频率较大的光，遏止电压大，蓝光的频率大于黄光的频率，可知b光为蓝光，根据光照强度越大，饱和电流越大，可知a光为强黄光，c光为弱黄光，故选C。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 9.光电效应实验得到光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的关系如图所示。普朗克常量、金属材料的逸出功分别为 根据光电效应方程得Ek＝hν－W0，可知纵截距的绝对值等于金属的逸出功，即W0＝a，图线的斜率等于普朗克常量，即k＝ ＝h，故选C。 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 √ 10．(2025·广东中山高二统考期末)小明用金属铷为阴极的光电管观测光电效应现象，图甲为实验原理图，实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示。已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，下列说法正确的是 A．图甲中电极K为光电管的阳极 B．增加光照强度，光电子的最大初动能增加 C．铷的逸出功为3.315×10－19 J D．图乙中图线的斜率为普朗克常量 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 光照射到电极K上产生光电子，由此可知 A为光电管的阳极，K为光电管的阴极， 故A错误；根据光电效应方程，可知光电 子的最大初动能与入射光的强度无关，故 B错误；由光电效应方程可得Ek＝hν－W0，又eUc＝Ek，可得Uc＝ ，则题图乙中图线的斜率k＝ ，不是普朗克常量，因此当遏制电压为零时hν0＝W0，结合题图中数据可知该金属的截止频率ν0为5.0×1014 Hz，则该金属的逸出功W0＝hν0＝6.63×10－34×5.0×1014 J＝3.315×10－19 J，故C正确，D错误。故选C。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 11．在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为普朗克常量。下列说法正确的是 A．若νa＞νb，则一定有Ua＜Ub B．若νa＞νb，则一定有Eka＞Ekb C．若Ua＜Ub，则一定有Eka＞Ekb D．若νa＞νb，则一定有hνa－Eka＞hνb－Ekb √ 根据光电效应方程可得Ek＝hν－W0，可知若νa＞νb，又逸出功相同，则有Eka＞Ekb，又Ek＝eUc，则有Ua＞Ub，故A错误，B正确；根据Ek＝eUc，可知，若Ua＜Ub，则一定有Eka＜Ekb，故C错误；逸出功为W0＝hν－Ek，由于金属的逸出功相同，则有hνa－Eka＝hνb－Ekb，故D错误。故选B。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 12．(2025·广州市高二月考)如图所示，真空中有一平行板电容器，电容为C，两极板M、N分别由银和钠(其截止频率分别为ν1和ν2)制成，板间距离为d。现用频率为ν(ν2<ν<ν1)的单色光持续照射两极板内表面，设电子的电荷量为e，普朗克常量为h，则电容器两个极板最终带电情况是 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 现用频率为ν(ν2<ν<ν1)的单色光持续照射两极板内表面，根据产生光电效应的条件，可知单色光只有照射钠极板才能发生光电效应，则N极板带正电，M极板带负电，选项A、D错误；由光电效应方程可得eU＝Ek＝hν－hν2，平行板电容器的电容为C，又Q＝CU，联立可得Q＝C ，两个极板的带电荷量是相等的，选项B正确，C错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 13．(12分)纳米技术现在已经广泛应用到社会生产、生活的各个方面。将激光束的宽度聚光到纳米级范围内，可以精确地修复人体损坏的器官。糖尿病引起视网膜病变是导致成年人失明的一个重要原因，利用聚光到纳米级的激光束进行治疗，90%的患者都可以避免失明。一台功率为10 W的氩激光器，能发出波长λ＝500 nm的激光，用它“点焊”视网膜，每次“点焊”需要2×10－3 J的能量，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3×108 m/s，求： (1)每次“点焊”视网膜的时间； 答案：2×10－4 s 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 已知激光器的功率P＝10 W，每次“点焊”需要的能量E＝2×10－3 J， 根据E＝Pt可得每次“点焊”视网膜的时间是t＝ s＝2× 10－4 s。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 (2)在一次“点焊”的时间内发出的激光光子的数量。 返回 答案：5×1015个 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 谢 谢 观 看 ！ 第四章 波粒二象性 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 mvmax2 ν－ 根据光电效应方程可知Ek＝hν－W，根据动能定理有0－Ek＝－eUc，联立解得Uc＝－W，则Uc­W图像的斜率相同，均为－，纵截距为，因为ν1＜ν2，所以＜，故选D。 ν－ ＝ $