素养提升课三 光电效应方程及其应用-【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教师用书（鲁科版）

本讲义聚焦光电效应方程及其应用核心知识点，先系统梳理光电效应的图像问题，通过表格呈现Ek-ν关系、光电流与电压关系等图像类型及可求物理量，再过渡到与能级跃迁的综合应用，构建从基础图像分析到综合问题解决的学习支架。 该资料特色在于以表格整合图像规律培养科学思维中的模型建构能力，结合氢原子跃迁等实例设计例题与针对练，提升科学推理能力。课中辅助教师清晰呈现知识脉络，课后通过多样化练习帮助学生巩固能量观念，查漏补缺，强化问题解决能力。

素养提升课三　光电效应方程及其应用 提升点一　光电效应的图像问题 图像名称 图像形状 由图像可求的物理量 最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像 (1)截止频率νc：图像与ν轴交点的横坐标。 (2)逸出功W0：图像与Ek轴交点的纵坐标的绝对值，即W0＝|－E|＝E。 (3)普朗克常量h：图像的斜率，即h＝k。 入射光颜色相同、强度不同时，光电流与电压的关系图像 (1)遏止电压Uc：图像与横轴的交点的横坐标。 (2)饱和光电流Im：光电流的最大值。 (3)最大初动能：Ek＝eUc。 入射光颜色不同时，光电流与电压的关系图像 (1)遏止电压Uc1、Uc2。 (2)饱和光电流。 (3)最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2。 遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像 (1)截止频率νc：图像与横轴交点的横坐标。 (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：等于图像的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke(注：此时两极之间接反向电压)。 (多选)研究光电效应规律的实验装置如图1所示，对于同一阴极K，用光照强度分别为E1、E2，对应的波长分别为λ1、λ2的单色光照射，测得电压表示数U与电流表示数I的关系如图2所示，则下列结论正确的是(　　) A．若直流电源右端为正极，电路中可以有光电流产生 B．若直流电源左端为正极，增大电压表示数，则电流表示数一定增大 C．λ1<λ2 D．λ1>λ2 答案：AD 解析：若直流电源右端为正极，但是电压小于遏止电压，则电路中可以有光电流产生，故A正确；若直流电源左端为正极，如果电路中的电流已经达到饱和电流，增大电压表示数，电流表示数不变，故B错误；又从题图2可知光强为E1的光入射时遏止电压较小，由eUc＝Ek＝h－W0得λ＝，可知λ1较大，故C错误，D正确。 针对练．用频率为ν的光照射光电管阴极时，产生的光电流随阳极与阴极间所加电压的变化规律如图所示，Uc为遏止电压。已知电子电荷量为－e，普朗克常量为h，求： (1)光电子的最大初动能Ek； (2)该光电管发生光电效应的极限频率ν0。 答案：(1)eUc　(2)ν－ 解析：(1)根据动能定理得－eUc＝0－Ek，最大初动能 Ek＝eUc。 (2)根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0＝hν－hνc，得光电管的极限频率νc＝ν－＝ν－。 学生用书第98页 提升点二　光电效应与能级跃迁的综合问题 解决跃迁问题的关键是知道能级间跃迁辐射或吸收光子的能量等于两级间的能量差，结合光电效应方程Ek＝hν－W0处理即可。 处理此类问题应注意： (1)发生的条件：照射光的频率大于金属的极限频率。 (2)光电效应方程：电子最大初动能Ek＝hν－W0(h为普朗克常量，W0为逸出功)。 (3)能级跃迁规律：由玻尔理论hν＝＝En－Em(m<n)知，两能级差越小，光子频率越低，波长越长。 (多选)氢原子的部分能级图如图甲所示，大量处于n＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时能辐射出不同频率的光，用这些光照射如图乙所示的光电管阴极K，阴极材料是逸出功为2.55 eV的金属钾。已知可见光光子的能量范围为1.62～3.11 eV，则下列说法正确的是(　　) A．这些氢原子一共能辐射出6种不同频率的光子 B．这些氢原子发出的光子中有3种属于可见光 C．这些氢原子发出的光均可使钾产生光电效应 D．若用氢原子从n＝2能级跃迁到基态辐射的光照射阴极，其对应的遏止电压为7.65 V 答案：AD 解析：大量处于n＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时可以释放出＝6种不同频率的光子，故A正确；n＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时，释放出的光子的能量满足能级差，从n＝4能级跃迁至n＝2能级释放的光子的能量为2.55 eV，从n＝3能级跃迁至n＝2能级释放的光子的能量为1.89 eV，只有这两种光子的能量在可见光光子的能量范围内，故B错误；发生光电效应的条件为光子的能量大于等于逸出功，这群氢原子自发跃迁时所辐射出的光子能量最小值Emin＝E4－E3＝－0.85 eV－(－1.51 eV)＝0.66 eV，小于金属钾的逸出功，所以这些氢原子发出的光有一部分不能使钾产生光电效应，故C错误；若用氢原子从n＝2能级跃迁到基态辐射的光照射阴极，此时光子的能量为10.2 eV，设遏止电压为Uc，则有eUc＝Ek＝hν－W0，解得Uc＝7.65 V，故D正确。 针对练1．如图为氢原子的能级示意图，已知锌板的逸出功是3.34 eV。下列说法正确的是 (　　) A．用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射锌板一定不能发生光电效应 B．一个处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时，最多能放出4个不同频率的光子 C．用能量为10.3 eV的光子照射氢原子时，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态 D．一群处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时，发出的光照射锌板，锌板表面所发出的光电子的最大初动能为8.75 eV 答案：D 解析：氢原子从n＝2能级向基态跃迁时发出的光子的能量为10.2 eV，大于锌的逸出功，照射锌板能产生光电效应现象，故A错误；一个处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时，最多能放出2个不同频率的光子，故B错误；能量10.3 eV不等于任何两个能级的能量差，不能被氢原子吸收，发生跃迁，故C错误；氢原子从n＝3的能级向基态跃迁时发出的光子的能量最大值为Em＝－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，因锌的逸出功是3.34 eV，锌板表面所发出的光电子的最大初动能为Ek＝(12.09－3.34) eV＝8.75 eV，故D正确。 针对练2．氢原子的能级图如图所示，现让光子能量为E的一束光照射到大量处于基态的氢原子上，氢原子能发出3种不同频率的光，那么入射光光子的能量E为________eV。若某种金属的逸出功为3.00 eV，则用上述原子发出的三种光照射该金属，产生的光电子的最大初动能的最大值为________eV。 答案：12.09　9.09 解析：受激的氢原子能自发地发出3种不同频率的光，知跃迁到第3能级，则吸收的光子能量为 ΔE＝－1.51 eV＋13.6 eV＝12.09 eV。 用上述原子发出的三种光照射该金属，产生的光电子的最大初动能最大时，对应的光子的能量值也最大，为12.09 eV，由光电效应方程可得： Ekm＝hν－W0＝12.09 eV－3.00 eV＝9.09 eV。 1．在研究甲、乙两种金属的光电效应现象实验中，光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系如图所示，则下列说法正确的是(　　) A．甲金属的逸出功大于乙金属的逸出功 B．两条图线与横轴的夹角α和β可能不相等 C．若增大入射光的频率，则所需遏止电压随之增大 D．若增大入射光的强度，但不改变入射光的频率，则光电子的最大初动能将增大 答案：C 解析：根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W，可知光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像的斜率为普朗克常量h，横轴截距为νc＝，所以两条图线的斜率一定相等，即角α和β一定相等，甲金属的逸出功小于乙金属的逸出功，A、B错误；根据Ek＝hν－W可知，增大入射光的频率，产生的光电子的最大初动能增大，再由eUc＝Ek可知所需遏止电压随之增大，C正确；根据光电效应规律可知，不改变入射光频率ν，只增大入射光的强度，则光电子的最大初动能不变，D错误。故选C。 2．(多选)爱因斯坦成功地解释了光电效应现象，提出了光子说，与光电效应有关的四个图像如图所示，下列说法正确的是(　　) 学生用书第99页 A．根据图甲装置，如果先让锌板带负电，再用紫外线照射锌板，则验电器的张角可能变小 B．根据图乙可知，黄光越强，饱和电流越大，说明光子的能量与光强有关 C．由图丙可知ν2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 答案：AD 解析：紫外线照射锌板能发生光电效应，锌板带正电，若先让锌板带负电，则验电器张角有可能变小，A正确；题图乙中的强黄光对应的饱和电流大是因为单位时间内的光电子多，而光子的能量只与频率有关，B错误；最大初动能Ek＝hν－W0，eUc＝Ek，所以Uc＝ν－，因此题图丙中νc为截止频率，C错误；题图丁中的E代表该金属的逸出功，D正确。 3．(多选)一群处于第4能级的氢原子，向低能级跃迁过程中能发出6种不同频率的光，将这些光分别照射到图甲电路阴极K的金属上，只能测得3条电流随电压变化的图像如图乙所示，已知氢原子的能级图如图丙所示，则下列推断正确的是(　　) A．图乙中的a光是氢原子由第4能级向基态跃迁发出的 B．图乙中的b光光子能量为12.09 eV C．动能为1 eV的电子不能使处于第3能级的氢原子电离 D．阴极金属的逸出功可能为W0＝1.75 eV 答案：ABC 解析：由题图乙可知，a光的遏止电压最大，由eUc＝mvm2＝hν－W0可知，频率最高，是由第4能级向基态跃迁发出的，A正确；b光是由第3能级向基态跃迁发出的，其能量值为Eb＝E3－E1＝－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，B正确；由题图丙可知，第3能级的能量值为－1.51 eV，电离能为1.51 eV，由玻尔理论可知，动能为1 eV的电子不能使处于第3能级的氢原子电离，C正确；由第2能级向基态跃迁辐射的光子能量为Ec＝E2－E1＝10.2 eV，由第4能级向第2能级跃迁辐射的光子能量为E42＝E4－E2＝2.55 eV，由于只测得3条电流随电压变化的图像，故阴极金属的逸出功介于2.55～10.2 eV之间，不可能是1.75 eV，D错误。 4．玻尔氢原子模型成功解释了氢原子光谱的实验规律，氢原子能级图如图所示。 (1)当氢原子从n＝5的能级跃迁到n＝2的能级时，求辐射出的光子的能量； (2)用(1)中频率的光子照射逸出功为2.29 eV的钠表面，求释放的光电子的最大初动能。 答案：(1)2.86 eV　(2)0.57 eV 解析：(1)根据能级跃迁规律得 ΔE＝E5－E2＝－0.54 eV－(－3.4 eV)＝2.86 eV。 (2)根据光电效应方程得 Ek＝hν－W0＝ΔE－W0＝2.86 eV－2.29 eV＝0.57 eV。 学科网（北京）股份有限公司 $