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配套课件（鲁科版）

该高中物理课件聚焦光电效应方程及其应用，系统梳理光电效应的图像问题（如Ek-ν图像、光电流与电压关系图像）和与能级跃迁的综合应用，通过图像类型归纳、公式推导与例题解析，搭建从基础概念到综合问题的学习支架。 其亮点在于以图像分析为核心，结合物理观念中的能量观念和科学思维中的模型建构、科学推理，通过Ek-ν图像斜率求普朗克常量、能级跃迁光子能量计算等实例，培养学生分析图像和解决综合问题的能力。学生能深化对光电效应规律的理解，教师可利用分层练习提升教学效率。

素养提升课三　光电效应方程及其应用 　　　　 第6章　波粒二象性 提升点一　光电效应的图像问题 1 提升点二　光电效应与能级跃迁的综合问题 2 随堂演练　对点落实 3 内容索引 课时测评 4 2 3 4 5 6 7 8 1 提升点一　光电效应的图像问题 返回 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。 图像名称 图像形状 由图像可求的物理量 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 例1 √ √ 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； 答案：eUc　 根据动能定理得－eUc＝0－Ek，最大初动能Ek＝eUc。 (2)该光电管发生光电效应的极限频率ν0。 答案：ν－ 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－。 返回 提升点二　光电效应与能级跃迁的综合问题 返回 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 例2 √ √ 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 √ 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。 12.09 9.09 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。 返回 随堂演练　对点落实 返回 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 √ 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 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 √ √ 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 √ √ √ 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； 答案：2.86 eV　 根据能级跃迁规律得 ΔE＝E5－E2＝－0.54 eV－(－3.4 eV)＝2.86 eV。 (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：0.57 eV 根据光电效应方程得 Ek＝hν－W0＝ΔE－W0＝2.86 eV－2.29 eV＝0.57 eV。 返回 课时测评 返回 1．原子从高能级向低能级跃迁产生光子，将频率相同的光子汇聚可形成激光。下列说法正确的是 A．频率相同的光子能量相同 B．原子跃迁发射的光子频率连续 C．原子跃迁只产生单一频率的光子 D．激光照射金属板不可能发生光电效应 √ 2 3 4 5 6 7 8 1 根据ε＝hν可知，频率相同的光子能量相同，故A正确；原子从一个定态跃迁到另一个定态时，原子辐射一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定；电子轨道是量子化的，能量是量子化的，故而频率是不连续的，故B错误；原子在不同的轨道之间跃迁产生不同频率的光子，故C错误；根据Ek＝hν－W0可知，激光光子的能量大于金属板的逸出功时，照射金属板即可发生光电效应，故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 2．在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图所示。则可判断出 A．甲光的频率大于乙光的频率 B．乙光的波长大于丙光的波长 C．乙光对应的截止频率大于丙光对应的截止频率 D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能 由爱因斯坦光电效应方程Ek＝eUc＝hν－W0，由题图可知，甲光和乙光的遏止电压Uc相同，故ν甲＝ν乙，A错误，由题图Uc丙>Uc乙，则ν丙>ν乙，λ丙<λ乙，故B正确，D错误；对同一个金属，截止频率不变，故C错误。 √ 2 3 4 5 6 7 8 1 3．如图所示是某金属的遏止电压Uc和入射光的频率ν的关系图像。已知该金属的逸出功为W0、截止频率为νc，电子电荷量为－e(e>0)，普朗克常量为h。根据该图像提供的信息，下列说法正确的是 A．该图像的斜率为h B．该图像和纵轴(Uc轴)的交点为－ C．该图像和横轴(ν轴)的交点为该金属的截止频率νc D．当该金属的遏止电压为Uc′时，其逸出光电子的最大初动能为eUc′－W0 √ 2 3 4 5 6 7 8 1 根据遏止电压和光电子的最大初动能的关系eUc＝Ek＝ hν－W0，可得Uc＝ν－，知Uc-ν图像的斜率为，与 纵轴(Uc轴)的交点为－，故A、B错误；当Uc＝0时， 光电子最大初动能Ek＝0，入射光能量恰好等于逸出功， 即图像和横轴(ν轴)的交点为该金属的截止频率νc，故C正确；当该金属的遏止电压为Uc′时，根据Uc′＝可知，逸出光电子的最大初动能为eUc′，故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 4．如图所示是氢原子的能级图，大量处于n＝5激发 态的氢原子向低能级跃迁时，能向外发出10种不同频 率的光子，用这些光照射逸出功为2.49 eV的金属钠。 下列说法正确的是 A．使n＝5能级的氢原子电离至少要13.6 eV的能量 B．金属钠表面发出的光电子的最大初动能为10.57 eV C．10种不同频率的光子中只有2种可使金属钠发生光电效应 D．10种光子中波长最长的是n＝2激发态跃迁到基态时产生的 √ 2 3 4 5 6 7 8 1 n＝5能级的氢原子，E5＝－0.54 eV，电离态氢原子 的能量E0＝0，则需ΔE＝E0－E5＝0 eV－(－0.54 eV) ＝0.54 eV，则至少需要0.54 eV的能量才能使n＝5能 级的氢原子电离，故A错误；大量处于n＝5激发态的 氢原子向低能级跃迁时，从n＝5到n＝1的光子能量最 大为－0.54 eV－(－13.6 eV)＝13.06 eV，根据光电效应方程求得金属钠表面的光电子的最大初动能Ek＝hν－W0＝13.06 eV－2.49 eV＝10.57 eV，故B正确；只要向外发出的光子能量大于2.49 eV，都可以使钠发生光电效应，比如5、4、3能级向1能级跃迁的光子都可以，不止有2种，故C错误；波长最长 时，频率最低，即光子能量最小，由题图可知由n＝5到n＝4的能量最小，故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 5．氢原子的部分能级图如图所示，大量的激发态的氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级，辐射的光记为a光，从n＝3能级跃迁到n＝2能级，辐射的光记为b光，则下列说法正确的是 A．同一玻璃砖对a光的折射率小于对b光折射率 B．若用b光照射金属板没有发生光电效应，则用a光 照射可能会发生 C．在真空中，a光的传播速度小于b光的传播速度 D．a、b光光强相同，a光照射光电管产生的饱和电流大于b光照射光电管产生的饱和电流 √ 2 3 4 5 6 7 8 1 a光的能量为Ea＝E2－E1＝10.2 eV，b光的能量为Eb ＝E3－E2＝1.89 eV，可知a光的能量较大，a光的频 率较大，故同一玻璃砖对a光的折射率大于对b光的 折射率，故A错误；a光的频率较大，若用b光照射金 属板没有发生光电效应，则用a光照射可能会发生， 故B正确；在真空中，a光的传播速度等于b光的传播速度，故C错误；用相同光强的a、b光照射光电管，a光的能量较大，a光的光子数较 小，a光照射光电管产生的饱和电流小于b光照射光电管产生的饱和电流，故D错误。故选B。 2 3 4 5 6 7 8 1 6．(多选)体温枪的工作原理是利用光电效应将光信 号转化为电信号，从而显示出物体的温度。已知人 的体温正常时能辐射波长为10 μm的红外线。如图 甲所示，用该红外光线照射光电管的阴极K时，电 路中有光电流产生，光电流随电压变化的图像如图 乙所示，另一种金属铷的遏止电压Uc与入射光频率 ν之间的关系如图丙所示，已知光在真空中传播的速 度为3×108 m/s。则 A．波长为10 μm的红外线在真空中的频率为3×1013 Hz B．将阴极K换成金属铷，体温枪仍然能正常使用 C．由图乙可知，该光电管的遏止电压为2×10-2 V D．当人体温度升高，辐射红外线的强度将增大，饱和光电流减小 √ √ 2 3 4 5 6 7 8 1 根据c＝λν可得红外线的频率ν＝＝ Hz ＝3×1013 Hz，A正确；根据题图丙可知金属 铷的截止频率为5.1×1014 Hz，红外线的频率 小于金属铷的截止频率，不会发生光电效应， 体温枪不能正常使用，B错误；由题图乙可知， 该光电管的遏止电压为2×10-2 V，C正确；若 人体温度升高，辐射红外线的强度增大，饱和 光电流将增大，D错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 7．(多选)氢原子的能级图 如图甲所示，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，其中只有频率为νa、 νb两种光可让图乙所示的光电管阴极K发生光电效应。分别用频率为νa、νb的两个光源照射光电管阴极K，测得电流随电压变化的图像如图丙所示。下列说法中正确的是 A．处于第4能级的氢原子可以吸收一个能量为0.75 eV的光子并电离 B．图丙中的图线a所表示的光是氢原子由第4能级向基态跃迁发出的 C．图丙中的图线b所表示的光的光子能量为12.75 eV D．用图丙中的图线b所表示的光照射阴极K时，光电子的最大初动能比用图线a所表示的光照射时更大 √ √ 2 3 4 5 6 7 8 1 处于第4能级的氢原子至少 要吸收0.85 eV的光子的能 量才能电离，故A错误；根 据题意从第4能级跃迁只有 两种光使阴极发生光电效应， 则这两种光是所有光中频率最高的两种，即从第4能级跃迁到基态和第3能级跃迁到基态，由题图丙可知，图线a所表示的入射光频率较小，能量较小，所以图线a所表示的光是氢原子由第3能级向基态跃迁发出的，故B错误；图线b所表示的光是氢原子由第4能级向基态跃迁发出的，其光子能量为ΔE＝ －0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV，故C正确；题图丙中的图线b对应的遏止电压较大，故光电子的最大初动能更大，故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 8．(15分)如图是研究光电效应的实验电路甲和氢原子的能级示意图乙。现用等离子态的氢气(即电离态，n→∞)向低能级跃迁时所发出的光照射光电管的阴极K，测得电压表的示数是20 V。已知光电管阴极材料的逸出功是3.6 eV。普朗克常量h＝6.63×10-34 J·s，结果均保留两位有效数字。求：(e＝1.6×10-19 C，c＝3×108 m/s) (1)氢气发光的最短波长； 答案：9.1×10-8 m　 2 3 4 5 6 7 8 1 从n→∞跃迁至基态，释放光子的 能量为 hνmax＝0－(－13.6 eV)＝13.6 eV 根据c＝λν可知最短波长为 λmin＝＝＝ m≈9.1×10-8 m。 2 3 4 5 6 7 8 1 (2)该光电管阴极材料发生光电效应的极限波长； 答案：3.5×10-7 m 极限频率满足hνc＝h＝W0 解得极限波长 λc＝＝ m≈3.5×10-7 m。 2 3 4 5 6 7 8 1 (3)光电子到达阳极A的最大动能。 答案：30 eV 根据光电效应方程可知光电子从K中逸出时最大初动能为 Ekm＝hνmax－W0＝13.6 eV－3.6 eV＝10 eV 根据能量守恒定律可知光电子到达阳极A的最大动能为Ek＝eU＋Ekm＝20 eV＋10 eV＝30 eV。 返回 2 3 4 5 6 7 8 1 谢 谢 观 看 素养提升课三　光电效应方程 及其应用 2 3 4 5 6 7 8 1 $