第6章 第2节 光电效应（Word练习）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（教科版）

第2节　光电效应 [核心素养导学] 物理观念 (1)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。 科学思维 利用光子说解释光电效应的实验规律。 科学探究 通过实验,了解光电效应现象及实验规律。 一、光电效应 1.光电效应:光照射在金属表面时金属中的电子会因吸收光的能量而　　　　金属表面的现象。  2.光电效应的特征 (1)存在截止频率:当入射光的频率减小到某一数值ν0时,光电流消失,不发生光电效应,ν0称为截止频率。 (2)存在饱和光电流:在光照条件不变的情况下,随着所加电压的　　　　,光电流趋于一个饱和值——饱和光电流,而且在入射光的频率不变的情况下,光的强度越大,饱和光电流　　　　。  (3)光电子的最大初动能与入射光的　　　　成线性关系,与光的强度无关。  (4)光电效应具有瞬时性:当入射光的频率大于截止频率ν0时,无论入射光怎样微弱,照到金属时也能立刻发射光电子,光电效应几乎是　　　发生的。  二、光量子概念的提出　光电效应方程(选学) 1.光子:光本身就是　　　　的,而是由单个的能量子组成的,这些能量子简称为光子。  2.爱因斯坦光电效应方程 (1)表达式:hν=m+W (2)意义:金属中电子吸收一个光子的能量hν之后,一部分消耗于电子由金属内逸出表面时所需做的功W,叫作　　　　,另一部分转化为光电子的　　　　。  1.如图所示,若利用紫外线灯照射锌板,无论光的强度如何变化,验电器都有张角,而用红光照射锌板,无论光的强度如何变化,验电器总无张角,判断下列说法正误: (1)任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应。 (　 ) (2)金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关。 (　 ) (3)入射光照射到金属表面上时,光电子几乎是瞬时发射的。 (　 ) 2.如图是研究光电效应的电路图,在光电管两端加正向电压,用一定强度的光照射时,若增加电压,电流表示数不变,而光强增加时,保持所加电压不变,电流表示数会增大,这说明了什么? 新知学习(一)|与光电效应相关的“五组”概念 [任务驱动] 如图是研究光电流与电压之间关系的实验原理图。 若要使电流表的示数增大,电源的正负极如何接入?滑动变阻器向哪个方向移动?按照上述方向移动时,能否使电流表示数一直增加? [重点释解] 1.光子与光电子 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。 2.光电子的初动能与光电子的最大初动能 (1)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。 (2)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。 3.光子的能量与入射光的强度 光子的能量即一个光子的能量,其值为ε=hν(ν为光子的频率),可见光子的能量由光的频率决定。入射光的强度指单位时间内照射到单位面积上的总能量,等于光子能量hν与入射光子数n的乘积,即光强等于nhν。 4.光电流和饱和光电流 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,光电流趋于一个饱和值,这个饱和值是饱和光电流,在一定的光照条件下,饱和光电流与所加电压大小无关。 5.光的强度与饱和光电流 饱和光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,饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系。 [典例体验] [典例]　研究光电效应的电路如图所示。用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)。钠极板发射出的光电子被阳极A吸收,在电路中形成光电流。选项中表示光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图像,正确的是 (　 ) 听课记录: /方法技巧/ 光电效应规律的应用 (1)入射光的频率相同,发生光电效应时光电子的最大初动能相同,故遏止电压相同。 (2)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,只有在光电流达到饱和值以后才和入射光的强度成正比。 [针对训练] 1.当光照射在某种金属表面时,金属表面有电子逸出。如果该入射光的强度减弱,频率不变,则 (　 ) A.可能不再有电子逸出金属表面 B.单位时间内逸出金属表面的电子数减少 C.逸出金属表面的电子的最大初动能减小 D.从光入射到光电子逸出的时间间隔延长 2.如图所示为一真空光电管的应用电路,关于电路中光电流的饱和值,下列说法正确的是 (　 ) A.发生光电效应时,电路中光电流的饱和值取决于入射光的频率 B.发生光电效应时,电路中光电流的饱和值取决于入射光的强度 C.发生光电效应时,电路中光电流的饱和值取决于光电管所加的正向电压的大小 D.发生光电效应时,电路中光电流的饱和值取决于入射光的光照时间 新知学习(二)|光电效应方程及应用 [重点释解] 1.光电效应方程Ek=hν-W的四点理解 (1)式中的Ek是光电子的最大初动能,就某个光电子而言,其离开金属时剩余动能大小可以是0~Ek范围内的任何数值。 (2)光电效应方程实质上是能量守恒方程 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动能。 ②如果克服吸引力做功最少,为W,则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-W。 (3)光电效应方程包含了产生光电效应的条件 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-W>0,亦即hν>W,ν>=ν0,而ν0=恰好是光电效应的截止频率。 (4)Ek-ν图像 如图所示是光电子最大初动能Ek随入射光频率ν的变化图像。这里,横轴上的截距是截止频率或极限频率;纵轴上的截距是逸出功的负值;斜率为普朗克常量。 2.光电效应规律中的两条线索、两个关系 (1)两条线索 (2)两个关系 ①光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大; ②光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。 [典例体验] 　　[典例]　在研究光电效应实验中,光电管的阴极材料为铯(Cs),用某一频率的光照射,实验测得光电流随电压变化的图像如图所示。已知铯的逸出功为3.0×10-19 J。 光电流随电压变化的图像 (1)铯发生光电效应的极限频率是多少? (2)本次实验的入射光频率是多少? 尝试解答: 　　[拓展]　上述[典例]中,若用频率相同、强度不同的光分别照射光电管的阴极形成光电流,那么在下列光电流与电压的关系图像中,正确的是 (　 ) /易错警示/ 解此类问题应注意以下两点 　　(1)记住光电效应方程:Ek=hν-W,应能从能量守恒定律的角度进行理解。 (2)遏止电压Uc与频率ν、W的关系:由Ek=eUc和Ek=hν-W,联立得Uc=-。 [针对训练] 1.(2025·山东高考)在光电效应实验中,用频率和强度都相同的单色光分别照射编号为1、2、3的金属,所得遏止电压如图所示,关于光电子最大初动能Ek的大小关系正确的是 (　 ) A.Ek1>Ek2>Ek3　　　　 B.Ek2>Ek3>Ek1 C.Ek3>Ek2>Ek1 D.Ek3>Ek1>Ek2 2.如图是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压Uc与入射光频率ν的实验曲线,该实验直接证明了爱因斯坦光电效应方程,并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量h。由图像可知 (　 ) A.钠的逸出功为hνc B.钠的截止频率为8.5×1014Hz C.图中直线的斜率为普朗克常量h D.遏止电压Uc与入射光频率ν成正比 　　　　　　　　　　　　　　　　 一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养 ◉科学探究——光电效应的规律 1.(选自人教版教材课后练习)在光电效应实验中,小明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、乙、丙),如图所示。回答下面问题,并说明理由。 (1)甲、乙两种光的频率,哪个大? (2)乙、丙两种光的波长,哪个大? (3)乙、丙两种光所对应的截止频率,哪个大? (4)甲、丙两种光所产生光电子的最大初动能,哪个大? ◉科学思维——光电效应方程的应用 2.(选自沪科版教材课后练习)当用频率为7.0×1014 Hz 的紫光分别照射铯、锌和银的表面时,能产生光电效应吗?为什么?若能产生光电效应,逸出的光电子的最大动能是多大? 已知铯、锌、银的极限频率分别为4.55×1014 Hz、8.07×1014 Hz、11.5×1014 Hz。 二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值 1.很多商店装有光电池电子眼探测设备,当顾客到来时,门会自动打开。这种设备的原理是:当光的强度变化时,传感器产生的电流发生改变。这是光电效应的一种应用。下列说法正确的是 (　 ) A.光电效应说明光具有波动性 B.发生光电效应时,饱和电流与入射光的强度无关 C.发生光电效应时,其他条件不变,入射光的频率越大,光电子的最大初动能越大 D.发生光电效应时,其他条件不变,光电子的初动能越大,光电子形成的电流越大 2.(多选)如图甲为研究某金属材料的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系的电路图,用不同频率的光分别照射图中同一光电管的阴极K,调节滑片P测出遏止电压,并描绘Uc-ν关系图如图乙所示。已知三种光的频率分别为ν1、ν2、ν3,光子的能量分别为1.8 eV、2.4 eV、3.0 eV,测得遏止电压分别为Uc1=0.8 V、Uc2=1.4 V、Uc3(图中未知)。则下列说法正确的是 (　 ) A.普朗克常量可表示为h= B.入射光的频率增大,测遏止电压时,应使滑动变阻器的滑片P向N端移动 C.图中频率为ν3的光对应的遏止电压Uc3=2.0 V D.增大入射光的强度,光电子的最大初动能也增大 课下请完成课时跟踪检测(二十二) 1 / 9 学科网（北京）股份有限公司 第2节　光电效应 落实必备知识 [预读教材] 一、 1.逸出　2.(2)增大　越大　(3)频率　(4)瞬时 二、 1.不连续　2.(2)逸出功　动能 [情境创设] 1.(1)×　(2)×　(3)√ 2.提示:发生光电效应时,飞出的光电子个数只与光的强度有关。 强化关键能力 新知学习(一) [任务驱动] 提示:若要使电流表的示数增大,电源右侧为正极,滑动变阻器向右滑动,当电流达到饱和时,继续向右移动滑片,电流表示数也不会增加。 [典例]　选C　频率相同的光照射同一金属时,发射出的光电子的最大初动能相同,所以遏止电压相同;饱和光电流与光的强度有关,光的强度越大,饱和光电流越大,故选项C正确。 [针对训练] 1.选B　入射光的频率不变,则仍然能发生光电效应,A错误;入射光的强度减弱,单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少,光电流减弱,B正确;入射光的频率不变,则光电子的最大初动能不变,C错误;光的强弱影响的是单位时间内发出光电子的数目,并不影响单个光电子的逸出时间,D错误。 2.选B　若在光电管中发生了光电效应,单位时间内发射光电子的数目只与入射光的强度有关,光电流的饱和值只与单位时间内发射光电子的数目有关,故B正确,A、C、D错误。 新知学习(二) [典例]　解析:已知铯的逸出功W=3.0×10-19 J,从图像可知遏止电压Uc=2.5 V。 (1)设铯材料的极限频率为ν0,有W=hν0 解得ν0=≈4.52×1014 Hz。 (2)当光电管加反向遏止电压时,光电流为零, 有eUc=m,设入射光频率为ν, 根据爱因斯坦光电效应方程,有hν=W+m 解得ν=≈1.06×1015 Hz。 答案:(1)4.52×1014 Hz　(2)1.06×1015 Hz [拓展]　选C　选用频率相同的光照射光电管时,光电子的最大初动能相等,由eUAK=mv2可知,加在光电管上的遏止电压相同,A、B错误;因入射光强度不同,光电流饱和值也不相同,光强越大,入射光子越多,饱和光电流越大,故C正确,D错误。 [针对训练] 1.选B　光电子的最大初动能与遏止电压的关系为Ek=eUc,由题图可知Uc2>Uc3>Uc1,则有Ek2>Ek3>Ek1,故B正确,A、C、D错误。 2.选A　根据遏止电压与最大初动能的关系有eUc=Ekmax,根据光电效应方程有Ekmax=hν-W0,结合图像可知,当Uc为0时,解得W0=hνc,A正确;钠的截止频率为νc,根据图像可知,截止频率小于8.5×1014Hz,B错误;结合遏止电压与光电效应方程可解得Uc=ν-,可知,图中直线的斜率表示,C错误;根据遏止电压与入射光的频率关系式可知,遏止电压Uc与入射光频率ν成线性关系,不是成正比,D错误。 浸润学科素养和核心价值 一、 1.解析:(1)根据eUc=m,可知遏止电压越大,光电子的最大初动能越大。 再根据hν=W+m可知,光电子的最大初动能越大,光的频率越大,故乙的频率大于甲的频率。 (2)甲、丙两种光频率相同,故乙的频率大于丙的频率,频率越大,波长越小,故丙的波长大。 (3)同一光电管的截止频率相同,与入射光无关。 (4)根据hν=W+m,甲、丙两种光频率相同,产生光电子的最大初动能相同。 答案:(1)乙　(2)丙　(3)同一光电管的截止频率相同　(4)相同 2.解析:当入射光的频率大于极限频率时,便能发生光电效应,比较可知,只有铯能发生光电效应。 根据hν-hν0=Ekm可得,逸出的光电子的最大动能Ekm=6.63×10-34×(7.0-4.55)×1014 J≈1.624×10-19 J。 答案:铯能发生光电效应,因为入射光的频率大于铯的极限频率　1.624×10-19 J 二、 1.选C　光电效应说明光具有粒子性,故A错误;入射光的强度越大,单位时间内发出光电子的数目越多,饱和电流越大,故B错误;根据爱因斯坦光电效应方程hν=W+mv2可知,入射光的频率越大,光电子的最大初动能也越大,故C正确;发生光电效应时,其他条件不变,光电子形成的电流与光电子的初动能无关,故D错误。 2.选BC　由爱因斯坦光电效应方程及动能定理可得eUc=m=hν-W0,故有eUc1=hν1-W0,eUc2=hν2-W0,解得h=,故A错误;入射光的频率增大,光电子的最大初动能增大,则相应的遏止电压增大,应使滑动变阻器的滑片P向N端移动,故B正确;由于Uc- ν图像为一次函数图像,由图线特点可得Uc3-Uc2=Uc2-Uc1,代入数据可得Uc3=2.0 V,故C正确;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,D错误。 $