4.2 光电效应 导学案-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

该高中物理导学案聚焦光电效应，涵盖实验规律、爱因斯坦光电效应方程、康普顿效应及光的波粒二象性。通过光控小灯泡实验观察现象，结合光电管构造分析，搭建从光的波动性到粒子性的学习支架，引导学生建立物理观念。 以“猜想—实验观察—解释矛盾—验证—总结理论”为主线，自主预习问题驱动探究，课堂实验对比猜想与现象，培养科学探究能力。例题与分层练习结合科学史（如密立根验证），渗透科学思维与科学态度，助力学生理解光的波粒二象性，提升物理核心素养。

第2节　光电效应 学习目标 1.通过实验，了解光电效应现象及其实验规律，能用爱因斯坦光电效应方程解释光电效应现象。 2.了解康普顿效应及其意义，建立光的波粒二象性的物理观念。 3.经历“探究光电效应的规律”过程，尝试发现电磁理论在解释光电效应规律时遇到的困惑；体会“猜想—实验观察—解释矛盾—验证—总结理论”的研究方法。 4.体验探究自然界规律的情感价值，学习科学家敢于坚持真理、勇于创新的科学态度和科学精神，感受物理中科学技术与社会的紧密联系，体会科学知识的应用价值，进一步增强学生的学习动力和科学意识。 自主预习 1.假如你是科学家，关于光电效应，你想研究什么问题?  2.为什么在光的照射下，金属中的电子会逸出?  3.当用很微弱的光照射金属时，你认为会马上发生光电效应还是等一会?理由是什么?  4.如果光强、光照时间都可以任意改变，你认为是否所有频率的光都能让金属中的电子逸出?  课堂探究 一、课堂引入 仔细观察光控小灯泡实验(见图1)，可以观察到手电筒照射光电管时，小灯泡 (白天)；手电筒关闭时，小灯泡 (夜晚)。观察光电管的构造： 、 、 。(见图2) 二、探究光电效应实验，总结规律 (一)实验现象： 猜想 实验现象 无论频率多少，只要光够强，电子就能获得更大的能量，就能发生光电效应 光强很小，能量积累需要一定时间，产生光电效应需要时间积累 光越强，逸出电子数越多，光电流越大 (二)总结梳理： 1.光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面 。这个现象称为光电效应，这种电子常称为 。 2.光电效应的实验规律 (1)存在 频率。 (2)存在 电流。 (3)存在 电压。 (4)光电效应具有 。 3.逸出功：要使电子脱离某种金属，需要外界对它做功，做功的 称为这种金属的逸出功，用 表示。不同种类的金属，其逸出功的大小 。 (三)爱因斯坦的光电效应理论 1.光子：认为光本身就是由一个个不可分割的 组成的，频率为ν的光的能量子为 ，其中，h为普朗克常量。这些能量子后来称为光子。 2.爱因斯坦光电效应方程 (1)表达式： 或 。式中Ek＝ 。 (2)物理意义：金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν，在这些能量中，一部分大小为 的能量被电子用来脱离金属，剩下的是逸出后电子的 。 3.密立根验证 (1)密立根在爱因斯坦提出光子假说和光电效应方程后，决定用光电效应方程设计实验，推翻爱因斯坦的理论。然而，最终却证明了爱因斯坦是正确的。想想看，密立根可以怎样设计实验？ (2)怎么测量出电子的最大初动能呢? (3)当时密立根是不知道金属的逸出功大小的，有没有其他办法？ (4)请画出Uc-ν图像 三、康普顿效应和光子的动量 1.康普顿效应：在光的散射中，散射光中除了与入射光波长相同的成分外，还有 的成分的现象。 2.康普顿效应的解释：康普顿用光子的模型成功地解释了这种效应。他的基本思想是：光子不仅具有能量，而且具有动量，光子的动量p与光的波长λ和普朗克常量h有关。这三个量之间的关系式为p＝ 。在康普顿效应中，当入射的光子与晶体中的电子碰撞时，要把一部分 转移给电子，因而，光子动量可能会变小。动量p减小，意味着波长λ变大，因此，这些光子散射后波长 。 3.光的波粒二象性 光既具有 ，又具有 ，即光具有 。 典型例题 【例题1】关于光电效应，下列说法正确的是(　　) A.从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，此金属的逸出功越小 B.无论光的频率多低，只要光照时间足能长就能产生光电效应 C.同种金属逸出光电子的最大初动能与入射光的频率有关 D.遏止电压与入射光的频率无关 【变式训练1】 (多选)关于光电效应，下列说法正确的是(　　) A.金属的逸出功与入射光的频率无关 B.光电子的最大初动能越大，形成的光电流越大 C.入射光的强度越大，光电子的最大初动能越大 D.对于某种金属，只要入射光的频率低于金属的极限频率就不能发生光电效应 【例题2】如图所示，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，其逸出功的大小关系为，保持入射光不变，则光电子到达A极时动能的最大值Ekm随电压U变化关系的图像是(　　) A. B. C. D. 【变式训练2】某实验小组研究光电效应规律时，用不同频率的光照射同一光电管并记录数据，得到遏止电压与入射光频率的关系图像如图所示，已知电子电荷量为e，则该光电管的阴极材料的逸出功为(　　) A.　　 B.　　 C.　　 D. 课堂练习 1.如图所示，把一块不带电的锌板用导线连接在验电器上，当用某频率的紫外线照射锌板时，发现验电器指针偏转一定角度，下列说法正确的是(　　) A.锌板带正电，验电器带正电 B.锌板带负电，验电器带负电 C.若改用蓝光照射锌板，验电器的指针一定不会偏转 D.若改用红外线照射锌板，只要照射时间足够长，验电器的指针一定也会偏转 2.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。下列说法正确的是(　　) A.入射光的波长λ甲<λ乙 B.入射光的波长λ乙>λ丙 C.入射光的频率v甲>v丙 D.入射光的频率v乙>v丙 3. (多选)如图甲为研究光电效应的实验装置，用频率为v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.开关S扳向“2”，向右移动变阻器，当灵敏电流计示数刚刚减为零时，光电管两端的电压称为遏止电压Uc B.阴极K所用材料的极限频率为 C.只增大光照强度时，图乙中I0的值将变大 D.用某色光照射金属板时不能发生光电效应，增大光照强度或延长光束照射时间可以使电流表示数变大 4.用金属铷制成的光电管观测光电效应的装置如图甲所示。 (1)要观察遏止电压，电源正、负极的接线为 ；要观察饱和电流，电源正、负极的接线为 。(均选填“左负右正”或“左正右负”) (2)用不同频率的光照射该光电管，测得铷的遏止电压UC与入射光频率v的关系图像如图乙所示，则该金属的逸出功W0= J，截止频率νC Hz，已知普朗克常量h=6.6×10-34J·s。(结果均保留两位有效数字) 5.几种金属的逸出功W0见下表： 金属 钨 钙 钠 钾 铷 W0(10-19J) 7.26 5.12 3.66 3.60 3.41 用一束可见光照射上述金属的表面，已知该可见光的波长的范围为4.0×10-7~7.6×10-7m， 普朗克常数h=6.63×10-34J·s，光速c=3×108m/s. (1)请通过计算说明哪些金属能发生光电效应? (2)照射哪种金属时逸出的光电子最大初动能最大？最大值是多少？ 素养专练 1. (多选)关于光电效应，下列说法正确的是(　　) A.金属的逸出功与入射光的频率无关 B.光电子的最大初动能越大，形成的光电流越强 C.入射光的强度越大，光电子的最大初动能越大 D.对于某种金属，只要入射光的频率低于金属的极限频率就不能发生光电效应 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.乙光对应的截止电压大于丙光对应的截止电压 D.甲光对应的光电子最大初动能大于丙光对应的光电子最大初动能 3.如图所示，一光电管的阴极用极限波长的钠制成.用波长的紫外线照射阴极，光电管阳极和阴极之间的电势差，饱和光电流的值(当阴极发射的电子全部到达阳极时，电路中的电流达到最大值，称为饱和光电流)。 (1)求每秒钟内由极发射的光电子数目。 (2)求电子到达极时的最大动能。 (3)如果电势差不变，而照射光的强度增到原值的三倍，此时电子到达极的最大动能是多大？(普朗克常量，结果均保留2位有效数字) 试卷第1页，共3页 第 9 页 共 9 页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案 · 自主预习(略) · 课堂探究 一、熄灭　点亮　玻璃泡　金属片　金属丝 二、(一)实验现象： 猜想 实验现象 无论频率多少，只要光够强，电子就能获得更大的能量，就能发生光电效应 存在极限频率 光强很小，能量积累需要一定时间，产生光电效应需要时间积累 无论光如何微弱，几乎一瞬间就产生光电效应 光越强，逸出电子数越多，光电流越大 光强越强，光电流越大，且存在饱和光电流 (二)总结梳理： 1.逸出　光电子 2.(1)截止　(2)饱和　(3)遏止　(4)瞬时性 3.最小值　W0　不相同 (三)1.能量子　hν 2.(1)hν＝Ek＋W0　Ek＝hν－W0　mev。 (2)W0　初动能。 3.(1)根据爱因斯坦的光电效应方程：Ek＝hν－W0设计实验。用蓝光照射光电管，查表得到对应金属的逸出功W0,计算出理论值Ek,再测量出电子的最大初动能，两者进行比较。 (2)把电源电压反向，让电子减速，调大反向电压，直到电流表示数为零，这时eUc=Ek。 (3)可以改变光的频率ν,测出不同入射光对应的Ek,画出Ek-ν图象，计算出斜率k,再与普朗克常量对比。 (4) 三、1. 波长更大 2． 　动量　变大 3. 波动性　粒子性　波粒二象性 · 例题与变式 【例题1】 C 【变式训练1】 AD 【例题2】 A 【变式训练2】 A · 课堂练习 1.A　2.D　3.BC　4. (1)左负右正左正右负 (2)3.3×10-19 5.0×1014　5.(1)钠、钾、铷能发生光电效应 (2) 铷 1.56×10-19 · 素养专练 1.AD　2.B　3.(1)3.5×1012个 (2)6.0×10－19J (3)6.0×10－19J $