第4章 2.光电效应-【优学精讲】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册教用课件（人教版）

该高中物理课件围绕光电效应展开，涵盖实验规律、爱因斯坦光电效应理论、康普顿效应及光的波粒二象性。通过锌板与验电器实验情境导入，从紫外线照射锌板验电器指针变化现象出发，对比经典电磁理论矛盾，搭建“实验现象-理论冲突-光子说解释”的学习支架。 其亮点是以实验探究为主线，结合光电管实验、Uc-ν图像推导普朗克常量等实例，培养科学探究与科学思维。通过易错辨析和深化理解构建物理观念，随堂练习与课时作业助力巩固，学生能直观理解抽象概念，教师可高效开展理论与实验结合的教学。

2.光电效应 1.知道光电效应中截止频率的概念及光电效应与光的电磁理论的矛盾。 2.知道光子说及其对光电效应的解释。 3.掌握爱因斯坦光电效应方程并会用它来解决简单问题。 4.了解康普顿效应及其意义，知道光的波粒二象性。 学习目标 01 知识点一 光电效应的实验规律 02 知识点二 爱因斯坦的光电效应理论 03 知识点三 康普顿效应和光子的动量　光的波粒二象性 04 素养培优 目 录 05 随堂演练 06 课时作业 01 PART 知识点一 光电效应的实验规律 目 录 情境：如图所示，用细砂纸打磨锌板，除去锌板表面氧化层。将锌板与验 电器相连。先用带负电的橡胶棒接触锌板，验电器指针张开。 问题：（1）验电器指针为什么会张开？ 提示：带负电的橡胶棒接触锌板使锌板带负电，同种电荷相互排斥，验电 器指针张开。 物理·选择性必修第三册 目 录 （2）再用紫外线灯照射锌板，观察发现验电器指针张角变小。怎样解释 该现象？ 提示：用紫外线灯照射锌板，发现验电器指针张角变小，说明经紫外线照 射的锌板释放了电子，锌板所带的负电荷减少，验电器指针张角变小。 物理·选择性必修第三册 目 录 1. 光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的 ⁠从表面逸出的 现象。 2. 光电子：光电效应中发射出来的 ⁠。 电子　 电子　 物理·选择性必修第三册 目 录 （1）存在 频率：当入射光的频率低于截止频率时 （选 填“能”或“不能”）发生光电效应。 （2）存在 电流：在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和 电流越 ⁠。 （3）存在 电压：使光电流减小到 的反向电压Uc，且满足 me＝eUc。 （4）光电效应具有瞬时性：光电效应几乎是瞬时发生的。 截止　 不能　 饱和　 大　 遏止　 0　 3. 光电效应的实验规律 物理·选择性必修第三册 目 录 4. 逸出功：使电子脱离某种金属，需要外界对它做功的 ，叫作 这种金属的逸出功，用W0表示，不同金属的逸出功的大小 ⁠。 5. 电磁理论能解释的实验结果 （1）光电效应的产生：当光照射金属表面时，电子会吸收 ⁠的能 量。若电子吸收的能量超过 ，电子就能从金属表面 ⁠， 这就是光电子。这样便产生了光电效应。 最小值　 不相同　 （2）光越强，逸出的电子数越 ，光电流越 ⁠。 光　 逸出功　 逸出　 多　 大　 物理·选择性必修第三册 目 录 6. 光电效应经典解释中的疑难 （1）按照光的经典电磁理论，不管入射光的频率如何，只要光足够强， 电子都可以获得足够的能量从而 ，不应存在截止频率。 （2）光越强，光电子的初动能也应该 ，所以遏止电压应与光强 有关。 （3）电子要从金属表面逸出，需要积累能量的时间，但光电效应的发生 几乎是瞬时的。 逸出表面　 越大　 物理·选择性必修第三册 目 录 【易错辨析】 （1）光电子不再是电子。 （　×　） （2）光电效应几乎是瞬时发生的。 （　√　） （3）只有紫外线照射锌板才能发生光电效应。 （　×　） × √ × 物理·选择性必修第三册 目 录 1. 光电效应的有关概念 （1）光电子 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。 （2）截止频率的理解 频率低于νc的入射光，无论光的强度多大，照射时间多长，都不能使电子 逸出。 物理·选择性必修第三册 目 录 （3）光子的能量与入射光的强度 光的能量子即每个光子的能量，其值为ε＝hν（ν为光的频率），其大小由 光的频率决定。入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的 总能量，入射光的强度等于单位时间内光的能量子hν与入射光子数n的乘 积，即入射光的强度等于nhν。 （4）光电流与饱和电流 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，这个饱和值是饱和电流，在一定的光照 条件下，饱和电流与所加电压大小无关。 物理·选择性必修第三册 目 录 2. 光电效应与经典电磁理论的矛盾 项 目 经典电磁理论 光电效应实验结果 矛 盾1 按照光的经典电磁理论，不论入射 光的频率是多少，只要光强足够 强，总可以使电子获得足够的能量 从而发生光电效应 如果光的频率小于金属的极限 频率，无论光强多大，都不会 发生光电效应 物理·选择性必修第三册 目 录 项目 经典电磁理论 光电效应实验结果 矛 盾2 光越强，电子可获得更多的能量， 光电子的最大初动能也应该越大， 所以遏止电压与光强有关 遏止电压与光强无关，与频率 有关 矛 盾3 光越强时，电子能量积累的时间就 短，光越弱时，能量积累的时间就 长 当入射光照射到光电管的阴极 时，无论光强怎样微弱，几乎 在光照开始的瞬间就产生了光 电子 物理·选择性必修第三册 目 录 【例1】　（光电效应理解）如图所示为用光电管研究光电效应实验的电 路图，现用频率为ν1的光照射阴极K，电流表中有电流通过，电路中的滑 动变阻器的滑片为P。下列说法正确的是（　　） A. 当P移动到a端时，电流表中一定无电流通过 B. P向b端滑动的过程，电流表示数可能不变 C. 改用频率小于ν1的光照射，电流表中一定有电流通过 D. 改用频率大于ν1的光照射，电流表中可能无电流通过 √ 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：当P移动到a端时，由于发生光电效应，仍然有光电流，电流表中仍 有电流通过，A错误；滑片P向b端滑动的过程，阳极A吸收光电子的能力 增强，光电流会增大，当射出的所有光电子都能到达阳极A时，光电流达 到最大，即饱和电流，若在滑动P前，光电流已经达到饱和，则P向b端滑 动的过程中，电流表示数不变，B正确；因为不知道阴极K的截止频率，所 以改用频率小于ν1的光照射时，不一定能发生光电效应，电流表中不一定 有电流通过，C错误；改用频率大于ν1的光照射时，一定能发生光电效应， 电流表中一定有电流通过，D错误。 物理·选择性必修第三册 目 录 1. 在光电效应实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用紫外线灯照射锌板时，验电器的指针张开一个角度，如图所示，下列说法正确的是（　　） A. 验电器的指针带正电 B. 若仅增大紫外线的频率，则锌板的逸出功增大 C. 若仅增大紫外线灯照射的强度，则单位时间内产生的光电子数减少 D. 若仅减小紫外线灯照射的强度，则可能不发生光电效应 √ 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：锌板原来不带电，用紫外线灯照射锌板时，验电器的指针发生了偏转，说明锌板在紫外线灯的照射下发生了光电效应，发生光电效应时，锌板向空气中发射电子，所以锌板带正电，验电器的指针也带正电，故A正确；金属的逸出功与金属本身的材料有关，与外界光的频率无关，故B错误；增大紫外线灯照射的强度，即单位时间内照在锌板上的光子数增多，所以单位时间内产生的光电子数增多，故C错误；能否发生光电效应与光照强度无关，取决于入射光的频率和金属的截止频率之间的关系，故D错误。 物理·选择性必修第三册 目 录 2. 〔多选〕利用光电管研究光电效应的实验如图所示，用频率为ν的可见 光照射阴极K，电流表中有电流通过，则（　　） A. 用紫外线照射，电流表中一定有电流通过 B. 用红光照射，电流表中一定无电流通过 C. 用红外线照射，电流表中可能有电流通过 D. 用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑片移到 A端时，电流表中一定无电流通过 √ √ 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：因紫外线的频率比可见光的频率高，所以用紫外线照射时，电流表中一定有电流通过，选项A正确；因不知阴极K的截止频率，所以用红光或红外线照射时，也可能发生光电效应，所以B错误，C正确；即使UAK＝0，电流表中也可能有电流通过，所以D错误。 物理·选择性必修第三册 目 录 02 PART 知识点二 爱因斯坦的光电效应理论 目 录 情境：人们知道，金属中原子外层的电子会脱离原子而做无规则的热 运动。 问题：但在温度不很高时，电子并不能大量逸出金属表面，这是为什 么呢？ 提示：这表明金属表面层内存在一种力，阻碍电子的逃逸。电子要从金属 中挣脱出来，必须获得足够的能量以克服这种阻碍作用。 物理·选择性必修第三册 目 录 1. 光子：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，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 ⁠。 2. 爱因斯坦光电效应方程 （1）表达式：Ek＝ ⁠。 hν　 光子　 （2）物理意义：金属中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 ⁠。 hν－W0　 hν　 初动能Ek　 物理·选择性必修第三册 目 录 3. 对光电效应规律的解释 （1）光电效应方程表明，只有当hν＞W0时，光电子才可以从金属中逸 出，νc＝就是光电效应的截止频率。 （2）该方程还表明，光电子的最大初动能Ek与入射光 有关，而 与光的 无关。 （3）电子 吸收光子的全部能量， ⁠积累能量的时 间，光电流自然几乎是瞬时产生的。 （4）对于同种频率的光，光较强时，单位时间内照射到金属表面的 ⁠ 较多，照射金属时产生的 较多，因而饱和电流较大。 频率ν　 强弱　 一次性　 不需要　 光 子数　 光电子　 物理·选择性必修第三册 目 录 （1）金属表面层中一个电子只能吸收一个光子的能量。 （　√　） （2）爱因斯坦最早发现了光电效应，并提出光子假设建立了光电效应方程。 （　×　） √ × 【易错辨析】 物理·选择性必修第三册 目 录 1. 光子说：光子说的提出说明了光是由光子组成的。光子的能量ε＝hν决 定于光的频率。光的强度与光子的数目有关，在频率一定的情况下，光越 强，单位时间内单位面积上的光子数越多。 2. 光电效应方程：Ek＝hν－W0 （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 的动能大小可以是0～Ek范围内的任何数值。 物理·选择性必修第三册 目 录 ②如要克服吸引力做功最少为W0，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－W0。 （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初动能。 物理·选择性必修第三册 目 录 3. 光子说对光电效应的解释 （1）饱和电流与光照强度的关系：同种频率的光，光照强度越大，包含 的光子数越多，照射金属时产生的光电子越多，因而饱和电流越大。 （2）存在截止频率和遏止电压 ①由爱因斯坦光电效应方程知，光电子的最大初动能与入射光频率有关， 与光强无关，所以遏止电压由入射光频率决定，与光强无关。 ②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－W0＞ 0，即hν＞W0，ν＞＝νc，而νc＝恰好是光电效应的截止频率。 物理·选择性必修第三册 目 录 【例2】　（光电效应方程）〔多选〕用如图所示的装置研究光电效应现 象。当用光子能量为2.75 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，电流 表G的示数不为零；移动滑动变阻器的滑片c，发现当电压表的示数大于或 等于1.7 V时，电流表示数为0，则下列说法正确的是（　　） A. 光电子的最大初动能始终为1.05 eV B. 光电管阴极的逸出功为1.05 eV C. 当滑片向a端滑动时，反向电压增大，电流增大 D. 改用能量为2.5 eV的光子照射，移动滑动变阻器的滑片c，电流表G中也可能有电流 √ √ 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：当电压表示数大于或等于1.7 V时，电流表无示数，说明遏止电压为 1.7 V，由eUc＝Ek，Ek＝hν－W0，可得光电子的最大初动能Ekm＝1.7 eV， 光电管的逸出功为1.05 eV，A错误，B正确；若光的频率不变，反向电压 大于遏止电压后电路中就不再有电流，C错误；改用能量为2.5 eV的光子 照射，因2.5 eV大于1.05 eV，此时入射光频率大于截止频率，若此时反向 电压小于遏止电压，电路中就会有电流，D正确。 物理·选择性必修第三册 目 录 频率为ν的光照射某金属材料，产生光电子的最大初动能为Ekm，若以频率 为1.5ν的光照射同一金属材料，则光电子的最大初动能是（　　） A. 1.5Ekm B. 1.5hν C. Ekm＋0.5hν D. Ekm＋1.5hν 解析：　用频率为ν的光照射某种金属时，由光电效应方程得Ekm＝hν－ W0，若改用频率为1.5ν的光照射此种金属时，则有Ek'＝1.5hν－W0＝0.5hν ＋Ekm，故选C。 √ 物理·选择性必修第三册 目 录 【例3】　（光子说对光电效应的解释）运用光子说对下列光电效应现象 进行解释，可以得出的正确结论是（　　） A. 当光照时间增大为原来的2倍时，光电流的强度也增大为原来的2倍 B. 当入射光频率增大为原来的2倍时，光电子的最大初动能也增大为原来 的2倍 C. 当入射光波长增大为原来的2倍时，光电子的最大初动能也增大为原来 的2倍 D. 当入射光强度增大为原来的2倍时，单位时间内产生的光电子数目也增 大为原来的2倍 √ 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，当入射光频率增大为 原来的2倍时，产生光电子的最大初动能大于原来的两倍，光电流的强度 与光照时间无关，故A、B错误；根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0＝ －W0，当入射光波长增大为原来的2倍时，光电子的最大初动能减小或 不发生光电效应，故C错误；当入射光强度增大为原来的2倍时，单位时间 内照射到金属表面的光子数是原来的2倍，所以单位时间内产生的光电子 数目也增大为原来的2倍，故D正确。 物理·选择性必修第三册 目 录 03 PART 知识点三 康普顿效应和光子的动量　光的波粒二象性 目 录 情境：如图所示，为光的双缝干涉示意图。 问题：（1）光的双缝干涉说明光具有什么性质？ 提示：说明光具有波动性。可见光本质上是一种电磁波。 （2）光具有波动性，光子说表明光又具有粒子性，由此可以得出什么 结论？ 提示：光具有波粒二象性。 物理·选择性必修第三册 目 录 1. 康普顿效应 （1）定义：在光的散射中，除了与入射波长λ0 的成分外，还有波 长 λ0的成分的现象。 （2）意义：表明光子除了具有能量之外还具有动量，深刻地揭示了光的 粒子性的一面。 2. 光子的动量：p＝ 　　。 相同　 大于　 光是一种电磁波，具有 性；光电效应和康普顿效应揭示了光具 有 性。光既具有 性，又具有 性，光具有波粒二 象性。 3. 光的波粒二象性 波动　 粒子　 波动　 粒子　 物理·选择性必修第三册 目 录 【易错辨析】 （1）光表现为波动性时就没有粒子性。 （　×　） （2）光具有波粒二象性。 （　√　） （3）光不仅具有能量，也具有动量，所以光子是实物粒子。 （　×　） × √ × 物理·选择性必修第三册 目 录 1. 康普顿效应的几点认识 （1）光子不仅具有能量，也具有动量，在与其他微粒作用过程中遵循能 量守恒定律和动量守恒定律。 （2）假定X射线光子与电子发生弹性碰撞。光子和电子相碰撞时，光子有 一部分动量转移给电子，因而，散射光子的动量减少，动量减小，意味着 波长变大，于是散射光的波长大于入射光的波长。 （3）康普顿效应进一步揭示了光的粒子性，也再次证明了爱因斯坦光子 说的正确性。 物理·选择性必修第三册 目 录 2. 光子的能量和动量 能量ε和动量p是描述物质的粒子性的重要物理量；波长 λ和频率ν是描述物 质的波动性的典型物理量。ε＝hν和p＝揭示了光的粒子性和波动性之间的 密切关系。 物理·选择性必修第三册 目 录 3. 对光的波粒二象性的理解 实验基 础 表现 说明 光 的 波 动 性 干涉和 衍射 （1）光子在空间各点出现的 可能性大小可用波动规律来描 述 （2）足够能量的光在传播 时，表现出波的性质 （1）光的波动性是光子本 身的一种属性，不是光子 之间相互作用产生的 （2）光的波动性不同于宏 观观念的波 物理·选择性必修第三册 目 录 实验基础 表现 说明 光的 粒子 性 光电效应、康普顿效应 （1）当光同物质发生作用 时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质 （2）少量或个别光子容易显示出光的粒子性 （1）粒子的含义是“不连续”“一份一份”的 （2）光子不同于宏观观念的粒子 物理·选择性必修第三册 目 录 【例4】　（康普顿效应）如图所示是教材上解释康普顿效应的示意图， 下列说法正确的是（　　） A. 图中光子与电子不是正碰，故不遵循动量守恒定律 B. 图中碰撞后光子频率ν'可能等于碰撞前光子频率ν C. 图中碰撞后光子速度可能小于碰撞前光子速度 D. 图中碰撞后光子波长一定大于碰撞前光子波长 √ 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：无论正碰还是斜碰，系统所受的合外力为零，碰撞过程都遵循动量 守恒定律，A错误；由于光子与电子碰撞后，光子的部分能量传递给电 子，所以光子能量一定减小，根据公式ε＝hν＝h，可知图中碰撞后光子频 率ν'一定小于碰撞前光子频率ν，碰撞后光子的波长一定大于碰撞前光子的 波长，B错误，D正确；根据爱因斯坦相对论的光速不变原理，光子的速度 为c，碰撞前后不变，C错误。 物理·选择性必修第三册 目 录 美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，用X光对静止的电子进 行照射，照射后电子获得速度的同时，X光光子的运动方向也会发生相应 的改变。下列说法正确的是（　　） A. 当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把部分动量转移给电子，因此光 子散射后频率变大 B. 康普顿效应揭示了光的粒子性，表明光子除了具有能量之外还具有动量 C. X光散射后与散射前相比，速度变小 D. 散射后的光子虽然改变原来的运动方向，但频率保持不变 √ 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：　在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把部分 动量转移给电子，则光子动量减小，但速度仍为光速c，根据p＝，知光 子频率减小，康普顿效应说明光不但具有能量而且具有动量，揭示了光的 粒子性，故A、C、D错误，B正确。 物理·选择性必修第三册 目 录 【例5】　（光的波粒二象性）〔多选〕对光的认识，下列说法正确的是 （　　） A. 少量光子的行为易表现出粒子性，大量光子的行为易表现出波动性 B. 光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的 C. 光表现出波动性时，就不具有粒子性了；光表现出粒子性时，就不具有 波动性了 D. 光的波粒二象性可以理解为在某些场合光的波动性表现明显，在另外 一些场合，光的粒子性表现明显 解析：少量光子的行为易表现出粒子性，大量光子的行为易表现出波动 性；光与物质相互作用，表现为粒子性，光传播时表现为波动性；光的波 动性与粒子性都是光的本质属性。故A、B、D正确。 √ √ √ 物理·选择性必修第三册 目 录 04 PART 素养培优 目 录 用光电效应测量普朗克常量h 根据遏止电压与光电子最大初动能的关系eUc＝Ek和光电效应方程hν＝ W0＋Ek，可知Uc＝ν－。所以，通过用不同频率的入射光照射某种金 属，测量每种频率下的遏止电压，可得到Uc-ν曲线，该曲线是一条斜率k＝ 的直线，通过两点求出直线的斜率k，ke的值即为普朗克常量h。 物理·选择性必修第三册 目 录 【典例】　某研究性学习小组设 计了利用光电效应测量普朗克常 量的实验，实验原理图如图甲所 示。实验中通过测定遏止电压Uc 和对应入射光频率ν的数据，即可 求出普朗克常量h，该小组的一次实验数据记录如下： 频率ν/（1014 Hz） 8.213 7.408 6.879 5.490 5.196 遏止电压Uc/V 1.600 1.278 1.074 0.488 0.378 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：根据表格数据，通过描点连线，并作出图像，如图所示。 （1）建立Uc-ν的坐标系，根据表中数据，在图乙中描绘Uc随ν变化的 图线； 答案：见解析图　 物理·选择性必修第三册 目 录 （2）已知元电荷e＝1.6×10－19 C，利用图乙画出的图线求出普朗克常量h ＝ 　　 J·s（保留两位有效数字）。 6.5×10－34（6.0×10－34～6.8×10－34均可） 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：由爱因斯坦光电效应方程及功能关系可得 hν＝W0＋Ek eUc＝Ek 故得Uc＝ν－ 由图可知，图线斜率k＝＝ 故得普朗克常量h＝ek＝6.5×10－34 J·s。 物理·选择性必修第三册 目 录 05 PART 随堂演练 目 录 1. （光电效应的理解）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. 验电器带正电，锌板带负电 B. 验电器带负电，锌板也带负电 C. 若改用红光照射锌板，验电器的指针一定也会偏转 D. 若改用同等强度、频率更高的紫外线照射锌板，验 电器的指针也会偏转 √ 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：用紫外线照射锌板，锌板失去电子带正电，验电器与锌板连接，则验电器带正电，A、B错误；根据发生光电效应的条件可知，若改用频率较低的红光照射锌板，不一定能发生光电效应，所以验电器的指针不一定会发生偏转，C错误；根据发生光电效应的条件可知，能否发生光电效应与光的频率有关，若改用同等强度、频率更高的紫外线照射锌板，验电器的指针也会偏转，D正确。 物理·选择性必修第三册 目 录 2. （光电效应的实验规律）用如图所示的光电管研究光电效应，使用某种 频率的单色光a照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转；改用另 一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针发生偏转。下列说 法错误的是（　　） A. a光的波长一定大于b光的波长 B. 只增加a光的强度，电流计G的指针仍不发生偏转 C. 只增加b光的强度，可使通过电流计G的电流增大 D. 用b光照射光电管阴极K时，通过电流计G的电流方向 是由d到c √ 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：　用单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针发生偏转，可 知b光的频率大于a光的频率，根据c＝λν可知，a光的波长一定大于b光的波 长，选项A正确；因a光的频率小于金属的极限频率，可知即使增加a光的 强度，也不会发生光电效应，电流计G的指针仍不发生偏转，选项B正确； 只增加b光的强度，单位时间逸出光电子数量增加，则可使通过电流计G的 电流增大，选项C正确；用b光照射光电管阴极K时，电子移动方向是从d到 c，则通过电流计G的电流方向是由c到d，选项D错误。 物理·选择性必修第三册 目 录 3. （爱因斯坦的光电效应方程）〔多选〕光电管是一种利用光照产生电流 的装置，当入射光照在管中金属板上时，可以形成光电流。下表中记录了 某同学进行光电管实验时的数据。由表中数据得出的以下论断正确的是 （　　） 次数 1 2 3 入射光子的能量/eV 4.0 4.0 4.0 光的强弱 弱 中 强 饱和光电流大小/mA 29 43 60 逸出光电子的最大初动能/eV 0.8 0.8 0.8 物理·选择性必修第三册 目 录 A. 三次实验采用了相同频率的入射光 B. 三次实验光电管中的金属板材质不同 C. 若入射光子的能量为5.0 eV，光强与第3次光的强弱一致，饱和光电流 可能小于60 mA D. 若入射光子的能量为5.0 eV，逸出光电子的初动能一定为1.8 eV √ √ 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：根据光子能量公式ε＝hν可知三次实验入射光子的能量相同，频率相同，故A正确；根据Ek＝hν－W0可知，入射光子能量相同，逸出光电子的最大初动能相同，可知逸出功相同，三次实验光电管中的金属板材质相同，故B错误；入射光子的能量为5.0 eV时，若光强与第3次相同，则单位时间内照射到阴极的光子数减小，逸出的光电子数减少，饱和光电流减小，故C正确；若入射光子的能量为4.0 eV，逸出光电子的最大初动能为0.8 eV，根据爱因斯坦光电效应方程E＝hν－W0，则有Ek1＝ε1－W0，解得W0＝ε1－Ek1＝4.0 eV－0.8 eV＝3.2 eV。若入射光子的能量为5.0 eV，则有逸出光电子的最大初动能为Ek2＝ε2－W0＝5.0 eV－3.2 eV＝1.8 eV，但并不是所有逸出光电子的初动能一定为1.8 eV，故D错误。 物理·选择性必修第三册 目 录 4. （康普顿效应和光子的动量）“拉曼散射”是光通过介质时，入射光与 分子相互作用而引起频率变化的散射。若入射光经过某介质发生散射后， 光子频率减小，则（　　） A. 光子的动量变小 B. 光子的能量变大 C. 光传播速度变大 D. 光子的波长变短 √ 解析：根据p＝＝可知光子的动量变小，波长变大，故A正确，D错误；根据ε＝hν可知光子的能量变小，故B错误；光的传播速度不变，故C错误。 物理·选择性必修第三册 目 录 课堂小结 物理·选择性必修第三册 目 录 06 PART 课时作业 目 录 知识点一　光电效应的实验规律 1. 〔多选〕当用一束紫外线照射连接着原来不带电的验电器金属球的锌板 时，发生了光电效应，这时发生的现象是（　　） A. 验电器内的金属箔带正电 B. 有电子从锌板上飞出来 C. 有正离子从锌板上飞出来 D. 锌板吸收空气中的正离子 解析：紫外线照射锌板，发生光电效应，此时锌板中有电子逸出，锌板失去电子带正电，因此验电器内的金属箔带正电，故A、B正确，C、D错误。 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 物理·选择性必修第三册 目 录 2. 〔多选〕现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射 时，有光电流产生。下列说法正确的是（　　） A. 保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和电流变大 B. 入射光的频率变高，饱和电流变大 C. 入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大 D. 保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：发生光电效应时，光的强度越大，单位时间内逸出的光电子数越多，饱和电流越大，选项A正确；饱和电流的大小与入射光的频率无关，选项B错误；光电子的最大初动能随入射光频率的增加而增加，与入射光的强度无关，选项C正确；减小入射光的频率，若低于极限频率，则不能发生光电效应，没有光电流产生，选项D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 物理·选择性必修第三册 目 录 3. 不带电的锌板和验电器用导线相连。若用甲灯照射锌板，验电器的金属 箔片不张开；若用乙灯照射锌板，验电器的金属箔片张开，如图所示，则 与甲灯相比，乙灯发出的光（　　） A. 频率更高 B. 波长更长 C. 光强更强 D. 速度更大 解析：　甲灯没有使锌板发生光电效应，但乙灯使锌板发生了光电效应，故乙灯发出的光频率更高，波长更短，光电效应发生与否与光强无关，同种介质中光的传播速度相同，故A正确，B、C、D错误。 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 物理·选择性必修第三册 目 录 4. 如图所示，当光照射到光电管时，灵敏电流计指针没有发生偏转，检查 电路没有发现断路情况，各元件也正常，发生这种情况可能的原因是（　） A. 电源电压太高 B. 入射光波长太长 C. 入射光强度较弱 D. 光照射时间太短 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：　如图所示光电管所加电压为正向电压，若发生光电效应，则光 电子做加速运动，一定能到达阳极，电路中能形成电流，可知电路没有电 流产生与电源电压的高低无关，故A错误；灵敏电流计指针没有偏转，可 能是未发生光电效应现象，若入射光波长太长，则入射光频率很小，可能 入射光频率小于截止频率，因而不会发生光电效应，故B正确；发生光电 效应的条件是入射光的频率大于等于金属的截止频率，与入射光的强度及 照射时间的长短无关，故C、D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 物理·选择性必修第三册 目 录 5. 用如图所示的装置研究光电效应现象，当用某种频率的光照射光电管 时，电流表Ⓖ的读数为I。则（　　） A. 将开关S断开，也会有电流流过电流表 B. 将滑动变阻器的滑片c向a移动，光电子到达阳极时的速 度必将变小 C. 如果减小入射光的光强，光电管中可能不会有光电子 产生 D. 如果将电池极性反转，光电管中可能不会有光电子产生 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：　开关S断开，由于仍能发生光电效应，光电子仍能到达阳极，故 也会有电流流过电流表，故A正确；将滑动变阻器的滑片c向a移动，所加 正向电压增大，则光电子到达阳极时的速度必将变大，故B错误；只要光 的频率不变，就能发生光电效应，即光电管中有光电子产生，故C错误； 将电池极性反转，光电管中仍然有光电子产生，只是电流表读数可能为 零，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 物理·选择性必修第三册 目 录 知识点二　爱因斯坦的光电效应理论 6. 用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而发生光电效应，可得到光 电子最大初动能Ek随入射光频率ν变化的Ek-ν图像。已知钨的逸出功是3.28 eV，锌的逸出功是3.24 eV，若将二者的图像画在同一个Ek-ν坐标图中，用 实线表示钨，用虚线表示锌，则正确反映这一过程的图是（　　） √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：　依据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，Ek-ν图像的斜率 代表了普朗克常量h，因此钨和锌的Ek-ν图像应该平行。Ek-ν图像的横截距 代表了截止频率νc，而νc＝，因此钨的νc大些。故B正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 物理·选择性必修第三册 目 录 7. 某金属在一束单色光的照射下发生光电效应，光电子的最大初动能为 Ek，已知该金属的逸出功为W0，普朗克常量为h。根据爱因斯坦的光电效 应理论，该单色光的频率ν为（　　 ） A. B. C. D. 解析：　根据爱因斯坦光电效应方程可知hν＝Ek＋W0，解得该单色光的 频率为ν＝，故选D。 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 物理·选择性必修第三册 目 录 8. 〔多选〕利用如图所示的电路研究光电效应现象，其中阴极K由金属钾 制成，其逸出功为2.25 eV。用某一频率的光照射时，逸出光电子的最大初 动能为1.50 eV，电流表的示数为I。已知普朗克常量约为6.6×10－34 J·s。 下列说法中正确的是（　　） A. 金属钾发生光电效应的极限频率约为5.5×1014 Hz B. 若入射光频率加倍，光电子的最大初动能变为3.00 eV C. 若入射光频率加倍，电流表的示数变为2I D. 若入射光频率加倍，遏止电压的大小将变为5.25 V √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：由W0＝hνc可知，νc≈5.5×1014 Hz，故A正确；由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，可知入射光频率加倍，光电子的最大初动能大于原来的两倍，即大于3.00 eV，故B错误；饱和电流的大小由单位时间内照射在阴极K的光子数决定，入射光频率加倍，单位时间内照射在阴极K的光子数不一定加倍，电流变化情况不确定，故C错误；由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，可知入射光频率加倍，则Ek1＝2hν－W0，又Ek1＝eUc，解得Uc＝5.25 V，故D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 物理·选择性必修第三册 目 录 知识点三　康普顿效应和光子的动量　光的波粒二象性 9. 〔多选〕关于康普顿效应，下列说法中正确的是（　　） A. 石墨对X射线散射时，部分射线的波长变短 B. 康普顿效应仅出现在石墨对X射线的散射中 C. 康普顿效应证明了光的粒子性 D. 光子具有动量 解析：在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，则其动量减小，波长增大，故A错误；康普顿效应不仅仅出现在石墨对X射线的散射中，故B错误；康普顿效应揭示了光具有粒子性，表明光子具有动量，故C、D正确。 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 物理·选择性必修第三册 目 录 10. 〔多选〕关于光的波粒二象性，下列理解正确的是（　　） A. 高频光是粒子，低频光是波 B. 大量的光子往往表现出波动性，个别光子往往表现出粒子性 C. 波粒二象性是光的属性，只是有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著 D. 光在传播时是波，而与物质发生相互作用时转变成粒子 解析：波粒二象性是光所具有的性质，在不同的情况下有不同的表现：大量的光子往往表现出波动性，个别光子往往表现出粒子性；光在传播过程中通常表现为波动性，在与物质发生相互作用时通常表现为粒子性，故选项B、C正确。 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 物理·选择性必修第三册 目 录 11. 〔多选〕频率为ν的光子，具有的能量为hν，动量为，将这个光子打 在处于静止状态的电子上，光子将偏离原运动方向，这种现象称为光子的 散射，下列关于光子散射的说法正确的是（　　） A. 光子改变原来的运动方向，传播速度变小 B. 光子由于在与电子碰撞中获得能量，因而频率增大 C. 由于受到电子碰撞，散射后的光子波长大于入射光子的波长 D. 由于受到电子碰撞，散射后的光子频率小于入射光子的频率 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：碰撞后光子改变原来的运动方向，但传播速度不变，A错误；光子由于在与电子碰撞中损失能量，因而频率减小，即ν＞ν'，再由c＝λ1ν＝λ2ν'，得到λ1＜λ2，B错误，C、D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 物理·选择性必修第三册 目 录 12. 〔多选〕（2025·嘉兴市高二期末）用波长为λ和3λ的光照射同一种金 属，分别产生的速度最大的光电子速度之比为3∶1，普朗克常量和真空中 光速分别用h和c表示，那么下列说法正确的有（　　） A. 该种金属的逸出功为 B. 该种金属的逸出功为 C. 波长超过4λ的光都不能使该金属发生光电效应 D. 波长超过3λ的光都不能使该金属发生光电效应 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：　根据爱因斯坦光电效应方程可知me＝－W0，me ＝－W0，其中vm1∶vm2＝3∶1，解得W0＝，选项A错误，B正确；因为 波长为4λ的光恰能使该金属发生光电效应，则波长超过4λ的光都不能使该 金属发生光电效应，选项C正确，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 物理·选择性必修第三册 目 录 13. 我国中微子探测实验利用光电管把光信号转换成电信号。如图所示， A和K分别是光电管的阳极和阴极，加在A、K之间的电压为U。现用发光 功率为P的激光器发出频率为ν的光全部照射在K上，回路中形成电流。已 知阴极K材料的逸出功为W0，普朗克常量为h，电子电荷量为e。 （1）求光电子到达A时的最大动能Ekm； 答案：eU＋hν－W0　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：根据爱因斯坦光电效应方程，光电子离开K极的最大初动能Ek ＝hν－W0 光电子从K极到A极，由动能定理得eU＝Ekm－Ek 联立得Ekm＝eU＋hν－W0。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 物理·选择性必修第三册 目 录 （2）若每入射N个光子会产生1个光电子，所有的光电子都能到达A，求回 路的电流I。 答案： 解析： t时间内，激光器发光的总功W＝Pt　① 到达K极的光子总数N0＝　② 逸出的电子总数Ne＝　③ 回路的电流I＝　④ 由①②③④解得I＝。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 物理·选择性必修第三册 目 录 $