第6章 专题提升课4 光电效应及其综合应用（Word教参）-【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（鲁科版）

本讲义聚焦光电效应规律及其综合应用这一核心知识点，系统梳理爱因斯坦光电效应方程、遏止电压与最大初动能关系、逸出功及极限频率概念，并通过E_k-ν、I-U、U_c-ν图像分析构建从基础规律到综合应用的学习支架。 资料通过典型例题解析（如氢原子跃迁与光电效应结合）和图像问题分类（三种图像角度），培养学生科学思维中的科学推理与模型建构能力，实验装置描述渗透科学探究要素。课中辅助教师清晰授课，课后助力学生巩固知识、弥补薄弱环节。

专题提升课4　光电效应及其综合应用 微专题一　光电效应规律的综合应用 　某同学采用如图所示的实验装置来研究光电效应现象。当用某单色光照射光电管的阴极K时，会发生光电效应现象。闭合开关S，在阳极A和阴极K之间加上反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计中电流恰好为零，此电压表的电压值U称为遏止电压，根据遏止电压，可以计算出光电子的最大初动能Ek。现分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极，测量到遏止电压分别为U1和U2，设电子质量为m、电荷量为e，则下列关系式中错误的是(　　) A．用频率为ν1的单色光照射阴极K时，光电子的最大初速度v1m＝ B．阴极K金属的逸出功W0＝hν1－eU1 C．阴极K金属的极限频率νc＝ D．普朗克常量h＝ [解析]　由eU1＝mv，可知v1m＝ ，故A正确；由爱因斯坦光电效应方程得，hν1＝eU1＋W0，hν2＝eU2＋W0，解得金属的逸出功W0＝hν1－eU1，普朗克常量h＝，故B、D正确；阴极K金属的极限频率νc＝＝＝，故C错误。 [答案]　C 　氢原子的能级图如图所示，已知可见光光子的能量范围为1.62～3.11 eV，金属钾的逸出功是2.25 eV，现有大量处于n＝4能级的氢原子。下列说法正确的是(　　) A．氢原子跃迁时最多可发出6种可见光 B．氢原子跃迁时发出的可见光均能使金属钾发生光电效应 C.氢原子跃迁时发出的可见光使金属钾发生光电效应得到光电子的最大初动能为0.3 eV D．氢原子跃迁时发出的可见光使金属钾发生光电效应得到光电子的最大初动能为10.98 eV　 [解析]　根据C＝6知，大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光子，因为可见光的光子能量范围为1.62～3.11 eV，满足此范围的有n＝4到n＝2、n＝3到n＝2，所以氢原子跃迁时最多可发出2种可见光，故A错误；大量氢原子从n＝4能级向n＝2能级跃迁时，辐射的光子能量为－0.85 eV－(－3.40 eV)＝2.55 eV>2.25 eV，能发生光电效应，从n＝3能级向n＝2能级跃迁时，辐射的光子能量为－1.51 eV－(－3.40 eV)＝1.89 eV<2.25 eV，不能发生光电效应，故B错误；根据Ek＝hν－W0，氢原子跃迁时发出的可见光使金属钾发生光电效应得到光电子的最大初动能Ek＝2.55 eV－2.25 eV＝0.3 eV，故C正确，D错误。 [答案]　C 微专题二　光电效应图像问题 1．Ek－ν图线 光电子最大初动能Ek随入射光频率ν的变化图线如图所示，由Ek＝hν－W知，横轴上的截距是阴极金属的截止频率νc，纵轴上的截距是阴极金属的逸出功的负值－W，斜率是普朗克常量h。 2．I－U图线 如图，这是光电流I随光电管两极板间电压U的变化曲线，图中 Im为饱和光电流，Uc为遏止电压。 　(1)由Ek＝eUc和Ek＝hν－W知，同一色光，遏止电压相同，与入射光强度无关；不同色光，频率越大，遏止电压越大； (2)在入射光频率一定时，饱和光电流随入射光强度的增大而增大。 角度1　I－U图像 　在光电效应实验中，某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对应的光电子最大初动能 [解析]　根据eU截＝mv＝hν－W可知，入射光的频率越高，对应的遏止电压U截越大。甲光、乙光的遏止电压相等，所以甲光、乙光的频率相等，故A错误；丙光的遏止电压大于乙光的遏止电压，所以丙光的频率大于乙光的频率，则乙光的波长大于丙光的波长，故B正确；同一金属，极限频率是相同的，故C错误；丙光的遏止电压大于甲光的遏止电压，根据eU截＝mv可知，甲光对应的光电子最大初动能小于丙光的光电子最大初动能，故D错误。 [答案]　B 角度2　Ek－ν图像 　用不同频率的紫外线分别照射钨板和锌板而产生光电效应，可得到光电子的最大初动能Ek随入射光的频率ν变化的Ek－ν图像，已知钨元素的逸出功为3.28 eV，锌元素的逸出功为3.34 eV，若将两者的图像分别用实线与虚线画在同一个Ek－ν图上。则下图中正确的是(　　) [解析]　根据光电效应方程Ek＝hν－W0可知Ek－ν图像的斜率为普朗克常量h，因此图中两图线应平行，C、D错误；横轴的截距表示恰能发生光电效应(光电子最大初动能为零)时的入射光的频率即截止频率。由光电效应方程可知，逸出功越大的金属对应的截止频率越大，则知能使金属锌发生光电效应的截止频率较大，A正确，B错误。 [答案]　A 角度3　Uc－ν图像 　(多选)从1907年起，密立根就开始测量金属的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系，由此算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性。按照密立根的方法我们利用图1所示的装置进行实验，得到了图2所示的某金属的Uc－ν图像。下列说法正确的是(　　) A．该金属的截止频率约为4.32×1014 Hz B．该金属的截止频率约为5.50×1014Hz C．该图线的斜率为普朗克常量 D．这种金属的逸出功约为1.83 eV [解析]　设该金属的逸出功为W0，截止频率为νc，金属逸出功W0＝hνc，光电子的最大初动能Ek与遏止电压Uc的关系是Ek＝eUc，光电效应方程Ek＝hν－W0，联立两式可得Uc＝ν－，因此图线的斜率为，C错误；当Uc＝0可解得ν＝νc≈4.32×1014 Hz，即该金属的截止频率约为4.32×1014Hz，在误差允许范围内，故A正确，B错误；由题图可知＝，金属的逸出功W0＝hνc，联立解得W0≈1.83 eV，故D正确。 [答案]　AD 1．(光电效应规律的综合应用)(多选)如图，有一真空光电管的应用电路，其阴极金属材料的截止频率为4.5×1014 Hz，则以下判断正确的是(　　) 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．用λ＝0.5 μm的光照射光电管时，电路中有光电流产生 D．光照射时间越长，电路中的光电流越大 解析：选BC。在光电管中若发生了光电效应，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，即只与入射光的强度有关，A、D错误，B正确；波长λ＝0.5 μm的光子的频率ν＝＝ Hz＝6×1014 Hz>4.5×1014 Hz，可发生光电效应，电路中有光电流产生，C正确。 2．(光电效应规律的综合应用)研究光电效应规律的实验电路如图所示，电源的两个电极分别与接线柱c、d连接。用一定频率的单色光a照射光电管时，灵敏电流计G的指针会发生偏转，而用另一频率的单色光b照射该光电管时，灵敏电流计G的指针不偏转。下列说法不正确的是(　　) A．a光的频率一定大于b光的频率 B．用b光照射光电管时，一定没有发生光电效应 C.电源正极可能与c接线柱连接 D．若灵敏电流计的指针发生偏转，则电流方向一定是由d→G→f 解析：选B。由于电源的接法不知道，所以有两种情况，当c接负极，d接正极时，单色光a频率大于金属的截止频率，b光的频率小于金属的截止频率，所以a光的频率一定大于b光的频率；当c接正极，d接负极时，a、b两光可能都发生光电效应，a光产生的光电子能到达负极而b光产生的光电子不能到达负极，a光产生的光电子的最大初动能大，所以a光的频率一定大于b光的频率，故A、C正确，不符合题意，B错误，符合题意。电流的方向与负电荷定向移动的方向相反，若灵敏电流计的指针发生偏转，则电流方向一定是由d→G→f，故D正确，不符合题意。 3.(光电效应方程和图像)在某次光电效应实验中，得到的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系图像如图所示。若该直线的斜率和纵截距分别为k和b，电子电荷量的绝对值为e，则普朗克常量h和所用材料的逸出功W0分别可表示为(　　) A．h＝ek，W0＝eb　　　 B．h＝ek，W0＝－eb C．h＝－ek，W0＝eb D．h＝，W0＝ 解析：选B。由光电效应方程可得Ek＝hν－W0，其中Ek＝eUc，变形得Uc＝－，根据图像得k＝，解得h＝ek，纵坐标轴截距b＝－，解得逸出功W0＝－eb。 4．(光电效应图像问题)图1为演示光电效应的实验装置，图2为a、b、c三种入射光照射下得到的三条电流表与电压表读数之间的关系曲线。下列关于三束入射光的频率ν，光照强度E的大小关系正确的是(　　) A．a、b、c三种光的频率大小关系是：νa<νb＝νc B．a、b、c三种光的频率大小关系是：νa>νb>νc C.a、b、c三种光的光强大小关系是：Ea＝Eb＝Ec D．a、b、c三种光的光强大小关系是：Ea>Eb＝Ec 解析：选A。由光电效应方程及遏止电压的关系可知eUc＝Ek，Ek＝hν－W0，b、c两种光遏止电压相同，故频率相同νb＝νc，a光遏止电压小，频率较小则νa<νb＝νc，A正确，B错误；最大光电流与光强成正比，对比题图2可知Ea>Eb>Ec，C、D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $