4.2.1 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，引导学生掌握光电效应现象、实验规律及爱因斯坦光电效应理论，会用光电效应方程解决问题。以锌板连接验电器的实验情境导入，通过“导”“思”环节构建从现象观察到规律总结，再到经典理论矛盾分析的学习支架。 资料以实验探究为核心，设计问题链引导学生分析光电效应实验规律与经典电磁理论的矛盾，结合例题与检测题强化科学论证。通过图像绘制、方程应用等环节培养学生的科学思维和科学探究能力，助力学生深化物理观念，提升解决实际问题的能力。

4.2.1 光电效应 导学案 班级 姓名 小组 学号 【学习目标】 1．知道光电效应现象以及光电效应的实验规律。 2．知道光电效应与电磁理论的矛盾。 3．知道并理解爱因斯坦光电效应理论及对光电效应的解释，会用光电效应方程解决一些简单问题。 【导】如图所示，把一块锌板连接在验电器上，用紫外线灯照射锌板，观察到验电器的指针发生了变化，这说明锌板带了电。你知道锌板是怎样带上电的吗？ 【思】 基础感知一：光电效应的实验规律（教材P71~72） 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逸出的现象。 2．光电子：光电效应中发射出来的电子。 3．光电效应的实验电路图 （1）闭合开关后，当电压表的示数为0时，电流表的示数不是0，说明了什么？ （2）闭合开关，将滑动变阻器的滑片向右移动，会观察到什么现象？说明了什么？ （3）若将电源的正负极对调，闭合开关，滑动变阻器的滑片向右移动时，又会观察到什么现象？说明了什么？ 4．光电效应的实验规律 （1）存在截止频率：当入射光的频率低于截止频率时 (填“能”或“不”)发生光电效应。不同金属的截止频率 （填“相同”或“不同”）。 （2）存在饱和电流：在光照条件不变，随所加电压增大，光电流趋于饱和值；在入射光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和电流越 (填“大”或“小”)。 请画出光电流和所加电压的关系图像（三条：两条频率相同而强度不同、一条频率不同）并对图像做出解释。（阅读课本，分步骤画图像） （3）存在遏止电压：电路中电源的 交换，使光电流减小到0的反向电压Uc。根据动能定理，应满足 。 实验表明：光电子的最大初动能与入射光的频率 ，而与入射光的强弱 。 （4）光电效应具有瞬时性：光电效应几乎是瞬时发生的。 基础感知二：光电效应经典解释中的疑难（教材P73） 1．逸出功：使电子脱离某种金属成为光电子，外界对它做功的 值，用 表示。 不同种类的金属，其逸出功的大小 (填“相同”或“不相同”)。 2．光电效应按照经典电磁场理论解释，应该有以下结论（即与实验规律存在的矛盾）： （1）不应存在 频率。 （2）遏止电压Uc应该与光的强弱 (填“有”或“无”)关。 （3）光电效应的发生需要时间。 基础感知三：爱因斯坦的光电效应理论（教材P74） 1．爱因斯坦光电效应理论（光子说）：必须假定电磁波本身是 (填“不连续”或“连续”)，即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：hν＝ 或Ek＝ 。说明各种符号的物理含义。 （2）画出关系图像， 斜率表示 ， 横轴的截距表示 ， 纵轴的截距表示 。 （3）方程的物理意义：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 ，剩下的是逸出后电子的 。 （4）解释光电效应的实验规律 例题1．判断下列说法的正误。 (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)“光子”就是“光电子”的简称。(　　) (4)逸出功的大小与入射光的频率无关。(　　) (5)光电子的最大初动能与入射光的频率成正比。(　　) 例题2．在演示光电效应实验中，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 例题3．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到光电管上时，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．将变阻器的触点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 例题4．A、B两种光子的能量之比为2∶1，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子的最大初动能分别为EA、EB，普朗克常量为h，则下列说法正确的是(　　) A．A、B两种光子的频率之比为1∶2 B．所产生光电子的最大初动能之比为2∶1 C．该金属的逸出功W0＝EA－2EB D．该金属的截止频率νc＝ 【议】例题的分析方法。 【展】例题的计算步骤。 【检】 (多选)如图所示是一个研究光电效应的电路图，下列叙述中正确的是(　　) A．保持光照条件不变，滑片P向右滑动的过程中，电流表示数将一直增大 B．只调换电源的极性，移动滑片P，当电流表示数为零时，电压表示数为遏止电压Uc的数值 C．阴极K需要预热，光束照射后需要一定的时间才会有光电流 D．不改变光的颜色和电路，增大入射光束强度，电流表示数会增大 4.2.1 光电效应 导学案参考答案 例题1．× × × √ × 例题2．【答案】A 【解析】 A．锌板原来不带电，验电器的指针发生了偏转，说明锌板在弧光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，验电器的指针亦带正电，故A正确； B．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； C．增大紫外线灯照射的强度，即单位时间内照在单位面积上的光子数增大，所以单位时间内产生的光电子数增大，故C错误； D．能否发生光电效应与光照强度无关，取决于照射光的频率和金属极限频率的关系，故D错误． 例题3．【答案】A 【解析】 A．即使开关S断开，由于仍能发生光电效应，光电子仍能到达阳极，则将电键S断开，也会有电流流过电流表，故A正确； B．将变阻器的触点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； C．只要光的频率不变，就能发生光电效应即有光电子产生，故C错误； D．将电池正的极性反转，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。 例题4．【答案】C 【解析】 A．由ε=hν 知，光子的能量与频率成正比，则A、B两种光子的频率之比为2∶1，所以A错误； BC．根据光电效应方程可得 EA=hνA-W0 EB=hνB-W0 解得 W0=EA-2EB 所以B错误；C正确； D．该金属的截止频率为 所以D错误； 【检】【答案】BD 【解析】 A．当其他条件不变，P向右滑动，加在光电管两端的电压增加，光电子运动更快，由得，电流表读数变大，若电流达到饱和电流，则电流表示数不会增大，故A错误； B．只调换电源的极性，移动滑片P，电场力对电子做负功，当电流表示数为零时，则有 那么电压表示数为遏止电压Uc的数值，故B正确； C．因为光电效应的发生是瞬间的，阴极K不需要预热，故C错误； D．只增大入射光束强度时，单位时间内光电子数变多，电流表示数变大，故D正确。 1 学科网（北京）股份有限公司 $