4.2.2 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，核心知识点涵盖爱因斯坦光电效应方程应用、相关物理量关系图像分析、康普顿效应及光的波粒二象性。导入环节通过“光电效应方程涉及哪些能量和功”的问题，引导学生从功能关系角度建立与已有能量知识的联系，搭建学习支架。 此导学案特色在于强化图像分析能力，设计Ek-ν、光电流-电压、Uc-ν等图像绘制与解读任务，结合例题和检测题培养科学推理与模型建构能力。通过基础感知与思考环节的层层递进，帮助学生深化物理观念，提升科学探究素养，答案解析详细，便于自主学习与教学评估。

4.2.2 光电效应 导学案 【学习目标】 1.进一步理解爱因斯坦光电效应方程并会分析有关问题. 2.会用图像描述光电效应有关物理量之间的关系，能利用图像求光电子的最大初动能、截止频率和普朗克常量． 3.了解康普顿效应及其意义.. 4.了解光的波粒二象性． 【导入环节】 光电效应方程涉及到哪些能量和功？如何从功能关系的角度理解光电效应方程？ 【思考环节】基础感知一、光电效应方程的应用计算 1．爱因斯坦光电效应方程 ，Ek为光电子的 动能 ，与金属的 和光的 有关． 2．光电效应现象的有关计算 (1)最大初动能的计算： ①； (2)截止频率的计算： ； (3)遏止电压的计算： ②，联立①②得Uc＝ . 例1.某同学采用如图1所示的装置来研究光电效应现象．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之间加反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直到电流计中电流恰为零，此时电压表显示的电压值U称为遏止电压．现分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极，测量到的遏止电压分别为U1和U2，设电子质量为m，电荷量为e，则下列关系式中不正确的是(　　) A．频率为ν1的单色光照射阴极K时光电子的最大初速度vm1＝ B．阴极K金属的截止频率ν0＝ C．普朗克常量h＝ D．阴极K金属的逸出功W0＝ 基础感知二、光电效应图像问题 1.最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像（画出图像） 图像与横轴的截距是 ，与纵轴的截距是 ，斜率表示 。 例2.(多选)在做光电效应的实验时，某金属被光照射发生了光电效应，实验测得光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν的关系如图2所示，由实验图线可求出(　　) A．该金属的截止频率 B．普朗克常量 C．该金属的逸出功 D．单位时间内逸出的光电子数 2.画出光电流和所加电压的关系图像（两条频率相同而强度不同、一条频率不同） 图像与横坐标U的交点表示 ，从图中可以看出，当入射光频率不变，饱和光电流大小只与 有关；遏止电压大小只与 有关。 例3.(多选)如图所示为用某金属研究光电效应规律得到的光电流随电压变化的关系图像，用单色光1和单色光2分别照射该金属时，逸出的光电子的最大初动能分别为Ek1和Ek2，普朗克常量为h，则下列说法正确的是(　　) A．Ek1＞Ek2 B．单色光1的频率比单色光2的频率低 C．增大单色光1的强度，其遏止电压不变 D．单色光1的入射光子数比单色光2的入射光子数多 3.遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线（画出图像） 图像与横轴的截距是 ，与纵轴的截距是 ，斜率表示 。 例4.(多选)如图所示为金属A和B的遏止电压Uc和入射光频率ν的关系图像，由图可知(　　) A．金属A的逸出功大于金属B的逸出功 B．金属A的截止频率小于金属B的截止频率 C．图线的斜率为普朗克常量 D．如果用频率为5.5×1014Hz的入射光照射两种金属，从金属A逸出的光电子的最大初动能较大 基础感知三、康普顿效应和光子的动量 1．阅读P76“康普顿效应和光子的动量” 2．康普顿效应：在研究石墨对X射线的 时，发现在散射的 中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长 的成分，这个现象称为康普顿效应． 3．经典电磁理论：受迫振动的频率等于驱动力频率，即散射波的频率 入射波的频率 4．康普顿效应的意义（光电效应理论解析）： （1）康普顿效应表明光子不仅具有 而且具有 ． （2）光子的动量表达式：p＝ . （3）说明：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，光子的动量可能 ．因此，有些光子散射后波长变大． 基础感知四、光的波粒二象性 1．阅读P77“光的波粒二象性” 2．光的干涉、衍射、偏振现象表明光具有 性，光电效应和康普顿效应表明光具有 性，光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有 性． 【检】 1．用不同频率的紫外线分别照射锌和钨的表面而产生光电效应，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，已知锌的逸出功是3.24 eV，钨的逸出功是3.28 eV，若将两者的图线画在同一个Ek－ν坐标系中，用实线表示锌，虚线表示钨，则正确反映这一过程的是如图所示的(　　) 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6所示．则可判断出(　　) 图6 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的光电子最大初动能 3．分别用波长为λ和λ的单色光照射同一金属，发出的光电子最大初动能之比为1∶2，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则此金属板的逸出功是多大？ 4．判断下列说法的正误． （1）光子的动量与波长成反比．(　　) （2）光子发生散射后，其波长变大．(　　) （3）光具有粒子性，但光子又不同于宏观观念的粒子．(　　) （4）光在传播过程中，有的光是波，有的光是粒子．(　　) 4.2.2 光电效应 导学案答案 例1.答案　C解析　光电子在电场中做减速运动，根据动能定理得： －eU1＝0－mvm12，则得光电子的最大初速度： vm1＝，故A正确；根据爱因斯坦光电效应方程得： hν1＝eU1＋W0，hν2＝eU2＋W0，联立可得普朗克常量为： h＝，代入可得金属的逸出功： W0＝hν1－eU1＝ 阴极K金属的截止频率为 ν0＝＝＝ 故C错误，B、D正确． 例2.答案　ABC 解析　依据光电效应方程Ek＝hν－W0可知，当Ek＝0时，ν＝νc，即Ek－ν图像中横坐标轴的截距在数值上等于金属的截止频率，A正确．图线的斜率k＝，可见图线的斜率在数值上等于普朗克常量，B正确．根据图像，假设图线的延长线与Ek轴的交点为C，其截距大小为W0，有k＝，而k＝h，所以，W0＝hνc，即Ek－ν图像中纵坐标轴的截距在数值上等于金属的逸出功，C正确． 例3.答案　BCD 解析　根据题图知单色光1的遏止电压绝对值小于单色光2的遏止电压绝对值，再根据最大初动能和遏止电压的关系eUc＝Ek，可知Ek1＜Ek2，故A错误；根据光电效应方程：Ek＝hν－W0可知单色光2的频率较高，选项B正确；光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与光强无关，则增大单色光1的强度，其光电子最大初动能不变，遏止电压不变，选项C正确；由于单色光1的饱和电流比单色光2的饱和电流大，则单色光1的入射光子数比单色光2的入射光子数多，选项D正确 例4.答案　BD 解析　根据Ek＝hν－W0＝eUc得Uc＝－.当Uc＝0时，对应的频率为截止频率，由题图知，金属A的截止频率小于金属B的截止频率，故B正确；金属的逸出功为W0＝hνc，νc是截止频率，所以金属A的逸出功小于金属B的逸出功，故A错误；根据Uc＝－可知图线斜率为，故C错误；由于A的逸出功较小，用相同频率的入射光照射A、B两金属时，从金属A逸出的光电子的最大初动能较大，故D正确． 【检】 1.答案　A解析　根据光电效应方程有Ek＝hν－W0，其中W0为金属的逸出功，则有W0＝hνc.由此可知在Ek－ν图像中，斜率表示普朗克常量h，横轴截距大小表示该金属截止频率的大小．由题意可知，锌的逸出功小于钨的逸出功，因此由νc＝可知，锌的截止频率小于钨的截止频率，且斜率相同，故A正确，B、C、D错误． 2.答案　B解析由题图可知，丙光的最大光电流小于甲光和乙光的最大光电流，说明逸出的电子数目最少，即丙光的强度最小．由题图可知丙光对应的光电子的初动能最大，即丙光的频率最高(波长最小)，B项正确，D项错误；甲光和乙光的频率相同，A项错误；由于是同一光电管，所以乙光、丙光对应的截止频率是一样的，C项错误 3.答案　 解析　由光子的能量ε＝和爱因斯坦光电效应方程有Ek1＝－W0，Ek2＝－W0，又Ek1∶Ek2＝1∶2，化简即得逸出功W0＝. 4.√×√× 第 1 页 共 3 页 学科网（北京）股份有限公司 $