光电效应的考查分类剖析-《中学生数理化》高考理化2026年5月刊

光电效应的 ■湖北省松滋市第一中 光电效应作为从经典物理向量于物理过 渡的里程碑，是理解“光量于”概念的核心，也 是高考的考查热点之一。考查光电效应的试 题形式多变，但考查核心万变不离其宗。下 面将光电效应的考查归纳为四大类型，并通 过典型例题进行深度剖析，希望能够帮助同 学们构建清晰的复习框架，提高复习效率。 一、深入理解概念，夯实理论基础 对光电效应现象、规律和量于化概念的 理解，是解决一切复杂问题的基础。理解光 电效应的四性，即瞬时性（光电效应的发生时 间小于10s,表明光能量的传递无须时间 积累)、饱和性（光电流存在最大值，其大小只 与入射光的强度有关)、条件性（存在一个极 限频率。，低于此频率，无论光多强都无法发 生光电效应)和相关性（存在一个遏止电压， 光电于的最大初动能只取决于入射光的频 率，而与入射光的强度无关，光电于的最大初 动能与遏止电压的关系为Em*=eU)。 解析：图8甲中，b光在水珠中的偏折较 大，故6光的折射率较大，根据。一无可知，b 光在水珠中传播的速度一定小于a光在水珠 中传播的速度，选项A错误。因为玻璃的折 射率大于空气的折射率，折射角小于入射角， 所以无论入射角如何增大，玻璃砖中的光线 都不会消失，光线始终会从bb'面射出，选项 B错误。根据双缝干涉条纹中相邻两条亮 《暗)条纹的中心间距△r=子入可知，只减小 屏到挡板的距离L,相邻两条亮条纹的中心 间距将减小，选项C正确。图8丁是检测工 件表面平整程度时得到的图样，利用了光的 薄膜干涉原理，选项D错误。 知理学备等室要骨中学生教理化 考查分类剖析 刘万强（特级教师） 例1（多选题）研究光光束 窗口 电效应的电路如图1所示， 下列关于光电效应的说法中 ① 正确的是()。 A.任何一种频率的光， 只要照射时间足够长，电流 图1 表就会有示数 B.若电源电动势足够大，将滑动变阻器 的滑片向右移，则电流表的示数能一直增大 C.调换电源的正负极，调节滑动变阻器 的滑片，电流表的示数可能变为零 D.光电效应反映了光具有粒于性 解析：能否发生光电效应取决于入射光 的频率，与照射时间无关，选项A错误。增 加光电管A、K两极间电压，会出现饱和电 流，电流表示数不会一直增大，选项B错误。 调换电源的正负极，若反向电压达到遏止电 压，则电流表示数为零，选项C正确。光电效 应反映了光具有粒于性，选项D正确。 > 答案：C 针对练习3.如图9所示的4幅图中亮暗 相间的条纹分别是红光、蓝光各自通过同一 个双缝干涉仪器形成的干涉图样与黄光、紫 光各自通过同一个单缝形成的衍射图样（黑 色部分表示竞条纹)。从左往右排列，亮条纹 的颜色依次是( )。 2 图9 A.红黄蓝紫 B.红紫蓝黄 C.蓝紫红黄 D.蓝黄红紫 答案：B (责任编辑张巧) 21 知识篇科学备考与策略 中学生数理化高中理化226年月 答案：CD 说明：本题主要考查光电效应现象及其 解释、遏止电压的本质及其决定因素等。 二、应用图像分析，提升信息处理能力 图像题是高考的“常客”，它能综合考查 同学们对物理规律和函数关系的理解。与光 电效应有关的常见图像有U-I(电压一电流) 图像、Ey(最大初动能一频率)图像、Uv (遏止电压一频率)图像等，应用图像分析问 题，要准确识别坐标轴所代表的物理量，厘清 图像对应的物理公式，将图像中的“斜率”“截 距”“交点”与公式中的物理量一一对应。 例2利用如图2甲所示的电路完成 光电效应实验，得到的遏止电压U。与入射光 频率y的关系图像如图2乙所示，其中U1、 v。、1均已知，电于的电荷量用e表示。下列 说法中正确的是( )。 光束 窗口 1U/V v/Hz 图2 A,光电效应实验中产生的光电于从本 质上来说就是光于 B.根据Uv图像可求得普朗克常量h= eU y1—y0 C.当入射光频率为1时，光电于的最大 初动能Ekmax=eU1一hyo D.在滑动变阻器的滑片P从M端向N 端移动的过程中，电流表的示数一定一直增大 解析：光电效应实验中产生的光电于从 本质上来说是金属表面受到光照射时发射出 来的电于，选项A错误。根据光电效应方程 结合U.v图像得Ekmx=y1一W。,其中W。= hvo,根据动能定理得一eU1=0一Ekmx,解得 普朗克常量=U,,选项B正确。在光电 VI-vo 效应中，光电于的最大初动能与遏止电压的 22 关系为Ekma=eU.=eU1,选项C错误。在滑 动变阻器的滑片P从M端向N端移动的过 程中，光电管两端的反向电压增大，则电流表 的示数逐渐减小，若反向电压足够大，则电流 表的示数可减小至零，选项D错误。 答案：B 说明：本题主要考查光电效应现象及其 解释、光电流及其影响因素、光电于的最大初 动能、遏止电压的本质及其决定因素。掌握 爱因斯坦的光电效应方程，应用动能定理研 究光电于在遏止电压下的运动，是解决本题 的关键。 三、准确定量计算，强化公式应用 光电效应往往与电路知识相结合进行综 合计算，涉及光电效应方程，电路的电压与电 流规律、光电于在电场中的运动等。通常涉 及以下核心规律：(1)爱因斯坦光电效应方程 Ekmm=hy一W。;(2)光电于的最大初动能与 遏止电压的关系式eU.=Em*;(3)逸出功与 极限频率的关系式W。=hvo:(4)光强与光于 数的关系式P=n·hv(P为入射光的功率， n为单位时间内光于的数目)。 例3如图3所示 一单色光 为研究光电效应的实验 A 真空 装置。闭合开关S,某单 色光源发出的光能全部 照射在阴极K上，使回 路中形成电流。移动滑 动变阻器的滑片P,分别 图3 测得遏止电压为U、饱 和电流为Imx。已知阴极K金属的逸出功为 W。,电于的电荷量为e,普朗克常量为h,光 源的发光功率恒定。 (1)求从阴极K逸出时光电于的最大初 动能Emx。 (2)求单位时间内到达阳极A的光电于 数目的最大值Nmx。 (3)若每入射一个光于就会产生一个光 电于，所有的光电于都能到达阳极A,求光源 的发光功率P。 解析：(1)根据动能定理得一eU.=0一 Ekmx,解得Ekmx=eU:。 (2)根据电流的定义式得1=9，又有 单位时间内的电荷量g==N,解得 t Nnes =Inas (3)光源发出光于的能量Pt=mthv, 根据爱因斯坦光电效应方程得hy=W。+ Ex,解得p=I(w。十eU)。 e 说明：本题考查了爱因斯坦光电效应方 程、遏止电压的本质、光的粒于性等。解题时 既要分清光电效应中的“光于的能量”“光电 于的最大初动能”“逸出功”三者的关系，还要 注意区分电路问题中的电源电压、反向电压 和遏止电压。 四、综合应用拓展，对接现代科技 近些年来，高考命题越来越注重与前沿 科技和实际情境的结合。与光电效应相关的 综合应用拓展类试题，常见的考查方向有： (1)光强与光于数的计算，即结合光源的功 率，计算单位时间内打在金属板上的光于数； (2)光电管与含容电路的综合，即光电效应中 发射的光电于在电路中运动，与电容器充放 电现象的综合：(3)以“钙钛矿太阳能电池” “光电传感器”等新情境材料为背景，考查光 电效应的基本原理。解决这些问题的关键是 回归本源，将新颖的情境转化为熟悉的物理 模型，比如将传感器问题抽象为光电管电路 问题，采用光电效应的实验规律、爱因斯坦光 电效应方程等核心工具进行分析与求解。 例4如图4所示， 紫外线 ·光电管的阴极K用极限 波长入。=500nm的钠制 作而成，用波长入=300nm 的紫外线照射阴极K,阳极 A和阴极K之间的电势差 U=2.1V,饱和电流I= 图4 0.56uA。已知普朗克常量h=6.63× 10-3“J·s,元电荷的电荷量e=1.6× 10-19C。 (1)求每秒内由阴极K发射的光电于 数目。 短理群意警要背中学生表理化 (2)求光电于到达阳极A时的最大动 能。若电势差U保持不变，而入射光的强度 增加到原值的3倍，则此时光电于到达阳极 A时的最大动能是多大？（结果均保留2位 有效数宇) (3)光照射到物体表面时，如同大量气体 分于与器壁的频繁碰撞一样，将产生持续均 匀的压力，这种压力会对物体表面产生压强， 这就是“光压”，用1。表示光压。一台发光功 率为P。的激光器发出一束某频率的激光，光 束的横截面积为S。当该激光束垂直照射到 某物体表面时，假设光全部被吸收，物体始终 保持静止，已知光速为c,求其在物体表面引 起的光压。 解析：(1)每秒内由阴极K发射的光电 于数日a--800=85×10 (2)根据爱因斯坦光电效应方程得E w-w,=天-b无=（仔当光电 管的阳极A与阴极K之间加电压U时，光电 于到达阳极A时的最大动能Ek=Ek十eU= (货)十U代人数据得E:=6.0× 10“J。根据爱因斯坦光电效应方程可知， 光电于的最大初动能与入射光的强度无关， 若电势差U保持不变，则光电于到达阳极A 时的最大动能不变，仍为6.0×101“J。 (3)一小段时间△t内激光器发射的光于 数目n P,△：，光照射物体表面，根据动量定 理得Fa:=p,其中F=1,S,力-会，解得 1-5 说明：本题考查了光的粒于性、爱因斯坦 光电效应方程，以及利用动量定理求解光压 的方法，属于光电效应的综合应用与拓展。 光电效应是高考的常考 备考建议点，同学们在复习各专的过程 中要学会构建知识网络，以爱因斯坦光电效 应方程为核心，将相关概念、图像、公式等串 联起来：需强化图像训练，对每一种图像，做 23 知识篇科学备考与策略 中学生数理化高中理化2026年月 到“见其形，知其意”，能熟练进行“数形转 换”；应注重错题归纳，光电效应的易错点 集中在对概念的理解上（如频率决定什么， 光强决定什么)，需要通过错题订正加深理 解；多关注生活与科技，留意生活中与光电 效应相关的实例，培养用物理眼光看世界 的能力。 个银踪训练 1,某款条形码扫描笔的工作原理如图5 所示，将扫描笔在条形码上匀速移动，发光二 极管发出的光遇到黑色线条几乎全部被吸 收；遇到白色线条被大量反射到光电管中的 金属表面（截止频率为。）上，产生光电流。 如果光电流大于某个值，那么就会使信号处 理系统导通，将条形码变成一个个脉冲电信 号。已知普朗克常量为h,下列说法中正确 的是( )。 移动方向扫描笔 光电管 发光二极管 一接信号处理系统 扫描笔外壳 图5 A.若发光二极管发出频率为0.5v。的 光，则可以通过增加光照时间，使其正常识别 条形码 B.若发光二极管发出频率为0.5y。的 光，则可以通过增加光照强度，使其正常识别 条形码 C,光电于的最大初动能与发光二极管发 出的光的频率成正比 D.若发光二极管发出频率为1.3。的 光，则光电于的最大初动能为0.3h。 2.现代物理学表明，光不仅具有波动性， 还具有粒于性。 (1)光电效应是光的粒于性的实例之一。 某同学利用如图6甲所示的电路图研究光电 效应，他先后用三种不同的光进行实验，得到 了如图6乙所示的结果，其中横轴为电压表 的测量值，纵轴为电流表的测量值。 24 UU 0 乙 图6 a.试判断三种光的频率v1、v2、g的大小 关系。 b.美国物理学家密立根为了检验爱因斯 坦光电效应方程的正确性，设计实验并测量 了某种金属的遏止电压U。与入射光的频率 。根据他的方法获得的实验数据绘制成如 图7所示的图像，求普朗克常量h。已知电 于的电荷量e=1.6×10C,运算结果保留 1位有效数宇字。 U/V 1.0 0.8 0.6 0.4E 0.2 市装岁010H 图7 (2)光于的动量p与能量E满足关系式 E=pc,式中c为真空中的光速。当光照射 到物体表面上时，不论光被物体吸收还是被 物体表面反射，光于的动量都会发生改变，因 而对物体表面产生压强，称为光压。科学家 提出，光压可以作为飞行器太空旅行的动力。 假设太阳向各个方向均匀辐射出光于，辐射 的总功率为P。,太阳光是频率为的单色 光，太阳到飞行器的距离为，飞行器正对太 阳的面积为S,当光照射到飞行器时光于被 全部吸收，忽略太阳光传递过程中的能量损 失，已知普朗克常量为h。求飞行器获得的 光压I。 参考答案：1.D 2.(1)a.1=2<y3,b.h=6×10-34J·s; (2)I= P。 4πrc。 (责任编辑张巧)