专题强化04：光电效应方程及其应用【九大题型 培优】-2025-2026学年高二下学期物理精讲与精练高分突破考点专题系列（人教版选择性必修第三册）

**基本信息** 以“规律理解-概念应用-综合拓展”为主线，系统覆盖光电效应9大题型，通过典例与变式结合，强化物理观念与科学思维。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |光电效应规律及理解|1典例+2变式|现象分析与概念辨析|从实验现象到规律理解，建立物质观念| |极限频率/饱和光电流|各1典例+2变式|临界条件与图像分析|核心概念与实验数据结合，培养科学推理| |爱因斯坦方程/遏止电压|各1典例+2变式|方程应用与能量计算|能量观念贯穿，强化科学论证| |图像/交汇/实验/综合问题|各1典例+2变式|图像解读与多知识点整合|从单一到综合，提升质疑创新能力|

专题强化04：光电效应方程及其应用 【题型归纳】 · 题型一：光电效应规律及理解 · 题型二：光电效应的极限频率 · 题型三：光电效应的饱和光电流 · 题型四：爱因斯坦光电效应方程 · 题型五：遏止电压问题 · 题型六：光电效应图像问题 · 题型七：光电效应与其他知识的交汇 · 题型八：光电效应的探究实验问题 · 题型九：光电效应的综合性问题 【题型探究】 题型一：光电效应规律及理解 【典例1】．（25-26高三上·云南楚雄·期末）为探究光电效应的物理规律，某实验小组依据如图所示的实验装置开展实验：将一块预先带负电的锌板与验电器连接，初始状态下验电器指针因电荷间的相互作用呈现稳定张开状态；随后，用紫外线光源对锌板表面进行照射处理。实验过程中观察到验电器指针的张角逐渐减小。已知该实验环境可忽略锌板的自发漏电效应，关于该实验现象，下列说法正确的是（　　） A．紫外线能使锌板发生光电效应，核心原因是紫外线的照射强度足够大 B．增大紫外线的照射频率，单位时间内从锌板逸出的光电子数会随之增多 C．若将紫外线替换为频率更高的X射线照射锌板，则验电器指针张角也会逐渐减小 D．若将紫外线光源替换为强度更大的可见光光源，则验电器指针张角一定减小 【答案】C 【详解】A．紫外线能使锌板发生光电效应，核心原因是紫外线的频率大于锌板的极限频率，A错误； B．入射光频率仅影响光电子的最大初动能，与单位时间逸出光电子数无关，因此增大紫外线频率不会使光电子数增多， B错误； C．紫外线已能使锌板发生光电效应，说明紫外线频率高于锌板极限频率，X射线频率高于紫外线频率，必然满足光电效应条件，锌板逸出光电子（负电荷）后电荷量减少，验电器指针张角一定减小，C正确； D．可见光的频率可能比锌板极限频率低，即使强度比紫外线的大，也不能发生光电效应，D错误。 故选C。 【变式1】．（24-25高二下·辽宁丹东·期末）如图所示，将验电器与一块不带电的锌板连接，此时验电器指针张角闭合，现用紫外线照射锌板，发现验电器指针张角张开，下列说法正确的是（　　） A．用紫外线照射锌板时，锌板带负电荷 B．用紫外线照射锌板时，验电器指针带正电荷 C．若紫外线光照强度减弱，则光电子的最大初动能增加 D．若紫外线光照强度减弱，则光电子的最大初动能减少 【答案】B 【详解】AB．用紫外线照射锌板时，锌板发生光电效应，从锌板中有电子逸出，则锌板带正电，则验电器指针带正电荷，A错误，B正确； CD．发生光电效应时，逸出光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与光强无关，则若紫外线光照强度减弱，则光电子的最大初动能不变，CD错误。 故选B。 【变式2】．（24-25高二下·黑龙江哈尔滨·期末）下列关于光电效应的说法正确的是（　　） A．只要光照射的时间足够长，任何金属都能发生光电效应 B．截止频率越大的金属材料逸出功越小 C．只要频率足够大，光照强度较弱的光也可以引起光电效应 D．入射光强度越大，产生光电子的最大初动能就越大 【答案】C 【详解】A．光电效应发生与否取决于入射光频率是否超过金属的截止频率，与光照时间无关。即使时间足够长，若频率不足，仍无法发生光电效应，故A错误； B．根据逸出功 （ 为截止频率） 可知截止频率越大，逸出功越大，故B错误； C．光电效应的发生仅由入射光频率决定。只要频率大于截止频率，即使光照强度较弱，也能产生光电子，故C正确； D．根据 可知光电子的最大初动能由入射光频率决定，与光强度无关。光强度仅影响光电流大小，故D错误。 故选C。 题型二：光电效应的极限频率 【典例2】．（25-26高二上·四川眉山·期中）如图所示，闭合开关，G表无示数，通过以下哪种操作，G表可能有示数（　　） A．将电池的极性反转 B．将变阻器的滑片向a移动 C．将变阻器的滑片向b移动 D．换用频率更高的光 【答案】D 【详解】根据题图可知，电子在极板间所受电场力向左，没有光电流，说明没有发生光电效应，将电池的极性反转、变阻器的滑片向a移动、变阻器的滑片向b移动均不能发生光电效应，所以无法使G表有示数，换用频率更高的光，可能会使极板发生光电效应，可能会有光电流，即G表可能有示数。 故选D。 【变式1】．（24-25高二上·浙江宁波·期中）某学生研究光电效应实验，现得出三条光电流与光电管两端电压的图像，其中A、C对应的遏止电压相同且小于B的遏止电压，A的饱和光电流大于B，B的大于C，下列说法正确的是（   ） A．图像A与C可能对应的是同一束光分别照射不同的金属，其中C中金属的逸出功更大 B．图像A与C可能对应的是光强不同的同一颜色光分别照射同一块金属，其中A中光强更大 C．图像B与C可能对应的是不同频率的光分别照射同一块金属，其中C中光的频率更大 D．图像B与C可能对应的是不同的光分别照射不同的金属，其中C中光电子的最大初动能更大 【答案】B 【详解】A．若同一束光（ν相同）照射不同金属，要满足遏止电压相同，则逸出功必须相同（WA​ = WC​），故A错误； B．同一颜色光（ν相同）照射同一金属（W相同），则遏止电压必然相同。饱和光电流A大于C，说明A的光强更大，故B正确； C．同一金属（W相同），B的遏止电压大于C，则νB​ > νC​，故C错误； D．最大初动能Ek​ = eUc​，B的遏止电压更大，B的最大初动能更大，故D错误。 故选B 【变式2】．（2026·江苏·一模）用同一频率的光分别照射钨板和银板，都能发生光电效应.比较两次实验，下列物理量可能相等的是（    ） A．光电子的初动能 B．光电子的最大初动能 C．两种金属的逸出功 D．两种金属的截止频率 【答案】A 【详解】A B．根据光电效应方程，则有，可知光电子的最大初动能不同，则有可能会有初动能相等的光电子，故A正确，B错误； CD．不同的金属逸出功不同，其截止频率也不同，故C错误，D错误。 故选A。 题型三：光电效应的饱和光电流 【典例3】．（25-26高二下·安徽合肥·期中）如图1所示，阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极，阴极K在受到光照时能够发射光电子，阴极K与阳极A之间电压U可以调节，闭合开关后，在电路中形成光电流I。利用a、b、c三束单色光分别照射图1装置的阴极K，调节电压U进行多次实验，通过收集的实验数据得到如图2所示的图像。下列说法正确的是（　　） A．a单色光的频率大于b单色光的频率 B．a单色光的强度小于c单色光的强度 C．三束光分别照射阴极K发生光电效应，其中a单色光照射发生光电效应产生的光电子的最大初动能最大 D．相同时间内c单色光比a单色光照射到阴极K上的光子数少 【答案】D 【详解】A．根据爱因斯坦光电效应方程 可得 其中是阴极的逸出功，同一阴极​不变，是遏止电压的大小，可知遏止电压越大，光的频率越高，从图可得，三束光的遏止电压大小关系为 因此频率 即a单色光的频率小于b单色光的频率，故A错误； B．a、c两单色光频率相同，a单色光的饱和光电流更大，所以a单色光的强度大于c单色光的强度，故B错误； C．最大初动能可知单色光的频率越高，光电子的最大初动能越大，由频率关系，可知b单色光照射发生光电效应产生的光电子的最大初动能最大，故C错误； D．a、c两单色光频率相同，a单色光的强度大于c单色光的强度，相同时间内c单色光比a单色光照射到阴极K上的光子数少，故D正确。 故选D。 【变式1】．（25-26高二下·黑龙江·期中）如图甲所示为研究光电效应的实验装置，用频率为的单色光照射光电管的阴极，得到光电流与光电管两端电压的关系图线如图乙所示，已知电子电荷量的绝对值为，普朗克常量为，下列说法正确的是（　　） A．测量饱和电流时，应将开关接1 B．测量遏止电压时，应将开关接2 C．只增大光照强度时，图乙中的值不会增大 D．阴极所用材料的逸出功为 【答案】D 【详解】A．测量饱和电流时，光电管加正向电压，则应将开关接2，A错误； B．测量遏止电压时，光电管加反向电压，应将开关接1，B错误； C．只增大光照强度时，则单位时间逸出光电子数增加，饱和光电流变大，则图乙中的值会增大，C错误； D．根据 可得阴极所用材料的逸出功为，D正确。 故选D。 【变式2】．（2026·黑龙江吉林·二模）清华大学团队联合多家大学首次让绝缘的稀土纳米晶实现了高效电致发光，打破了全球光电领域“绝缘材料无法电驱动发光”的技术困局。如图甲，现利用稀土纳米晶发出的波长分别为、的单色光1和2照射同一阴极K，产生的光电子的最大初动能分别为、，测得电流表示数I与电压表示数U的关系如图乙所示。则下列说法正确的是（    ） A． B． C．单色光2照射阴极K后，所有电子逸出的初动能大小均为 D．若直流电源左端为正极，仅增大电压表示数，则电流表示数不一定增大 【答案】D 【详解】AB．光的强度影响饱和光电流的大小，光越强饱和光电流越大，由图可知遏止电压，根据光电效应方程，则，，故AB错误。 C．根据光电效应方程，单色光2照射阴极K后，所有电子逸出的最大初动能大小为，不是所有电子逸出的初动能大小为，故C错误。 D．若直流电源左端为正极，则光电管两端为正向电压，电压较低时增大电压表示数光电流增大，电流表示数增大，当电压增大到一定值时光电流达到饱和光电流，电压再增大电流表示数不变，所以若直流电源左端为正极，仅增大电压表示数，则电流表示数不一定增大，故D正确。 故选D。 题型四：爱因斯坦光电效应方程 【典例4】．（2026·湖南·一模）图甲是研究光电效应的实验装置，图乙所示为氢原子的能级图。大量氢原子处于激发态，氢原子从激发态直接跃迁到基态发出的光子照射到图甲光电管阴极上时，电流表有示数，闭合开关，滑片缓慢向端移动，当电压表示数为时，电流表示数恰好为零。下列说法正确的是（　　） A．光电子的最大初动能 B．处于激发态的大量氢原子跃迁时共发出6种频率的光 C．制作阴极的金属材料的逸出功 D．氢原子从激发态跃迁时发出的光子照射阴极上都有光电子射出 【答案】B 【详解】A．由题意可知，当反向电压U=10V时，光电流恰好为零，可知该电压为遏止电压，则光电子的最大初动能，故A错误； B．处于激发态的大量氢原子跃迁时共发出种频率的光，故B正确； C．氢原子从n=4向n=1跃迁时释放光子能量为 根据 联立解得逸出功，故C错误； D．只有光子能量大于逸出功时才能产生光电效应，氢原子从跃迁到能级时发出的光子能量为，故D错误。 故选B。 【变式1】．（25-26高二下·重庆·期中）如图甲是研究光电效应的实验装置图，实验得到光电子的最大初动能与入射光波长的关系如图乙所示，图中水平虚线为曲线的渐近线。丙是氢原子的能级图，大量处于某一激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的光子，用此光束照射光电管电极。移动滑片，当电压表的示数为时，微安表的示数恰好为零。图示位置中滑片和O点刚好位于滑动变阻器的上、下中点位置。则（　　） A．此光电管的逸出功为 B．此光束中能发生光电效应的光子共有种 C．大量处于该激发态的氢原子向低能级跃迁时最多可放出种频率的光子 D．一定光照强度的光照射电极，滑片向右移动的过程中，电流表的示数一定不断的增大 【答案】B 【详解】A．根据爱因斯坦光电效应方程可得 其中 整理可得 由图乙可知，曲线的渐近线为 故该光电管的逸出功，故A错误； B．当电压表示数为7.55V时，微安表示数为零，说明此时反向电压等于遏止电压，即光电子的最大初动能 根据光电效应方程，入射光子的最大能量 由图丙氢原子能级图可知，能级差 说明氢原子开始时处于的激发态，可能发出的光子能量有 故此光束中能发生光电效应的光子共有2种，故B正确； C．大量处于激发态的氢原子向低能级跃迁时，最多可放出种频率的光子，故C错误； D．由图甲可知，滑片P向右移动的过程中，光电管所加电压为正向电压增大，当电流达到最大电流之后，即使电压再大，电流也不增加，故D错误。 故选B。 【变式2】．（25-26高二下·广东汕头·期中）如图是汞原子的能级图，汞原子从n=3能级跃迁到n=1能级时产生a光。真空中一对半径均为0.5d的圆形金属板P、Q圆心正对平行放置，两板距离为d，Q板中心镀有一层半径为0.25d的圆形钙金属薄膜，钙的逸出功W0=3.20eV。Q板受到a光持续照射后，只有薄膜区域的电子可逸出。现将两金属板P、Q与灵敏电流计G、电压UPQ可调的电源连接成如图所示的电路。电子电荷量为e，且光电子逸出的方向各不相同。忽略光电子的重力以及光电子之间的相互作用，不考虑平行板的边缘效应，光照条件保持不变，以下说法正确的是（　　） A．逸出的光电子动能为7.7 eV B．当电压调整到UPQ=-3.2 V时，灵敏电流计示数恰好为0 C．当UPQ≥288 V时，灵敏电流计示数达到最大值 D．若用汞原子从n=4能级跃迁到n=1能级的光照射Q板，且光强同a光，则饱和光电流一定变大 【答案】C 【详解】A．汞原子从n=3能级跃迁到n=1能级时产生a光，a光的光子能量为 根据爱因斯坦光电效应方程，逸出的光电子的最大初动能为 所以逸出的光电子动能是从0到4.50eV连续分布的，故A错误； B．当灵敏电流计示数恰好为0时，两板间所加的电压为反向遏止电压，根据动能定理，对具有最大初动能的光电子有 解得 由于是反向电压，P板电势应低于Q板电势，即，故B错误； C．要使灵敏电流计示数达到最大值（饱和电流），所有从钙膜逸出的光电子都必须到达P板。考虑最不容易到达P板的光电子：从钙膜边缘逸出，且初速度方向平行于极板，大小为最大初动能对应的速度，有 该电子在垂直于极板方向做初速度为0的匀加速直线运动，加速度为 又满足 解得 在平行于极板方向做匀速直线运动，有 解得 则有所有光电子都能到达P板，电流计示数达到最大值，故C正确； D．若用汞原子从n=4能级跃迁到n=1能级的光照射Q板，光子能量 光强指单位时间单位面积上通过的光的能量。设单位时间内照射到Q板的光子数为N，则光强 又光强同a光，所以单位时间内照射到Q板的光子数减少，而光电流的大小与单位时间内逸出的光电子数成正比，所以电流计示数变小，故D错误。 故选C。 题型五：遏止电压问题 【典例5】．（25-26高二下·河北唐山·期中）处于能级6和能级4的氢原子分别跃迁到能级2所产生的两种可见光，照射图甲所示的光电效应装置，得到图乙所示的光电流和电压的关系曲线Ⅰ和Ⅱ，两光的频率分别为、则（　　） A．Ⅰ是氢原子从能级6跃迁到能级2所发出的光 B．普朗克常量的值为 C．图甲中变阻器滑动触头P从a向b移动过程中，光电流会持续减小到零 D．Ⅰ、Ⅱ两种光照射同一双缝干涉装置，Ⅱ光的亮纹间距大 【答案】B 【详解】A．由光电效应方程（为遏止电压），根据图乙可知，曲线I对应的遏止电压小于曲线II对应的遏止电压，则曲线I对应的光子的能量小于曲线II对应的光子的能量，可知，I是氢原子从能级4跃迁到能级2所发出的光，故A错误； B．根据题意，由光电效应方程和动能定理有， 联立解得，故B正确； C．图甲中变阻器滑动触头P在a点时光电管接反向电压，P在b点时接正向电压，所以P从a向b移动过程中，电流会先增大，当电流达到饱和电流时，电流将保持不变，故C错误； D．结合上述，I光对应的光子的能量小于II对应的光子的能量，则I光的频率小于II光的频率，光的频率越小，光的波长越大，则I光的波长大于II光的波长，Ⅰ、Ⅱ两种光照射同一双缝干涉装置，Ⅰ光的亮纹间距大，故D错误。 故选B。 【变式1】．（2026·河北承德·一模）在某光学实验室中，研究小组正在进行一项关于“金属光电效应”的实验，旨在探索不同频率光对金属表面逸出光电子的影响。实验装置如图甲所示，他们使用频率不同的单色激光照射同一块金属阴极K，测得相应的遏止电压U0，并绘制了如图乙所示的图像。已知电子电荷量为e，、U0均为已知量，则下列说法正确的是（　　） A．电源左侧应为负极 B．当入射光的频率时，逸出光电子的最大初动能为eU0 C．普朗克常量 D．增大入射光的强度，金属的逸出功会减小 【答案】B 【详解】光电效应方程： 遏止电压与最大初动能的关系： 联立得：，这是图像的函数式，斜率为，截距为。 A．要测量遏止电压，需要给光电管加反向电压（即阴极K接高电势，阳极A接低电势），使光电子减速。因此电源右侧应为负极，左侧为正极，A错误。 B．当入射光的频率时，逸出光电子的最大初动能为 由图像可知，截止频率为，因此逸出功 当时，；当时，，代入得： ，因此 当时，最大初动能，B正确。 C．由，可得，C错误。 D．金属的逸出功由金属本身的性质决定，与入射光的频率、强度均无关，D错误。 故选B。 【变式2】．（25-26高三上·广东广州·期中）如图是汞原子的能级图，汞原子从能级跃迁到能级时产生光。真空中一对半径均为的圆形金属板P、Q圆心正对平行放置，两板距离为d，Q板中心镀有一层半径为的圆形钙金属薄膜，钙的逸出功。Q板受到光持续照射后，只有薄膜区域的电子可逸出。现将两金属板P、Q与灵敏电流计G、电压可调的电源连接成如图所示的电路。电子电荷量为e，且光电子逸出的方向各不相同。忽略光电子的重力以及光电子之间的相互作用，不考虑平行板的边缘效应，光照条件保持不变，以下说法正确的是（　　） A．逸出的光电子动能为 B．当电压调整到时，灵敏电流计示数恰好为0 C．当时，灵敏电流计示数达到最大值 D．若用汞原子从能级跃迁到能级的光照射Q板，且光强同光，则电流表示数变大 【答案】C 【详解】A．汞原子从能级跃迁到能级时产生光，光的光子能量为 根据爱因斯坦光电效应方程，逸出的光电子的最大初动能为 所以逸出的光电子动能是从0到4.50eV连续分布的，故A错误； B．当灵敏电流计示数恰好为0时，两板间所加的电压为反向遏止电压，根据动能定理，对具有最大初动能的光电子有 解得 由于是反向电压，P板电势应低于Q板电势，即，故B错误； C．要使灵敏电流计示数达到最大值（饱和电流），所有从钙膜逸出的光电子都必须到达P板。考虑最不容易到达P板的光电子：从钙膜边缘逸出，且初速度方向平行于极板，大小为最大初动能对应的速度，有 该电子在垂直于极板方向做初速度为0的匀加速直线运动，加速度为 又满足 解得 在平行于极板方向做匀速直线运动，有 解得 则有所有光电子都能到达P板，电流计示数达到最大值，故C正确； D．若用汞原子从能级跃迁到能级的光照射Q板，光子能量，光强指单位时间单位面积上通过的光的能量。设单位时间内照射到Q板的光子数为N，则光强，又光强同光，所以单位时间内照射到Q板的光子数减少，而光电流的大小与单位时间内逸出的光电子数成正比，所以电流表示数变小，故D错误。 故选C。 题型六：光电效应图像问题 【典例6】．（25-26高三上·安徽蚌埠·期末）光电效应实验电路如图甲所示，用三束光分别照射同一阴极，电流表示数与电压表示数之间的关系如图乙所示。下列关于入射光频率大小关系的判断正确的是（    ） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】根据爱因斯坦光电效应方程可知 又 求得 又相同，故越大则越大，由图乙可知， 故，故选C。 【变式1】．（25-26高三上·四川成都·期末）如图甲为研究光电效应的实验装置，用频率为γ的单色光照射光电管的阴极K，得到光电流I与光电管两端电压U的关系图线如图乙所示，已知电子电荷量的绝对值为e，普朗克常量为h，则（　　） A．测量遏止电压Uc时开关S应扳向“2” B．只增大光照强度时，图乙中Uc的值会增大 C．只增大光照强度时，图乙中I0的值会增大 D．阴极K所用材料的极限频率为 【答案】C 【详解】A．开关S应扳向1，光电子在电场中减速运动，当到达另外一端时速度恰好减少为0，这时电压被称为遏止电压，故A错误； B．根据动能定理可得 结合爱因斯坦光电效应方程 可知的值只与光照频率有关，与光照强度无关，故B错误； C．只增大光照强度时，K极发射电子数会增多，图乙中I0的值会增大，故C正确； D．根据动能定理可得 结合爱因斯坦光电效应方程， 联立解得，故D错误。 故选C。 【变式2】．（24-25高二下·江苏南京·期中）某实验小组研究光电效应规律时，用不同频率的光照射同一光电管并记录数据，得到遏止电压与频率的关系图线如图甲所示，当采用绿色强光、绿色弱光、紫色弱光三种光照射同一光电管时，得到的光电流与电压的关系如图乙所示。已知电子的电荷量为e，结合图中数据可知（　　） A．光电管的K极材料的逸出功为 B．普朗克常量 C．a光为紫色弱光 D．c光为绿色强光 【答案】B 【详解】AB．根据光电效应方程有 根据动能定理可得 联立可得 可知图像的斜率为 解得 该实验所用光电管的 K 极材料的逸出功为 故A错误、B正确； CD．入射光频率越大，遏止电压越大，所以 a、b 为同一种光，且 a、b 的频率小于 c 的频率，则 a、b 为绿光， c 为紫光；而入射光越强，饱和光电流越大，所以 a 为强绿光，故C、D错误。 题型七：光电效应与其他知识的交汇 【典例7】．（2025·浙江台州·一模）图甲为氢原子能级图，一群处于同一激发态的氢原子能发出6种频率的光，分别用这些频率的光照射图乙电路的阴极K，其中只有3种光能够发生光电效应，有一种恰能发生光电效应，电压U与光电流之间的关系如图丙所示。下列说法正确的是（　　） A．当滑片P向b端移动时，光电流I一直增大 B．阴极K材料的逸出功为 C．用三束光做杨氏双缝干涉实验，a光条纹间距最大 D．图丙中3条图线对应的遏止电压，一定有 【答案】B 【详解】A．当滑片P向b端移动时，光电管两端的正向电压增大，光电流I会先增大，当达到饱和电流后，I不会再变化，故A错误； B．一群处于同一激发态的氢原子能发出6种频率的光，说明这群氢原子处于能级，只有3种光能发生光电效应，3种光子能量分别为12.75eV、12.09eV、10.2eV，有一种恰好能发生光电效应，说明阴极K的逸出功为10.2eV，故B正确； C．由图丙可知，a光的遏止电压最大，由 可知a光的光子能量最大，频率最大，波长最小，根据双缝干涉条纹间距公式 可知a光条纹间距最小，故C错误； D．根据光电效应方程 A光光子能量最大，为12.75eV，则，故D错误。 故选B。 【变式1】．（25-26高三上·江苏南京·阶段检测）如图甲为氢原子能级示意图，图乙为研究光电流与电压关系的电路。一群处于n=3能级的氢原子自发跃迁，辐射出的光照射光电管的阴极K，通过实验只能得到图丙所示的2条光电流随电压变化的图线，则下列说法正确的是（　　） A．图丙中Ub的值为-4.45V B．变阻器的滑片移动到最左端时，电流表的示数为0 C．这群氢原子向低能级跃迁时可以发出4种不同频率的光 D．b光照射产生的光电子最大初动能大于a光 【答案】A 【详解】B．变阻器的滑片移动到最左端时，所加的反向电压为零，电流表的示数不为0，故B错误； C．一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时可以发出种不同频率的光，故C错误； AD．根据辐射条件 可知能使金属发生光电效应的光为3能级到1能级的和2能级到1能级的两种光，根据光电效应方程可得 根据动能定理可得 由丙图可知，a光对应遏止电压大于b光对应遏止电压，则a光照射出的光电子最大初动能大于b光照射出的光电子最大初动能，a光的光子能量大于b光的光子能量，b光的光子为2能级到1能级跃迁辐射出的，联立上述两式有 代入，可得，故A正确，D错误。 故选A。 【变式2】．（23-24高二下·宁夏吴忠·期中）用金属铷为阴极的光电管观测光电效应现象，实验装置如图甲所示。已知普朗克常量。 (1)图甲中电极A为光电管的______（填“阴极”或“阳极”）； (2)要观察遏止电压，电源正负极的情况是______（填“左正右负”或“左负右正”）。 (3)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率v之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc=______Hz，逸出功W=______J（保留2位有效数字）； (4)如果实验中入射光的频率，则产生的光电子的最大初动能E=______（保留2位有效数字）。 【答案】(1)阳极 (2)左负右正 (3) (4) 【详解】（1）由图可知，光电子从阴极K逸出，所以A为光电管的阳极。 （2）要观察遏止电压，则A与电源的负极相连，K与电源的正极相连，所以电源正负极的情况是左负右正。 （3）[1][2]根据光电效应方程 所以 结合图像可得 所以 （4）根据光电效应方程可得 题型八：光电效应的探究实验问题 【典例8】．（25-26高二下·河北唐山·期中）某光伏实验室研究新型材料对光电效应的响应特性。已知硅的逸出功为4.8eV，氢原子能级示意图如图所示。实验采用大量处于能级的氢原子向低能级跃迁产生的光照射硅片进行测试。下列说法正确的是（　　） A．氢原子从能级向能级跃迁时发出的光照射硅片时可能发生光电效应 B．处于能级的氢原子群向基态跃迁时，可辐射出4种不同频率的光 C．该实验中硅片逸出光电子的最大初动能为8.95eV D．氢原子从能级跃迁到基态时放出光子的动量最大 【答案】D 【详解】A．氢原子从能级向能级跃迁时发出的光能量 用此光照射硅片时不可能发生光电效应，故A错误； B．处于能级的氢原子群向基态跃迁时，由 得可辐射出6种不同频率的光,故B错误； C．由光电效应方程 氢原子从能级向能级跃迁时发出的光能量最大为 解得，故C错误； D．由光子的能量 光子的动量 联立可得 氢原子从能级跃迁到基态时发出的光能量最大，则放出光子的动量最大，故D正确。 故选D。 【变式1】．（24-25高二下·北京海淀·期末）图1所示是研究光电效应的实验装置。滑动变阻器总长度为2L，a、b为滑动变阻器的两端，O点位于ab的中点。滑片P与滑动变阻器任一端之间的电阻值都与它到这端的距离成正比。以O点为坐标原点，以Ob为正方向建立坐标轴Ox（图中未画出）。电流表为理想电表。 当用频率为v的单色光束照射阴极K时，移动滑片P，测得光电流i与的关系如图2所示，其中x为滑片P对应位置的坐标。图线与横轴交点的横坐标为−η（0<η<1）。已知电源电动势为E、内阻不计，饱和电流为Im，电子的电荷量为e。忽略电子所受的重力及电子之间的相互作用。 (1)a．判断图1中直流电源的______端为正极。（选填“左”或“右”） b．求单位时间能到达阳极A的电子个数的最大值N______。 c．求光电子的最大初动能Ek_____。 (2)某同学想利用该实验装置测量普朗克常量h。他换用频率为v′的单色光再次进行实验。请写出需测量的物理量，并推导出h的表达式。 【答案】(1) 左 (2)见解析， 【详解】（1）a．[1]滑片P从中间O点向右移动时，产生的正向电流变大，则正向电压变大，说明电源左端电势高，即左端为正极； b．[2]单位时间内逸出的光电子数最多时，光电流最大。设光子数为N，最大光电流为Im，根据 又 得 c．[3]根据图2可知，当光电流减为0时，对应的遏止电压为 当光电子从K极逸出后，在K、A间做减速运动，根据动能定理 得 （2）换用频率为v′的单色光再次进行实验时，测出光电流为0时，滑动变阻器滑片P的位置坐标x′。 根据图1的实验装置，当入射光频率为v′时，计算出 此时对应的遏止电压为 根据动能定理 得 根据爱因斯坦光电效应方程 又 联立以上各式得 【变式2】．（24-25高二下·河北石家庄·期末）某实验小组的同学为了探究光电效应现象，设计了如图所示的电路图。已知普朗克常量为h，电子的电量为e。 (1)阴极为________； (2)若a为电源的正极、b为电源的负极，用频率为ν的光照射阴极，同时滑动变阻器的滑动触头由左向右移动，当电压表的示数为时，电流表的示数刚好为零，则阴极材料的逸出功为________； (3)仅将电源的正负极对调，重复第（2）问中的操作，滑动变阻器的滑动触头由左向右移动，电流表的示数________，当电压表示数为时，光电子到阳极的最大动能为________； (4)在第（3）问的基础上，保持滑动变阻器的触头以及照射光的强度不变，换用频率更大的光照射阴极，电流表的示数________（选填“增大”“不变”或“减小”）。 【答案】(1)K (2) (3) 先变大后不变 (4)减小 【详解】（1）由电路图可知，K为阴极、为阳极。 （2）由爱因斯坦的光电效应方程得 当电压表的示数为时，电流表的示数刚好为零，遏止电压为，则有 解得逸出功为 （3）[1]仅将电源的正负极对调，滑动变阻器的滑动触头由左向右移动，电流表的示数先逐渐增大，当达到饱和电流后，电流表的示数再保持不变； [2]由（2）可知光电子的最大初动能为 当电压表示数为U0时，电场力做正功，则由动能定理得 解得 （4）在第（3）问的基础上，保持滑动变阻器的触头以及照射光的强度不变，照射光的频率增大，则单位时间到达阴极的光子数目减少，单位时间从阴极表面逸出的光电子数目减少，则光电流减小，电流表的示数减小。 题型九：光电效应的综合性问题 【典例9】．（25-26高二下·江苏南京·期中）如图甲所示是研究光电效应的电路图，用一束能量为的单色光照射到光电管的阴极，测得灵敏电流计的示数随电压变化的图像如图乙所示，已知理想电源电动势为8V（电源内阻不计），电位器固定触头O位于ab中点处，那么： (1)求每秒内由K极发射的光电子数？ (2)若入射光的频率加倍，同时把电位器滑动触头P移到最右端b点，此时光电子到达A极时最大动能是多大？ (3)光照射到物体表面时，如同大量气体分子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”，用表示光压。一台发光功率为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，求其在物体表面引起的光压？（已知光速为c） 【答案】(1) (2)（或写成） (3) 【详解】（1）由图乙可知饱和光电流 每秒内由K极发射的光电子数 （2）由图乙可知遏止电压 用一束能量为的单色光照射时，最大初动能 由光电效应可得逸出功 由可知若入射光的频率加倍，则也加倍，可得 把电位器滑动触头P移到最右端b点时，由分压规律可得光电管两极板之间的电压 由动能定理可得光电子到达A极时最大动能 （3）一小段时间内激光器发射的光子数为 光照射物体表面，由动量定理有 横截面积上产生的压力 其中 产生的光压 【变式1】．（25-26高二下·河北唐山·期中）“夸父一号”太阳探测卫星可以观测太阳辐射的硬X射线。硬X射线是波长很短的光子，设波长为。已知普朗克常量为h，光速为c，求： (1)求该硬X射线每个光子的动量p和能量E； (2)如图所示，K、A是密封在真空玻璃管中的两个电极。K受到光照能发射电子，电子的电荷量为e。现用X射线照射K极，若K极金属的逸出功为，A与K之间的电势差，求光电子到达A极的最大动能。 【答案】(1)， (2) 【详解】（1）根据德布罗意波长关系 得光子动量 光子的频率满足，可得 光子能量公式为 代入得 （2）根据爱因斯坦光电效应方程，光电子逸出K极时的最大初动能为 已知，A极电势高于K极，带负电的光电子从K到A运动过程中，电场力做正功，由动能定理可得 整理得 【变式2】．（24-25高二下·江苏南京·期中）如图甲是研究光电效应的实验原理图，阴极K金属的逸出功为3.0eV。如图乙是氢原子的能级图。用大量处于能级的氢原子跃迁发出的光照射K极，求： (1)有几种光可以使该金属发生光电效应，其中频率最小的光子能量是多少eV； (2)所有产生的光电子中最大初动能为多少eV； (3)从图示位置向左移动滑片P至某处，电压表示数值为2.2V，所有光电子到达A极的最大动能为多少eV。 【答案】(1)3种，10.2eV (2)9.75eV (3)7.55eV 【详解】（1）大量处于能级的氢原子跃迁发出的光子能量分别为 的光子有3种，频率最小的光子能量是 （2）光电子最大初动能为 （3）向左移动滑片P时，K极电势高于A极，电子减速，根据动能定理有 代入数据得 解得 【专题强化】 一、单选题 1．（25-26高三下·山西·阶段检测）分别用波长为2和的单色光照射同一金属板，发出的光电子的最大初动能之比为，h为普朗克常量，c为真空中的光速，则此金属板的逸出功为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】根据光电效应方程，其中光子频率，用波长为的入射光照射时，光电子最大初动能为 波长为的入射光照射时，光电子最大初动能为 由题意可知 代入两式整理可得 解得逸出功，故选A。 2．（2026·黑龙江哈尔滨·二模）5G通信、红外测温、医院拍片、紫外线消毒等都离不开电磁波。下图是按波长由大到小排列的电磁波谱，由图中信息可知（    ） A．红外线的热效应显著，可用于红外遥感和夜视 B．可见光中，红光光子能量最大 C．X射线照射某金属能发生光电效应，则紫外线也一定可以 D．波长越短的电磁波，波动性越显著 【答案】A 【详解】A．红外线的热效应显著，一切物体都在不停地辐射红外线，温度越高辐射越强，因此可用于红外遥感、夜视仪、红外测温等，故A正确； B．可见光中，红光波长最长、频率最低，根据可知，红光光子能量最小，故B错误； C．X射线的频率远高于紫外线，若X射线能使某金属发生光电效应，说明金属极限频率低于X射线频率，但不一定低于紫外线频率，因此紫外线不一定能发生光电效应，故C错误； D．波长越短的电磁波，频率越高，粒子性越显著，波动性越不显著；波长越长，波动性越显著，故D错误。 故选A。 3．（2026·四川凉山·二模）一光电管的阴极用钾制成。把此光电管接入电路如图所示，现用紫外线射向阴极，滑动变阻器滑片位于中间位置，电流计G有示数，下列说法正确的是（　　） A．只将滑动变阻器滑片P向右滑一定会使电流计G的指针偏转变大 B．只减小紫外线的强度可使电流计G的指针偏转变小 C．换用波长更长的红光照射阴极可使电流计G的指针偏转变大 D．若将电源正负极对调，电流计G的指针一定不偏转 【答案】B 【详解】A．由电路图可知，光电管两端加的是正向电压（阳极A接高电势，阴极K接低电势）。当滑片P向右滑动时，阴极K的电势降低，光电管两端的正向电压增大。若此时光电流已达到饱和状态，增大电压光电流不再增大，电流计指针偏转角度不变；若未达到饱和，电流会增大。因此“一定会使指针偏转变大”说法错误，故A错误； B．在发生光电效应时，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比。只减小紫外线的强度，单位时间内逸出的光电子数减少，光电流减小，电流计G的指针偏转变小，故B正确； C．红光的波长比紫外线长，频率比紫外线低，可能无法发生光电效应，电流计示数为零，故C错误； D．若将电源正负极对调，光电管两端加的是反向电压。只有当反向电压大于或等于遏止电压时，光电流才为零。若反向电压小于遏止电压，仍有部分光电子能到达阳极，电流计指针仍会偏转，故D错误。 故选B。 4．（25-26高二上·山东枣庄·期末）A、B两种光子的频率之比为2：1，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子最大初动能分别为。该金属的逸出功为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】根据光电效应方程 其中为光电子最大初动能，为光子能量，为逸出功。对于光子A： 对于光子B： 已知频率之比 即 解得 故选A。 5．（25-26高二下·全国·课后作业）如图所示为氢原子能级示意图，下列有关说法正确的是（　　） A．处于基态的氢原子吸收能量为11.0 eV的光子后能跃迁至n=2能级 B．大量处于n=5能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可辐射出8种不同频率的光 C．若用从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出的光，照射某金属时恰好发生光电效应，则用从n=4能级跃迁到n=3能级辐射出的光，照射该金属时一定能发生光电效应 D．用n=4能级跃迁到n=1能级辐射出的光，照射逸出功为6.34eV的金属铂产生的光电子的最大初动能为6.41eV 【答案】D 【详解】A．处于基态的氢原子不能吸收能量为11.0eV的光子，故A错误； B．大量处于n=5能级的氢原子，最多可以辐射出种不同频率的光，故B错误； C．从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出的光子的能量值大于从n=4能级跃迁到n=3能级辐射出的光子的能量值，用从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出的光，照射某金属时恰好发生光电效应，则用从n=4能级跃迁到n=3能级辐射出的光，照射该金属时一定不能发生光电效应，故C错误； D．处于n=4能级的氢原子跃迁到n=1能级辐射出的光子的能量为E=E4−E1=−0.85eV−（−13.6eV）=12.75eV，根据爱因斯坦光电效应方程知，用该光照射逸出功为6.34eV的金属铂，产生的光电子的最大初动能为Ek=E−W0=12.75eV−6.34eV=6.41eV，故D正确。 故选D。 6．（24-25高二下·吉林长春·期末）太阳能电池是利用太阳光产生电能的装置，它通常由一层薄膜组成，在太阳光照射下，薄膜内的硅原子会受到光照射而产生电子，这些电子可以通过导电体被收集起来，从而产生电能．现用如图甲所示的电路研究太阳能电池的工作原理，依次用太阳光中的七种颜色的光照射相同的阴极K，并根据电流表和电压表测得的示数，研究电流和电压的关系，其中黄光的电流与电压的关系图像如图乙所示，则下列说法正确的是（    ） A．太阳能电池的发电原理是康普顿效应 B．若要测量的大小，电源的左边为电源的正极 C．若使饱和光电流增大，必须改用频率更大的光照射 D．用黄光照射某金属时能够产生光电效应，则用红光照射该金属一定能够产生光电效应 【答案】B 【详解】A．在太阳光照射下，薄膜内的硅原子会受到光照射而产生电子，这是利用的光电效应，故A错误； B．为遏止电压，为测量其大小，应接反向电压，让电子减速，故电源的左边为电源的正极，故B正确； C．饱和光电流的大小只与入射光的强度有关，与入射光的频率无关。若使饱和光电流增大，应增加入射光的强度，故C错误； D．用黄光照射某金属时能够产生光电效应，可知黄光的频率大于金属的极限频率，因为红光的频率小于黄光频率，所以用红光照射不一定能产生光电效应，故D错误。 故选B。 7．（2025·湖北·一模）爱因斯坦提出的光子说成功地解释了光电效应的实验现象，在物理学发展历程中具有重大意义。如图所示为四个与光电效应有关的图像，下列说法正确的是（　　） A．在图甲装置中，改用强度更大的红光照射锌板也一定有光电子飞出 B．由图乙可知，当正向电压增大时，光电流一定增大 C．由图丙可知，入射光的频率越高，金属的逸出功越大 D．由图丁可知，该图线的斜率为普朗克常量 【答案】D 【详解】A．由于红光的频率较小，所以在图甲装置中，改用强度更大的红光照射锌板不一定有光电子飞出，故A错误； B．当达到饱和电流时，增大正向电压，则光电流不变，故B错误； C．金属的逸出功与入射光的频率无关，故C错误； D．根据爱因斯坦光电效应方程，所以该图线的斜率为普朗克常量，故D正确。 故选D。 8．（24-25高二下·广东清远·期末）列车车体和屏蔽门之间安装有光电传感器（如图甲所示），列车到站时，若光线被乘客阻挡，电流发生变化，从而引发报警。光线发射器内大量处于激发态的氢原子向低能级跃迁时，辐射出的光中只有a、b两种可以使该光电管阴极逸出光电子，图乙为a、b光单独照射光电管时产生的光电流I与光电管两端电压U的关系图线。下列说法正确的是（　　） A．光线发射器最多能辐射出4种不同频率的光 B．a光照射光电管产生的光电子最大初动能较大 C．b光的光子是氢原子从能级跃迁到能级时发出 D．若部分光线被遮挡，则放大器的电流将减少 【答案】D 【详解】A．光线发射器中处于能级的氢原子向低能级跃迁时，最多能辐射出6种不同频率的光，故A错误； C．辐射出的光中只有a、b两种可以使该光电管阴极逸出光电子，所以a、b光子只可能是从第4能级跃迁回第1能级或从第3能级跃迁回第1能级两种光子其中一种，又根据 a光的遏止电压低于b光的遏止电压，a光的频率低于b光的频率，所以a光的光子能量小于b光的光子能量，b光的光子是原子从第4能级跃迁回第1能级产生，故C错误； B．根据 又因为a光的频率低于b光的频率，所以b光照射光电管产生的光电子最大初动能较大，故B错误； D．若部分光线被遮挡，光电子数目减少，则放大器的电流将减小，故D正确。 故选D。 9．（24-25高二下·甘肃白银·期末）图甲为光电效应实验电路图，某小组实验时用黄、蓝两种颜色的激光分别照射光电管的阴极，图乙为两次实验时得到的伏安特性曲线，下列说法正确的是（　　） A．图乙中光的波长小于光的波长 B．图乙中光表示蓝光，光表示黄光 C．换用红色激光进行实验，也可能测得此光电管的伏安特性曲线 D．a、b两束光分别射入同一双缝干涉装置，光的干涉条纹间距较大 【答案】C 【详解】AB．根据爱因斯坦光电效应方程有 由图乙可知 故 故光表示黄光，光表示蓝光，光的波长大于光的波长，故AB错误； C．红光的频率比黄光小，对应光子的能量比黄光的光子能量小，若红光光子的能量也大于阴极材料的逸出功，则换用红色激光进行实验，也会发生光电效应，也能测得此光电管的伏安特性曲线，故C正确； D．因光的波长大于光的波长，由 可知a、b两束光分别射入同一双缝干涉装置，光的干涉条纹间距较大，故D错误。 故选C。 10．（24-25高二下·广东深圳·期末）如图所示是研究光电效应的实验装置。用光子能量为12.09eV的光束照射到光电管电极K上。移动滑片P，当电压表的示数为7V时，微安表的示数恰好为零。图示位置中滑片P和O点刚好位于滑动变阻器的上、下中点位置，则（　　） A．要使微安表的示数恰好为零，滑片P应由图示位置向b端移动 B．滑片P应由图示位置向b端移动过程中，光电流不断增大 C．电极K处金属的逸出功是7eV D．不同频率的光子照射电极K，只要能发生光电效应，逸出功是相同的 【答案】D 【详解】A．要使微安表的示数恰好为零，光电管应接入反向电压，即K板电势高于A板电势，则滑片P应由图示位置向a端移动，故A错误； B．图示电压趋近于零，未能达到饱和电流，滑片P应由图示位置向b端移动过程中，所加正向电压逐渐增大，则光电流先增大，如果光电流达到饱和值，则之后光电流保持不变，故B错误； C．用光子能量为12.09eV照射到光电管电极K上，当电压表的示数为7V时，微安表的示数恰好为零，可知遏止电压为7V，根据 可得逸出功为 故C错误； D．由于逸出功只由电极K决定，所以不同频率的光子照射电极K，逸出功是相同的，故D正确。 故选D。 二、多选题 11．（2026·全国·一模）氢原子能级图如甲图所示，一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁过程中发出的光中，仅有a、b两种光能使乙图所示的光电管阴极K产生光电效应。用a、b两种光分别照射光电管阴极K，测得光电流I随电压U变化的图像如丙图所示。下列说法中正确的是（　　） A．a光的频率大于b光 B．处于n=4能级的氢原子向基态跃迁时发出b光 C．在水中传播时，a光的传播速度小于b光的传播速度 D．处于基态的氢原子可以吸收能量为10.20eV的光子发生跃迁 【答案】BD 【详解】A． 根据光电效应方程 ，遏止电压的绝对值越大，光的频率越大 由丙图可知，光遏止电压绝对值更大，因此 ​，A错误； B．一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时，的能级差最大 ，辐射光子能量最大、频率最高，结合​，可知光是该跃迁发出的，B正确； C．因b光频率大于α光，则在同种介质中b光的折射率大于α光，因此水对光的折射率，根据 可得​，即光在水中的传播速度大于光，C错误； D．基态氢原子能量，吸收 光子后，总能量为 恰好等于能级的能量，满足氢原子跃迁的条件，因此可以发生跃迁，D正确。 故选BD。 12．（25-26高二下·广东汕头·期中）1899年，俄国物理学家列别捷夫首先从实验上证实了“光射到物体表面上时会产生压力”，我们将光对物体单位面积的压力叫压强或光压。已知频率为v的光子的动量为，式中h为普朗克常量（h=6.63×10-34 J·s），c为光速（c=3×108 m/s），某激光器发出的激光功率为P=1000 W，该光束垂直射到某平整元件上，其光束截面积为S=1.00 mm2，该激光的波长λ=500 nm，下列说法正确的有（　　） A．该激光器单位时间内发出的光子数可表示为 B．该激光能使金属钨（截止频率为1.095×1015 Hz）发生光电效应 C．该激光能使处于第一激发态的氢原子（E2=-3.4 eV=-5.44×10-19 J）电离 D．若该光束可被元件完全吸收，则其产生的光压约为3.33 Pa 【答案】AD 【详解】A．单位时间内射到平整元件上的光能为 每个光子的能量为 则该激光器单位时间内发出的光子数，故A正确； B．入射光的频率为 入射光的频率小于金属钨的截止频率，不能发生光电效应，故B错误； C．入射光子的能量 光子能量小于处于第一激发态的氢原子的电离能，不能使其电离，故C错误； D．对单位时间内发出的光子，根据动量定理 根据以上分析可知 代入， 可得，故D正确。 故选AD。 13．（2026·辽宁·一模）如图甲所示是部分氢原子能级示意图，、是氢原子从能级向低能级跃迁时所放出的两束光，利用这两束光来研究某金属的光电效应，如图乙为光电效应的实验装置示意图，初始时，滑片P位于滑动变阻器的中点处。现分别用、两种光进行光电效应实验，光电子到达极时动能的最大值随电压的变化关系如图丙所示，则（　　） A．实验时，P是向端滑动的 B．实验时，P是向端滑动的 C．图丙中图线甲是光入射得到的关系图线 D．图丙中图线甲是光入射得到的关系图线 【答案】BC 【详解】AB．由图丙可知，实验时光电管两端所加的电压为正向电压，且正向电压逐渐变大，则P是向端滑动的，A错误，B正确； CD．图丙中，当U=0时甲对应的最大初动能较大，根据可知，甲对应的光子的频率较大，因a光对应的能级差较大，则a光频率较大，则图线甲是光入射得到的关系图线，C正确，D错误。 故选BC。 14．（25-26高三上·浙江·阶段检测）如图1所示是研究光电效应的实验装置。滑动变阻器总长度为2L，a、b为滑动变阻器的两端，O点位于ab的中点。滑动变阻器电阻在ab间均匀分布。现以O点为坐标原点，Ob为正方向建立坐标轴Ox（图中未画出）。当用频率为v的单色光束照射阴极K时，移动滑片P，测得光电流i与的关系如图2所示，其中x为滑片P对应位置的坐标。图线与横轴交点的横坐标为。已知电源电动势为E、内阻不计，饱和电流为，电子的电荷量为e。下列说法正确的是（    ）    A．直流电源左端为正极 B．单位时间到达阳极A的电子个数的最大值为 C．光电子最大初动能为 D．增大照射光的强度，随之增大 【答案】AC 【详解】A．滑片P从中间O点向右移动时，产生的正向电流变大，则正向电压变大，说明电源左端电势高，即左端为正极，A正确； B．单位时间内逸出的光电子数最多时，光电流最大。设光电子数为N，最大光电流为Im，根据，又 解得，B错误； C．根据图2可知，当光电流减为0时，对应的遏止电压为 当光电子从K极逸出后，在K、A间做减速运动，根据动能定理 得，C正确； D．遏止电压与光强无关，D错误。 故选AC。 15．（2025·浙江·一模）如图甲所示是氢原子的能级图，图乙是研究光电效应的实验装置图。大量处于激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的光子，用此光束照射光电管电极。移动滑片，当电压表的示数为时，微安表的示数恰好为零。图示位置中滑片和点刚好位于滑动变阻器的上、下中点位置。则（　　） A．此光束中能发生光电效应的光子共有2种 B．要使微安表的示数恰好为零，滑片应由图示位置向端移动 C．相同频率不同强度的光照射电极，只要能发生光电效应，遏止电压是相同的 D．此光子束中从跃迁到的光子，其动量最小 【答案】AC 【详解】A．处于激发态的氢原子跃迁时，可能的跃迁路径为、、 共三种光子。计算各光子能量： ： ： 遏止电压时，最大初动能 由光电效应方程 最大光子能量 对应最大，故逸出功， 不能发生光电效应。， 能发生光电效应。因此能发生光电效应的光子共2种，A正确； B．图示位置中滑片和点位于滑动变阻器中点，此时光电管两端电压为零，要使微安表示数为零，应该向a端移动滑片，B错误； C．遏止电压 仅与入射光频率和逸出功有关，与光强无关。相同频率下，无论强度如何，相同，C正确； D．光子动量 能量越大动量越大。的光子能量最大，动量最大，D错误； 故选AC。 16．（24-25高二下·福建泉州·期末）如图甲所示为氢原子的能级图，用同一光电管研究氢原子发出的a、b、c三种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图乙。则这三种光不正确的是（　　） A．照射该光电管时c光使其逸出的光电子初动能最大 B．光子动量 C．通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距最大 D．若这三种光是原子从能级跃迁到较低能级时发出的光，则c光的波长可以表示为 【答案】AD 【详解】A．根据爱因斯坦光电效应方程，c光的遏止电压最大，即其逸出的光电子最大初动能最大，不是初动能最大，故A错误，符合题意； B．根据，光子波长越长，动量越小。c光的遏止电压最大，即c光的频率最高，根据，c光的波长最短，故光子动量，故B正确，不符合题意； C．根据，a光的波长最长，故a光的相邻条纹间距最大，故C正确，不符合题意； D．若这三种光是原子从能级跃迁到较低能级时发出的光，则c光是跃迁到发出的光，光子能量最大，根据能级差可得，即，故D错误，符合题意。 故选AD。 三、实验题 17．（24-25高二下·辽宁·期中）用金属物制成的光电管观测光电效应的装置如图甲所示。 (1)要观察遏止电压，电源正、负极的接线为___________。（选填“左负右正”或“左正右负”） (2)用不同频率的光照射该光电管，测得遏止电压与入射光频率的关系图像如图乙所示，则该金属的截止频率___________Hz，逸出功___________J。已知普朗克常量。（结果均保留两位有效数字） 【答案】(1)左负右正 (2) 【详解】（1）要观察遏止电压，则A极板电势要低于K极板，即电源正、负极的接线为左负右正。 （2）[1][2]根据 即 由图像可知当Uc=0时 可得 逸出功 18．（22-23高一下·宁夏银川·期末）爱因斯坦为了解释光电效应现象，提出“光子”概念，并给出光电效应方程，但这一观点一度受到质疑，密立根通过下述实验来验证其理论的正确性。实验电路如图甲所示，当频率为的可见光照射到阴极K上时，电流表中有电流通过。    （1）当滑动变阻器的滑片位于左端时，电流表的示数______；（填“不为0”或“为0”） （2）在光照条件不变的情况下，在滑动变阻器的滑片由左向右移动的过程中，通过电流表的光电流将______；（填“一直不变”或“先增大后不变”） （3）对调电源的正负极，由左向右移动滑动变阻器的滑片，当电流表的示数刚减小到零时，电压表的示数为5.6V，则阴极K逸出的光电子的最大初动能是______eV； （4）用不同频率的光照射阴极K均能产生光电效应，测量金属的遏止电压与入射光频率，得到图像如图乙所示，根据图像可得阴极K金属的逸出功______J。普朗克常量（保留三位有效数字） 【答案】 不为0 先增大后不变 5.6 【详解】（1）[1]当滑动变阻器的滑片位于左端时，虽然光电管两端电压为0，但是由于阴极K上有大量光电子逸出，部分光电子会到达A极，形成光电流，故此时电流表的示数不为0； （2）[2]在光照条件不变的情况下，在滑动变阻器的滑片由左向右移动的过程中，光电管两端电压越来越大，单位时间内有更多的光电子到达A极，光电流在增大，但是当电压增大到一定程度时，阴极产生的光电子全部到达A极，之后电流将趋于一个饱和值保持不变，故通过电流表的光电流将先增大后不变； （3）[3]当电流表的示数刚减小到零时，电压表的示数为5.6V，可知此时金属的遏止电压，由动能定理可知 （4）[4]根据光电效应方程有 同时有 联立可得 根据图像可知当时，，故可得 四、解答题 19（25-26高二下·河北邯郸·期中）某智能仓储系统采用光电管传感器对传送带上的包裹进行自动计数，该系统核心部件光电管的电路结构示意图如图甲所示。当用波长的光照射阴极K时，光电管工作并产生光电流。实验测得流过灵敏电流计G的电流与A、K之间的电势差满足如图乙所示的规律。普朗克常量，元电荷，真空中的光速，阴极K的遏止电压，饱和光电流对应的最大电流值。求：（结果采用科学计数法，保留两位有效数字） (1)光电子射出阴极K时的最大初动能； (2)该阴极材料的截止频率。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）光电子的最大初动能 解得 （2）根据光电效应方程有 又有 又 联立解得 20．（24-25高二下·江苏淮安·期末）如图所示为研究光电效应的实验装置。闭合开关，某单色光源发出的光能全部照射在阴极上，回路中形成电流。移动滑动变阻器的滑片，分别测得遏止电压为、饱和电流为。已知阴极金属的逸出功为，电子的电荷量为，普朗克常量为，光源发光功率恒定。 (1)求从阴极逸出时光电子的最大动能； (2)求单位时间内到达阳极的光电子数的最大值； (3)若每入射一光子会产生一个光电子，所有的光电子都能到达阳极，求光源的发光功率P。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）根据动能定理有 解得 （2）由 可得 （3）光源发出的光的能量 根据光电效应方程有 解得 21．（24-25高二下·河北邯郸·期中）美国物理学家密立根利用图甲所示的电路研究金属的遏止电压Uc与入射光频率的关系，描绘出图乙中的图像，由此算出普朗克常量。已知电子电荷量大小为e。请回答下列问题： (1)图甲中电极A连接电源的正极还是负极； (2)求普朗克常量； (3)求该金属的逸出功。 【答案】(1)负极 (2) (3)eb 【详解】（1）测量遏止电压需要接反向电压，电极A连接电源的负极。 （2）由爱因斯坦光电效应方程可得 由动能定理有 联立并整理得 可知图线的斜率为 解得普朗克常量为 （3）由图像可知图线的纵截距 解得该金属的逸出功为 22．（24-25高二下·江苏南通·期中）如图甲所示是研究光电效应规律的实验装置，用光子能量的光持续照射光电管的极板K，实验得到的光电流与电压关系图线如图乙所示，设入射的光子有引发了光电效应，求： (1)光电管K极材料的逸出功； (2)当光电流刚饱和时，到达A极板的光电子的最大动能； (3)入射光的功率P。 【答案】(1)4.54eV (2)7.0eV (3) 【详解】（1）由图可知遏制电压为，由动能定理有 根据光电效应方程可得 联立解得光电管K极材料的逸出功为 （2）由图可知刚达到饱和电流时的电压为，根据动能定理可得 联立解得到达A极板的光电子的最大动能为 （3）对入射光有 逸出的光电子数为 由图可知形成的饱和光电流为 且 联立解得 23．（24-25高二下·湖北宜昌·期末）一群处于第4能级的氢原子，最终都回到基态，能发出6种不同频率的光，将这些光分别照射到图甲电路阴极K的金属上，只能测得3条电流随电压变化的图像如图乙已知氢原子的能级图如图丙所示。 (1)若光照射金属时逸出光电子的最大初动能为，求光电子的最小波长（用普朗克常量，电子质量和表示）； (2)求该金属逸出功； (3)已知光的能量为，普朗克常量为，真空中的光速为，若一个质量为的静止电子吸收了一个光的光子，求电子在吸收光子后的速度大小。（不计电子吸收光子后的质量变化） 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）根据动能和动量的关系 可得 根据德布罗意波长公式 联立解得光电子的最小波长为 （2）根据光电效应方程和动能定理可得 可知入射光的能量越大，照射到相同的金属上时，其遏止电压越高，由图知，光照射时遏止电压最大，则光的能量最高，可见光是由跃迁到能级得到的，光的光子能量为 由图乙知，光照射金属时的遏止电压，则有 解得该金属逸出功 （3）光的光子能量为 光光子动量为 根据动量守恒定律，有 联立解得 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题强化04：光电效应方程及其应用 【题型归纳】 · 题型一：光电效应规律及理解 · 题型二：光电效应的极限频率 · 题型三：光电效应的饱和光电流 · 题型四：爱因斯坦光电效应方程 · 题型五：遏止电压问题 · 题型六：光电效应图像问题 · 题型七：光电效应与其他知识的交汇 · 题型八：光电效应的探究实验问题 · 题型九：光电效应的综合性问题 【题型探究】 题型一：光电效应规律及理解 【典例1】．（25-26高三上·云南楚雄·期末）为探究光电效应的物理规律，某实验小组依据如图所示的实验装置开展实验：将一块预先带负电的锌板与验电器连接，初始状态下验电器指针因电荷间的相互作用呈现稳定张开状态；随后，用紫外线光源对锌板表面进行照射处理。实验过程中观察到验电器指针的张角逐渐减小。已知该实验环境可忽略锌板的自发漏电效应，关于该实验现象，下列说法正确的是（　　） A．紫外线能使锌板发生光电效应，核心原因是紫外线的照射强度足够大 B．增大紫外线的照射频率，单位时间内从锌板逸出的光电子数会随之增多 C．若将紫外线替换为频率更高的X射线照射锌板，则验电器指针张角也会逐渐减小 D．若将紫外线光源替换为强度更大的可见光光源，则验电器指针张角一定减小 【变式1】．（24-25高二下·辽宁丹东·期末）如图所示，将验电器与一块不带电的锌板连接，此时验电器指针张角闭合，现用紫外线照射锌板，发现验电器指针张角张开，下列说法正确的是（　　） A．用紫外线照射锌板时，锌板带负电荷 B．用紫外线照射锌板时，验电器指针带正电荷 C．若紫外线光照强度减弱，则光电子的最大初动能增加 D．若紫外线光照强度减弱，则光电子的最大初动能减少 【变式2】．（24-25高二下·黑龙江哈尔滨·期末）下列关于光电效应的说法正确的是（　　） A．只要光照射的时间足够长，任何金属都能发生光电效应 B．截止频率越大的金属材料逸出功越小 C．只要频率足够大，光照强度较弱的光也可以引起光电效应 D．入射光强度越大，产生光电子的最大初动能就越大 题型二：光电效应的极限频率 【典例2】．（25-26高二上·四川眉山·期中）如图所示，闭合开关，G表无示数，通过以下哪种操作，G表可能有示数（　　） A．将电池的极性反转 B．将变阻器的滑片向a移动 C．将变阻器的滑片向b移动 D．换用频率更高的光 【变式1】．（24-25高二上·浙江宁波·期中）某学生研究光电效应实验，现得出三条光电流与光电管两端电压的图像，其中A、C对应的遏止电压相同且小于B的遏止电压，A的饱和光电流大于B，B的大于C，下列说法正确的是（   ） A．图像A与C可能对应的是同一束光分别照射不同的金属，其中C中金属的逸出功更大 B．图像A与C可能对应的是光强不同的同一颜色光分别照射同一块金属，其中A中光强更大 C．图像B与C可能对应的是不同频率的光分别照射同一块金属，其中C中光的频率更大 D．图像B与C可能对应的是不同的光分别照射不同的金属，其中C中光电子的最大初动能更大 【变式2】．（2026·江苏·一模）用同一频率的光分别照射钨板和银板，都能发生光电效应.比较两次实验，下列物理量可能相等的是（    ） A．光电子的初动能 B．光电子的最大初动能 C．两种金属的逸出功 D．两种金属的截止频率 题型三：光电效应的饱和光电流 【典例3】．（25-26高二下·安徽合肥·期中）如图1所示，阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极，阴极K在受到光照时能够发射光电子，阴极K与阳极A之间电压U可以调节，闭合开关后，在电路中形成光电流I。利用a、b、c三束单色光分别照射图1装置的阴极K，调节电压U进行多次实验，通过收集的实验数据得到如图2所示的图像。下列说法正确的是（　　） A．a单色光的频率大于b单色光的频率 B．a单色光的强度小于c单色光的强度 C．三束光分别照射阴极K发生光电效应，其中a单色光照射发生光电效应产生的光电子的最大初动能最大 D．相同时间内c单色光比a单色光照射到阴极K上的光子数少 【变式1】．（25-26高二下·黑龙江·期中）如图甲所示为研究光电效应的实验装置，用频率为的单色光照射光电管的阴极，得到光电流与光电管两端电压的关系图线如图乙所示，已知电子电荷量的绝对值为，普朗克常量为，下列说法正确的是（　　） A．测量饱和电流时，应将开关接1 B．测量遏止电压时，应将开关接2 C．只增大光照强度时，图乙中的值不会增大 D．阴极所用材料的逸出功为 【变式2】．（2026·黑龙江吉林·二模）清华大学团队联合多家大学首次让绝缘的稀土纳米晶实现了高效电致发光，打破了全球光电领域“绝缘材料无法电驱动发光”的技术困局。如图甲，现利用稀土纳米晶发出的波长分别为、的单色光1和2照射同一阴极K，产生的光电子的最大初动能分别为、，测得电流表示数I与电压表示数U的关系如图乙所示。则下列说法正确的是（    ） A． B． C．单色光2照射阴极K后，所有电子逸出的初动能大小均为 D．若直流电源左端为正极，仅增大电压表示数，则电流表示数不一定增大 题型四：爱因斯坦光电效应方程 【典例4】．（2026·湖南·一模）图甲是研究光电效应的实验装置，图乙所示为氢原子的能级图。大量氢原子处于激发态，氢原子从激发态直接跃迁到基态发出的光子照射到图甲光电管阴极上时，电流表有示数，闭合开关，滑片缓慢向端移动，当电压表示数为时，电流表示数恰好为零。下列说法正确的是（　　） A．光电子的最大初动能 B．处于激发态的大量氢原子跃迁时共发出6种频率的光 C．制作阴极的金属材料的逸出功 D．氢原子从激发态跃迁时发出的光子照射阴极上都有光电子射出 【变式1】．（25-26高二下·重庆·期中）如图甲是研究光电效应的实验装置图，实验得到光电子的最大初动能与入射光波长的关系如图乙所示，图中水平虚线为曲线的渐近线。丙是氢原子的能级图，大量处于某一激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的光子，用此光束照射光电管电极。移动滑片，当电压表的示数为时，微安表的示数恰好为零。图示位置中滑片和O点刚好位于滑动变阻器的上、下中点位置。则（　　） A．此光电管的逸出功为 B．此光束中能发生光电效应的光子共有种 C．大量处于该激发态的氢原子向低能级跃迁时最多可放出种频率的光子 D．一定光照强度的光照射电极，滑片向右移动的过程中，电流表的示数一定不断的增大 【变式2】．（25-26高二下·广东汕头·期中）如图是汞原子的能级图，汞原子从n=3能级跃迁到n=1能级时产生a光。真空中一对半径均为0.5d的圆形金属板P、Q圆心正对平行放置，两板距离为d，Q板中心镀有一层半径为0.25d的圆形钙金属薄膜，钙的逸出功W0=3.20eV。Q板受到a光持续照射后，只有薄膜区域的电子可逸出。现将两金属板P、Q与灵敏电流计G、电压UPQ可调的电源连接成如图所示的电路。电子电荷量为e，且光电子逸出的方向各不相同。忽略光电子的重力以及光电子之间的相互作用，不考虑平行板的边缘效应，光照条件保持不变，以下说法正确的是（　　） A．逸出的光电子动能为7.7 eV B．当电压调整到UPQ=-3.2 V时，灵敏电流计示数恰好为0 C．当UPQ≥288 V时，灵敏电流计示数达到最大值 D．若用汞原子从n=4能级跃迁到n=1能级的光照射Q板，且光强同a光，则饱和光电流一定变大 题型五：遏止电压问题 【典例5】．（25-26高二下·河北唐山·期中）处于能级6和能级4的氢原子分别跃迁到能级2所产生的两种可见光，照射图甲所示的光电效应装置，得到图乙所示的光电流和电压的关系曲线Ⅰ和Ⅱ，两光的频率分别为、则（　　） A．Ⅰ是氢原子从能级6跃迁到能级2所发出的光 B．普朗克常量的值为 C．图甲中变阻器滑动触头P从a向b移动过程中，光电流会持续减小到零 D．Ⅰ、Ⅱ两种光照射同一双缝干涉装置，Ⅱ光的亮纹间距大 【变式1】．（2026·河北承德·一模）在某光学实验室中，研究小组正在进行一项关于“金属光电效应”的实验，旨在探索不同频率光对金属表面逸出光电子的影响。实验装置如图甲所示，他们使用频率不同的单色激光照射同一块金属阴极K，测得相应的遏止电压U0，并绘制了如图乙所示的图像。已知电子电荷量为e，、U0均为已知量，则下列说法正确的是（　　） A．电源左侧应为负极 B．当入射光的频率时，逸出光电子的最大初动能为eU0 C．普朗克常量 D．增大入射光的强度，金属的逸出功会减小 【变式2】．（25-26高三上·广东广州·期中）如图是汞原子的能级图，汞原子从能级跃迁到能级时产生光。真空中一对半径均为的圆形金属板P、Q圆心正对平行放置，两板距离为d，Q板中心镀有一层半径为的圆形钙金属薄膜，钙的逸出功。Q板受到光持续照射后，只有薄膜区域的电子可逸出。现将两金属板P、Q与灵敏电流计G、电压可调的电源连接成如图所示的电路。电子电荷量为e，且光电子逸出的方向各不相同。忽略光电子的重力以及光电子之间的相互作用，不考虑平行板的边缘效应，光照条件保持不变，以下说法正确的是（　　） A．逸出的光电子动能为 B．当电压调整到时，灵敏电流计示数恰好为0 C．当时，灵敏电流计示数达到最大值 D．若用汞原子从能级跃迁到能级的光照射Q板，且光强同光，则电流表示数变大 题型六：光电效应图像问题 【典例6】．（25-26高三上·安徽蚌埠·期末）光电效应实验电路如图甲所示，用三束光分别照射同一阴极，电流表示数与电压表示数之间的关系如图乙所示。下列关于入射光频率大小关系的判断正确的是（    ） A． B． C． D． 【变式1】．（25-26高三上·四川成都·期末）如图甲为研究光电效应的实验装置，用频率为γ的单色光照射光电管的阴极K，得到光电流I与光电管两端电压U的关系图线如图乙所示，已知电子电荷量的绝对值为e，普朗克常量为h，则（　　） A．测量遏止电压Uc时开关S应扳向“2” B．只增大光照强度时，图乙中Uc的值会增大 C．只增大光照强度时，图乙中I0的值会增大 D．阴极K所用材料的极限频率为 【变式2】．（24-25高二下·江苏南京·期中）某实验小组研究光电效应规律时，用不同频率的光照射同一光电管并记录数据，得到遏止电压与频率的关系图线如图甲所示，当采用绿色强光、绿色弱光、紫色弱光三种光照射同一光电管时，得到的光电流与电压的关系如图乙所示。已知电子的电荷量为e，结合图中数据可知（　　） A．光电管的K极材料的逸出功为 B．普朗克常量 C．a光为紫色弱光 D．c光为绿色强光 题型七：光电效应与其他知识的交汇 【典例7】．（2025·浙江台州·一模）图甲为氢原子能级图，一群处于同一激发态的氢原子能发出6种频率的光，分别用这些频率的光照射图乙电路的阴极K，其中只有3种光能够发生光电效应，有一种恰能发生光电效应，电压U与光电流之间的关系如图丙所示。下列说法正确的是（　　） A．当滑片P向b端移动时，光电流I一直增大 B．阴极K材料的逸出功为 C．用三束光做杨氏双缝干涉实验，a光条纹间距最大 D．图丙中3条图线对应的遏止电压，一定有 【变式1】．（25-26高三上·江苏南京·阶段检测）如图甲为氢原子能级示意图，图乙为研究光电流与电压关系的电路。一群处于n=3能级的氢原子自发跃迁，辐射出的光照射光电管的阴极K，通过实验只能得到图丙所示的2条光电流随电压变化的图线，则下列说法正确的是（　　） A．图丙中Ub的值为-4.45V B．变阻器的滑片移动到最左端时，电流表的示数为0 C．这群氢原子向低能级跃迁时可以发出4种不同频率的光 D．b光照射产生的光电子最大初动能大于a光 【变式2】．（23-24高二下·宁夏吴忠·期中）用金属铷为阴极的光电管观测光电效应现象，实验装置如图甲所示。已知普朗克常量。 (1)图甲中电极A为光电管的______（填“阴极”或“阳极”）； (2)要观察遏止电压，电源正负极的情况是______（填“左正右负”或“左负右正”）。 (3)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率v之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc=______Hz，逸出功W=______J（保留2位有效数字）； (4)如果实验中入射光的频率，则产生的光电子的最大初动能E=______（保留2位有效数字）。 题型八：光电效应的探究实验问题 【典例8】．（25-26高二下·河北唐山·期中）某光伏实验室研究新型材料对光电效应的响应特性。已知硅的逸出功为4.8eV，氢原子能级示意图如图所示。实验采用大量处于能级的氢原子向低能级跃迁产生的光照射硅片进行测试。下列说法正确的是（　　） A．氢原子从能级向能级跃迁时发出的光照射硅片时可能发生光电效应 B．处于能级的氢原子群向基态跃迁时，可辐射出4种不同频率的光 C．该实验中硅片逸出光电子的最大初动能为8.95eV D．氢原子从能级跃迁到基态时放出光子的动量最大 【变式1】．（24-25高二下·北京海淀·期末）图1所示是研究光电效应的实验装置。滑动变阻器总长度为2L，a、b为滑动变阻器的两端，O点位于ab的中点。滑片P与滑动变阻器任一端之间的电阻值都与它到这端的距离成正比。以O点为坐标原点，以Ob为正方向建立坐标轴Ox（图中未画出）。电流表为理想电表。 当用频率为v的单色光束照射阴极K时，移动滑片P，测得光电流i与的关系如图2所示，其中x为滑片P对应位置的坐标。图线与横轴交点的横坐标为−η（0<η<1）。已知电源电动势为E、内阻不计，饱和电流为Im，电子的电荷量为e。忽略电子所受的重力及电子之间的相互作用。 (1)a．判断图1中直流电源的______端为正极。（选填“左”或“右”） b．求单位时间能到达阳极A的电子个数的最大值N______。 c．求光电子的最大初动能Ek_____。 (2)某同学想利用该实验装置测量普朗克常量h。他换用频率为v′的单色光再次进行实验。请写出需测量的物理量，并推导出h的表达式。 【变式2】．（24-25高二下·河北石家庄·期末）某实验小组的同学为了探究光电效应现象，设计了如图所示的电路图。已知普朗克常量为h，电子的电量为e。 (1)阴极为________； (2)若a为电源的正极、b为电源的负极，用频率为ν的光照射阴极，同时滑动变阻器的滑动触头由左向右移动，当电压表的示数为时，电流表的示数刚好为零，则阴极材料的逸出功为________； (3)仅将电源的正负极对调，重复第（2）问中的操作，滑动变阻器的滑动触头由左向右移动，电流表的示数________，当电压表示数为时，光电子到阳极的最大动能为________； (4)在第（3）问的基础上，保持滑动变阻器的触头以及照射光的强度不变，换用频率更大的光照射阴极，电流表的示数________（选填“增大”“不变”或“减小”）。 题型九：光电效应的综合性问题 【典例9】．（25-26高二下·江苏南京·期中）如图甲所示是研究光电效应的电路图，用一束能量为的单色光照射到光电管的阴极，测得灵敏电流计的示数随电压变化的图像如图乙所示，已知理想电源电动势为8V（电源内阻不计），电位器固定触头O位于ab中点处，那么： (1)求每秒内由K极发射的光电子数？ (2)若入射光的频率加倍，同时把电位器滑动触头P移到最右端b点，此时光电子到达A极时最大动能是多大？ (3)光照射到物体表面时，如同大量气体分子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”，用表示光压。一台发光功率为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，求其在物体表面引起的光压？（已知光速为c） 【变式1】．（25-26高二下·河北唐山·期中）“夸父一号”太阳探测卫星可以观测太阳辐射的硬X射线。硬X射线是波长很短的光子，设波长为。已知普朗克常量为h，光速为c，求： (1)求该硬X射线每个光子的动量p和能量E； (2)如图所示，K、A是密封在真空玻璃管中的两个电极。K受到光照能发射电子，电子的电荷量为e。现用X射线照射K极，若K极金属的逸出功为，A与K之间的电势差，求光电子到达A极的最大动能。 【变式2】．（24-25高二下·江苏南京·期中）如图甲是研究光电效应的实验原理图，阴极K金属的逸出功为3.0eV。如图乙是氢原子的能级图。用大量处于能级的氢原子跃迁发出的光照射K极，求： (1)有几种光可以使该金属发生光电效应，其中频率最小的光子能量是多少eV； (2)所有产生的光电子中最大初动能为多少eV； (3)从图示位置向左移动滑片P至某处，电压表示数值为2.2V，所有光电子到达A极的最大动能为多少eV。 【专题强化】 一、单选题 1．（25-26高三下·山西·阶段检测）分别用波长为2和的单色光照射同一金属板，发出的光电子的最大初动能之比为，h为普朗克常量，c为真空中的光速，则此金属板的逸出功为（　　） A． B． C． D． 2．（2026·黑龙江哈尔滨·二模）5G通信、红外测温、医院拍片、紫外线消毒等都离不开电磁波。下图是按波长由大到小排列的电磁波谱，由图中信息可知（    ） A．红外线的热效应显著，可用于红外遥感和夜视 B．可见光中，红光光子能量最大 C．X射线照射某金属能发生光电效应，则紫外线也一定可以 D．波长越短的电磁波，波动性越显著 3．（2026·四川凉山·二模）一光电管的阴极用钾制成。把此光电管接入电路如图所示，现用紫外线射向阴极，滑动变阻器滑片位于中间位置，电流计G有示数，下列说法正确的是（　　） A．只将滑动变阻器滑片P向右滑一定会使电流计G的指针偏转变大 B．只减小紫外线的强度可使电流计G的指针偏转变小 C．换用波长更长的红光照射阴极可使电流计G的指针偏转变大 D．若将电源正负极对调，电流计G的指针一定不偏转 4．（25-26高二上·山东枣庄·期末）A、B两种光子的频率之比为2：1，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子最大初动能分别为。该金属的逸出功为（　　） A． B． C． D． 5．（25-26高二下·全国·课后作业）如图所示为氢原子能级示意图，下列有关说法正确的是（　　） A．处于基态的氢原子吸收能量为11.0 eV的光子后能跃迁至n=2能级 B．大量处于n=5能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可辐射出8种不同频率的光 C．若用从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出的光，照射某金属时恰好发生光电效应，则用从n=4能级跃迁到n=3能级辐射出的光，照射该金属时一定能发生光电效应 D．用n=4能级跃迁到n=1能级辐射出的光，照射逸出功为6.34eV的金属铂产生的光电子的最大初动能为6.41eV 6．（24-25高二下·吉林长春·期末）太阳能电池是利用太阳光产生电能的装置，它通常由一层薄膜组成，在太阳光照射下，薄膜内的硅原子会受到光照射而产生电子，这些电子可以通过导电体被收集起来，从而产生电能．现用如图甲所示的电路研究太阳能电池的工作原理，依次用太阳光中的七种颜色的光照射相同的阴极K，并根据电流表和电压表测得的示数，研究电流和电压的关系，其中黄光的电流与电压的关系图像如图乙所示，则下列说法正确的是（    ） A．太阳能电池的发电原理是康普顿效应 B．若要测量的大小，电源的左边为电源的正极 C．若使饱和光电流增大，必须改用频率更大的光照射 D．用黄光照射某金属时能够产生光电效应，则用红光照射该金属一定能够产生光电效应 7．（2025·湖北·一模）爱因斯坦提出的光子说成功地解释了光电效应的实验现象，在物理学发展历程中具有重大意义。如图所示为四个与光电效应有关的图像，下列说法正确的是（　　） A．在图甲装置中，改用强度更大的红光照射锌板也一定有光电子飞出 B．由图乙可知，当正向电压增大时，光电流一定增大 C．由图丙可知，入射光的频率越高，金属的逸出功越大 D．由图丁可知，该图线的斜率为普朗克常量 8．（24-25高二下·广东清远·期末）列车车体和屏蔽门之间安装有光电传感器（如图甲所示），列车到站时，若光线被乘客阻挡，电流发生变化，从而引发报警。光线发射器内大量处于激发态的氢原子向低能级跃迁时，辐射出的光中只有a、b两种可以使该光电管阴极逸出光电子，图乙为a、b光单独照射光电管时产生的光电流I与光电管两端电压U的关系图线。下列说法正确的是（　　） A．光线发射器最多能辐射出4种不同频率的光 B．a光照射光电管产生的光电子最大初动能较大 C．b光的光子是氢原子从能级跃迁到能级时发出 D．若部分光线被遮挡，则放大器的电流将减少 9．（24-25高二下·甘肃白银·期末）图甲为光电效应实验电路图，某小组实验时用黄、蓝两种颜色的激光分别照射光电管的阴极，图乙为两次实验时得到的伏安特性曲线，下列说法正确的是（　　） A．图乙中光的波长小于光的波长 B．图乙中光表示蓝光，光表示黄光 C．换用红色激光进行实验，也可能测得此光电管的伏安特性曲线 D．a、b两束光分别射入同一双缝干涉装置，光的干涉条纹间距较大 10．（24-25高二下·广东深圳·期末）如图所示是研究光电效应的实验装置。用光子能量为12.09eV的光束照射到光电管电极K上。移动滑片P，当电压表的示数为7V时，微安表的示数恰好为零。图示位置中滑片P和O点刚好位于滑动变阻器的上、下中点位置，则（　　） A．要使微安表的示数恰好为零，滑片P应由图示位置向b端移动 B．滑片P应由图示位置向b端移动过程中，光电流不断增大 C．电极K处金属的逸出功是7eV D．不同频率的光子照射电极K，只要能发生光电效应，逸出功是相同的 二、多选题 11．（2026·全国·一模）氢原子能级图如甲图所示，一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁过程中发出的光中，仅有a、b两种光能使乙图所示的光电管阴极K产生光电效应。用a、b两种光分别照射光电管阴极K，测得光电流I随电压U变化的图像如丙图所示。下列说法中正确的是（　　） A．a光的频率大于b光 B．处于n=4能级的氢原子向基态跃迁时发出b光 C．在水中传播时，a光的传播速度小于b光的传播速度 D．处于基态的氢原子可以吸收能量为10.20eV的光子发生跃迁 12．（25-26高二下·广东汕头·期中）1899年，俄国物理学家列别捷夫首先从实验上证实了“光射到物体表面上时会产生压力”，我们将光对物体单位面积的压力叫压强或光压。已知频率为v的光子的动量为，式中h为普朗克常量（h=6.63×10-34 J·s），c为光速（c=3×108 m/s），某激光器发出的激光功率为P=1000 W，该光束垂直射到某平整元件上，其光束截面积为S=1.00 mm2，该激光的波长λ=500 nm，下列说法正确的有（　　） A．该激光器单位时间内发出的光子数可表示为 B．该激光能使金属钨（截止频率为1.095×1015 Hz）发生光电效应 C．该激光能使处于第一激发态的氢原子（E2=-3.4 eV=-5.44×10-19 J）电离 D．若该光束可被元件完全吸收，则其产生的光压约为3.33 Pa 13．（2026·辽宁·一模）如图甲所示是部分氢原子能级示意图，、是氢原子从能级向低能级跃迁时所放出的两束光，利用这两束光来研究某金属的光电效应，如图乙为光电效应的实验装置示意图，初始时，滑片P位于滑动变阻器的中点处。现分别用、两种光进行光电效应实验，光电子到达极时动能的最大值随电压的变化关系如图丙所示，则（　　） A．实验时，P是向端滑动的 B．实验时，P是向端滑动的 C．图丙中图线甲是光入射得到的关系图线 D．图丙中图线甲是光入射得到的关系图线 14．（25-26高三上·浙江·阶段检测）如图1所示是研究光电效应的实验装置。滑动变阻器总长度为2L，a、b为滑动变阻器的两端，O点位于ab的中点。滑动变阻器电阻在ab间均匀分布。现以O点为坐标原点，Ob为正方向建立坐标轴Ox（图中未画出）。当用频率为v的单色光束照射阴极K时，移动滑片P，测得光电流i与的关系如图2所示，其中x为滑片P对应位置的坐标。图线与横轴交点的横坐标为。已知电源电动势为E、内阻不计，饱和电流为，电子的电荷量为e。下列说法正确的是（    ）    A．直流电源左端为正极 B．单位时间到达阳极A的电子个数的最大值为 C．光电子最大初动能为 D．增大照射光的强度，随之增大 15．（2025·浙江·一模）如图甲所示是氢原子的能级图，图乙是研究光电效应的实验装置图。大量处于激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的光子，用此光束照射光电管电极。移动滑片，当电压表的示数为时，微安表的示数恰好为零。图示位置中滑片和点刚好位于滑动变阻器的上、下中点位置。则（　　） A．此光束中能发生光电效应的光子共有2种 B．要使微安表的示数恰好为零，滑片应由图示位置向端移动 C．相同频率不同强度的光照射电极，只要能发生光电效应，遏止电压是相同的 D．此光子束中从跃迁到的光子，其动量最小 16．（24-25高二下·福建泉州·期末）如图甲所示为氢原子的能级图，用同一光电管研究氢原子发出的a、b、c三种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图乙。则这三种光不正确的是（　　） A．照射该光电管时c光使其逸出的光电子初动能最大 B．光子动量 C．通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距最大 D．若这三种光是原子从能级跃迁到较低能级时发出的光，则c光的波长可以表示为 三、实验题 17．（24-25高二下·辽宁·期中）用金属物制成的光电管观测光电效应的装置如图甲所示。 (1)要观察遏止电压，电源正、负极的接线为___________。（选填“左负右正”或“左正右负”） (2)用不同频率的光照射该光电管，测得遏止电压与入射光频率的关系图像如图乙所示，则该金属的截止频率___________Hz，逸出功___________J。已知普朗克常量。（结果均保留两位有效数字） 18．（22-23高一下·宁夏银川·期末）爱因斯坦为了解释光电效应现象，提出“光子”概念，并给出光电效应方程，但这一观点一度受到质疑，密立根通过下述实验来验证其理论的正确性。实验电路如图甲所示，当频率为的可见光照射到阴极K上时，电流表中有电流通过。    （1）当滑动变阻器的滑片位于左端时，电流表的示数______；（填“不为0”或“为0”） （2）在光照条件不变的情况下，在滑动变阻器的滑片由左向右移动的过程中，通过电流表的光电流将______；（填“一直不变”或“先增大后不变”） （3）对调电源的正负极，由左向右移动滑动变阻器的滑片，当电流表的示数刚减小到零时，电压表的示数为5.6V，则阴极K逸出的光电子的最大初动能是______eV； （4）用不同频率的光照射阴极K均能产生光电效应，测量金属的遏止电压与入射光频率，得到图像如图乙所示，根据图像可得阴极K金属的逸出功______J。普朗克常量（保留三位有效数字） 四、解答题 19（25-26高二下·河北邯郸·期中）某智能仓储系统采用光电管传感器对传送带上的包裹进行自动计数，该系统核心部件光电管的电路结构示意图如图甲所示。当用波长的光照射阴极K时，光电管工作并产生光电流。实验测得流过灵敏电流计G的电流与A、K之间的电势差满足如图乙所示的规律。普朗克常量，元电荷，真空中的光速，阴极K的遏止电压，饱和光电流对应的最大电流值。求：（结果采用科学计数法，保留两位有效数字） (1)光电子射出阴极K时的最大初动能； (2)该阴极材料的截止频率。 20．（24-25高二下·江苏淮安·期末）如图所示为研究光电效应的实验装置。闭合开关，某单色光源发出的光能全部照射在阴极上，回路中形成电流。移动滑动变阻器的滑片，分别测得遏止电压为、饱和电流为。已知阴极金属的逸出功为，电子的电荷量为，普朗克常量为，光源发光功率恒定。 (1)求从阴极逸出时光电子的最大动能； (2)求单位时间内到达阳极的光电子数的最大值； (3)若每入射一光子会产生一个光电子，所有的光电子都能到达阳极，求光源的发光功率P。 21．（24-25高二下·河北邯郸·期中）美国物理学家密立根利用图甲所示的电路研究金属的遏止电压Uc与入射光频率的关系，描绘出图乙中的图像，由此算出普朗克常量。已知电子电荷量大小为e。请回答下列问题： (1)图甲中电极A连接电源的正极还是负极； (2)求普朗克常量； (3)求该金属的逸出功。 22．（24-25高二下·江苏南通·期中）如图甲所示是研究光电效应规律的实验装置，用光子能量的光持续照射光电管的极板K，实验得到的光电流与电压关系图线如图乙所示，设入射的光子有引发了光电效应，求： (1)光电管K极材料的逸出功； (2)当光电流刚饱和时，到达A极板的光电子的最大动能； (3)入射光的功率P。 23．（24-25高二下·湖北宜昌·期末）一群处于第4能级的氢原子，最终都回到基态，能发出6种不同频率的光，将这些光分别照射到图甲电路阴极K的金属上，只能测得3条电流随电压变化的图像如图乙已知氢原子的能级图如图丙所示。 (1)若光照射金属时逸出光电子的最大初动能为，求光电子的最小波长（用普朗克常量，电子质量和表示）； (2)求该金属逸出功； (3)已知光的能量为，普朗克常量为，真空中的光速为，若一个质量为的静止电子吸收了一个光的光子，求电子在吸收光子后的速度大小。（不计电子吸收光子后的质量变化） 2 学科网（北京）股份有限公司 $