第八讲 光电效应 期末复习讲义 -2025-2026学年高二下学期物理粤教版选择性必修第三册

期末复习讲义 粤教版（2019）选择性必修第三册复习讲义 第八讲 光电效应 一、光电效应现象 1．光电效应现象 光电效应：在光的照射下金属中的电子从表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子． 特别提醒： （1）光电效应的实质是光现象转化为电现象． （2）定义中的光包括可见光和不可见光． 2．几个名词解释 （1）遏止电压：使光电流减小到零时的最小反向电压UC． (1)在强度和频率一定的光的照射下，回路中的光电流会随着反向电压的增加而减小，并且当反向电压达到某一数值时，光电流将会减小到零，我们把这时的电压称为遏止电压，用符号U0表示，光电子的最大初始动能与遏止电压的关系式为mv＝eU0． (2)实验表明：遏止电压只与入射光的频率有关，而与入射光的强度无关，也就是说光电子的最大初动能只与入射光的频率有关． （2）截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率（又叫极限频率）．不同的金属对应着不同的截止频率． （3）逸出功：电子从金属中逸出所需做功的最小值，叫做该金属的逸出功． 3．光电效应规律 （1）每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于极限频率才能产生光电效应． （2）光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大． （3）只要入射光的频率大于金属的极限频率，照到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10﹣9s，与光的强度无关． （4）当入射光的频率大于金属的极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成正比． 光电流的影响因素： 存在饱和电流：在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值。也就是说，在电流较小时电流随着电压的增大而增大；但当电流增大到一定值之后，即使电压再增大，电流也不会再进一步增大了。 这说明，在一定的光照条件下，单位时间内阴极K发射的光电子的数目是一定的，电压增加到一定值时，所有光电子都被阳极A吸收，这时即使再增大电压，电流也不会增大。 实验表明，在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大。这说明，对于一定频率（颜色）的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。 3.饱和光电流随电压变化的曲线如下图： 二、能量子假说和光子假说 1．能量子假说． (1)假说内容：物体热辐射所发出的电磁波的能量是不连续的，只能是hν的整数倍． (2)能量量子：hν被称为一个能量量子，其中ν是辐射频率，h是一个常量，称为普朗克常量，h＝6.63×10-34 J·s. (3)在微观世界里，物理量的取值通常是不连续的，只能取一些分立的值．这种物理量分立取值的现象称为量子化现象． 2．光子假说． (1)内容：光子说：1905年，爱因斯坦提出，光的能量不是连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个光子．一个光子的能量为ε＝hν，h是普朗克常量，ν是光的频率． (2)意义：利用光子假说可以完美地解释光电效应的各种特征． 光能量子E＝hν，光能是光子能量的整数倍，即E总＝nε＝nhν. 普朗克量子化理论，认为电磁波的能量是量子化的、不连续的，总能量是能量子的整数倍，即E总＝nε，其中ε＝hν，因此，只要知道电磁波的频率ν即可解答．光是一种电磁波，光能量子简称光子．其能量值是光能量的最小单位，ε＝hν，其中ν为光的频率，通常结合c＝λν，确定ε的值． 三．光电效应方程 （hν＝mv＋W0） 1．光电效应方程Ek＝hν－W0的四点理解． (1)式中的Ek是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时剩余动能大小可以是0～Ek范围内的任何数值． (2)光电效应方程实质上是能量守恒方程． ①能量为ε＝hν的光子被电子吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的动能． ②如果克服吸引力做功最少，为W0，则电子离开金属表面时动能最大，为Ek，根据能量守恒定律可知：Ek＝hν－W0. (3)光电效应方程包含了产生光电效应的条件．若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，即Ek＝hν－W0>0，亦即hν>W0，ν>＝νc，而νc＝恰好是光电效应的截止频率． (4)Ekν曲线． 如图所示的是光电子最大初动能Ek随入射光频率ν的变化曲线．图中横轴上的截距是截止频率或极限频率；纵轴上的截距是逸出功的负值；斜率为普朗克常量． 2．光电效应规律中的两条线索、两个关系． (1)两条线索． (2)两个关系． ①光强增大→光子数目增多→发射光电子增多→光电流增大； ②光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大． (1)记住光电效应方程：Ek＝hν－W，应从能量守恒定律的角度进行理解． (2)遏止电压Uc与频率ν、W0的关系：由Ek＝eUc和Ek＝hν－W0，联立得Uc＝－. 四、 康普顿效应 1．康普顿效应． 用X射线照射物体时，一部分散射出来的X射线的波长会变长，这个现象称为康普顿效应．按照光的电磁理论，光波波长在散射前后应该不变，光的电磁理论再次遇到了困难． 2．光子的动量． 光电效应揭示出光的粒子性，每个光子携带的能量为ε＝hν，爱因斯坦进一步提出光子的动量应为p＝，式中λ为光波的波长． 3．康普顿效应的意义． (1)证明了爱因斯坦光子假说的正确性． (2)证明了光子具有能量． (3)证明了光子具有动量． 考点一：光电效应现象及其解释 例1.将锌板与验电器相连，验电器指针闭合。用紫外线灯照射锌板，验电器指针张开一定张角，如图所示。移去紫外线灯，验电器张角保持稳定。随后用红外线灯照射锌板，验电器指针张角保持不变。下列说法正确的是（　　） A．紫外线灯照射后，验电器带正电 B．延长红外线照射时间，验电器指针张角将增大 C．增大红外线光照强度，验电器指针张角将增大 D．用丝绸摩擦的玻璃棒靠近锌板，验电器指针张角将减小 例2.如图甲所示是探究光电效应规律的实验装置，图乙为某光电管发生光电效应时遏止电压与入射光频率的关系图像，已知光电子的电荷量为e，下列说法正确的是（　　） A．入射光的频率低于b时，给A、K两电极加大于a的正向电压，灵敏电流计中就有光电流通过 B．电极K的金属材料的逸出功为a C．对频率为3b的光，其打出的光电子的最大初动能为3ae D．入射光的频率为2b时，不是所有光电子的初动能都为ae 例3.如图1所示，阴极和阳极是密封在真空玻璃管中的两个电极，阴极在受到光照时能够发射光电子。阴极与阳极之间电压的大小可以调整，电源的正负极也可以对调。电源按图示极性连接时，闭合开关后，阳极吸收阴极发出的光电子，在电路中形成光电流。利用三束单色光分别照射图1装置的阴极，调节电压进行多次实验，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．单色光的频率大于单色光的频率 B．单色光的强度小于单色光的强度 C．三束光分别照射阴极发生光电效应，其中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．相同时间内单色光比单色光照射到阴极上的光子数少 考点二：光电流及其影响因素 例1.研究光电效应的电路如图所示。用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板，发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流。下列光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图像中，正确的是（     ） A． B． C． D． 例2.图甲所示为光电效应演示器，利用该演示器可以探究入射光强度、频率和光照时长对光电流的影响，入射光强度可以通过改变光罩上出射孔的数目或大小来改变，入射光的频率可以通过更换滤光片来改变。加正向电压时原理图如图乙所示，在始终发生光电效应的前提下，下列说法正确的是（　　） A．仅增大出射孔大小，电流计示数可能不变 B．仅减少出射孔数目，电流计示数一定减小 C．仅将红色滤光片换为蓝色，遏止电压一定减小 D．仅右移滑动变阻器的滑片，电流计示数一定增大 考点三：光子说 例1.我国科学家发现中微子与低温原子进行相干散射时，可以产生近红外光子。已知近红外光的频率范围为，普朗克常量为，电子电荷量为，则产生的近红外光子能量可能为（    ） A．2.5 eV B．2.0 eV C．1.0 eV D．0.1 eV 例2.激光打印机作为常用的办公设备，其核心部件需要用激光照射感光鼓，已知激光光子能量为E，普朗克常量为h，真空中光速为c，则该激光的波长λ为（　　） A． B． C． D． 考点四：爱因斯坦光电效应方程 例1.如图所示为光照射金属材料得到遏止电压随光的频率v变化的图线，已知逸出功为，普朗克常量为h，电子电荷量为e（），图线上有P和Q两点。下列说法正确的是（    ） A．图线描述了不同金属在各种频率光照射下随v变化的关系 B．图线的斜率是h C．图线与图中纵轴交点的截距绝对值为 D．用Q对应的光照射时逸出的电子最大初动能一定比P对应的光照射时大 例2.某同学在探究光电效应规律时，用不同波长的光线照射某种金属的表面发生了光电效应，得到光电子的最大初动能随入射光波长的倒数的变化图线如图所示，已知普朗克常量为，真空中的光速为。则下列判断正确的是（　　） A．图线的斜率为 B．该种金属的逸出功为 C．该种金属的截止频率为 D．要使该种金属发生光电效应，入射光的波长需要大于 例3.某金属在一束波长为的单色光的照射下发生光电效应，光电子的最大初动能为，已知普朗克常量为h，光速为c，则（　　） A．单色光的频率为 B．单色光的光子能量为 C．金属的逸出功为 D．金属的极限频率为 考点五：康普顿效应的现象及其解释 例1.动量守恒定律和能量守恒定律不仅适用于宏观物理过程，也适用于微观领域，是解释自然现象的重要规律。在研究石墨对射线的散射时，发现在散射的射线中，有波长与入射波长不同的成分，这个现象称为康普顿效应。科学家用光子与静止（或低速）电子碰撞的模型成功解释了这种效应。逆康普顿效应可看作光子与高速运动电子碰撞的过程，其动量和能量转移的方向与康普顿效应相反。下列说法正确的是（　　） A．康普顿效应中，散射光的波长与散射角无关 B．光子与静止的电子作用可能发生逆康普顿效应 C．光子与高速电子作用后波长变大 D．可见光与高速电子作用后可能产生射线 例2.康普顿在研究石墨对X射线的散射时，用X光对静止的电子进行照射，照射后电子获得速度的同时，X光光子的运动方向也会发生相应的改变。则（　　） A．康普顿效应说明X光具有波动性 B．散射后的光子虽然改变原来的运动方向，但频率保持不变 C．X光散射后与散射前相比，速度大小不变 D．当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把部分动量转移给电子，因此光子散射后频率变大 一、单选题 1．关于光电效应，下列说法正确的是（    ） A．光电效应现象说明光具有粒子性 B．金属的逸出功与入射光的频率有关 C．光电子的最大初动能与入射光的强弱有关 D．某单色光照射金属不能发生光电效应，是因为照射时间短 2．用不同频率的光照射某金属表面，测得遏止电压Uc与入射光频率的关系如图所示，图中直线交横轴于斜率为k。已知电子电荷量为e，则下列说法正确的是（     ） A．金属的极限频率为，逸出功为 B．普朗克常量可表示为 C．图线斜率k与入射光强度有关 D．若换用逸出功更小的金属，图线斜率将减小 3．如图所示，用导线把验电器与锌板相连接，当用紫外线（频率单一）照射锌板时发生了光电效应，下列说法正确的是（     ） A．有光子从锌板逸出 B．从锌板逸出的电子的动能均相同 C．验电器因带正电，指针张开一个角度 D．锌板带负电 4．研究光电效应规律的实验装置如图甲所示，用波长分别为、的单色光1、2照射同一阴极K，测得电流表示数I与电压表示数U的关系如图乙所示，电子电荷量为e。下列说法正确的是（　　） A．单色光2照射阴极K后，电子逸出的初动能大小一定为eUc2 B． C．测量遏止电压Uc时，开关应该闭合到1 D．光电效应实验证实了光具有波动性 5．两位六中同学尝试利用光电效应原理设计一款图像传感器，其设想是把外界的光线照射到传感器内部光电管阴极上形成光电流，电流信号被内置芯片识别处理后，最终形成清晰的数字照片。若两位同学尝试用外界单色光照射传感器，则下列有关设想正确的是（     ） A．若内置芯片无法接收到红光信号，其一定无法接收到紫光信号 B．仅延长外界光照时间，从阴极发出的光电子最大初动能不变 C．若减弱外界光照强度，阴极发射光电子的时间将延迟 D．若减弱外界光照强度，则图像传感器一定无法工作 6．如图所示，用同一束单色光、在同一条件下先后照射阴极材料为铯和钾的两个光电管，均能发生光电效应。已知钾的逸出功大于铯的逸出功，下列说法正确的是（　　） A．铯和钾的截止频率相同 B．单色光的频率一定小于铯的截止频率 C．单色光的频率一定大于钾的截止频率 D．钾光电管逸出光电子的最大初动能更大 7．研究光电效应现象的装置如图所示。图中K、A是密封在真空玻璃管中的两个电极，K极受到光照时能够发射电子。用光子能量为的光照射K极，滑动变阻器的滑片在图示位置时，电源接，电流表的读数为。已知K极材料的逸出功为。下列说法正确的是（　　） A．光电子的最大初动能为 B．图示位置电压表的读数大于 C．从图示位置向左移动滑片P，电流表读数变小 D．切换到供电，移动滑片P，电流表示数始终大于 8．在物理学发展过程中，很多伟大的物理学家对物理的发展都做出了杰出的贡献。关于物理学史，下列叙述与事实不相符的是（     ） A．普朗克提出能量量子化理论，并运用该理论对黑体辐射现象做出了理论解释 B．查德威克发现中子，为人类对原子能的利用奠定了基础 C．爱因斯坦发现光电效应，并提出光电效应方程从理论上完美地解释了光电效应的实验现象 D．康普顿用光子的模型成功解释了康普顿效应，首次在实验上证实了光子具有动量 9．三束单色光1、2和3的波长分别为、和（），分别用这三束光照射同一种金属，已知用光束2照射时，恰能产生光电子，下列说法正确的是（　　） A．用光束1照射时，能产生光电子 B．用光束3照射时，不能产生光电子 C．用光束2照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多 D．用光束2照射时，光越强，产生的光电子的最大初动能越大 10．在研究光电效应实验中，光电流与光电管两端电压的关系图线如图所示。若只增加入射单色光的强度，则（    ） A．变大 B．不变 C．变大 D．变小 11．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 二、多选题 12．如图甲，一块擦亮的锌板固定在绝缘支座上并与验电器连接。将一根与丝绸摩擦过的玻璃棒靠近锌板，验电器的箔片会张开。再用紫外线灯对锌板进行照射，现象如图乙所示，则（　　） A．图甲中的锌板带正电 B．图甲中的锌板带负电 C．图乙中从锌板表面逸出的粒子带正电 D．图乙中从锌板表面逸出的粒子带负电 13．在光电效应的实验中，某同学发现使用较弱的红光照射某金属时不能发生光电效应，使用绿光照射该金属时能发生光电效应。下列操作中一定能使该金属发生光电效应的是（　　） A．使用更强的红光照射 B．使用黄光照射 C．使用蓝光照射 D．使用紫外线照射 14．下列有关光电效应实验规律的描述，正确的是（    ） A．频率越大的光，饱和电流越大 B．若绿光能使某材料产生光电子、则紫光一定能使该材料产生光电子 C．同一频率的光，光照强度越强，遏止电压越大 D．光电效应的发生与光照强度大小无关、与光的频率有关 15．X射线光电子能谱仪是利用X光照射材料表面激发出光电子，并对光电子进行分析的科研仪器，用某一频率的X光照射某种金属表面，逸出了光电子，若增加此X光的强度，则（　　） A．该金属逸出功不变 B．X光的光子能量增大 C．逸出的光电子最大初动能不变 D．单位时间逸出的光电子数不变 14 学科网（北京）股份有限公司 $期末复习讲义 粤教版（2019）选择性必修第三册复习讲义 第八讲 光电效应 一、光电效应现象 1．光电效应现象 光电效应：在光的照射下金属中的电子从表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子． 特别提醒： （1）光电效应的实质是光现象转化为电现象． （2）定义中的光包括可见光和不可见光． 2．几个名词解释 （1）遏止电压：使光电流减小到零时的最小反向电压UC． (1)在强度和频率一定的光的照射下，回路中的光电流会随着反向电压的增加而减小，并且当反向电压达到某一数值时，光电流将会减小到零，我们把这时的电压称为遏止电压，用符号U0表示，光电子的最大初始动能与遏止电压的关系式为mv＝eU0． (2)实验表明：遏止电压只与入射光的频率有关，而与入射光的强度无关，也就是说光电子的最大初动能只与入射光的频率有关． （2）截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率（又叫极限频率）．不同的金属对应着不同的截止频率． （3）逸出功：电子从金属中逸出所需做功的最小值，叫做该金属的逸出功． 3．光电效应规律 （1）每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于极限频率才能产生光电效应． （2）光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大． （3）只要入射光的频率大于金属的极限频率，照到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10﹣9s，与光的强度无关． （4）当入射光的频率大于金属的极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成正比． 光电流的影响因素： 存在饱和电流：在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值。也就是说，在电流较小时电流随着电压的增大而增大；但当电流增大到一定值之后，即使电压再增大，电流也不会再进一步增大了。 这说明，在一定的光照条件下，单位时间内阴极K发射的光电子的数目是一定的，电压增加到一定值时，所有光电子都被阳极A吸收，这时即使再增大电压，电流也不会增大。 实验表明，在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大。这说明，对于一定频率（颜色）的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。 3.饱和光电流随电压变化的曲线如下图： 二、能量子假说和光子假说 1．能量子假说． (1)假说内容：物体热辐射所发出的电磁波的能量是不连续的，只能是hν的整数倍． (2)能量量子：hν被称为一个能量量子，其中ν是辐射频率，h是一个常量，称为普朗克常量，h＝6.63×10-34 J·s. (3)在微观世界里，物理量的取值通常是不连续的，只能取一些分立的值．这种物理量分立取值的现象称为量子化现象． 2．光子假说． (1)内容：光子说：1905年，爱因斯坦提出，光的能量不是连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个光子．一个光子的能量为ε＝hν，h是普朗克常量，ν是光的频率． (2)意义：利用光子假说可以完美地解释光电效应的各种特征． 光能量子E＝hν，光能是光子能量的整数倍，即E总＝nε＝nhν. 普朗克量子化理论，认为电磁波的能量是量子化的、不连续的，总能量是能量子的整数倍，即E总＝nε，其中ε＝hν，因此，只要知道电磁波的频率ν即可解答．光是一种电磁波，光能量子简称光子．其能量值是光能量的最小单位，ε＝hν，其中ν为光的频率，通常结合c＝λν，确定ε的值． 三．光电效应方程 （hν＝mv＋W0） 1．光电效应方程Ek＝hν－W0的四点理解． (1)式中的Ek是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时剩余动能大小可以是0～Ek范围内的任何数值． (2)光电效应方程实质上是能量守恒方程． ①能量为ε＝hν的光子被电子吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的动能． ②如果克服吸引力做功最少，为W0，则电子离开金属表面时动能最大，为Ek，根据能量守恒定律可知：Ek＝hν－W0. (3)光电效应方程包含了产生光电效应的条件．若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，即Ek＝hν－W0>0，亦即hν>W0，ν>＝νc，而νc＝恰好是光电效应的截止频率． (4)Ekν曲线． 如图所示的是光电子最大初动能Ek随入射光频率ν的变化曲线．图中横轴上的截距是截止频率或极限频率；纵轴上的截距是逸出功的负值；斜率为普朗克常量． 2．光电效应规律中的两条线索、两个关系． (1)两条线索． (2)两个关系． ①光强增大→光子数目增多→发射光电子增多→光电流增大； ②光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大． (1)记住光电效应方程：Ek＝hν－W，应从能量守恒定律的角度进行理解． (2)遏止电压Uc与频率ν、W0的关系：由Ek＝eUc和Ek＝hν－W0，联立得Uc＝－. 四、 康普顿效应 1．康普顿效应． 用X射线照射物体时，一部分散射出来的X射线的波长会变长，这个现象称为康普顿效应．按照光的电磁理论，光波波长在散射前后应该不变，光的电磁理论再次遇到了困难． 2．光子的动量． 光电效应揭示出光的粒子性，每个光子携带的能量为ε＝hν，爱因斯坦进一步提出光子的动量应为p＝，式中λ为光波的波长． 3．康普顿效应的意义． (1)证明了爱因斯坦光子假说的正确性． (2)证明了光子具有能量． (3)证明了光子具有动量． 考点一：光电效应现象及其解释 例1.将锌板与验电器相连，验电器指针闭合。用紫外线灯照射锌板，验电器指针张开一定张角，如图所示。移去紫外线灯，验电器张角保持稳定。随后用红外线灯照射锌板，验电器指针张角保持不变。下列说法正确的是（　　） A．紫外线灯照射后，验电器带正电 B．延长红外线照射时间，验电器指针张角将增大 C．增大红外线光照强度，验电器指针张角将增大 D．用丝绸摩擦的玻璃棒靠近锌板，验电器指针张角将减小 【答案】A 【详解】A．紫外线照射锌板时发生光电效应，锌板的电子逸出，锌板失去电子带正电，验电器与锌板相连，因此验电器也带正电，故A正确； BC．光电效应的发生条件是入射光频率大于金属的极限频率，与照射时间、光照强度无关。题干中红外线照射后验电器张角不变，说明红外线频率低于锌板的极限频率，不能发生光电效应，因此延长照射时间、增大光照强度都不会使张角增大，故BC错误； D．丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，靠近原本带正电的锌板时，根据静电感应，正电荷会被排斥向远端的验电器移动，验电器带电量增加，指针张角会增大，故D错误。 故选A。 例2.如图甲所示是探究光电效应规律的实验装置，图乙为某光电管发生光电效应时遏止电压与入射光频率的关系图像，已知光电子的电荷量为e，下列说法正确的是（　　） A．入射光的频率低于b时，给A、K两电极加大于a的正向电压，灵敏电流计中就有光电流通过 B．电极K的金属材料的逸出功为a C．对频率为3b的光，其打出的光电子的最大初动能为3ae D．入射光的频率为2b时，不是所有光电子的初动能都为ae 【答案】D 【详解】A．入射光频率低于，即低于极限频率，不会发生光电效应，无论加多大正向电压，都没有光电流，故A错误； B．K金属的逸出功为，不是，故B错误； C．入射光频率为时，最大初动能，故C错误； D．入射光频率为时，只有光电子的最大初动能为 大部分光电子逸出过程中能量损失较多，初动能小于，因此不是所有光电子初动能都为，故D正确。 故选D。 例3.如图1所示，阴极和阳极是密封在真空玻璃管中的两个电极，阴极在受到光照时能够发射光电子。阴极与阳极之间电压的大小可以调整，电源的正负极也可以对调。电源按图示极性连接时，闭合开关后，阳极吸收阴极发出的光电子，在电路中形成光电流。利用三束单色光分别照射图1装置的阴极，调节电压进行多次实验，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．单色光的频率大于单色光的频率 B．单色光的强度小于单色光的强度 C．三束光分别照射阴极发生光电效应，其中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．相同时间内单色光比单色光照射到阴极上的光子数少 【答案】D 【详解】AC．根据光电效应规律， 遏止电压绝对值越大，光的频率越高，光电子的最大初动能越大 ；a、c的遏止电压绝对值相等，且小于b的遏止电压绝对值，因此 ，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AC错误； BD．a、c两单色光频率相同，a饱和光电流更大，所以单色光的强度大于单色光的强度，相同时间内单色光比单色光照射到阴极上的光子数少，故B错误，D正确。 故选 D。 考点二：光电流及其影响因素 例1.研究光电效应的电路如图所示。用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板，发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流。下列光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图像中，正确的是（     ） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】由于光的频率相同，由光电效应方程可知逸出的光电子最大初动能相等，则遏止电压相同，光越强发射的光电子的数目越多，对应的饱和光电流越大，故ABD错误，C正确。 故选C。 例2.图甲所示为光电效应演示器，利用该演示器可以探究入射光强度、频率和光照时长对光电流的影响，入射光强度可以通过改变光罩上出射孔的数目或大小来改变，入射光的频率可以通过更换滤光片来改变。加正向电压时原理图如图乙所示，在始终发生光电效应的前提下，下列说法正确的是（　　） A．仅增大出射孔大小，电流计示数可能不变 B．仅减少出射孔数目，电流计示数一定减小 C．仅将红色滤光片换为蓝色，遏止电压一定减小 D．仅右移滑动变阻器的滑片，电流计示数一定增大 【答案】B 【详解】A．增大出射孔大小，入射光子数变多，打出的光电子个数变多，且该电源是正向电压，饱和光电流增大，即使未达到饱和，正向电压也会让已经从金属表面逸出的电子经可能飞向阳极A；A错误 B. 减少出射孔数目，入射光子数减少，打出的光电子个数变少，该电源是正向电压，饱和光电流减小，即使未达到饱和，正向电压也会让已经从金属表面逸出的电子经可能飞向阳极A，光电子已经减少的情况下，电流计示数减小；B正确 C．仅将红色滤光片换为蓝色，入射光频率变大，根据 可得遏止电压一定增大，故C错误； D．仅右移滑动变阻器的滑片，正向电压增大，若此时光电流已达饱和，电压增大电流也不会再增大，电流计示数不一定增大，故D错误。 故选B。 考点三：光子说 例1.我国科学家发现中微子与低温原子进行相干散射时，可以产生近红外光子。已知近红外光的频率范围为，普朗克常量为，电子电荷量为，则产生的近红外光子能量可能为（    ） A．2.5 eV B．2.0 eV C．1.0 eV D．0.1 eV 【答案】C 【详解】光子能量公式为，且，先计算近红外光子的能量范围： 最小能量：当时， 最大能量：当时， 即近红外光子能量范围为。 故选C。 例2.激光打印机作为常用的办公设备，其核心部件需要用激光照射感光鼓，已知激光光子能量为E，普朗克常量为h，真空中光速为c，则该激光的波长λ为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】频率与波长的关系为 因为 联立解得 故选A。 考点四：爱因斯坦光电效应方程 例1.如图所示为光照射金属材料得到遏止电压随光的频率v变化的图线，已知逸出功为，普朗克常量为h，电子电荷量为e（），图线上有P和Q两点。下列说法正确的是（    ） A．图线描述了不同金属在各种频率光照射下随v变化的关系 B．图线的斜率是h C．图线与图中纵轴交点的截距绝对值为 D．用Q对应的光照射时逸出的电子最大初动能一定比P对应的光照射时大 【答案】D 【详解】A．由光电效应方程和动能定理结合有 即 图线描述同一金属在各种频率光照射下随v变化的关系，A错误； B．图线斜率为，B错误； C．图线与图中横轴交点的截距绝对值为，C错误； D．由光电效应方程 Q对应的光频率大，最大初动能大，D正确。 故选D。 例2.某同学在探究光电效应规律时，用不同波长的光线照射某种金属的表面发生了光电效应，得到光电子的最大初动能随入射光波长的倒数的变化图线如图所示，已知普朗克常量为，真空中的光速为。则下列判断正确的是（　　） A．图线的斜率为 B．该种金属的逸出功为 C．该种金属的截止频率为 D．要使该种金属发生光电效应，入射光的波长需要大于 【答案】A 【详解】A．根据爱因斯坦光电效应方程 结合频率与波长的关系 代入整理得： 由推导式可知，关于的一次函数图线，斜率为，故A正确； B．由图可知，当时 代入得 解得逸出功 故B错误； C．截止频率满足 ，得 故C错误； D．发生光电效应需要，即 整理得 即入射光波长需要小于 故D错误； 故选A。 例3.某金属在一束波长为的单色光的照射下发生光电效应，光电子的最大初动能为，已知普朗克常量为h，光速为c，则（　　） A．单色光的频率为 B．单色光的光子能量为 C．金属的逸出功为 D．金属的极限频率为 【答案】C 【详解】A．先明确核心公式：光速与波长、频率的关系 光子能量公式 光电效应方程 极限频率满足（为金属逸出功，为极限频率） 由得单色光频率，故A错误； B．光子能量故B错误； C．根据光电效应方程变形得，故C正确； D．极限频率，故D错误。 故选C。 考点五：康普顿效应的现象及其解释 例1.动量守恒定律和能量守恒定律不仅适用于宏观物理过程，也适用于微观领域，是解释自然现象的重要规律。在研究石墨对射线的散射时，发现在散射的射线中，有波长与入射波长不同的成分，这个现象称为康普顿效应。科学家用光子与静止（或低速）电子碰撞的模型成功解释了这种效应。逆康普顿效应可看作光子与高速运动电子碰撞的过程，其动量和能量转移的方向与康普顿效应相反。下列说法正确的是（　　） A．康普顿效应中，散射光的波长与散射角无关 B．光子与静止的电子作用可能发生逆康普顿效应 C．光子与高速电子作用后波长变大 D．可见光与高速电子作用后可能产生射线 【答案】D 【详解】A．康普顿散射的波长偏移满足公式 ，其中为散射角，可知散射光波长与散射角有关，故A错误； B．根据题干定义，逆康普顿效应是光子与高速运动电子碰撞的过程，光子与静止电子作用只会发生普通康普顿效应，故B错误； C．光子与高速电子发生逆康普顿效应时，高速电子将部分能量转移给光子，光子能量增大，由光子能量公式可知，光子波长会变小，故C错误； D．可见光光子能量较低，与高速电子作用后获得能量，频率升高、波长变短，可达到X射线的能量/波长范围，因此可能产生X射线，故D正确。 故选D。 例2.康普顿在研究石墨对X射线的散射时，用X光对静止的电子进行照射，照射后电子获得速度的同时，X光光子的运动方向也会发生相应的改变。则（　　） A．康普顿效应说明X光具有波动性 B．散射后的光子虽然改变原来的运动方向，但频率保持不变 C．X光散射后与散射前相比，速度大小不变 D．当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把部分动量转移给电子，因此光子散射后频率变大 【答案】C 【详解】A．康普顿效应中光子与电子的碰撞涉及动量转移，直接表明光的粒子性，故A错误； B．散射后光子频率因动量减少而降低（波长变长），故B错误； C．光子的速度恒为光速c，散射仅改变方向，速度不变，故C正确； D．光子与电子碰撞时，将部分动量转移给电子，根据动量公式，动量减少会导致光子频率降低，而非变大，故D错误。 故选C。 一、单选题 1．关于光电效应，下列说法正确的是（    ） A．光电效应现象说明光具有粒子性 B．金属的逸出功与入射光的频率有关 C．光电子的最大初动能与入射光的强弱有关 D．某单色光照射金属不能发生光电效应，是因为照射时间短 【答案】A 【详解】A．光电效应中光子以分立能量子的形式与电子发生一对一相互作用，该现象直接证实了光具有粒子性，故A正确； B．金属的逸出功是金属的固有属性，仅由金属自身材料决定，与入射光的频率无关，故B错误； C．根据爱因斯坦光电效应方程，光电子的最大初动能仅和入射光频率、金属逸出功有关，与入射光强弱无关，故C错误； D．光电效应的发生条件是入射光频率不低于金属的极限频率，与照射时间无关，单色光不能发生光电效应是因为其频率低于金属极限频率，故D错误。 故选A。 2．用不同频率的光照射某金属表面，测得遏止电压Uc与入射光频率的关系如图所示，图中直线交横轴于斜率为k。已知电子电荷量为e，则下列说法正确的是（     ） A．金属的极限频率为，逸出功为 B．普朗克常量可表示为 C．图线斜率k与入射光强度有关 D．若换用逸出功更小的金属，图线斜率将减小 【答案】A 【详解】A．根据光电效应方程和遏止电压的定义推导关系： 光电子最大初动能满足 结合光电效应方程 （为逸出功，为入射光频率） 联立整理得： 该式为的一次函数，斜率 ，因此 当遏止电压时，入射光频率等于金属极限频率，由题意极限频率为，代入得，整理得逸出功，A正确； B．由推导得，不是，B错误； C．图线斜率，为普朗克常量、为电子电荷量，都是常数，与入射光强度无关，C错误； D．斜率，与金属逸出功无关，换用逸出功更小的金属，图线斜率不变，D错误。 故选A 。 3．如图所示，用导线把验电器与锌板相连接，当用紫外线（频率单一）照射锌板时发生了光电效应，下列说法正确的是（     ） A．有光子从锌板逸出 B．从锌板逸出的电子的动能均相同 C．验电器因带正电，指针张开一个角度 D．锌板带负电 【答案】C 【详解】A．光电效应是指光照射在金属表面上，使金属内部的电子吸收能量逸出金属表面的现象，逸出的是电子（光电子），而不是光子，故A错误； B．根据爱因斯坦光电效应方程 从金属表面逸出的光电子具有的最大初动能为；由于金属内部电子在逸出过程中克服阻力做功不同，逸出的电子动能介于之间，并不均相同，故B错误； CD．锌板在紫外线照射下发生光电效应，电子从锌板表面逸出，锌板因失去电子而带正电。锌板与验电器用导线连接，验电器也带上正电，同种电荷相互排斥，指针张开一个角度，故C正确，D错误。 故选C。 4．研究光电效应规律的实验装置如图甲所示，用波长分别为、的单色光1、2照射同一阴极K，测得电流表示数I与电压表示数U的关系如图乙所示，电子电荷量为e。下列说法正确的是（　　） A．单色光2照射阴极K后，电子逸出的初动能大小一定为eUc2 B． C．测量遏止电压Uc时，开关应该闭合到1 D．光电效应实验证实了光具有波动性 【答案】C 【详解】A．遏止电压满足 即逸出光电子的最大初动能为，并非所有电子的初动能都等于该值，故A错误； B．由光电效应方程 可知遏止电压越大，频率越大，波长越小，结合题图可得，故B错误； C．测量遏止电压时，需加反向电压使光电子做减速运动，开关应闭合到1，故C正确； D．光电效应实验证实了光具有粒子性，故D错误。 故选C。 5．两位六中同学尝试利用光电效应原理设计一款图像传感器，其设想是把外界的光线照射到传感器内部光电管阴极上形成光电流，电流信号被内置芯片识别处理后，最终形成清晰的数字照片。若两位同学尝试用外界单色光照射传感器，则下列有关设想正确的是（     ） A．若内置芯片无法接收到红光信号，其一定无法接收到紫光信号 B．仅延长外界光照时间，从阴极发出的光电子最大初动能不变 C．若减弱外界光照强度，阴极发射光电子的时间将延迟 D．若减弱外界光照强度，则图像传感器一定无法工作 【答案】B 【详解】A．红光的频率低于紫光，若芯片无法接收到红光信号，说明红光没有产生光电效应，即红光的频率低于极限频率，但紫光频率更高，可能高于极限频率，有可能产生光电效应并被接收，故A错误； B．根据 光电子的最大初动能只和入射光的频率以及金属的逸出功有关，和光照时间无关，所以仅延长光照时间，最大初动能不变，故B正确； C．光电效应的发生具有瞬时性，和光照强度无关，减弱光照强度不会延迟光电子的发射时间，只是单位时间内发射的光电子数减少，故C错误； D．减弱光照强度，只要入射光频率大于截止频率，仍然能发生光电效应，只是单位时间逸出的光电子数减少，光电流减弱，传感器并非一定无法工作，故D错误。 故选B。 6．如图所示，用同一束单色光、在同一条件下先后照射阴极材料为铯和钾的两个光电管，均能发生光电效应。已知钾的逸出功大于铯的逸出功，下列说法正确的是（　　） A．铯和钾的截止频率相同 B．单色光的频率一定小于铯的截止频率 C．单色光的频率一定大于钾的截止频率 D．钾光电管逸出光电子的最大初动能更大 【答案】C 【详解】A．截止频率由金属材料自身决定，材料不相同，截止频率不相同，可知，铯和钾的截止频率不相同，故A错误； BC．单色光照射铯和钾的两个光电管，均能发生光电效应，可知，单色光的频率一定大于铯和钾的截止频率，故B错误，C正确； D．根据 由于钾的逸出功大于铯的逸出功，则钾光电管逸出光电子的最大初动能更小，故D错误。 故选C。 7．研究光电效应现象的装置如图所示。图中K、A是密封在真空玻璃管中的两个电极，K极受到光照时能够发射电子。用光子能量为的光照射K极，滑动变阻器的滑片在图示位置时，电源接，电流表的读数为。已知K极材料的逸出功为。下列说法正确的是（　　） A．光电子的最大初动能为 B．图示位置电压表的读数大于 C．从图示位置向左移动滑片P，电流表读数变小 D．切换到供电，移动滑片P，电流表示数始终大于 【答案】D 【详解】A．根据爱因斯坦光电效应方程 代入，得，故A错误； B．电路接时，K接正、A接负，光电管加反向电压。此时有光电流，说明反向电压小于遏止电压，因此电压表读数应小于，故B错误； C．图示位置接，滑片左移时会使反向电压减小。反向电压减小，光电流应增大，而非减小，故C错误； D．切换到后，光电管加正向电压。即使滑片移到使电压为零，由于没有反向电场阻碍，那些原本被遏止的低动能电子也能到达A极，因此光电流必然大于原来反向电压时的；正向电压增大时，电流继续增大直至饱和，故始终大于，故D正确。 故选D。 8．在物理学发展过程中，很多伟大的物理学家对物理的发展都做出了杰出的贡献。关于物理学史，下列叙述与事实不相符的是（     ） A．普朗克提出能量量子化理论，并运用该理论对黑体辐射现象做出了理论解释 B．查德威克发现中子，为人类对原子能的利用奠定了基础 C．爱因斯坦发现光电效应，并提出光电效应方程从理论上完美地解释了光电效应的实验现象 D．康普顿用光子的模型成功解释了康普顿效应，首次在实验上证实了光子具有动量 【答案】C 【详解】A．普朗克为解释黑体辐射的实验规律提出能量量子化理论，完美解释了黑体辐射现象，故A正确； B．查德威克通过实验发现中子，明确了原子核的组成结构，为原子能的利用奠定了基础，故B正确； C．光电效应现象最早由赫兹发现，爱因斯坦提出光子说和光电效应方程，从理论上解释了光电效应的实验规律，并非爱因斯坦发现光电效应，故C错误； D．康普顿利用光子模型成功解释了康普顿效应，该实验首次证实了光子不仅具有能量，还具有动量，故D正确。 由于本题选择错误的，故选C。 9．三束单色光1、2和3的波长分别为、和（），分别用这三束光照射同一种金属，已知用光束2照射时，恰能产生光电子，下列说法正确的是（　　） A．用光束1照射时，能产生光电子 B．用光束3照射时，不能产生光电子 C．用光束2照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多 D．用光束2照射时，光越强，产生的光电子的最大初动能越大 【答案】C 【详解】AB．根据真空中波长与频率的关系 可得到 光束2能使金属恰好产生光电子，说明光束2的频率刚好是材料的截止频率，只有光束的频率大于等于截止频率时能够发生光电效应，所以光束1不能使材料产生光电子，光束3可以使材料产生光电子，故AB错误； C．光束2能够使材料发生光电效应，光越强，单位时间内照射到材料上的光子数目越多，产生的光电子数目也越多，故C正确； D．光电子的最大初动能公式为 光的强度对最大初动能没有影响，故D错误。 故选C。 10．在研究光电效应实验中，光电流与光电管两端电压的关系图线如图所示。若只增加入射单色光的强度，则（    ） A．变大 B．不变 C．变大 D．变小 【答案】A 【详解】AB．饱和光电流 的大小与入射光的强度成正比。当只增加入射单色光的强度时，单位时间内入射的光子数增多，导致单位时间内从金属表面逸出的光电子数增多，因此饱和光电流 变大，故A正确，B错误； CD．根据爱因斯坦光电效应方程 和动能定理 ，可得遏止电压 只增加入射光的强度，入射光的频率 不变，金属的逸出功 不变，因此遏止电压 不变，故CD错误； 故选A。 11．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。 二、多选题 12．如图甲，一块擦亮的锌板固定在绝缘支座上并与验电器连接。将一根与丝绸摩擦过的玻璃棒靠近锌板，验电器的箔片会张开。再用紫外线灯对锌板进行照射，现象如图乙所示，则（　　） A．图甲中的锌板带正电 B．图甲中的锌板带负电 C．图乙中从锌板表面逸出的粒子带正电 D．图乙中从锌板表面逸出的粒子带负电 【答案】BD 【详解】AB．丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，靠近原本电中性的锌板-验电器系统时，发生静电感应。锌板中的自由电子被带正电的玻璃棒吸引，向靠近玻璃棒的一侧移动，因此锌板积累多余电子，带负电，验电器因失去电子带正电，使箔片张开。因此A错误，B正确； CD． 紫外线照射锌板发生光电效应，从锌板表面逸出的粒子是光电子，带负电。因此C错误，D正确。 故选BD。 13．在光电效应的实验中，某同学发现使用较弱的红光照射某金属时不能发生光电效应，使用绿光照射该金属时能发生光电效应。下列操作中一定能使该金属发生光电效应的是（　　） A．使用更强的红光照射 B．使用黄光照射 C．使用蓝光照射 D．使用紫外线照射 【答案】CD 【详解】A．更强的红光频率不变，由题意知红光的频率小于该金属的截止频率，无法发生光电效应，故A错误； B．黄光频率介于红光和绿光之间，可能小于该金属的截止频率，不一定能发生光电效应，故B错误； C．蓝光频率，一定能发生光电效应，故C正确； D．紫外线频率，一定能发生光电效应，故D正确。 故选CD。 14．下列有关光电效应实验规律的描述，正确的是（    ） A．频率越大的光，饱和电流越大 B．若绿光能使某材料产生光电子、则紫光一定能使该材料产生光电子 C．同一频率的光，光照强度越强，遏止电压越大 D．光电效应的发生与光照强度大小无关、与光的频率有关 【答案】BD 【详解】A．饱和电流与光的强度有关，与频率无关。频率越大，光子能量越大，但饱和电流取决于单位时间内入射的光子数（即光强）。A错误。 B．紫光的频率高于绿光。根据光电效应条件，只要入射光频率大于金属的极限频率，就能产生光电效应。既然绿光能使材料产生光电子，说明绿光频率大于极限频率，那么频率更高的紫光一定也能产生光电子。B正确。 C．遏止电压与光电子的最大初动能有关，由公式 可知，同一频率的光，遏止电压相同，与光照强度无关。C错误。 D．光电效应的发生条件是入射光频率大于金属的极限频率，与光照强度无关。D正确。 故选BD。 15．X射线光电子能谱仪是利用X光照射材料表面激发出光电子，并对光电子进行分析的科研仪器，用某一频率的X光照射某种金属表面，逸出了光电子，若增加此X光的强度，则（　　） A．该金属逸出功不变 B．X光的光子能量增大 C．逸出的光电子最大初动能不变 D．单位时间逸出的光电子数不变 【答案】AC 【详解】A．金属的逸出功是金属的自身固有属性，仅与金属自身有关，增加此X光的强度，该金属逸出功不变，故A正确； B．若增加此X光的强度，X光的频率不变，根据光子能量公式可知，X光的光子能量不变，故B错误； C．若增加此X光的强度，X光的频率不变，根据爱因斯坦光电方程，可知逸出的光电子最大初动能不变，故C正确； D．增加此X光的强度，单位时间照射到金属表面的光子变多，则单位时间逸出的光电子数增多，故D错误。 故选AC。 14 学科网（北京）股份有限公司 $