考情分析試題情境生活實踐類醫用放射性核素、霓虹燈、氖管、光譜儀、原子鐘、威耳遜云室、射線測厚儀、原子彈、反應堆與核電站、太陽、氫彈、環流器裝置等學習探究類光電效應現象、光的波粒二象性、原子的核式結構模型、氫原子光譜、原子的能級結構、射線的危害與防護、原子核的結合能、核裂變反應和核聚變反應等第83課時光電效應目標要求1.掌握黑體輻射的定義及其實驗規律，理解能量量子化的意義。2.理解光電效應現象及光電效應的實驗規律。會利用光電效應方程計算逸出功、截止頻率、最大初動能等物理量。3.會分析光電效應常見的三類圖像?？键c一黑體輻射能量子1.熱輻射(1)定義：周圍的一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關，所以叫作熱輻射。(2)特點：熱輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度不同而有所不同。2.黑體、黑體輻射的實驗規律(1)黑體：能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發生反射的物體。(2)黑體輻射的實驗規律①黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關。②隨著溫度的升高，一方面，各種波長的輻射強度都有增加，另一方面，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，如圖。3.能量量子化(1)能量子：普朗克認為，當帶電微粒輻射或吸收能量時，只能輻射或吸收某個最小能量值ε的整數倍，這個不可再分的最小能量值ε叫作能量子。(2)能量子大?。害牛絟ν，其中ν是帶電微粒吸收或輻射電磁波的頻率，h被稱為普朗克常量。h＝6.62607015×10－34J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s)。4.光子(1)光子及光子能量：愛因斯坦認為，光本身是由一個個不可分割的能量子組成，頻率為ν的光的能量子ε＝hν，稱為光子。(2)光子的動量：①康普頓認為，光子不僅具有能量，而且具有動量，光子的動量p與光的波長λ和普朗克常量h有關。三者關系為p＝hλ②在康普頓效應中，當入射的光子與晶體中的電子碰撞時，要把一部分動量轉移給電子，光子動量可能會變小，波長λ變大。1.黑體能夠反射各種波長的電磁波，但不會輻射電磁波。(×)2.黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度有關，隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都增加，輻射強度極大值向波長較短的方向移動。(√)3.玻爾為得出黑體輻射的強度按波長分布的公式，提出了能量子的假說。(×)4.微觀粒子的能量是量子化的，即微觀粒子的能量是分立的。(√)例1(2023·江蘇卷·14)“夸父一號”太陽探測衛星可以觀測太陽輻射的硬X射線。硬X射線是波長很短的光子，設波長為λ。若太陽均勻地向各個方向輻射硬X射線，衛星探測儀鏡頭正對著太陽，每秒接收到N個該種光子。已知探測儀鏡頭面積為S，衛星離太陽中心的距離為R，普朗克常量為h，光速為c，求：(1)每個光子的動量p和能量E；(2)太陽輻射硬X射線的總功率P。答案(1)hλhcλ(2解析(1)由題意可知每個光子的動量為p＝h每個光子的能量為E＝hν＝hc(2)太陽輻射的硬X射線光子以球面波的形式均勻地向各個方向輻射，以太陽為球心，半徑為R的球面上每平方米面積上接收到的光子數相同，太陽每秒輻射光子的總能量E總＝P①面積為S的鏡頭每秒接收到的輻射光子的能量E1＝S4πR2·E總＝又E1＝Nhν＝Nhcλ③聯立①②③解得P＝4πR球面輻射模型設一個點光源或球光源輻射光子的功率為P0，它以球面波的形式均勻向外輻射光子，在一段很短的時間Δt內輻射的能量E＝P0·Δt，到光源的距離為R處有個正對光源的面積為S的接收器，如圖所示，則在Δt內接收器接收到的輻射光子能量E'＝S4πR2E考點二光電效應1.光電效應及其規律(1)光電效應現象照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出的現象稱為光電效應，這種電子常稱為光電子。(2)光電效應規律①每種金屬都有一個截止頻率νc，也稱作極限頻率，入射光的頻率必須大于或等于這個截止頻率才能產生光電效應。②光電子的最大初動能與入射光的強度無關，只隨入射光頻率的增大而增大。③光電效應的發生幾乎是瞬時的，一般不超過10－9s。④當入射光的頻率大于或等于截止頻率時，在光的顏色不變的情況下，入射光越強，逸出的光電子數越多，飽和電流越大，逸出光電子的數目與入射光的強度成正比，飽和電流的大小與入射光的強度成正比。2.愛因斯坦光電效應方程表達式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0。(1)物理意義：金屬表面的電子吸收一個光子獲得的能量是hν，這些能量的一部分用來克服金屬的逸出功W0，剩下的表現為逸出后電子的最大初動能。(2)逸出功W0：電子從金屬中逸出所需做功的最小值叫作這種金屬的逸出功，逸出功W0與金屬的截止頻率的關系為W0＝hνc。(3)最大初動能：發生光電效應時，金屬表面上的電子吸收光子后克服原子核的引力逸出時所具有的動能的最大值。Ek＝12mevc2，可以利用光電管實驗的方法測得，最大初動能與遏止電壓Uc的關系為Ek＝1.光子和光電子都不是實物粒子。(×)2.用紫外線燈照射鋅板，驗電器箔片張開，此時鋅板帶正電；若改用紅光照射鋅板，發現驗電器箔片不張開，說明紅外線的頻率小于鋅的截止頻率。(√)3.只要入射光的強度足夠大，就可以使金屬發生光電效應。(×)4.要使某金屬發生光電效應，入射光子的能量必須大于或等于該金屬的逸出功。(√)5.光電子的最大初動能與入射光子的頻率成正比。(×)例2(多選)(2024·黑吉遼·8)X射線光電子能譜儀是利用X光照射材料表面激發出光電子，并對光電子進行分析的科研儀器，用某一頻率的X光照射某種金屬表面，逸出了光電子，若增加此X光的強度，則()A.該金屬逸出功增大B.X光的光子能量不變C.逸出的光電子最大初動能增大D.單位時間逸出的光電子數增多答案BD解析金屬的逸出功是金屬的自身固有屬性，僅與金屬自身有關，增加此X光的強度，該金屬逸出功不變，故A錯誤；根據光子能量公式ε＝hν可知增加此X光的強度，X光的光子能量不變，故B正確；根據愛因斯坦光電效應方程Ekm＝hν－W0，可知增加此X光的強度，逸出的光電子最大初動能不變，故C錯誤；增加此X光的強度，單位時間照射到金屬表面的光子變多，則單位時間逸出的光電子數增多，故D正確。例3(九省聯考·河南·16)某光源包含不同頻率的光，光的強度與頻率的關系如圖所示。表中給出了一些金屬的截止頻率νc，用該光源照射這些金屬。則()金屬νc/(×1014Hz)銫4.69鈉5.53鋅8.06鎢10.95A.僅銫能產生光電子B.僅銫、鈉能產生光電子C.僅銫、鈉、鋅能產生光電子D.都能產生光電子答案C解析根據愛因斯坦光電效應方程Ek＝hν－W0金屬的逸出功為W0＝hνc由題圖可知光源中光的頻率范圍為1.5×1014Hz≤ν≤9×1014Hz則僅銫、鈉、鋅能產生光電子。故選C。例4鋁的逸出功是4.2eV，現在用波長為200nm的光照射鋁的表面，取元電荷e＝1.60×10－19C，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，真空中光速c＝3×108m/s，求：(結果均保留1位有效數字)(1)光電子的最大初動能；(2)遏止電壓；(3)鋁的截止頻率。答案(1)2eV(2)2V(3)1×1015Hz解析(1)入射光子的能量ε＝hν＝hc得ε≈6.2eV，由光電效應方程Ek＝hν－W0，得Ek＝2eV(2)由Ek＝eUc，得Uc＝2V(3)由W0＝hνc，得νc≈1×1015Hz。光電效應的分析思路考點三光電效應中常見的三類圖像1.Ek－ν圖像(1)寫出最大初動能Ek與入射光頻率ν的關系式：Ek＝hν－W0＝h(ν－νc)。(2)由圖像獲得的信息：①圖線與ν軸交點的橫坐標：截止頻率νc。②圖線與Ek軸交點坐標的絕對值：逸出功W0。③圖線的斜率：普朗克常量h。2.Uc－ν圖像(此時兩極間接反向電壓)(1)寫出遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關系式Uc＝he(ν－νc)(2)由圖像獲得的信息：①圖線與橫軸交點的坐標：截止頻率νc。②圖線的斜率k＝he3.光電流I與電壓的關系(用同一光電管做實驗)(1)甲、乙兩種色光比較：兩種色光對應的光電子最大初動能Ek甲＝Ek乙，兩色光頻率ν甲＝ν乙，兩種色光對應的截止頻率νc甲＝νc乙，兩種色光強度關系為甲光較強。(2)丙、丁兩種色光的比較：兩種色光對應的光電子最大初動能Ek丙<Ek丁，兩色光頻率ν丙<ν??；兩種色光對應的截止頻率νc丙＝νc丁。例5(多選)(2025·山東濟寧市?？?在研究甲、乙兩種金屬光電效應現象的實驗中，光電子的最大初動能Ek與入射光頻率ν的關系如圖所示，則()A.兩條圖線與橫軸的夾角α和β可能不相等B.若用同種頻率的光照射這兩種金屬均能發生光電效應，則甲的遏止電壓大于乙的遏止電壓C.若某一頻率的光可以使乙金屬發生光電效應，則一定也能使甲金屬發生光電效應D.甲金屬的逸出功小于乙金屬的逸出功答案BCD解析由光電效應方程有Ek＝hν－W0，可知Ek－ν圖像的斜率為普朗克常量，所以兩圖像的斜率一定相等，即α和β一定相等，故A錯誤；由Ek＝hν－W0＝h(ν－νc)可知，圖像與橫坐標的交點為截止頻率，則甲的截止頻率小，又因為W0＝hνc，所以甲的逸出功小，用同種光照射兩種金屬發生光電效應，則甲的光電子的最大初動能大，由因為eUc＝Ek，所以甲的遏止電壓大于乙的遏止電壓，故B、D正確；由上述分析可知，甲的截止頻率小，所以當乙可以在某一頻率的光照射下發生光電效應時，該光也一定可以使甲發生光電效應，故C正確。例6(2024·山東威海市檢測)圖甲為研究光電效應的實驗裝置，用不同頻率的單色光照射陰極K，正確操作下，記錄相應電表示數并繪制如圖乙所示的Uc－ν圖像，當頻率為ν1時繪制了如圖丙所示的I－U圖像，圖中所標數據均為已知量，則下列說法正確的是()A.飽和電流I0與K、A之間的電壓有關B.測量遏止電壓Uc時，滑片P應向b移動C.陰極K的逸出功W0＝eD.普朗克常量h＝U答案C解析飽和電流只與入射光的強度有關，與外加電壓無關，故A錯誤；測量遏止電壓Uc時，光電管應接反向電壓，滑片P應向a移動，故B錯誤；根據光電效應方程Ek＝hν－W0，根據動能定理eUc＝Ek，整理得Uc＝heν－W0e，則Uc－ν圖像的斜率為k＝he＝Uc2-Uc1ν2-ν1，解得普朗克常量h＝(Uc2-Uc1)eν2-ν1，故D錯誤；根據課時精練(分值：60分)1~6題每小題5分，共30分1.下列描繪兩種溫度下黑體輻射強度與波長關系的圖中，符合黑體輻射規律的是()答案A解析黑體輻射的特點是：隨著溫度的升高，一方面，各種波長的輻射強度都有增加，另一方面，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，故選A。2.關于光電效應，下列說法正確的是()A.截止頻率越大的金屬材料逸出功越大B.只要光照射的時間足夠長，任何金屬都能發生光電效應C.從金屬表面逸出的光電子的最大初動能越大，這種金屬的逸出功越小D.發生光電效應時，入射光的頻率一定，入射光越強，單位時間內逸出的光電子數就越少答案A解析逸出功W0＝hνc，W0∝νc，A正確；只有照射光的頻率大于或等于金屬截止頻率，才能發生光電效應，與光照的時間無關，B錯誤；由光電效應方程Ek＝hν－W0知，最大初動能與入射光的頻率和金屬逸出功兩個因素有關，入射光頻率ν不確定時，無法確定Ek與W0的關系，C錯誤；發生光電效應的前提下，入射光的頻率一定時，入射光越強，單位時間內逸出的光電子數越多，D錯誤。3.(2025·山東泰安市檢測)如圖甲所示的電路，可用于研究光電效應中光電流大小與照射光的強弱、頻率等物理量的關系。圖中A、K兩極間的電壓大小可調，電源的正負極也可以對調。分別用a、b、c三束單色光照射，調節A、K間的電壓U，得到光電流I與電壓U的關系如圖乙所示。由圖可知()A.研究遏止電壓時，電源左端應為負極B.單色光b光子的能量小于單色光a光子的能量C.單色光b的頻率小于單色光a的頻率D.單色光a和c的頻率相同，但a光強度更強些答案D解析光電子從K極逸出，研究遏止電壓時，A極板應帶負電，所以電源右端應為負極，A錯誤；根據－eUc＝0－Ekm，Ekm＝hν－W0，可知遏止電壓越大，光的頻率越大，根據ε＝hν可知，頻率越大，光子能量越大，所以b光的頻率大，光子能量大，B、C錯誤；單色光a和c照射時遏止電壓相等，所以兩光的頻率相同，但在相等電壓下，a光照射的光電流大，說明單位時間內光電子數多，光照強度大，D正確。4.(2024·山東濱州市檢測)用如圖所示電路研究光電效應現象，A、K兩個電極密封在真空玻璃管中。先后用頻率為ν1、ν2的入射光照射K極，電壓表測出遏止電壓分別為Uc1和Uc2，下列說法正確的是()A.光電子在K、A間做加速運動B.普朗克常量h＝eC.增大入射光的強度，K極金屬的逸出功也增大D.當微安表示數最大時，電壓表示數即為遏止電壓答案B解析題圖中陰極K跟電源正極相連，則靜電力向右，即光電子在K、A間做減速運動，故A錯誤；根據愛因斯坦光電效應方程eUc1＝hν1－W0，eUc2＝hν2－W0，聯立解得普朗克常量為h＝e(Uc1-Uc2)5.(2024·山東淄博市模擬)人眼對綠光最為敏感，正常人的眼睛接收到波長為530nm的綠光時，只要每秒有6個綠光的光子射入瞳孔，眼睛就能察覺。普朗克常量為6.63×10－34J·s，光速為3.0×108m/s，則人眼能察覺到綠光時所接收到的最小功率是()A.2.3×10－18W B.3.8×10－19WC.7.0×10－10W D.1.2×10－18W答案A解析因每秒有6個綠光的光子射入瞳孔眼睛就能察覺，所以察覺到綠光所接收到的最小功率P＝Et，式中E＝6ε，又因為ε＝hν＝hcλ，可解得P＝6hcλt＝6×6.63×10-34×3.0×106.(2025·山東泰安市肥城市質檢)如圖所示為研究光電效應的裝置，當分別利用波長為2λ、λ的單色光照射鋅板時，從鋅板表面逸出的光電子的最大初速度之比為1∶3，電流計的示數均不為零。已知單色光在真空中的傳播速度為c，普朗克常量為h，則()A.鋅板的極限頻率為9B.用波長為2λ的光照射鋅板時，電流計的示數較大C.用波長為3λ的單色光照射鋅板時，定能從鋅板表面逸出光電子D.用波長為2λ、λ的單色光分別照射鋅板時，二者遏止電壓之比為1∶9答案D解析波長為2λ、λ的單色光的能量分別為E1＝hc2λ，E2＝hcλ，由愛因斯坦光電效應方程可知Ekm1＝hc2λ－W0，Ekm2＝hcλ－W0，又從鋅板表面逸出的光電子的最大初速度之比為1∶3，知光子最大初動能之比為1∶9，由以上可解得W0＝7hc16λ，所以鋅板的極限頻率νc＝W0h＝7c16λ，故A錯誤；電流計的示數與光電流的大小有關，單位時間內逸出的光電子數目越多，光電流越大，而單位時間內逸出的光電子數與光的強度有關，由于光的強度關系未知，所以無法判斷電流計的示數大小，故B錯誤；波長為3λ的單色光的頻率為ν＝c3λ<7c16λ，因此該光不能使鋅板產生光電效應現象，即不能從鋅板表面逸出光電子，故7~9題每小題6分，10題12分，共30分7.(2024·海南卷·8)利用如圖所示的裝置研究光電效應，閉合單刀雙擲開關，使S接1，用頻率為ν1的光照射光電管，調節滑動變阻器，使電流表的示數剛好為0，此時電壓表的示數為U1，已知電子電荷量為e，普朗克常量為h，下列說法正確的是()A.其他條件不變，增大光強，電壓表示數增大B.改用比ν1更大頻率的光照射，調整電流表的示數為零，此時電壓表示數仍為U1C.其他條件不變，使開關S接2，電流表示數仍為零D.光電管陰極材料的截止頻率νc＝ν1－e答案D解析當開關S接1時，由愛因斯坦光電效應方程得eU1＝hν1－W0，故其他條件不變時，增大光強，電壓表的示數不變，故A錯誤；改用比ν1更大頻率的光照射，調整電流表的示數為零，而金屬的逸出功不變，故遏止電壓變大，即此時電壓表示數大于U1，故B錯誤；其他條件不變，使開關S接2，此時hν1>W0，可發生光電效應，故電流表示數不為零，故C錯誤；根據愛因斯坦光電效應方程得eU1＝hν1－W0，其中W0＝hνc，聯立解得光電管陰極材料的截止頻率為νc＝ν1－eU1h8.(2024·山東威海市檢測)如圖甲，A和B兩單色光，以適當的角度向半圓形玻璃磚射入，出射光線都從圓心O沿OC方向射出，且這兩種光照射同種金屬，都能發生光電效應。那么在光電效應實驗中(如圖乙所示)，調節這兩束光的強度并分別照射相同的光電管，實驗中這兩束光都能在單位時間內產生相同數量的光電子，實驗所得光電流I與光電管兩端所加電壓U間的關系曲線分別以A、B表示，則下列圖中可能正確的是()答案D解析由光路的可逆性可知，單色光A的偏折程度較大，其折射率較大，頻率較高，由Ekm＝hν－W0，又eUc＝Ekm，聯立解得Uc＝hνe－W