資源簡介

2　光電效應
(分值：100分)
1~7題每題7分，共49分
考點一　光電效應現象及實驗規律
1.(2023·成都市高二期末)如圖所示，用一定頻率的單色光照射光電管時，電流表指針會發生偏轉，則(　　　　)
A.電源右端應為正極
B.流過電流表G的電流大小取決于入射光的頻率
C.流過電流表G的電流方向是由a到b
D.普朗克解釋了光電效應并提出光子能量ε=hν(h為普朗克常量，ν為光的頻率)
2.(多選)光電效應現象的規律中，經典電磁理論不能解釋的有(　　　　)
A.入射光的頻率必須大于被照金屬的截止頻率時才產生光電效應
B.截止電壓與入射光的頻率有關，與入射光強度無關
C.入射光照射到金屬表面上時，光電子的發射幾乎是瞬時的
D.當入射光頻率大于截止頻率時，入射光越強，單位時間內發射的光電子數越多
3.(2023·成都市高二期末)如圖，電磁繼電器是一種利用光電效應工作的儀器。當光照射到光電管陰極時，陰極會逸出光電子，此時放大器中有電流流過，進而使得電磁繼電器工作，實現自動控制。若用黃光照射光電管陰極時，電磁繼電器沒有工作，則下列操作可能使電磁繼電器工作的是(　　　　)
A.減小黃光的光照強度
B.增大黃光的光照強度
C.改用紅光照射光電管陰極
D.改用藍光照射光電管陰極
4.(2023·湛江市模擬)如圖所示為一光電管電路圖，滑動變阻器滑動觸頭P位于某點，用光照射光電管陰極，電表無偏轉，要使電表指針偏轉，可采取的措施有(　　　　)
A.加大照射光強度 B.換用波長短的光照射
C.將P向B滑動 D.將電源正負極對調
考點二　愛因斯坦的光電效應理論
5.(多選)(2023·成都市高二期末)關于光電效應，下列說法正確的是(　　　　)
A.金屬的逸出功與入射光的頻率無關
B.光電子的最大初動能越大，形成的光電流越強
C.入射光的強度越大，光電子的最大初動能越大
D.對于某種金屬，只要入射光的頻率低于金屬的極限頻率就不能發生光電效應
6.用波長為λ1和λ2的單色光A和B分別照射兩種金屬C和D的表面，單色光A照射兩種金屬時都能產生光電效應現象；單色光B照射時，只能使金屬C產生光電效應現象，不能使金屬D產生光電效應現象。設兩種金屬的逸出功分別為WC和WD，則下列選項正確的是(　　　　)
A.λ1>λ2，WC>WD B.λ1>λ2，WCC.λ1<λ2，WC>WD D.λ1<λ2，WC7.某金屬在一束單色光的照射下發生光電效應，光電子的最大初動能為Ek，已知該金屬的逸出功為W0，普朗克常量為h。根據愛因斯坦的光電效應理論，該單色光的頻率ν為(　　　　)
A. B.
C. D.
8~10題每題9分，11題13分，共40分
8.(多選)某同學用如圖所示的裝置研究光電效應現象，開始時，滑動變阻器滑片c移到最右端b點。用光子能量為4.2 eV的光照射到光電管上，此時電流表G有讀數。向左移動滑動變阻器的滑片c，當電壓表的示數大于或等于1.5 V時，電流表讀數為0，則以下說法正確的是(　　　　)
A.光電子最大初動能為2.7 eV
B.光電管陰極的逸出功為2.7 eV
C.當電流表示數為零時，斷開開關，電流表示數不再為零
D.將電源的正負極調換，滑動變阻器滑片從b移到a，電流表的示數一直增大
9.單光子光電效應，即一個電子極短時間內能吸收到一個光子而從金屬表面逸出。強激光的出現豐富了人們對于光電效應的認識，用強激光照射金屬，一個電子在短時間內能吸收多個光子形成多光子光電效應。用頻率為ν的普通光源照射金屬，沒有發生光電效應，換同樣頻率為ν的強激光照射，則可以發生光電效應，測得其截止電壓為U，該金屬的逸出功為W，已知普朗克常量為h，電子電荷量為e，則發生光電效應時一個電子能吸收的光子個數為(　　　　)
A. B.
C. D.
10.(多選)光電管是一種利用光照射金屬材料產生光電流的裝置。下表給出了6次實驗結果，由此得出的結論正確的是(　　　　)
組 次 入射光子的能量/eV 相對 光強 飽和光電流/mA 光電子的最大初動能/eV
第 一 組 1 2 3 4.0 4.0 4.0 弱 中 強 29 43 60 0.9 0.9 0.9
第 二 組 4 5 6 6.0 6.0 6.0 弱 中 強 27 40 55 2.9 2.9 2.9
A.兩組實驗入射光的頻率不同
B.兩組實驗金屬材料不同
C.若入射光子的能量為5.0 eV，則光電子的最大初動能為1.9 eV
D.若入射光子的能量為5.0 eV，相對光強越強，飽和光電流越大
11.(13分)鋁的逸出功是4.2 eV，現在用波長為200 nm的光照射鋁的表面，求：(h=6.63×10-34 J·s，c=3.0×108 m/s，計算結果保留三位有效數字)
(1)(5分)光電子的最大初動能；
(2)(4分)截止電壓；
(3)(4分)鋁的截止頻率。
(11分)
12.(2024·遼寧省月考)如圖為某同學設計的一個光電煙霧探測器，光源S發出一束波長為0.8 μm的紅外線，當有煙霧進入探測器時，來自光源S的紅外線會被煙霧散射進入光電管C，當紅外線射到光電管中的金屬表面時發生光電效應，光電流大于8×10-9 A時，便會觸發報警系統。已知元電荷e=1.6×10-19 C，光在真空中的傳播速度為3×108 m/s，下列說法正確的是(　　　　)
A.光電流的大小與光照強度無關
B.若光源發出可見光，則該裝置將會失去報警功能
C.該金屬的截止頻率大于3.75×1014 Hz
D.若射向光電管C的光子中有10%會產生光電子，當報警器報警時，每秒射向該金屬表面的光子數最少為5×1011個
答案精析
1.C　［發生光電效應時，電子從光電管右端運動到左端，電流的方向與電子定向移動的方向相反，所以流過電流表G的電流方向是由a到b；此時電源左端可能為正極，也可能為負極，故A錯誤，C正確。流過電流表G的電流大小取決于入射光的強度，不取決于入射光的頻率，故B錯誤。愛因斯坦解釋了光電效應并提出光子能量ε=hν，故D錯誤。］
2.ABC　［按照經典電磁理論，光的能量隨光的強度的增大而增大，與光的頻率無關，金屬中的電子必須吸收足夠的能量后才能從其中飛出，電子有一個能量積蓄的時間，光的強度越大，單位時間內輻射到金屬表面的能量越多，被電子吸收的能量越多，產生的光電子數越多，故不能解釋的為選項A、B、C。］
3.D　［根據光電效應的公式Ekmax=hν-W可知，要使光電子逸出從而產生光電流讓電磁繼電器工作，只能增大照射光的頻率，增加或減小黃光的強度都不能使繼電器工作；紅光的頻率小于黃光，也不能使繼電器工作，藍光的頻率大于黃光，可能使繼電器工作，故D正確，A、B、C錯誤。］
4.B　［電表指針無偏轉，說明沒有發生光電效應，這說明照射光頻率太低，這與光強、外加電壓的大小及方向均無關，可見要使指針發生偏轉需增大照射光頻率，即減小照射光的波長，故B正確，A、C、D錯誤。］
5.AD　［逸出功指電子逸出金屬表面過程克服金屬原子核引力做功的最小值，因此逸出功由金屬材料本身決定，與入射光的頻率無關，故A正確；根據光電效應方程有Ekmax=hν-W，可知光電子的最大初動能由入射光的頻率和逸出功共同決定，而光電流的大小由單位時間到達陽極的光電子的數目決定，因此，光電子的最大初動能與光電流的大小沒有因果關系，故B錯誤；入射光強度指單位時間照射到單位面積上的光子的總的能量，其與入射光的頻率與光子數目有關，而光電子的最大初動能由入射光的頻率和逸出功共同決定，入射光的強度與光電子的最大初動能的大小沒有因果關系，故C錯誤；根據光電效應的產生條件可知，對于某種金屬，只要入射光的頻率低于金屬的極限頻率就不能發生光電效應，故D正確。］
6.D　［單色光A照射兩種金屬時都能產生光電效應現象；單色光B照射時，只能使金屬C產生光電效應現象，根據光電效應條件知，單色光A的頻率大于單色光B的頻率，則λ1<λ2，單色光B照射時，只能使金屬C產生光電效應現象，不能使金屬D產生光電效應現象，知金屬C的逸出功小于金屬D的逸出功，即WC7.D　［根據愛因斯坦的光電效應方程可知hν=W0+Ek，解得該單色光的頻率為ν=，故選D。］
8.BC　［根據題意知截止電壓UKA=1.5 V，則光電子的最大初動能Ek=eUKA=1.5 eV，根據愛因斯坦光電效應方程得W=hν-Ek=4.2 eV-1.5 eV=2.7 eV，故A錯誤，B正確；當電流表示數為零時，斷開開關，這時沒有反向截止電壓，電流表示數不為零，故C正確；將電源的正負極調換，滑動變阻器滑片從b移到a，當光電流達到飽和光電流后，電流表的示數就不再變化，故D錯誤。］
9.C　［設發生光電效應時一個電子能吸收的光子個數為n，根據光電效應方程可得Ekm=nhν-W，根據動能定理可得-eU=0-Ekm，聯立解得n=，C正確，A、B、D錯誤。］
10.ACD　［光子的能量E=hν，入射光子的能量不同，故入射光的頻率不同，故A正確；由愛因斯坦的光電效應方程有
hν=W0+Ek ①
可求出兩組實驗的逸出功W0均為3.1 eV，故兩組實驗所用的金屬材料相同，故B錯誤；
由①式知金屬的逸出功W0為3.1 eV，當光子的能量hν=5.0 eV時，由①式知Ek=hν-W0=5.0 eV-3.1 eV=1.9 eV，故C正確；若入射光子的能量為5.0 eV，能發生光電效應，光強越強，單位時間內射出的光子數越多，單位時間內逸出的光電子數越多，形成的光電流越大，飽和電流也越大，故D正確。］
11.(1)3.23×10-19 J　(2)2.02 V　(3)1.01×1015 Hz
解析　(1)光電子的最大初動能為
Ek=-W= J-4.2×1.6×10-19 J=3.23×10-19 J
(2)由eUc=Ek，解得Uc=2.02 V
(3)鋁的截止頻率為ν==1.01×1015 Hz。
12.D　［光電流的大小與光照強度有關，在達到飽和光電流之前，光照強度越大，光電流越大，故A錯誤；根據報警器的工作原理可知，由于可見光的光子能量大于紅外線的光子能量，所以若光源發出的是可見光，則該裝置不會失去報警功能，故B錯誤；根據波長與頻率的關系式，有c=λν，可得ν=3.75×1014 Hz，根據光電效應原理，可知該金屬的截止頻率小于3.75×1014 Hz，故C錯誤；當光電流等于8×10-9 A時，光電子的數目為N==5×1010個，若射向光電管C的光子中有10%會產生光電子，故光子數最少為=5×1011個，故D正確。］2　光電效應
［學習目標］　1.知道光電效應現象，了解光電效應的實驗規律(重點)。2.理解愛因斯坦光子說及對光電效應的解釋，會用光電效應方程解決一些簡單問題(重難點)。
一、光電效應
如圖所示，把一塊鋅板連接在驗電器上，并使鋅板帶負電，驗電器指針張開，用紫外線燈照射鋅板。
(1)觀察到驗電器指針如何變化？
(2)這個現象說明什么？
1.光電效應：當光照射在金屬表面上時，金屬中的　　　　會因吸收光的能量而逸出金屬表面，這種現象稱為光電效應，逸出來的電子稱為　　　　　　。
2.光電效應的實驗規律
(1)存在截止頻率：對于給定的陰極材料，都存在一個發生光電效應所需的入射光的　　　　頻率ν0。這個　　　　頻率ν0叫作光電效應的截止頻率，亦稱為極限頻率。只有　　　　截止頻率的光，才能引起光電效應。不同金屬材料的截止頻率　　　　。
(2)存在飽和光電流：在發生光電效應時，如果外加電壓UAK從零開始逐漸增大，則光電流隨之　　　　，但當UAK增大至一定值時，光電流達到　　　　。此時的光電流稱為飽和光電流。在入射光的頻率保持不變的條件下，光的強度越大，飽和光電流　　　　。
(3)光電子的最大初動能只與光的頻率有關：光電子的最大初動能與入射光的頻率成　　　　關系，它與照射到陰極上的光的強度　　　　。
(4)光電效應具有瞬時性：只要光的頻率　　　　截止頻率，即使用極弱的入射光，光電子也能立刻(約10-9 s)發射出來。
3.光的波動說在解釋光電效應時的困難
(1)無法解釋光電效應的瞬時性：光電子的產生需要積累能量的過程，光越弱積累能量的時間越長，光電子　　　　　　瞬間產生。
(2)無法解釋截止頻率的存在：只要光照足夠　　　　，總能讓金屬中的電子吸收到　　　　的能量，從金屬表面逸出，與入射光頻率無關。
(3)無法解釋逸出的光電子的最大初動能問題：電子接收的能量越多，逸出的電子的最大初動能也越大。
如圖是研究光電效應的電路圖。
(1)閉合開關后，當電壓表的示數為0時，電流表的示數不是0，說明了什么？
(2)閉合開關，將滑動變阻器的滑片向右移動，會觀察到什么現象？說明了什么？
(3)若將電源的正負極對調，即在A、K間接反向電壓，移動滑動變阻器滑片，使電流表示數減為0時的電壓UKA稱為截止電壓。此時滑動變阻器的滑片向右移動時，又會觀察到什么現象？
例1　(2023·撫州市高二期末)如圖所示，把一塊不帶電的鋅板用導線連接在驗電器上，當用某頻率的紫外線照射鋅板時，發現驗電器指針偏轉一定角度，下列說法正確的是(　　)
A.驗電器帶正電，鋅板帶負電
B.驗電器帶負電，鋅板也帶負電
C.若改用紅光照射鋅板，驗電器的指針一定也會偏轉
D.若改用同等強度、頻率更高的紫外線照射鋅板，驗電器的指針也會偏轉
例2　利用光電管研究光電效應實驗如圖所示，用頻率為ν的可見光照射陰極K，電流表中有電流通過，則(　　)
A.用紫外線照射，電流表不一定有電流通過
B.用紅外線照射，電流表一定無電流通過
C.用頻率為ν的可見光照射陰極K，當滑動變阻器的滑片移到最右端時，電流表一定無電流通過
D.用頻率為ν的可見光照射陰極K，當滑動變阻器的滑片向左端移動時，電流表示數可能不變
二、光量子概念的提出　光電效應方程
1.光量子
愛因斯坦認為：光本身就是不連續的，而是由單個的能量子組成的，這些能量子稱為　　　　　　，簡稱光子。每一個光子的能量為ε=　　　　，其中h為普朗克常量，ν為光的頻率。因此，不同頻率的光子具有　　　　的能量。
2.逸出功
電子由金屬內逸出　　　　時所需做的功W，叫作逸出功。不同種類的金屬，其逸出功的大小　　　　　　(填“相同”或“不相同”)。
3.愛因斯坦光電效應方程
(1)表達式：hν=　　　　　　　　。
(2)意義：光電效應方程實質上是能量守恒方程，金屬板內的電子從入射光中吸收了一個光子的能量hν之后，一部分消耗于逸出功，另一部分轉化為　　　　　　　　。
4.光電效應方程對光電效應實驗現象的解釋
(1)截止頻率與逸出功：光電效應方程表明光電子的最大初動能和入射光的頻率成　　　　關系，當最大初動能等于零時，金屬表面不再有光電子逸出，這時入射光的頻率就是截止頻率ν0，即ν0=　　　　。
(2)當入射光的頻率不變，而光的強度增加時，單位時間內照射到陰極上的光子數　　　　，因而飽和光電流增大。
(3)當光照射到金屬上時，光子的全部能量立刻被金屬中的電子吸收，不需要積累能量的時間，光電效應發生的時間極短，光電流幾乎是瞬時產生的。
愛因斯坦光電效應方程給出了光電子的最大初動能Ek與入射光的頻率ν的關系。但是，很難直接測量光電子的動能，容易測量的是截止電壓UKA，怎樣得到UKA與ν、W的關系？
(1)“光子”就是“光電子”的簡稱。(　　)
(2)逸出功的大小與入射光無關。(　　)
(3)光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比。(　　)
(4)光電子的最大初動能與入射光的強度成正比。(　　)
(5)逸出功與截止頻率成正比。(　　)
例3　(2023·遂寧市高二期末)用如圖所示的裝置研究光電效應現象。用光子能量為2.5 eV的光照射到光電管上時發生了光電效應；移動變阻器的觸點c，發現當電壓表的示數大于或等于1.5 V時，電流表示數為零，則(　　)
A.改用光子能量為2.0 eV的光照射到光電管上時，不能發生光電效應
B.光電子的最大初動能為1.5 eV
C.光電管陰極的逸出功為1.5 eV
D.開關S斷開后，無論怎么移動變阻器的觸點c，電流表G的示數總為零
例4　(多選)利用如圖所示的電路研究光電效應現象，其中電極K由金屬鉀制成，其逸出功為2.25 eV。用某一頻率的光照射時，逸出光電子的最大初動能為1.50 eV，電流表的示數為I。已知普朗克常量約為6.6×10-34 J·s。下列說法中正確的是(　　)
A.金屬鉀發生光電效應的極限頻率約為5.5×1014 Hz
B.若入射光頻率加倍，光電子的最大初動能變為3.00 eV
C.若入射光頻率加倍，電流表的示數變為2I
D.若入射光頻率加倍，截止電壓的大小將變為5.25 V
1.光電效應規律中的兩條線索、兩個關系
(1)兩條線索：
(2)兩個關系：光越強→光子數目多→發射光電子多→光電流大；
光的頻率高→光子能量大→產生光電子的最大初動能大。
2.光電效應的三個關系式
(1)愛因斯坦光電效應方程：Ek=hν-W。
(2)最大初動能與截止電壓的關系：Ek=eUKA。
(3)逸出功與極限頻率的關系W=hν0。
三、康普頓效應(延伸閱讀)
1.康普頓效應：在研究石墨對X射線的散射時，發現X射線被石墨散射后，沿不同方向的射線中，除原波長外，還發現了波長隨散射角的增大而　　　　的譜線，我們把X射線經物質散射后波長　　　　的現象，稱為康普頓效應。
2.康普頓效應的解釋：把光的散射看成是單個光子與單個電子發生的　　　　碰撞，在碰撞過程中能量和動量都是　　　　的。碰撞后電子會帶走一部分能量和動量，因而散射出去的光子能量與動量都相應　　　　，即散射后的X射線波長　　　　。
3.康普頓效應的意義：證實了愛因斯坦的　　　　　　理論，還證明了光子不但有能量，而且有　　　　。
答案精析
一、
(1)指針張角變小。
(2)說明紫外線會讓電子從鋅板表面逸出。
梳理與總結
1.電子　光電子　
2.(1)最小　最小　超過　不同
(2)增大　最大　越大　(3)線性　無關　(4)大于
3.(1)不可能　(2)長　足夠
討論交流
(1)說明發生了光電效應現象。
(2)電壓表、電流表的示數均增大，當電流增大到一定值后，滑動變阻器的滑片再向右移動，電流也不再增大。說明存在飽和光電流。
(3)電壓表示數增大，電流表示數減小，最后電流表的示數可能減小到0。說明存在截止電壓。
例1　D　［用紫外線照射鋅板，鋅板失去電子帶正電，驗電器與鋅板連接，則驗電器帶正電，A、B錯誤；根據發生光電效應的條件可知，若改用紅光照射鋅板，不一定能發生光電效應，所以驗電器的指針不一定會發生偏轉，C錯誤；根據發生光電效應的條件可知，能否發生光電效應與光的頻率有關，若改用同等強度、頻率更高的紫外線照射鋅板，驗電器的指針也會偏轉，D正確。］
例2　D　［因紫外線的頻率比可見光的頻率高，所以用紫外線照射，電流表一定有電流通過，故A錯誤；因不知陰極K的極限頻率，所以用紅外線照射，可能發生光電效應，電流表可能有電流通過，故B錯誤；由于發生了光電效應，即使A、K間的電壓為零，電流表中也有電流通過，故C錯誤；當滑動變阻器的滑片向左端移動時，光電流會增大，當所有光電子都到達陽極時，電流達到最大，即飽和光電流，若在移動前，電流已經達到飽和光電流，那么再增大光電管兩端電壓，光電流也不會增大，故D正確。］
二、
1.光量子　hν　不同
2.表面　不相同
3.(1)m+W　(2)光電子的動能
4.(1)線性　　(2)增多
討論交流
由光電效應方程有Ek=hν-W，而截止電壓UKA與最大初動能的關系為eUKA=Ek，所以可得UKA與入射光頻率ν的關系式是eUKA=hν-W，即UKA=ν-。
易錯辨析
(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√
例3　B　［題圖中電源所加電壓為反向電壓，由于當電壓表的示數大于或等于1.5 V時，電流表示數為零，表明截止電壓為1.5 V，則光電子的最大初動能為Ekmax=eU0=1.5 eV，故B正確；根據光電效應方程有Ekmax=hν-W0，由于光子能量為2.5 eV，結合上述解得W0=hν-Ekmax=2.5 eV-1.5 eV=1.0 eV，故C錯誤；改用光子能量為2.0 eV的光照射到光電管上時，由于2.0 eV>1.0 eV可知，仍然能發生光電效應，故A錯誤；用光子能量為2.5 eV的光照射到光電管時，根據上述，光電子具有一定的初動能，當開關S斷開后，無論怎么移動變阻器的觸點c，光電子均能夠達到陽極，可知電流表G的示數不為零，故D錯誤。］
例4　AD　［由W=hν0可知ν0≈5.5×1014 Hz，故A正確；由愛因斯坦光電效應方程Ek=hν-W，光子能量hν=Ek+W=3.75 eV，入射光頻率加倍，光子能量為2hν=7.5 eV，光電子的最大初動能為5.25 eV，故B錯誤；飽和光電流的大小由單位時間內照射在陰極K的光子數決定，入射光頻率加倍，單位時間內照射在陰極K的光子數不一定加倍，電流變化情況不確定，故C錯誤；由愛因斯坦光電效應方程Ek=hν-W，可知入射光頻率加倍，則Ek1=2hν-W，又Ek1=eUc，解得Uc=5.25 V，故D正確。］
三、
1.增大　變長
2.彈性　守恒　減小　增大
3.光量子　動量(共58張PPT)
DILIUZHANG
第六章
2　光電效應
1.知道光電效應現象，了解光電效應的實驗規律(重點)。
2.理解愛因斯坦光子說及對光電效應的解釋，會用光電效應方程解決一些簡單問題(重難點)。
學習目標
一、光電效應
二、光量子概念的提出　光電效應方程
課時對點練
三、康普頓效應(延伸閱讀)
內容索引
光電效應
一
如圖所示，把一塊鋅板連接在驗電器上，
并使鋅板帶負電，驗電器指針張開，用
紫外線燈照射鋅板。
(1)觀察到驗電器指針如何變化？
答案　指針張角變小。
(2)這個現象說明什么？
答案　說明紫外線會讓電子從鋅板表面逸出。
1.光電效應：當光照射在金屬表面上時，金屬中的 會因吸收光的能量而逸出金屬表面，這種現象稱為光電效應，逸出來的電子稱為 。
2.光電效應的實驗規律
(1)存在截止頻率：對于給定的陰極材料，都存在一個發生光電效應所需的入射光的 頻率ν0。這個 頻率ν0叫作光電效應的截止頻率，亦稱為極限頻率。只有 截止頻率的光，才能引起光電效應。不同金屬材料的截止頻率 。
梳理與總結
電子
光電子
最小
最小
超過
不同
(2)存在飽和光電流：在發生光電效應時，如果外加電壓UAK從零開始逐漸增大，則光電流隨之 ，但當UAK增大至一定值時，光電流達到
。此時的光電流稱為飽和光電流。在入射光的頻率保持不變的條件下，光的強度越大，飽和光電流 。
(3)光電子的最大初動能只與光的頻率有關：光電子的最大初動能與入射光的頻率成 關系，它與照射到陰極上的光的強度 。
(4)光電效應具有瞬時性：只要光的頻率 截止頻率，即使用極弱的入射光，光電子也能立刻(約10-9 s)發射出來。
增大
最大
越大
線性
無關
大于
3.光的波動說在解釋光電效應時的困難
(1)無法解釋光電效應的瞬時性：光電子的產生需要積累能量的過程，光越弱積累能量的時間越長，光電子 瞬間產生。
(2)無法解釋截止頻率的存在：只要光照足夠 ，總能讓金屬中的電子吸收到 的能量，從金屬表面逸出，與入射光頻率無關。
(3)無法解釋逸出的光電子的最大初動能問題：電子接收的能量越多，逸出的電子的最大初動能也越大。
不可能
長
足夠
如圖是研究光電效應的電路圖。
(1)閉合開關后，當電壓表的示數為0時，電流表的示數不是0，說明了什么？
討論交流
答案　說明發生了光電效應現象。
(2)閉合開關，將滑動變阻器的滑片向右移動，會觀察到什么現象？說明了什么？
答案　電壓表、電流表的示數均增大，當電流增大到一定值后，滑動變阻器的滑片再向右移動，電流也不再增大。說明存在飽和光電流。
(3)若將電源的正負極對調，即在A、K間接反向電壓，移動滑動變阻器滑片，使電流表示數減為0時的電壓UKA稱為截止電壓。此時滑動變阻器的滑片向右移動時，又會觀察到什么現象？
答案　電壓表示數增大，電流表示數減小，最后電流表的示數可能減小到0。說明存在截止電壓。
　(2023·撫州市高二期末)如圖所示，把一塊不帶電的鋅板用導線連接在驗電器上，當用某頻率的紫外線照射鋅板時，發現驗電器指針偏轉一定角度，下列說法正確的是
A.驗電器帶正電，鋅板帶負電
B.驗電器帶負電，鋅板也帶負電
C.若改用紅光照射鋅板，驗電器的指針一定
也會偏轉
D.若改用同等強度、頻率更高的紫外線照射
鋅板，驗電器的指針也會偏轉
例1
√
用紫外線照射鋅板，鋅板失去電子帶正電，
驗電器與鋅板連接，則驗電器帶正電，A、
B錯誤；
根據發生光電效應的條件可知，若改用紅
光照射鋅板，不一定能發生光電效應，所
以驗電器的指針不一定會發生偏轉，C錯誤；
根據發生光電效應的條件可知，能否發生光電效應與光的頻率有關，若改用同等強度、頻率更高的紫外線照射鋅板，驗電器的指針也會偏轉，D正確。
　利用光電管研究光電效應實驗如圖所示，用頻率為ν的可見光照射陰極K，電流表中有電流通過，則
A.用紫外線照射，電流表不一定有電流通過
B.用紅外線照射，電流表一定無電流通過
C.用頻率為ν的可見光照射陰極K，當滑動變
阻器的滑片移到最右端時，電流表一定無
電流通過
D.用頻率為ν的可見光照射陰極K，當滑動變阻器的滑片向左端移動時，
電流表示數可能不變
例2
√
因紫外線的頻率比可見光的頻率高，所以用紫外線
照射，電流表一定有電流通過，故A錯誤；
因不知陰極K的極限頻率，所以用紅外線照射，可
能發生光電效應，電流表可能有電流通過，故B錯誤；
由于發生了光電效應，即使A、K間的電壓為零，電
流表中也有電流通過，故C錯誤；
當滑動變阻器的滑片向左端移動時，光電流會增大，當所有光電子都到達陽極時，電流達到最大，即飽和光電流，若在移動前，電流已經達到飽和光電流，那么再增大光電管兩端電壓，光電流也不會增大，故D正確。
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光量子概念的提出　光電效應方程
二
1.光量子
愛因斯坦認為：光本身就是不連續的，而是由單個的能量子組成的，這些能量子稱為 ，簡稱光子。每一個光子的能量為ε= ，其中h為普朗克常量，ν為光的頻率。因此，不同頻率的光子具有 的能量。
2.逸出功
電子由金屬內逸出 時所需做的功W，叫作逸出功。不同種類的金屬，其逸出功的大小 (填“相同”或“不相同”)。
光量子
hν
不同
表面
不相同
3.愛因斯坦光電效應方程
(1)表達式：hν=__________。
(2)意義：光電效應方程實質上是能量守恒方程，金屬板內的電子從入射光中吸收了一個光子的能量hν之后，一部分消耗于逸出功，另一部分轉化為 。
m+W
光電子的動能
4.光電效應方程對光電效應實驗現象的解釋
(1)截止頻率與逸出功：光電效應方程表明光電子的最大初動能和入射光的頻率成 關系，當最大初動能等于零時，金屬表面不再有光電子逸
出，這時入射光的頻率就是截止頻率ν0，即ν0=____。
(2)當入射光的頻率不變，而光的強度增加時，單位時間內照射到陰極上的光子數 ，因而飽和光電流增大。
(3)當光照射到金屬上時，光子的全部能量立刻被金屬中的電子吸收，不需要積累能量的時間，光電效應發生的時間極短，光電流幾乎是瞬時產生的。
線性
增多
愛因斯坦光電效應方程給出了光電子的最大初動能Ek與入射光的頻率ν的關系。但是，很難直接測量光電子的動能，容易測量的是截止電壓UKA，怎樣得到UKA與ν、W的關系？
討論交流
答案　由光電效應方程有Ek=hν-W，而截止電壓UKA與最大初動能的關系為eUKA=Ek，所以可得UKA與入射光頻率ν的關系式是eUKA=hν-W，即UKA=ν-。
(1)“光子”就是“光電子”的簡稱。(　　)
(2)逸出功的大小與入射光無關。(　　)
(3)光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比。(　　)
(4)光電子的最大初動能與入射光的強度成正比。(　　)
(5)逸出功與截止頻率成正比。(　　)
×
√
×
×
√
　(2023·遂寧市高二期末)用如圖所示的裝置研究光電效應現象。用光子能量為2.5 eV的光照射到光電管上時發生了光電效應；移動變阻器的觸點c，發現當電壓表的示數大于或等于1.5 V時，電流表示數為零，則
A.改用光子能量為2.0 eV的光照射到光電管上時，
不能發生光電效應
B.光電子的最大初動能為1.5 eV
C.光電管陰極的逸出功為1.5 eV
D.開關S斷開后，無論怎么移動變阻器的觸點c，
電流表G的示數總為零
例3
√
題圖中電源所加電壓為反向電壓，由于當電壓表的
示數大于或等于1.5 V時，電流表示數為零，表明截
止電壓為1.5 V，則光電子的最大初動能為Ekmax=eU0
=1.5 eV，故B正確；
根據光電效應方程有Ekmax=hν-W0，由于光子能量為
2.5 eV，結合上述解得W0=hν-Ekmax=2.5 eV-1.5 eV=1.0 eV，故C錯誤；
改用光子能量為2.0 eV的光照射到光電管上時，由于2.0 eV>1.0 eV可知，仍然能發生光電效應，故A錯誤；
用光子能量為2.5 eV的光照射到光電管時，根據上述，光電子具有一定的初動能，當開關S斷開后，無論怎么移動變阻器的觸點c，光電子均能夠達到陽極，可知電流表G的示數不為零，故D錯誤。
　(多選)利用如圖所示的電路研究光電效應現象，其中電極K由金屬鉀制成，其逸出功為2.25 eV。用某一頻率的光照射時，逸出光電子的最大初動能為1.50 eV，電流表的示數為I。已知普朗克常量約為6.6×10-34 J·s。下列說法中正確的是
A.金屬鉀發生光電效應的極限頻率約為5.5×1014 Hz
B.若入射光頻率加倍，光電子的最大初動能變為3.00 eV
C.若入射光頻率加倍，電流表的示數變為2I
D.若入射光頻率加倍，截止電壓的大小將變為5.25 V
例4
√
√
由W=hν0可知ν0≈5.5×1014 Hz，故A正確；
由愛因斯坦光電效應方程Ek=hν-W，光子能量hν=Ek+W
=3.75 eV，入射光頻率加倍，光子能量為2hν=7.5 eV，
光電子的最大初動能為5.25 eV，故B錯誤；
飽和光電流的大小由單位時間內照射在陰極K的光子數
決定，入射光頻率加倍，單位時間內照射在陰極K的光子數不一定加倍，電流變化情況不確定，故C錯誤；
由愛因斯坦光電效應方程Ek=hν-W，可知入射光頻率加倍，則Ek1=2hν-W，又Ek1=eUc，解得Uc=5.25 V，故D正確。
總結提升
1.光電效應規律中的兩條線索、兩個關系
(1)兩條線索：
(2)兩個關系：光越強→光子數目多→發射光電子多→光電流大；
光的頻率高→光子能量大→產生光電子的最大初動能大。
總結提升
2.光電效應的三個關系式
(1)愛因斯坦光電效應方程：Ek=hν-W。
(2)最大初動能與截止電壓的關系：Ek=eUKA。
(3)逸出功與極限頻率的關系W=hν0。
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康普頓效應(延伸閱讀)
三
1.康普頓效應：在研究石墨對X射線的散射時，發現X射線被石墨散射后，沿不同方向的射線中，除原波長外，還發現了波長隨散射角的增大而
的譜線，我們把X射線經物質散射后波長 的現象，稱為康普頓效應。
2.康普頓效應的解釋：把光的散射看成是單個光子與單個電子發生的
碰撞，在碰撞過程中能量和動量都是 的。碰撞后電子會帶走一部分能量和動量，因而散射出去的光子能量與動量都相應 ，即散射后的X射線波長 。
3.康普頓效應的意義：證實了愛因斯坦的 理論，還證明了光子不但有能量，而且有 。
增大
變長
守恒
彈性
減小
增大
光量子
動量
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課時對點練
四
考點一　光電效應現象及實驗規律
1.(2023·成都市高二期末)如圖所示，用一定頻率的單色光照射光電管時，電流表指針會發生偏轉，則
A.電源右端應為正極
B.流過電流表G的電流大小取決于入射光的頻率
C.流過電流表G的電流方向是由a到b
D.普朗克解釋了光電效應并提出光子能量ε=hν(h為普朗克常量，ν為光的
頻率)
1
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基礎對點練
√
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發生光電效應時，電子從光電管右端運動到左端，電
流的方向與電子定向移動的方向相反，所以流過電流
表G的電流方向是由a到b；此時電源左端可能為正極，
也可能為負極，故A錯誤，C正確。
流過電流表G的電流大小取決于入射光的強度，不取決于入射光的頻率，故B錯誤。
愛因斯坦解釋了光電效應并提出光子能量ε=hν，故D錯誤。
2.(多選)光電效應現象的規律中，經典電磁理論不能解釋的有
A.入射光的頻率必須大于被照金屬的截止頻率時才產生光電效應
B.截止電壓與入射光的頻率有關，與入射光強度無關
C.入射光照射到金屬表面上時，光電子的發射幾乎是瞬時的
D.當入射光頻率大于截止頻率時，入射光越強，單位時間內發射的光電
子數越多
√
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按照經典電磁理論，光的能量隨光的強度的增大而增大，與光的頻率無關，金屬中的電子必須吸收足夠的能量后才能從其中飛出，電子有一個能量積蓄的時間，光的強度越大，單位時間內輻射到金屬表面的能量越多，被電子吸收的能量越多，產生的光電子數越多，故不能解釋的為選項A、B、C。
3.(2023·成都市高二期末)如圖，電磁繼電器是一種利用光電效應工作的儀器。當光照射到光電管陰極時，陰極會逸出光電子，此時放大器中有電流流過，進而使得電磁繼電器工作，實現自動控制。若用黃光照射光電管陰極時，電磁繼電器沒有工作，則下列操作可能使電磁繼電器工作的是
A.減小黃光的光照強度
B.增大黃光的光照強度
C.改用紅光照射光電管陰極
D.改用藍光照射光電管陰極
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根據光電效應的公式Ekmax=hν-W
可知，要使光電子逸出從而產生
光電流讓電磁繼電器工作，只能
增大照射光的頻率，增加或減小黃光的強度都不能使繼電器工作；紅光的頻率小于黃光，也不能使繼電器工作，藍光的頻率大于黃光，可能使繼電器工作，故D正確，A、B、C錯誤。
4.(2023·湛江市模擬)如圖所示為一光電管電路圖，滑動變阻器滑動觸頭P位于某點，用光照射光電管陰極，電表無偏轉，要使電表指針偏轉，可采取的措施有
A.加大照射光強度
B.換用波長短的光照射
C.將P向B滑動
D.將電源正負極對調
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電表指針無偏轉，說明沒有發生光電效應，這說明照射光頻率太低，這與光強、外加電壓的大小及方向均無關，可見要使指針發生偏轉需增大照射光頻率，即減小照射光的波長，故B正確，A、C、D錯誤。
考點二　愛因斯坦的光電效應理論
5.(多選)(2023·成都市高二期末)關于光電效應，下列說法正確的是
A.金屬的逸出功與入射光的頻率無關
B.光電子的最大初動能越大，形成的光電流越強
C.入射光的強度越大，光電子的最大初動能越大
D.對于某種金屬，只要入射光的頻率低于金屬的極限頻率就不能發生光
電效應
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逸出功指電子逸出金屬表面過程克服金屬原子核引力做功的最小值，因此逸出功由金屬材料本身決定，與入射光的頻率無關，故A正確；根據光電效應方程有Ekmax=hν-W，可知光電子的最大初動能由入射光的頻率和逸出功共同決定，而光電流的大小由單位時間到達陽極的光電子的數目決定，因此，光電子的最大初動能與光電流的大小沒有因果關系，故B錯誤；
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入射光強度指單位時間照射到單位面積上的光子的總的能量，其與入射光的頻率與光子數目有關，而光電子的最大初動能由入射光的頻率和逸出功共同決定，入射光的強度與光電子的最大初動能的大小沒有因果關系，故C錯誤；
根據光電效應的產生條件可知，對于某種金屬，只要入射光的頻率低于金屬的極限頻率就不能發生光電效應，故D正確。
6.用波長為λ1和λ2的單色光A和B分別照射兩種金屬C和D的表面，單色光A照射兩種金屬時都能產生光電效應現象；單色光B照射時，只能使金屬C產生光電效應現象，不能使金屬D產生光電效應現象。設兩種金屬的逸出功分別為WC和WD，則下列選項正確的是
A.λ1>λ2，WC>WD B.λ1>λ2，WCC.λ1<λ2，WC>WD D.λ1<λ2，WC1
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單色光A照射兩種金屬時都能產生光電效應現象；單色光B照射時，只能使金屬C產生光電效應現象，根據光電效應條件知，單色光A的頻率大于單色光B的頻率，則λ1<λ2，單色光B照射時，只能使金屬C產生光電效應現象，不能使金屬D產生光電效應現象，知金屬C的逸出功小于金屬D的逸出功，即WC7.某金屬在一束單色光的照射下發生光電效應，光電子的最大初動能為Ek，已知該金屬的逸出功為W0，普朗克常量為h。根據愛因斯坦的光電效應理論，該單色光的頻率ν為
A. B.
C. D.
√
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根據愛因斯坦的光電效應方程可知hν=W0+Ek，解得該單色光的頻率為ν=，故選D。
8.(多選)某同學用如圖所示的裝置研究光電效應現象，開始時，滑動變阻器滑片c移到最右端b點。用光子能量為4.2 eV的光照射到光電管上，此時電流表G有讀數。向左移動滑動變阻器的滑片c，當電壓表的示數大于或等于1.5 V時，電流表讀數為0，則以下說法正確的是
A.光電子最大初動能為2.7 eV
B.光電管陰極的逸出功為2.7 eV
C.當電流表示數為零時，斷開開關，電流表示數不再為零
D.將電源的正負極調換，滑動變阻器滑片從b移到a，電流
表的示數一直增大
√
能力綜合練
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根據題意知截止電壓UKA=1.5 V，則光電子的最大
初動能Ek=eUKA=1.5 eV，根據愛因斯坦光電效應方
程得W=hν-Ek=4.2 eV-1.5 eV=2.7 eV，故A錯誤，B
正確；
當電流表示數為零時，斷開開關，這時沒有反向截
止電壓，電流表示數不為零，故C正確；
將電源的正負極調換，滑動變阻器滑片從b移到a，當光電流達到飽和光電流后，電流表的示數就不再變化，故D錯誤。
9.單光子光電效應，即一個電子極短時間內能吸收到一個光子而從金屬表面逸出。強激光的出現豐富了人們對于光電效應的認識，用強激光照射金屬，一個電子在短時間內能吸收多個光子形成多光子光電效應。用頻率為ν的普通光源照射金屬，沒有發生光電效應，換同樣頻率為ν的強激光照射，則可以發生光電效應，測得其截止電壓為U，該金屬的逸出功為W，已知普朗克常量為h，電子電荷量為e，則發生光電效應時一個電子能吸收的光子個數為
A. B. C. D.
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設發生光電效應時一個電子能吸收的光子個數為n，根據光電效應方
程可得Ekm=nhν-W，根據動能定理可得-eU=0-Ekm，聯立解得n=，
C正確，A、B、D錯誤。
10.(多選)光電管是一種利用光照射金屬材料產生光電流的裝置。下表給出了6次實驗結果，由此得出的結論正確的是
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組 次 入射光子的能量/eV 相對光強 飽和光電流/mA 光電子的最大初動能/eV
第 一 組 1 2 3 4.0 4.0 4.0 弱 中 強 29 43 60 0.9
0.9
0.9
第 二 組 4 5 6 6.0 6.0 6.0 弱 中 強 27 40 55 2.9
2.9
2.9
A.兩組實驗入射光的頻率不同
B.兩組實驗金屬材料不同
C.若入射光子的能量為5.0 eV，則光電子的最大初動能為1.9 eV
D.若入射光子的能量為5.0 eV，相對光強越強，飽和光電流越大
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光子的能量E=hν，入射光子的能量不同，故入射光的頻率不同，故A正確；
由愛因斯坦的光電效應方程有hν=W0+Ek ①
可求出兩組實驗的逸出功W0均為3.1 eV，故兩組實驗所用的金屬材料相同，故B錯誤；
由①式知金屬的逸出功W0為3.1 eV，當光子的能量hν=5.0 eV時，由①式知Ek=hν-W0=5.0 eV-3.1 eV=1.9 eV，故C正確；
若入射光子的能量為5.0 eV，能發生光電效應，光強越強，單位時間內射出的光子數越多，單位時間內逸出的光電子數越多，形成的光電流越大，飽和電流也越大，故D正確。
11.鋁的逸出功是4.2 eV，現在用波長為200 nm的光照射鋁的表面，求：(h=6.63×10-34 J·s，c=3.0×108 m/s，計算結果保留三位有效數字)
(1)光電子的最大初動能；
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答案　3.23×10-19 J
光電子的最大初動能為
Ek=-W= J-4.2×1.6×10-19 J=3.23×10-19 J
(2)截止電壓；
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答案　2.02 V
由eUc=Ek，解得Uc=2.02 V
(3)鋁的截止頻率。
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答案　1.01×1015 Hz
鋁的截止頻率為ν==1.01×1015 Hz。
12.(2024·遼寧省月考)如圖為某同學設計的一個光電煙霧探測器，光源S發出一束波長為0.8 μm的紅外線，當有煙霧進入探測器時，來自光源S的紅外線會被煙霧散射進入光電管C，當紅外線射到光電管中的金屬表面時發生光電效應，光電流大于8×10-9 A時，便會觸發報警系統。已知元電荷e=1.6×10-19 C，光在真空中的傳播速度為3×108 m/s，下列說法正確的是
1
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12
尖子生選練
A.光電流的大小與光照強度無關
B.若光源發出可見光，則該裝置
將會失去報警功能
C.該金屬的截止頻率大于3.75×
1014 Hz
D.若射向光電管C的光子中有10%會產生光電子，當報警器報警時，每秒
射向該金屬表面的光子數最少為5×1011個
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12
光電流的大小與光照強度有
關，在達到飽和光電流之前，
光照強度越大，光電流越大，
故A錯誤；
根據報警器的工作原理可知，由于可見光的光子能量大于紅外線的光子能量，所以若光源發出的是可見光，則該裝置不會失去報警功能，故B錯誤；
1
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5
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12
根據波長與頻率的關系式，有
c=λν，可得ν=3.75×1014 Hz，
根據光電效應原理，可知該金
屬的截止頻率小于3.75×1014 Hz，
故C錯誤；
當光電流等于8×10-9 A時，光電子的數目為N==5×1010個，
若射向光電管C的光子中有10%會產生光電子，故光子數最少為
=5×1011個，故D正確。
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