文档内容
考情
分析
生活实 医用放射性核素、霓虹灯、氖管、光谱仪、原子钟、威耳逊云室、射线
践类 测厚仪、原子弹、反应堆与核电站、太阳、氢弹、环流器装置等
试题
光电效应现象、光的波粒二象性、原子的核式结构模型、氢原子光谱、
情境 学习探
原子的能级结构、射线的危害与防护、原子核的结合能、核裂变反应和
究类
核聚变反应等
第 1 课时 能量量子化 光电效应
目标要求 1.掌握黑体辐射的定义及其实验规律，理解能量量子化的意义。2.理解光电效
应现象及光电效应的实验规律。会利用光电效应方程计算逸出功、截止频率、最大初动能等
物理量。3.会分析光电效应常见的三类图像。考点一 黑体及黑体辐射
1.热辐射
(1)定义：周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫作热辐射。
(2)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度不同而有所不同。
2．黑体、黑体辐射的实验规律
(1)黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体。
(2)黑体辐射的实验规律
①黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关。
②随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加，另一方面，辐射强度的极大值
向波长较短的方向移动，如图。
3．能量量子化
(1)能量子：普朗克认为，当带电微粒辐射或吸收能量时，只能辐射或吸收 某个最小能量值 ε
的整数倍，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。
(2)能量子大小：ε＝hν，其中ν是带电微粒吸收或辐射电磁波的频率，h被称为普朗克常量。
h＝6.626 070 15×10－34 J·s(一般取h＝6.63×10－34 J·s)。
4．光子
(1)光子及光子能量：爱因斯坦认为，光本身是由一个个不可分割的能量子组成，频率为ν
的光的能量子ε＝hν，称为光子。
(2)光子的动量：①康普顿认为，光子不仅具有能量，而且具有动量，光子的动量p与光的
波长λ和普朗克常量h有关。三者关系为p＝。
②在康普顿效应中，当入射的光子与晶体中的电子碰撞时，要把一部分动量转移给电子，光
子动量可能会变小，波长λ变大。
1．黑体能够反射各种波长的电磁波，但不会辐射电磁波。( × )
2．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，随着温度的升高，各种波长的辐射
强度都增加，辐射强度极大值向波长较短的方向移动。( √ )
3．玻尔为得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，提出了能量子的假说。( × )
4．微观粒子的能量是量子化的，即微观粒子的能量是分立的。( √ )例1 (多选)关于黑体辐射的实验规律如图所示，下列说法正确的是( )
A．黑体能够完全吸收照射到它上面的光波
B．随着温度的降低，各种波长的光辐射强度都有所增加
C．随着温度的升高，辐射强度极大值向波长较长的方向移动
D．黑体辐射的强度只与它的温度有关，与形状和黑体材料无关
答案 AD
解析 能完全吸收照射到它上面的各种频率的电磁波而不发生反射的物体称为黑体，选项A
正确；由题图可知，随着温度的降低，各种波长的光辐射强度都有所减小，选项B错误；
随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，选项C错误；一般物体
辐射电磁波的情况除了与温度有关，还与材料的种类及表面情况有关，但黑体辐射电磁波的
情况只与它的温度有关，选项D正确。
例2 (2023·江苏卷·14)“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λ。若太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，卫星探测仪
镜头正对着太阳，每秒接收到N个该种光子。已知探测仪镜头面积为S，卫星离太阳中心的
距离为R，普朗克常量为h，光速为c，求：
(1)每个光子的动量p和能量E；
(2)太阳辐射硬X射线的总功率P。
答案 (1) h (2)
解析 (1)由题意可知每个光子的动量为p＝
每个光子的能量为E＝hν＝h
(2)太阳辐射的硬X射线光子以球面波的形式均匀地向各个方向辐射，以太阳为圆心，半径
为R的球面上每平方米面积上接收到的光子数相同，太阳每秒辐射光子的总能量E ＝P①
总
面积为S的镜头每秒接收到的辐射光子的能量
E＝·E ＝②
1 总
又E＝Nhν＝N③
1
联立①②③解得P＝。
球面辐射模型设一个点光源或球光源辐射光子的功率为P ，它以球面波的形式均匀向外辐射光子，在一
0
段很短的时间Δt内辐射的能量E＝P·Δt，到光源的距离为R处有个正对光源的面积为S的
0
接收器，如图所示，则在Δt内接收器接收到的辐射光子能量E′＝E＝。
考点二 光电效应
1．光电效应及其规律
(1)光电效应现象
照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象称为光电效应，这种电子常称为
光电子。
(2)光电效应规律
①每种金属都有一个截止频率ν，也称作极限频率，入射光的频率必须大于或等于这个截止
c
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光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s。
④当入射光的频率大于或等于截止频率时，在光的颜色不变的情况下，入射光越强，逸出的
光电子数越多，饱和电流越大，逸出光电子的数目与入射光的强度成正比，饱和电流的大小
与入射光的强度成正比。
2．爱因斯坦光电效应方程
(1)光电效应方程
表达式：hν＝E＋W 或E＝ hν － W 。
k 0 k 0
①物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是 hν，这些能量的一部分用来克服
金属的逸出功W，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能。
0
②逸出功W ：电子从金属中逸出所需做功的最小值叫作这种金属的逸出功，逸出功W 与金
0 0
属的截止频率的关系为W ＝ h ν。
0 c
③最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所
具有的动能的最大值。E＝mv2，可以利用光电管实验的方法测得，最大初动能与遏止电压
k e c
U 的关系为E ＝ eU 。
c k c
1．光子和光电子都不是实物粒子。( × )
2．用紫外线灯照射锌板，验电器箔片张开，此时锌板带正电；若改用红光照射锌板，发现
验电器箔片不张开，说明红外线的频率小于锌的截止频率。( √ )3．只要入射光的强度足够大，就可以使金属发生光电效应。( × )
4．要使某金属发生光电效应，入射光子的能量必须大于或等于该金属的逸出功。( √ )
5．光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比。( × )
例3 (2023·广东省华南师大附中三模)如图所示为研究光电效应实验的电路图。初始时刻，
滑动触头P在O点左侧靠近a点某位置；用一定强度的绿光照射光电管K极，当闭合开关
后，微安表的示数不为0，则在P向b端移动的过程中( )
A．微安表的示数不断增大
B．微安表的示数可能为零
C．到达A极的光电子动能不断增大
D．K极逸出的光电子的最大初动能不断增大
答案 C
解析 在P向b端移动的过程中，在到达O点之前，A极电势低于K极电势，随着P靠近
O，静电力对光电子做的负功越来越少，微安表的示数增大；过了O点之后，A极电势高于
K极电势，静电力对光电子做正功，微安表的示数增大，当达到饱和电流后微安表的示数不
再增大，A、B错误；A极电势逐渐升高，P到达O点前静电力对光电子做的负功减小，过
了O点后静电力对光电子做的正功逐渐增大，根据动能定理可知到达A极的光电子动能不
断增大，C正确；根据爱因斯坦光电效应方程E ＝hν－W ，可知K极逸出的光电子的最大
k 0
初动能不变，D错误。
拓展 将滑片P停在适当位置不动，若提高绿光强度，则金属的逸出功____________，光电
子的最大初动能________，饱和电流__________。(均选填“增大”“减小”或“不变”)
答案 不变 不变 增大
例4 (2024·湖南省联考)表中给出了铝和钙的截止频率和逸出功，已知普朗克常量与光速
的乘积为1 240 eV·nm，若用200 nm的光分别照射两种金属，下列选项正确的是( )
金属 铝 钙
ν/(×1014 Hz) 10.1 7.73
c
W/eV 4.2 3.2
0
A.只有金属钙能发生光电效应
B．若增大入射光的波长，则截止频率减小C．金属铝和钙对应遏止电压之比为2∶3
D．金属铝和钙对应遏止电压之比为21∶16
答案 C
解析 由题意可知，光子能量E＝＝ eV＝6.2 eV，光子能量大于两种金属的逸出功，故均
能发生光电效应，A错误；
截止频率只与金属自身的性质有关，与入射光的频率无关，B错误；
由爱因斯坦光电效应方程有E ＝E－W ，结合动能定理eU＝E 得，铝的遏止电压为2 V，
k 0 c k
钙的遏止电压为3 V，则金属铝和金属钙的遏止电压之比为2∶3，故C正确，D错误。
光电效应的分析思路
考点三 光电效应常见的三类图像
1．E－ν图像
k
(1)写出最大初动能E 与入射光频率ν的关系式：E ＝ h ν － W ＝ h ( ν － ν)。
k k 0 c
(2)由图像获得的信息：
①图线与ν轴交点的横坐标： 截止频率 ν。
c
②图线与E 轴交点坐标的绝对值： 逸出功 W 。
k 0③图线的斜率： 普朗克常量 h。
2.U－ν图像(此时两极间接反向电压)
c
(1)写出遏止电压U 与入射光频率ν的关系式U＝(ν－ν)。
c c c
(2)由图像获得的信息：
①图线与横轴交点的坐标： 截止频率 ν。
c
②图线的斜率k＝。
3．光电流I与电压的关系(用同一光电管做实验)
(1)甲、乙两种色光比较：两种色光对应的光电子最大初动能E ＝E ，两色光频率ν ＝ν ，
k甲 k乙 甲 乙
两种色光对应的截止频率ν ＝ν ，两种色光强度关系甲光较强。
c甲 c乙
(2)丙、丁两种色光的比较：两种色光对应的光电子最大初动能E
