文档文本内容
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考情
分析
试题
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、射线测厚仪、原
子弹、反应堆与核电站、太阳、氢弹、环流器装置等
1
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情境
践类
学习探
究类
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、原子的能级
结构、射线的危害与防护、原子核的结合能、核裂变反应和核聚变反应等
第83 课时 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 黑体辐射 能量子
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
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(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＝h
λ。
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 (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
λ hc
λ (2)4 π R
2 Nhc
Sλ
解析 (1)由题意可知每个光子的动量为p＝h
λ
每个光子的能量为E＝hν＝hc
λ
(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，以太阳为球心，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 总＝P
①
面积为S 的镜头每秒接收到的辐射光子的能量
E1＝
S
4 π R
2·E 总＝PS
4 π R
2
②
又E1＝Nhν＝Nhc
λ
③
联立①②③解得P＝4 π R
2 Nhc
Sλ
。
球面辐射模型
3
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设一个点光源或球光源辐射光子的功率为P0，它以球面波的形式均匀向外辐射光子，在一段很短的时间Δt
内辐射的能量E＝P0·Δt，到光源的距离为R 处有个正对光源的面积为S 的接收器，如图所示，则在Δt 内接
收器接收到的辐射光子能量E'＝
S
4 π R
2E＝P0 Δt·S
4 π R
2 。
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νc，也称作极限频率，入射光的频率必须大于或等于这个截止频率才能产生
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
表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν
－
W
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
W0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能。
(2)逸出功W0：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W0与金属的截止频率
的关系为W0＝
hν
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。Ek＝1
2mevc
2，可以利用光电管实验的方法测得，最大初动能与遏止电压Uc的关系为Ek＝
eU
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。( × )
4
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例2 (多选)(2024·黑吉辽·8)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.该金属逸出功增大
B.X 光的光子能量不变
C.逸出的光电子最大初动能增大
D.单位时间逸出的光电子数增多
答案 BD
解析 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 错误；根据光子能量公式ε＝hν 可知增加此X 光的强度，X 光的光子能量不变，故B 正确；根据爱因
斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W0，可知增加此X 光的强度，逸出的光电子最大初动能不变，故C 错误；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 正确。
例3 (九省联考·河南·16)某光源包含不同频率的光，光的强度与频率的关系如图所示。表中给出了一
些金属的截止频率νc，用该光源照射这些金属。则( )
金属
νc/(×1014 Hz)
铯
4.69
钠
5.53
锌
8.06
钨
10.95
A.仅铯能产生光电子
B.仅铯、钠能产生光电子
C.仅铯、钠、锌能产生光电子
D.都能产生光电子
答案 C
解析 根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0
金属的逸出功为W0＝hνc
由题图可知光源中光的频率范围为1.5×1014 Hz≤ν≤9×1014 Hz
则仅铯、钠、锌能产生光电子。故选C。
例4 铝的逸出功是4.2 eV，现在用波长为200 nm 的光照射铝的表面，取元电荷e＝1.60×10－19 C，
普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，真空中光速c＝3×108 m/s，求：(结果均保留1 位有效数字)
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(1)光电子的最大初动能；
(2)遏止电压；
(3)铝的截止频率。
答案 (1)2 eV (2)2 V (3)1×1015 Hz
解析 (1)入射光子的能量ε＝hν＝hc
λ
得ε≈6.2 eV，由光电效应方程Ek＝hν－W0，得Ek＝2 eV
(2)由Ek＝eUc，得Uc＝2 V
(3)由W0＝hνc，得νc≈1×1015 Hz。
光电效应的分析思路
考点三 光电效应中常见的三类图像
1.Ek－ν 图像
(1)写出最大初动能Ek与入射光频率ν 的关系式：Ek＝
hν
－
W
0＝
h ( ν －
ν 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Ek轴交点坐标的绝对值：逸出功
W
0。
③图线的斜率：普朗克常量
h 。
2.Uc－ν 图像(此时两极间接反向电压)
(1)写出遏止电压Uc与入射光频率ν 的关系式Uc＝h
e ( ν －
ν c)。
(2)由图像获得的信息：
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①图线与横轴交点的坐标：截止频率
ν c。
②图线的斜率k＝h
e 。
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Ek 甲＝Ek 乙，两色光频率ν 甲＝ν 乙，两种色光对
应的截止频率νc 甲＝νc 乙，两种色光强度关系为甲光较强。
(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Ek 丙<Ek 丁，两色光频率ν 丙<ν 丁；两种色光对
应的截止频率νc 丙＝νc 丁。
例5 (多选)(2025·山东济宁市校考)在研究甲、乙两种金属光电效应现象的实验中，光电子的最大初
动能Ek与入射光频率ν 的关系如图所示，则( )
A.两条图线与横轴的夹角α 和β 可能不相等
B.若用同种频率的光照射这两种金属均能发生光电效应，则甲的遏止电压大于乙的遏止电压
C.若某一频率的光可以使乙金属发生光电效应，则一定也能使甲金属发生光电效应
D.甲金属的逸出功小于乙金属的逸出功
答案 BCD
解析 由光电效应方程有Ek＝hν－W0，可知Ek－ν 图像的斜率为普朗克常量，所以两图像的斜率一定相等，
即α 和β 一定相等，故A 错误；由Ek＝hν－W0＝h(ν－νc)可知，图像与横坐标的交点为截止频率，则甲的截
止频率小，又因为W0＝hνc，所以甲的逸出功小，用同种光照射两种金属发生光电效应，则甲的光电子的
最大初动能大，由因为eUc＝Ek，所以甲的遏止电压大于乙的遏止电压，故B、D 正确；由上述分析可知，
甲的截止频率小，所以当乙可以在某一频率的光照射下发生光电效应时，该光也一定可以使甲发生光电效
应，故C 正确。
例6 (2024·山东威海市检测)图甲为研究光电效应的实验装置，用不同频率的单色光照射阴极K，正
确操作下，记录相应电表示数并绘制如图乙所示的Uc－ν 图像，当频率为ν1时绘制了如图丙所示的I－
U 图像，图中所标数据均为已知量，则下列说法正确的是( )
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A.饱和电流I0与K、A 之间的电压有关
B.测量遏止电压Uc时，滑片P 应向b 移动
C.阴极K 的逸出功W0＝e ν1U c 2−e ν2U c1
ν2−ν1
D.普朗克常量h＝U c 2−U c1
ν2−ν1
答案 C
解析 饱和电流只与入射光的强度有关，与外加电压无关，故A 错误；测量遏止电压Uc时，光电管应接
反向电压，滑片P 应向a 移动，故B 错误；根据光电效应方程Ek＝hν－W0，根据动能定理eUc＝Ek，整理
得Uc＝h
e ν－W 0
e ，则Uc－ν 图像的斜率为k＝h
e ＝U c 2−U c1
ν2−ν1
，解得普朗克常量h＝(U c 2−U c1)e
ν2−ν1
，故D 错
误；根据hν1－W0＝eUc1，hν2－W0＝eUc2，解得阴极K 的逸出功W0＝
e ν1U c 2−e ν2U c1
ν2−ν1
，故C 正确。
课时精练
(分值：60 分)
1~6 题每小题5 分，共30 分
1.下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射规律的是( )
答案 A
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解析 黑体辐射的特点是：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，故选A。
2.关于光电效应，下列说法正确的是( )
A.截止频率越大的金属材料逸出功越大
B.只要光照射的时间足够长，任何金属都能发生光电效应
C.从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小
D.发生光电效应时，入射光的频率一定，入射光越强，单位时间内逸出的光电子数就越少
答案 A
解析 逸出功W0＝hνc，W0∝νc，A 正确；只有照射光的频率大于或等于金属截止频率，才能发生光电效应，
与光照的时间无关，B 错误；由光电效应方程Ek＝hν－W0知，最大初动能与入射光的频率和金属逸出功两
个因素有关，入射光频率ν 不确定时，无法确定Ek与W0的关系，C 错误；发生光电效应的前提下，入射光
的频率一定时，入射光越强，单位时间内逸出的光电子数越多，D 错误。
3.(2025·山东泰安市检测)如图甲所示的电路，可用于研究光电效应中光电流大小与照射光的强弱、频率等
物理量的关系。图中A、K 两极间的电压大小可调，电源的正负极也可以对调。分别用a、b、c 三束单色
光照射，调节A、K 间的电压U，得到光电流I 与电压U 的关系如图乙所示。由图可知( )
A.研究遏止电压时，电源左端应为负极
B.单色光b 光子的能量小于单色光a 光子的能量
C.单色光b 的频率小于单色光a 的频率
D.单色光a 和c 的频率相同，但a 光强度更强些
答案 D
解析 光电子从K 极逸出，研究遏止电压时，A 极板应带负电，所以电源右端应为负极，A 错误；根据－
eUc＝0－Ekm，Ekm＝hν－W0，可知遏止电压越大，光的频率越大，根据ε＝hν 可知，频率越大，光子能量
越大，所以b 光的频率大，光子能量大，B、C 错误；单色光a 和c 照射时遏止电压相等，所以两光的频率
相同，但在相等电压下，a 光照射的光电流大，说明单位时间内光电子数多，光照强度大，D 正确。
4.(2024·山东滨州市检测)用如图所示电路研究光电效应现象，A、K 两个电极密封在真空玻璃管中。先后用
频率为ν1、ν2的入射光照射K 极，电压表测出遏止电压分别为Uc1和Uc2，下列说法正确的是( )
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A.光电子在K、A 间做加速运动
B.普朗克常量h＝e(U c1−U c 2)
ν1−ν2
C.增大入射光的强度，K 极金属的逸出功也增大
D.当微安表示数最大时，电压表示数即为遏止电压
答案 B
解析 题图中阴极K 跟电源正极相连，则静电力向右，即光电子在K、A 间做减速运动，故A 错误；根据
爱因斯坦光电效应方程eUc1＝hν1－W0，eUc2＝hν2－W0，联立解得普朗克常量为h＝e(U c1−U c 2)
ν1−ν2
，故B 正
确；金属的逸出功是金属本身的性质，与入射光的频率、入射光的强度无关，故无论是增大入射光的频率
还是增加入射光的强度，该金属的逸出功都不变，故C 错误；当微安表示数为零时，电压表示数即为遏止
电压，故D 错误。
5.(2024·山东淄博市模拟)人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm 的绿光时，只要每秒有
6 个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。普朗克常量为6.63×10－34 J·s，光速为3.0×108 m/s，则人眼能
察觉到绿光时所接收到的最小功率是( )
A.2.3×10－18 W
B.3.8×10－19 W
C.7.0×10－10 W
D.1.2×10－18 W
答案 A
解析 因每秒有6 个绿光的光子射入瞳孔眼睛就能察觉，所以察觉到绿光所接收到的最小功率P＝E
t ，式
中E＝6ε，又因为ε＝hν＝hc
λ ，可解得P＝6hc
λt ＝6×6.63×10
−34×3.0×10
8
530×10
−9×1
W≈2.3×10－18 W，故选A。
6.(2025·山东泰安市肥城市质检)如图所示为研究光电效应的装置，当分别利用波长为2λ、λ 的单色光照射
锌板时，从锌板表面逸出的光电子的最大初速度之比为1∶3，电流计的示数均不为零。已知单色光在真空
中的传播速度为c，普朗克常量为h，则( )
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A.锌板的极限频率为9c
16 λ
B.用波长为2λ 的光照射锌板时，电流计的示数较大
C.用波长为3λ 的单色光照射锌板时，定能从锌板表面逸出光电子
D.用波长为2λ、λ 的单色光分别照射锌板时，二者遏止电压之比为1∶9
答案 D
解析 波长为2λ、λ 的单色光的能量分别为E1＝hc
2 λ ，E2＝hc
λ ，由爱因斯坦光电效应方程可知Ekm1＝hc
2 λ－
W0，Ekm2＝hc
λ －W0，又从锌板表面逸出的光电子的最大初速度之比为1∶3，知光子最大初动能之比为
1∶9，由以上可解得W0＝7hc
16 λ， 所以锌板的极限频率νc＝W 0
h ＝7c
16 λ，故A 错误；电流计的示数与光电
流的大小有关，单位时间内逸出的光电子数目越多，光电流越大，而单位时间内逸出的光电子数与光的强
度有关，由于光的强度关系未知，所以无法判断电流计的示数大小，故B 错误；波长为3λ 的单色光的频
率为ν＝c
3 λ< 7c
16 λ ，因此该光不能使锌板产生光电效应现象，即不能从锌板表面逸出光电子，故C 错误；
由公式eUc＝1
2mevc
2，可得Uc＝me vc
2
2e
，即二者遏止电压之比为1∶9，故D 正确。
7~9 题每小题6 分，10 题12 分，共30 分
7.(2024·海南卷·8)利用如图所示的装置研究光电效应，闭合单刀双掷开关，使S 接1，用频率为ν1的光照射
光电管，调节滑动变阻器，使电流表的示数刚好为0，此时电压表的示数为U1，已知电子电荷量为e，普
朗克常量为h，下列说法正确的是( )
A.其他条件不变，增大光强，电压表示数增大
B.改用比ν1更大频率的光照射，调整电流表的示数为零，此时电压表示数仍为U1
C.其他条件不变，使开关S 接2，电流表示数仍为零
D.光电管阴极材料的截止频率νc＝ν1－eU 1
h
答案 D
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解析 当开关S 接1 时，由爱因斯坦光电效应方程得eU1＝hν1－W0，故其他条件不变时，增大光强，电压
表的示数不变，故A 错误；
改用比ν1更大频率的光照射，调整电流表的示数为零，而金属的逸出功不变，故遏止电压变大，即此时电
压表示数大于U1，故B 错误；
其他条件不变，使开关S 接2，此时hν1>W0，可发生光电效应，故电流表示数不为零，故C 错误；
根据爱因斯坦光电效应方程得eU1＝hν1－W0，其中W0＝hνc，联立解得光电管阴极材料的截止频率为νc＝ν1
－eU 1
h ，故D 正确。
8.(2024·山东威海市检测)如图甲，A 和B 两单色光，以适当的角度向半圆形玻璃砖射入，出射光线都从圆
心O 沿OC 方向射出，且这两种光照射同种金属，都能发生光电效应。那么在光电效应实验中(如图乙所
示)，调节这两束光的强度并分别照射相同的光电管，实验中这两束光都能在单位时间内产生相同数量的光
电子，实验所得光电流I 与光电管两端所加电压U 间的关系曲线分别以A、B 表示，则下列图中可能正确
的是( )
答案 D
解析 由光路的可逆性可知，单色光A 的偏折程度较大，其折射率较大，频率较高，由Ekm＝hν－W0，又
eUc＝Ekm，联立解得Uc＝hν
e －W 0
e ，可知单色光A 的遏止电压较大，根据I＝q
t ，可知二者的饱和电流相
等。如果所加的电压U＝0，两束光在单位时间内产生相同数量的光电子，则相同时间到达阳极的光电子
的数量相等，光电流相等。故选D。
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9.(2022·河北卷·4)如图是密立根于1916 年发表的钠金属光电效应的遏止电压Uc与入射光频率ν 的实验曲线，
该实验直接证明了爱因斯坦光电效应方程，并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量h。由图像可
知( )
A.钠的逸出功为hνc
B.钠的截止频率为8.5×1014Hz
C.图中直线的斜率为普朗克常量h
D.遏止电压Uc与入射光频率ν 成正比
答案 A
解析 根据遏止电压与最大初动能的关系有eUc＝Ekmax，根据爱因斯坦光电效应方程有Ekmax＝hν－W0，当
Uc为0 时，解得W0＝hνc，A 正确；钠的截止频率为νc，根据题图可知，截止频率小于8.5×1014Hz，B 错误；
根据上述分析，有Uc＝h
e ν－W 0
e ，可知题图中直线的斜率表示h
e ，遏止电压Uc与入射光频率ν 成线性关系，
不是正比，C、D 错误。
10.(12 分)某点光源以功率P 向外均匀辐射某频率的光子，点光源正对图中的光电管窗口，窗口的有效接收
面积为S，每个光子照射到阴极K 都能激发出一个光电子。已知闭合开关时电压表示数为U，阴极K 的逸
出功为W0，光速为c，电子电荷量为e，光子能量为E，光电管每秒接收到N 个光子。求：
(1)(5 分)光子的动量大小p 和光电子到达阳极A 时的最大动能Ekm；
(2)(7 分)微安表的最大电流I 和光电管窗口距点光源的距离R。
答案 (1) E
c E－W0＋eU (2)Ne √
PS
4 π NE
解析 (1)每个光子的能量E＝hν
每个光子的动量为p＝hν
c ＝E
c
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光电子从K 逸出时的最大初动能Ek＝E－W0
光电子到达A 时的最大动能
Ekm＝Ek＋eU＝E－W0＋eU
(2)通过微安表的电流I＝q
t ＝Ne
设t 秒发射总光子数为n，则
n
4 π R
2·S＝Nt
t 秒辐射光子的总能量E'＝nE＝4 π R
2 NE
S
·t
点光源辐射光子的功率P＝E'
t ＝4 π R
2 NE
S
得光电管窗口距点光源的距离R＝√
PS
4 π NE 。
14
