文档文本内容
考
情
分
析
生活实践类
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
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 ，这种辐射与物体的 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 不同而有所不同。
2.黑体、黑体辐射的实验规律
(1)黑体：能够 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 有关。
②随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有 ，另一方面，辐射强度的极大值向波长较
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
，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＝ ，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 组成，频率为ν 的光
的能量子ε＝ ，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＝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 。
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。
球面辐射模型
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 从表面逸出的现象称为光电效应，这种电子常称为
。
(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 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 ，只随入射光 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
，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 。
2.爱因斯坦光电效应方程
表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝ 。
(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 。
(2)逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的 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 。
(3)最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的 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
。
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
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
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)
(1)光电子的最大初动能；
(2)遏止电压；
(3)铝的截止频率。
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： 。
(2)由图像获得的信息：
①图线与ν 轴交点的横坐标： 。
②图线与Ek轴交点坐标的绝对值： 。
③图线的斜率： 。
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 。
(2)由图像获得的信息：
①图线与横轴交点的坐标： 。
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 。
(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
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( )
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
答案精析
考点一
1.(1)电磁波 温度 (2)温度
2.(1)完全吸收
(2)①温度 ②增加 短
3.(1)某个最小能量值ε 的整数倍
(2)hν
4.(1)一个个不可分割的能量子 hν (2)②变大
判断正误
1.× 2.√ 3.× 4.√
例1 (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
。
考点二
1.(1)电子 光电子 (2)①大于或等于
②无关 频率 ④多 正比
2.hν－W0 (1)最大初动能 (2)最小值 W0＝hνc (3)电子 Ek＝eUc
判断正误
1.× 2.√ 3.× 4.√ 5.×
例2 BD [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 C [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 (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。
考点三
1.(1)Ek＝hν－W0＝h(ν－νc)
(2)①截止频率νc ②逸出功W0
③普朗克常量h
2.(1)Uc＝h
e (ν－νc) (2)①截止频率νc ②h
e
3.(1)＝ ＝ ＝ 甲光较强
(2)< < ＝
例5 BCD [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 C [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。]
