第十六章近代物理

近代物理

海南卷T8

一黑吉遼T8

貨州卷T8光電效應（--[的）--浙江6月選考TL5

北京卷T13

?2()241]42022]河北卷T4

湖南卷T1-

新課標卷T17重慶卷T8

安徽卷T1

-[20241——江西卷T2

北京卷T14—

江蘇卷T5

海南卷TI0黑體輛射、

回叵能量子、浙江6月選考T10

江蘇卷T14

物質(zhì)波

浙江1月選考TU山東卷T】

-湖北卷T】

能級躍遷4^}-

-遼寧卷T6

浙江1月選考T16—■2022；-

考情新課標卷T16

p廣東卷T5

分析

浙江6月選考T7

；'2022|

北京卷TI

北山京東卷T1-卜）（-恒^

市慶卷T6

「福建卷TI

我慶卷T6湖北卷T2

浙江6月選考T5一原子核的衰河北卷T】

：2023：-

海南卷T1一變、半衰期件甜卷T1

42024)-

浙江1月選考T9廣西卷T4

江蘇卷T3

-廣東卷T2

全國甲卷T17-核反應、

浙江6月選考T4

山東卷T1—2()22—核能

全國甲卷TI5

浙江6月選考T14

天津卷T3

T2023戶

北京卷T3

湖南卷T】

試題生活實醫(yī)用放射性核素、霓虹燈、笳管、光譜儀、原子鐘、威耳遜云室、射線測厚儀、原

情境踐類子彈、反應堆與核電站、太陽、氫彈、環(huán)流器裝置等

學習探光電效應現(xiàn)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

究類結構、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(guī)律，理解能量量子化的意義。2.理解光電效應現(xiàn)象及光電效

應的實驗規(guī)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。

考點一黑體輻射能量子

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遜度不同而有所不同。

2.黑體、黑體輻射的實驗規(guī)律

(1)黑體：能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體。

(2)黑體輻射的實驗規(guī)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￡的整數(shù)倍,這

個不可再分的最小能量值￡叫作能量子。

(2)能量子大?。骸?皿，其中y是帶電微粒吸收或輻射電磁波的頻率，(被稱為普朗克常量。/z=6.626070

15X10-34J?s(一般取1=6.63XIO-34Js)o

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V的光的能量子￡

=小，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〃與光的波長2和普朗克

常量力有關。三者關系為p=；。

②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，波長一變大。

■判斷正誤--------------------------------------------------------------------------------------------

1.黑體能夠反射各種波長的電磁波，但不會輻射電磁波。（X）

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。（x）

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。（Y）

[例1]（2023?江蘇卷44）“夸父一號”太陽探測衛(wèi)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，設波長為人若太陽均勻地向各個方向輻射硬X射線，衛(wèi)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(wèi)星離太陽中心的距離為R,普朗克常量為光

速為c,求：

⑴每個光子的動量〃和能量E；

⑵太陽輻射硬X射線的總功率P,

答案（吟《⑵生學

解析（I）由題意可知每個光子的動量為〃

每個光子的能量為E=hv=h^

（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(shù)相同，太陽每秒輻射光子的總修量后總=2①

面積為S的鏡頭每秒接收到的輻射光子的能量

又③

聯(lián)立①②③解得。=竺學￡。

3.只要入射光的強度足夠大，就可以使金屬發(fā)生光電效應。（x）

4.要使某金屬發(fā)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。（4）

5.光電子的最大初動能與入射光子的頻率成正比。（x）

【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(fā)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

氏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(shù)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喑誤；根據(jù)光子能量公式￡=和可知增加此X光的強度，X光的光子能量不變，故B正確；根據(jù)愛因

斯坦光電效應方程七.二加一用），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(shù)增多，故D正確。

【例3】（九省聯(lián)考?河南」6）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%，用該光源照射這些金屬。貝U（）

4

0246810v/(xIO'Hz)

金屬Vc/fX1014Hz)

的4.69

鈉5.53

鋅8.06

鴿10.95

A.僅葩能產(chǎn)生光電子

B.僅釣、鈉能產(chǎn)生光電子

C.僅釣、鈉、鋅能產(chǎn)生光電子

D.都能產(chǎn)生光電子

答案c

解析根據(jù)愛因斯坦光電效應方程反=6—Wo

金屬的逸出功為Wo=//vc

由題圖可知光源中光的頻率范圍為1.5XIO】，HzWnW9XIO14Hz

則僅艷、鈉、鋅能產(chǎn)生光電子。故選C。

【例4】鋁的逸出功是4.2eV,現(xiàn)在用波長為200nm的光照射鋁的表面，取元電荷e=1.60X10囚C,

普朗克常量〃=6.63X1074j4真空中光速c=3Xl()Xm/s,求：(結果均保留1位有效數(shù)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)1XIO,5Hz

解析⑴入射光子的能量￡=加=后

A

得戶6.2cV,由光電效應方程Ek=6—Wo，得Ek=2cV

(2)由Ek=e&,得“=2V

15

(3)由WG=hvc,得vc^IXIOHzo

3總結提升

光電效應的分析思路

產(chǎn)生光

電效應

光

電

流

大

考點三光電效應中常見的三類圖像

l.Ekf圖像

(1)寫出最大初動能反與入射光頻定v的關系式：。=/八，一Wo=勵—吟。

(2)由圖像獲得的信息：

①圖線與y軸交點的橫坐標：截止頻率心。

②圖線與Ek軸交點坐標的絕對值：逸出功Wo。

③圖線的斜率：普朗克常斜兒

2.U-V圖像(此時兩極間接反向電壓)

(I)寫出遏止電壓u與入射光頻率v的關系式

(2)由圖像獲得的信息：

()匕

①圖線與橫軸交點的坐標：截止頻率做

②圖線的斜率日。

3.光電流/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反甲三以乙，兩色光頻率v甲三u乙，兩種色光對

應的截止頻率內(nèi)甲=%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瓦內(nèi)由反「，兩色光頻率丫丙勺「；兩種色光對

應的截止頻率心西三合丁。

【例5】(多選)(2025?山東濟寧市?？?在研究甲、乙兩種金屬光電效應現(xiàn)象的實驗中，光電子的最大初

動能松與入射光頻率u的關系如圖所示，貝lJ()

心

/：/乙

%一

Ov

A.兩條圖線與橫軸的夾角。和￡可能不相等

B.若用同種頻率的光照射這兩種金屬均能發(fā)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(fā)生光電效應，則一定也能使甲金屬發(fā)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=hv-W.,可知EL圖像的斜率為普朗克常量，所以兩圖像的斜率一定相等，

即a和夕一定相等，故A錯誤；由&=加一一記）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W,=hvc,所以甲的逸出功小，用同種光照射兩種金屬發(fā)生光電效應，則甲的光電子

的最大初動能大，由因為eUc=E.,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(fā)生光電效應時，該光也一定可以使甲發(fā)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(shù)并繪制如圖乙所示的v圖像，當頻率為片時繪制了如圖丙所示的/一

U圖像，圖中所標數(shù)據(jù)均為已知量，則下列說法正確的是（）

UclOU

丙

A.飽和電流/（）與K、A之間的電壓有關

B.測量遏止電壓”時，滑片P應向〃移動

eV1Uc2eV2Ucl

C.陰極K的逸出功W（t=-

V2-Vi

D.普朗克常量//=三』

V2rl

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；測量遏止電壓上時，光電管應接

反向電壓，滑片P應向。移動，故B錯誤；根據(jù)光電效應方程Ek=6—1%,根據(jù)動能定理ea=Ek,整理

得d=4一%,則ULI?圖像的斜率為k=-="*,解得普朗克常量力=（%2一，故D錯誤；根據(jù)

v

eeev2-iv2-vt

加,hv2-W,=eUc2,解得陰極K的逸出功l%=吆口二處1,故C正確。

Of

課時精練

（分值：60分）

14基礎落實練

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(guī)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Ao

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(fā)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(fā)生光電效應時，入射光的頻率一定，入射光越強，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越少

答案A

解析逸出功,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(fā)生光電效

應，與光照的時間無關，B錯誤；由光電效應方程反=加一Wo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-不確定時，無法確定反與V%的關系，C錯誤；發(fā)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(nèi)逸出的光電子數(shù)越多，D錯誤。

3.（2025?山東泰安市檢測）如圖中所示的電路，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(diào)，電源的正負極也可以對調(diào)。分別用。、氏c三束單色

光照射，調(diào)節(jié)A、K間的電壓U,得到光電流/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。和c的頻率相同，但。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(jù)一

eUc=O-Ekm,Ekm=hv-Wo,可知遏止電壓越大，光的頻率越大，根據(jù)￡=加可知，頻率越大，光子能量

越大，所以〃光的頻率大，光子能量大，B、C錯誤；單色光。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，。光照射的光電流大，說明單位時間內(nèi)光電子數(shù)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(xiàn)象，A、K兩個電極密封在真空玻璃管中。先后用

頻率為口、也的入射光照射K極，電壓表測出遏止電壓分別為％和&2,下列說法正確的是（）

A.光電子在K、A間做加速運動

B.普朗克常量力=絲吐31

Vl-V2

C.增人入射光的強度，K極金屬的逸出功也增大

D.當微安表示數(shù)最大時，電壓表示數(shù)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(jù)

愛因斯坦光電效應方程尸加LWO,eUc2=hv2-\^,聯(lián)立解得普朗克常量為人=以凸2，故B正確；

Vl-V2

金屬的逸出功是金屬本身的性質(zhì)，與入射光的頻率、入射光的強度無關，故無論是增大入射光的頻率還是

增加入射光的強度，該金屬的逸出功都不變，故C錯誤；當微安表示數(shù)為零時，電壓表示數(shù)即為遏止電壓，

故D喈誤。

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53（）nm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6.63X1074j&光速為3.0X108mg則人眼能

察覺到綠光時所接收到的最小功率是（）

A.2.3X10',8WB.3.8X10-,9W

C.7.0X10-,0WD.1.2X10-I8W

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,式中

E=6。，又因為￡=加=底，可解得。=平=經(jīng)坐Q誓過W七2.3X10Fw,故選A。

AAt530X10-9x1

6.（2025?山東泰安市肥城市質(zhì)檢）如圖所示為研究光電效應的裝置，當分別利用波長為2/1、2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(shù)均不為零。一知單色光在真空

中的傳播速度為c,普朗克常量為〃，則（）

A.鋅權的極限頻率為所

B.用波長為2/的光照射鋅板時，電流口的示數(shù)較大

C.用波長為3%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2晨A的單色光分別照射鋅板時，二者遇止電壓之比為1：9

答案D

解析波長為22、z的單色光的能量分別為E尸方,氏=與，由愛因斯坦光電效應方程可知Ekmi=^-W（）,

2AA2A

Ekm2=3-Wo,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

以上可解得題=答,所以鋅板的極限頻率丹=華=白，故A錯誤；電流計的示數(shù)與光電流的大小有關，

16An16A

單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)目越多，光電流越大，而單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)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(shù)大小，故B錯誤；波長為3z的單色光的頻率為丫=三＜卷，

3A16A

因此該光不能使鋅板產(chǎn)生光電效應現(xiàn)象，即不能從鋅板表面逸出光電子，故C錯誤；由公式eUc=3恨%2,

可得上=宰，即二者遏止電壓之比為I：9,故DTF確。

2e

ID能力綜合練

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,用頻率為死的光照射

光電管，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電流表的示數(shù)剛好為0,此時電壓表的示數(shù)為U”已知電子電荷量為e,普

朗克常量為人下列說法正確的是（）

A.其他條件不變，增大光強，電壓表示數(shù)增大

B.改月比也更大頻率的光照射，調(diào)整電流表的示數(shù)為零，此時電壓表示數(shù)仍為a

C.其他條件不變，使開關S接2,電流表示數(shù)仍為零

D.光電管陰極材料的截止頻率%=力一的

答案D

解析當開關S接I時，由愛因斯坦光電效應方程得。5=加|一1%,故其他條件不變時，增大光強，電壓

表的示數(shù)不變，故A錯誤；

改用比也更大頻率的光照射，調(diào)整電流表的示數(shù)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(shù)大于U-故B錯誤；

其他條件不變，使開關S接2,此時加Al%,可發(fā)生光電效應,故電流表示數(shù)不為零，故C錯誤；

根據(jù)愛因斯坦光電效應方程得eU產(chǎn)〃力一胸，其中W0=hvc,聯(lián)立解得光電管陰極材料的截止頻率為vc=

必一半■，故D正確。

ft

8.（2024.山東威海市檢測汝1圖甲，A和B兩單色光，以適當?shù)慕嵌认虬雸A形玻璃磚射入，出射光線都從圓

心。沿OC方向射出，且這兩種光照射同種金屬，都能發(fā)生光電效應。那么在光電效應實驗中（如圖乙所

示），調(diào)節(jié)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(nèi)產(chǎn)生相同數(shù)量的光

電子，實驗所