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2　光电效应
(分值：100分)
1~7题每题7分，共49分
考点一　光电效应现象及实验规律
1.(2023·成都市高二期末)如图所示，用一定频率的单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，则(　　　　)
A.电源右端应为正极
B.流过电流表G的电流大小取决于入射光的频率
C.流过电流表G的电流方向是由a到b
D.普朗克解释了光电效应并提出光子能量ε=hν(h为普朗克常量，ν为光的频率)
2.(多选)光电效应现象的规律中，经典电磁理论不能解释的有(　　　　)
A.入射光的频率必须大于被照金属的截止频率时才产生光电效应
B.截止电压与入射光的频率有关，与入射光强度无关
C.入射光照射到金属表面上时，光电子的发射几乎是瞬时的
D.当入射光频率大于截止频率时，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多
3.(2023·成都市高二期末)如图，电磁继电器是一种利用光电效应工作的仪器。当光照射到光电管阴极时，阴极会逸出光电子，此时放大器中有电流流过，进而使得电磁继电器工作，实现自动控制。若用黄光照射光电管阴极时，电磁继电器没有工作，则下列操作可能使电磁继电器工作的是(　　　　)
A.减小黄光的光照强度
B.增大黄光的光照强度
C.改用红光照射光电管阴极
D.改用蓝光照射光电管阴极
4.(2023·湛江市模拟)如图所示为一光电管电路图，滑动变阻器滑动触头P位于某点，用光照射光电管阴极，电表无偏转，要使电表指针偏转，可采取的措施有(　　　　)
A.加大照射光强度 B.换用波长短的光照射
C.将P向B滑动 D.将电源正负极对调
考点二　爱因斯坦的光电效应理论
5.(多选)(2023·成都市高二期末)关于光电效应，下列说法正确的是(　　　　)
A.金属的逸出功与入射光的频率无关
B.光电子的最大初动能越大，形成的光电流越强
C.入射光的强度越大，光电子的最大初动能越大
D.对于某种金属，只要入射光的频率低于金属的极限频率就不能发生光电效应
6.用波长为λ1和λ2的单色光A和B分别照射两种金属C和D的表面，单色光A照射两种金属时都能产生光电效应现象；单色光B照射时，只能使金属C产生光电效应现象，不能使金属D产生光电效应现象。设两种金属的逸出功分别为WC和WD，则下列选项正确的是(　　　　)
A.λ1>λ2，WC>WD B.λ1>λ2，WCC.λ1<λ2，WC>WD D.λ1<λ2，WC7.某金属在一束单色光的照射下发生光电效应，光电子的最大初动能为Ek，已知该金属的逸出功为W0，普朗克常量为h。根据爱因斯坦的光电效应理论，该单色光的频率ν为(　　　　)
A. B.
C. D.
8~10题每题9分，11题13分，共40分
8.(多选)某同学用如图所示的装置研究光电效应现象，开始时，滑动变阻器滑片c移到最右端b点。用光子能量为4.2 eV的光照射到光电管上，此时电流表G有读数。向左移动滑动变阻器的滑片c，当电压表的示数大于或等于1.5 V时，电流表读数为0，则以下说法正确的是(　　　　)
A.光电子最大初动能为2.7 eV
B.光电管阴极的逸出功为2.7 eV
C.当电流表示数为零时，断开开关，电流表示数不再为零
D.将电源的正负极调换，滑动变阻器滑片从b移到a，电流表的示数一直增大
9.单光子光电效应，即一个电子极短时间内能吸收到一个光子而从金属表面逸出。强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，一个电子在短时间内能吸收多个光子形成多光子光电效应。用频率为ν的普通光源照射金属，没有发生光电效应，换同样频率为ν的强激光照射，则可以发生光电效应，测得其截止电压为U，该金属的逸出功为W，已知普朗克常量为h，电子电荷量为e，则发生光电效应时一个电子能吸收的光子个数为(　　　　)
A. B.
C. D.
10.(多选)光电管是一种利用光照射金属材料产生光电流的装置。下表给出了6次实验结果，由此得出的结论正确的是(　　　　)
组 次 入射光子的能量/eV 相对 光强 饱和光电流/mA 光电子的最大初动能/eV
第 一 组 1 2 3 4.0 4.0 4.0 弱 中 强 29 43 60 0.9 0.9 0.9
第 二 组 4 5 6 6.0 6.0 6.0 弱 中 强 27 40 55 2.9 2.9 2.9
A.两组实验入射光的频率不同
B.两组实验金属材料不同
C.若入射光子的能量为5.0 eV，则光电子的最大初动能为1.9 eV
D.若入射光子的能量为5.0 eV，相对光强越强，饱和光电流越大
11.(13分)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，求：(h=6.63×10-34 J·s，c=3.0×108 m/s，计算结果保留三位有效数字)
(1)(5分)光电子的最大初动能；
(2)(4分)截止电压；
(3)(4分)铝的截止频率。
(11分)
12.(2024·辽宁省月考)如图为某同学设计的一个光电烟雾探测器，光源S发出一束波长为0.8 μm的红外线，当有烟雾进入探测器时，来自光源S的红外线会被烟雾散射进入光电管C，当红外线射到光电管中的金属表面时发生光电效应，光电流大于8×10-9 A时，便会触发报警系统。已知元电荷e=1.6×10-19 C，光在真空中的传播速度为3×108 m/s，下列说法正确的是(　　　　)
A.光电流的大小与光照强度无关
B.若光源发出可见光，则该装置将会失去报警功能
C.该金属的截止频率大于3.75×1014 Hz
D.若射向光电管C的光子中有10%会产生光电子，当报警器报警时，每秒射向该金属表面的光子数最少为5×1011个
答案精析
1.C　［发生光电效应时，电子从光电管右端运动到左端，电流的方向与电子定向移动的方向相反，所以流过电流表G的电流方向是由a到b；此时电源左端可能为正极，也可能为负极，故A错误，C正确。流过电流表G的电流大小取决于入射光的强度，不取决于入射光的频率，故B错误。爱因斯坦解释了光电效应并提出光子能量ε=hν，故D错误。］
2.ABC　［按照经典电磁理论，光的能量随光的强度的增大而增大，与光的频率无关，金属中的电子必须吸收足够的能量后才能从其中飞出，电子有一个能量积蓄的时间，光的强度越大，单位时间内辐射到金属表面的能量越多，被电子吸收的能量越多，产生的光电子数越多，故不能解释的为选项A、B、C。］
3.D　［根据光电效应的公式Ekmax=hν-W可知，要使光电子逸出从而产生光电流让电磁继电器工作，只能增大照射光的频率，增加或减小黄光的强度都不能使继电器工作；红光的频率小于黄光，也不能使继电器工作，蓝光的频率大于黄光，可能使继电器工作，故D正确，A、B、C错误。］
4.B　［电表指针无偏转，说明没有发生光电效应，这说明照射光频率太低，这与光强、外加电压的大小及方向均无关，可见要使指针发生偏转需增大照射光频率，即减小照射光的波长，故B正确，A、C、D错误。］
5.AD　［逸出功指电子逸出金属表面过程克服金属原子核引力做功的最小值，因此逸出功由金属材料本身决定，与入射光的频率无关，故A正确；根据光电效应方程有Ekmax=hν-W，可知光电子的最大初动能由入射光的频率和逸出功共同决定，而光电流的大小由单位时间到达阳极的光电子的数目决定，因此，光电子的最大初动能与光电流的大小没有因果关系，故B错误；入射光强度指单位时间照射到单位面积上的光子的总的能量，其与入射光的频率与光子数目有关，而光电子的最大初动能由入射光的频率和逸出功共同决定，入射光的强度与光电子的最大初动能的大小没有因果关系，故C错误；根据光电效应的产生条件可知，对于某种金属，只要入射光的频率低于金属的极限频率就不能发生光电效应，故D正确。］
6.D　［单色光A照射两种金属时都能产生光电效应现象；单色光B照射时，只能使金属C产生光电效应现象，根据光电效应条件知，单色光A的频率大于单色光B的频率，则λ1<λ2，单色光B照射时，只能使金属C产生光电效应现象，不能使金属D产生光电效应现象，知金属C的逸出功小于金属D的逸出功，即WC7.D　［根据爱因斯坦的光电效应方程可知hν=W0+Ek，解得该单色光的频率为ν=，故选D。］
8.BC　［根据题意知截止电压UKA=1.5 V，则光电子的最大初动能Ek=eUKA=1.5 eV，根据爱因斯坦光电效应方程得W=hν-Ek=4.2 eV-1.5 eV=2.7 eV，故A错误，B正确；当电流表示数为零时，断开开关，这时没有反向截止电压，电流表示数不为零，故C正确；将电源的正负极调换，滑动变阻器滑片从b移到a，当光电流达到饱和光电流后，电流表的示数就不再变化，故D错误。］
9.C　［设发生光电效应时一个电子能吸收的光子个数为n，根据光电效应方程可得Ekm=nhν-W，根据动能定理可得-eU=0-Ekm，联立解得n=，C正确，A、B、D错误。］
10.ACD　［光子的能量E=hν，入射光子的能量不同，故入射光的频率不同，故A正确；由爱因斯坦的光电效应方程有
hν=W0+Ek ①
可求出两组实验的逸出功W0均为3.1 eV，故两组实验所用的金属材料相同，故B错误；
由①式知金属的逸出功W0为3.1 eV，当光子的能量hν=5.0 eV时，由①式知Ek=hν-W0=5.0 eV-3.1 eV=1.9 eV，故C正确；若入射光子的能量为5.0 eV，能发生光电效应，光强越强，单位时间内射出的光子数越多，单位时间内逸出的光电子数越多，形成的光电流越大，饱和电流也越大，故D正确。］
11.(1)3.23×10-19 J　(2)2.02 V　(3)1.01×1015 Hz
解析　(1)光电子的最大初动能为
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)铝的截止频率为ν==1.01×1015 Hz。
12.D　［光电流的大小与光照强度有关，在达到饱和光电流之前，光照强度越大，光电流越大，故A错误；根据报警器的工作原理可知，由于可见光的光子能量大于红外线的光子能量，所以若光源发出的是可见光，则该装置不会失去报警功能，故B错误；根据波长与频率的关系式，有c=λν，可得ν=3.75×1014 Hz，根据光电效应原理，可知该金属的截止频率小于3.75×1014 Hz，故C错误；当光电流等于8×10-9 A时，光电子的数目为N==5×1010个，若射向光电管C的光子中有10%会产生光电子，故光子数最少为=5×1011个，故D正确。］2　光电效应
［学习目标］　1.知道光电效应现象，了解光电效应的实验规律(重点)。2.理解爱因斯坦光子说及对光电效应的解释，会用光电效应方程解决一些简单问题(重难点)。
一、光电效应
如图所示，把一块锌板连接在验电器上，并使锌板带负电，验电器指针张开，用紫外线灯照射锌板。
(1)观察到验电器指针如何变化？
(2)这个现象说明什么？
1.光电效应：当光照射在金属表面上时，金属中的　　　　会因吸收光的能量而逸出金属表面，这种现象称为光电效应，逸出来的电子称为　　　　　　。
2.光电效应的实验规律
(1)存在截止频率：对于给定的阴极材料，都存在一个发生光电效应所需的入射光的　　　　频率ν0。这个　　　　频率ν0叫作光电效应的截止频率，亦称为极限频率。只有　　　　截止频率的光，才能引起光电效应。不同金属材料的截止频率　　　　。
(2)存在饱和光电流：在发生光电效应时，如果外加电压UAK从零开始逐渐增大，则光电流随之　　　　，但当UAK增大至一定值时，光电流达到　　　　。此时的光电流称为饱和光电流。在入射光的频率保持不变的条件下，光的强度越大，饱和光电流　　　　。
(3)光电子的最大初动能只与光的频率有关：光电子的最大初动能与入射光的频率成　　　　关系，它与照射到阴极上的光的强度　　　　。
(4)光电效应具有瞬时性：只要光的频率　　　　截止频率，即使用极弱的入射光，光电子也能立刻(约10-9 s)发射出来。
3.光的波动说在解释光电效应时的困难
(1)无法解释光电效应的瞬时性：光电子的产生需要积累能量的过程，光越弱积累能量的时间越长，光电子　　　　　　瞬间产生。
(2)无法解释截止频率的存在：只要光照足够　　　　，总能让金属中的电子吸收到　　　　的能量，从金属表面逸出，与入射光频率无关。
(3)无法解释逸出的光电子的最大初动能问题：电子接收的能量越多，逸出的电子的最大初动能也越大。
如图是研究光电效应的电路图。
(1)闭合开关后，当电压表的示数为0时，电流表的示数不是0，说明了什么？
(2)闭合开关，将滑动变阻器的滑片向右移动，会观察到什么现象？说明了什么？
(3)若将电源的正负极对调，即在A、K间接反向电压，移动滑动变阻器滑片，使电流表示数减为0时的电压UKA称为截止电压。此时滑动变阻器的滑片向右移动时，又会观察到什么现象？
例1　(2023·抚州市高二期末)如图所示，把一块不带电的锌板用导线连接在验电器上，当用某频率的紫外线照射锌板时，发现验电器指针偏转一定角度，下列说法正确的是(　　)
A.验电器带正电，锌板带负电
B.验电器带负电，锌板也带负电
C.若改用红光照射锌板，验电器的指针一定也会偏转
D.若改用同等强度、频率更高的紫外线照射锌板，验电器的指针也会偏转
例2　利用光电管研究光电效应实验如图所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则(　　)
A.用紫外线照射，电流表不一定有电流通过
B.用红外线照射，电流表一定无电流通过
C.用频率为ν的可见光照射阴极K，当滑动变阻器的滑片移到最右端时，电流表一定无电流通过
D.用频率为ν的可见光照射阴极K，当滑动变阻器的滑片向左端移动时，电流表示数可能不变
二、光量子概念的提出　光电效应方程
1.光量子
爱因斯坦认为：光本身就是不连续的，而是由单个的能量子组成的，这些能量子称为　　　　　　，简称光子。每一个光子的能量为ε=　　　　，其中h为普朗克常量，ν为光的频率。因此，不同频率的光子具有　　　　的能量。
2.逸出功
电子由金属内逸出　　　　时所需做的功W，叫作逸出功。不同种类的金属，其逸出功的大小　　　　　　(填“相同”或“不相同”)。
3.爱因斯坦光电效应方程
(1)表达式：hν=　　　　　　　　。
(2)意义：光电效应方程实质上是能量守恒方程，金属板内的电子从入射光中吸收了一个光子的能量hν之后，一部分消耗于逸出功，另一部分转化为　　　　　　　　。
4.光电效应方程对光电效应实验现象的解释
(1)截止频率与逸出功：光电效应方程表明光电子的最大初动能和入射光的频率成　　　　关系，当最大初动能等于零时，金属表面不再有光电子逸出，这时入射光的频率就是截止频率ν0，即ν0=　　　　。
(2)当入射光的频率不变，而光的强度增加时，单位时间内照射到阴极上的光子数　　　　，因而饱和光电流增大。
(3)当光照射到金属上时，光子的全部能量立刻被金属中的电子吸收，不需要积累能量的时间，光电效应发生的时间极短，光电流几乎是瞬时产生的。
爱因斯坦光电效应方程给出了光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν的关系。但是，很难直接测量光电子的动能，容易测量的是截止电压UKA，怎样得到UKA与ν、W的关系？
(1)“光子”就是“光电子”的简称。(　　)
(2)逸出功的大小与入射光无关。(　　)
(3)光电子的最大初动能与入射光的频率成正比。(　　)
(4)光电子的最大初动能与入射光的强度成正比。(　　)
(5)逸出功与截止频率成正比。(　　)
例3　(2023·遂宁市高二期末)用如图所示的装置研究光电效应现象。用光子能量为2.5 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应；移动变阻器的触点c，发现当电压表的示数大于或等于1.5 V时，电流表示数为零，则(　　)
A.改用光子能量为2.0 eV的光照射到光电管上时，不能发生光电效应
B.光电子的最大初动能为1.5 eV
C.光电管阴极的逸出功为1.5 eV
D.开关S断开后，无论怎么移动变阻器的触点c，电流表G的示数总为零
例4　(多选)利用如图所示的电路研究光电效应现象，其中电极K由金属钾制成，其逸出功为2.25 eV。用某一频率的光照射时，逸出光电子的最大初动能为1.50 eV，电流表的示数为I。已知普朗克常量约为6.6×10-34 J·s。下列说法中正确的是(　　)
A.金属钾发生光电效应的极限频率约为5.5×1014 Hz
B.若入射光频率加倍，光电子的最大初动能变为3.00 eV
C.若入射光频率加倍，电流表的示数变为2I
D.若入射光频率加倍，截止电压的大小将变为5.25 V
1.光电效应规律中的两条线索、两个关系
(1)两条线索：
(2)两个关系：光越强→光子数目多→发射光电子多→光电流大；
光的频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大。
2.光电效应的三个关系式
(1)爱因斯坦光电效应方程：Ek=hν-W。
(2)最大初动能与截止电压的关系：Ek=eUKA。
(3)逸出功与极限频率的关系W=hν0。
三、康普顿效应(延伸阅读)
1.康普顿效应：在研究石墨对X射线的散射时，发现X射线被石墨散射后，沿不同方向的射线中，除原波长外，还发现了波长随散射角的增大而　　　　的谱线，我们把X射线经物质散射后波长　　　　的现象，称为康普顿效应。
2.康普顿效应的解释：把光的散射看成是单个光子与单个电子发生的　　　　碰撞，在碰撞过程中能量和动量都是　　　　的。碰撞后电子会带走一部分能量和动量，因而散射出去的光子能量与动量都相应　　　　，即散射后的X射线波长　　　　。
3.康普顿效应的意义：证实了爱因斯坦的　　　　　　理论，还证明了光子不但有能量，而且有　　　　。
答案精析
一、
(1)指针张角变小。
(2)说明紫外线会让电子从锌板表面逸出。
梳理与总结
1.电子　光电子　
2.(1)最小　最小　超过　不同
(2)增大　最大　越大　(3)线性　无关　(4)大于
3.(1)不可能　(2)长　足够
讨论交流
(1)说明发生了光电效应现象。
(2)电压表、电流表的示数均增大，当电流增大到一定值后，滑动变阻器的滑片再向右移动，电流也不再增大。说明存在饱和光电流。
(3)电压表示数增大，电流表示数减小，最后电流表的示数可能减小到0。说明存在截止电压。
例1　D　［用紫外线照射锌板，锌板失去电子带正电，验电器与锌板连接，则验电器带正电，A、B错误；根据发生光电效应的条件可知，若改用红光照射锌板，不一定能发生光电效应，所以验电器的指针不一定会发生偏转，C错误；根据发生光电效应的条件可知，能否发生光电效应与光的频率有关，若改用同等强度、频率更高的紫外线照射锌板，验电器的指针也会偏转，D正确。］
例2　D　［因紫外线的频率比可见光的频率高，所以用紫外线照射，电流表一定有电流通过，故A错误；因不知阴极K的极限频率，所以用红外线照射，可能发生光电效应，电流表可能有电流通过，故B错误；由于发生了光电效应，即使A、K间的电压为零，电流表中也有电流通过，故C错误；当滑动变阻器的滑片向左端移动时，光电流会增大，当所有光电子都到达阳极时，电流达到最大，即饱和光电流，若在移动前，电流已经达到饱和光电流，那么再增大光电管两端电压，光电流也不会增大，故D正确。］
二、
1.光量子　hν　不同
2.表面　不相同
3.(1)m+W　(2)光电子的动能
4.(1)线性　　(2)增多
讨论交流
由光电效应方程有Ek=hν-W，而截止电压UKA与最大初动能的关系为eUKA=Ek，所以可得UKA与入射光频率ν的关系式是eUKA=hν-W，即UKA=ν-。
易错辨析
(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√
例3　B　［题图中电源所加电压为反向电压，由于当电压表的示数大于或等于1.5 V时，电流表示数为零，表明截止电压为1.5 V，则光电子的最大初动能为Ekmax=eU0=1.5 eV，故B正确；根据光电效应方程有Ekmax=hν-W0，由于光子能量为2.5 eV，结合上述解得W0=hν-Ekmax=2.5 eV-1.5 eV=1.0 eV，故C错误；改用光子能量为2.0 eV的光照射到光电管上时，由于2.0 eV>1.0 eV可知，仍然能发生光电效应，故A错误；用光子能量为2.5 eV的光照射到光电管时，根据上述，光电子具有一定的初动能，当开关S断开后，无论怎么移动变阻器的触点c，光电子均能够达到阳极，可知电流表G的示数不为零，故D错误。］
例4　AD　［由W=hν0可知ν0≈5.5×1014 Hz，故A正确；由爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W，光子能量hν=Ek+W=3.75 eV，入射光频率加倍，光子能量为2hν=7.5 eV，光电子的最大初动能为5.25 eV，故B错误；饱和光电流的大小由单位时间内照射在阴极K的光子数决定，入射光频率加倍，单位时间内照射在阴极K的光子数不一定加倍，电流变化情况不确定，故C错误；由爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W，可知入射光频率加倍，则Ek1=2hν-W，又Ek1=eUc，解得Uc=5.25 V，故D正确。］
三、
1.增大　变长
2.弹性　守恒　减小　增大
3.光量子　动量(共58张PPT)
DILIUZHANG
第六章
2　光电效应
1.知道光电效应现象，了解光电效应的实验规律(重点)。
2.理解爱因斯坦光子说及对光电效应的解释，会用光电效应方程解决一些简单问题(重难点)。
学习目标
一、光电效应
二、光量子概念的提出　光电效应方程
课时对点练
三、康普顿效应(延伸阅读)
内容索引
光电效应
一
如图所示，把一块锌板连接在验电器上，
并使锌板带负电，验电器指针张开，用
紫外线灯照射锌板。
(1)观察到验电器指针如何变化？
答案　指针张角变小。
(2)这个现象说明什么？
答案　说明紫外线会让电子从锌板表面逸出。
1.光电效应：当光照射在金属表面上时，金属中的 会因吸收光的能量而逸出金属表面，这种现象称为光电效应，逸出来的电子称为 。
2.光电效应的实验规律
(1)存在截止频率：对于给定的阴极材料，都存在一个发生光电效应所需的入射光的 频率ν0。这个 频率ν0叫作光电效应的截止频率，亦称为极限频率。只有 截止频率的光，才能引起光电效应。不同金属材料的截止频率 。
梳理与总结
电子
光电子
最小
最小
超过
不同
(2)存在饱和光电流：在发生光电效应时，如果外加电压UAK从零开始逐渐增大，则光电流随之 ，但当UAK增大至一定值时，光电流达到
。此时的光电流称为饱和光电流。在入射光的频率保持不变的条件下，光的强度越大，饱和光电流 。
(3)光电子的最大初动能只与光的频率有关：光电子的最大初动能与入射光的频率成 关系，它与照射到阴极上的光的强度 。
(4)光电效应具有瞬时性：只要光的频率 截止频率，即使用极弱的入射光，光电子也能立刻(约10-9 s)发射出来。
增大
最大
越大
线性
无关
大于
3.光的波动说在解释光电效应时的困难
(1)无法解释光电效应的瞬时性：光电子的产生需要积累能量的过程，光越弱积累能量的时间越长，光电子 瞬间产生。
(2)无法解释截止频率的存在：只要光照足够 ，总能让金属中的电子吸收到 的能量，从金属表面逸出，与入射光频率无关。
(3)无法解释逸出的光电子的最大初动能问题：电子接收的能量越多，逸出的电子的最大初动能也越大。
不可能
长
足够
如图是研究光电效应的电路图。
(1)闭合开关后，当电压表的示数为0时，电流表的示数不是0，说明了什么？
讨论交流
答案　说明发生了光电效应现象。
(2)闭合开关，将滑动变阻器的滑片向右移动，会观察到什么现象？说明了什么？
答案　电压表、电流表的示数均增大，当电流增大到一定值后，滑动变阻器的滑片再向右移动，电流也不再增大。说明存在饱和光电流。
(3)若将电源的正负极对调，即在A、K间接反向电压，移动滑动变阻器滑片，使电流表示数减为0时的电压UKA称为截止电压。此时滑动变阻器的滑片向右移动时，又会观察到什么现象？
答案　电压表示数增大，电流表示数减小，最后电流表的示数可能减小到0。说明存在截止电压。
　(2023·抚州市高二期末)如图所示，把一块不带电的锌板用导线连接在验电器上，当用某频率的紫外线照射锌板时，发现验电器指针偏转一定角度，下列说法正确的是
A.验电器带正电，锌板带负电
B.验电器带负电，锌板也带负电
C.若改用红光照射锌板，验电器的指针一定
也会偏转
D.若改用同等强度、频率更高的紫外线照射
锌板，验电器的指针也会偏转
例1
√
用紫外线照射锌板，锌板失去电子带正电，
验电器与锌板连接，则验电器带正电，A、
B错误；
根据发生光电效应的条件可知，若改用红
光照射锌板，不一定能发生光电效应，所
以验电器的指针不一定会发生偏转，C错误；
根据发生光电效应的条件可知，能否发生光电效应与光的频率有关，若改用同等强度、频率更高的紫外线照射锌板，验电器的指针也会偏转，D正确。
　利用光电管研究光电效应实验如图所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则
A.用紫外线照射，电流表不一定有电流通过
B.用红外线照射，电流表一定无电流通过
C.用频率为ν的可见光照射阴极K，当滑动变
阻器的滑片移到最右端时，电流表一定无
电流通过
D.用频率为ν的可见光照射阴极K，当滑动变阻器的滑片向左端移动时，
电流表示数可能不变
例2
√
因紫外线的频率比可见光的频率高，所以用紫外线
照射，电流表一定有电流通过，故A错误；
因不知阴极K的极限频率，所以用红外线照射，可
能发生光电效应，电流表可能有电流通过，故B错误；
由于发生了光电效应，即使A、K间的电压为零，电
流表中也有电流通过，故C错误；
当滑动变阻器的滑片向左端移动时，光电流会增大，当所有光电子都到达阳极时，电流达到最大，即饱和光电流，若在移动前，电流已经达到饱和光电流，那么再增大光电管两端电压，光电流也不会增大，故D正确。
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光量子概念的提出　光电效应方程
二
1.光量子
爱因斯坦认为：光本身就是不连续的，而是由单个的能量子组成的，这些能量子称为 ，简称光子。每一个光子的能量为ε= ，其中h为普朗克常量，ν为光的频率。因此，不同频率的光子具有 的能量。
2.逸出功
电子由金属内逸出 时所需做的功W，叫作逸出功。不同种类的金属，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.爱因斯坦光电效应方程
(1)表达式：hν=__________。
(2)意义：光电效应方程实质上是能量守恒方程，金属板内的电子从入射光中吸收了一个光子的能量hν之后，一部分消耗于逸出功，另一部分转化为 。
m+W
光电子的动能
4.光电效应方程对光电效应实验现象的解释
(1)截止频率与逸出功：光电效应方程表明光电子的最大初动能和入射光的频率成 关系，当最大初动能等于零时，金属表面不再有光电子逸
出，这时入射光的频率就是截止频率ν0，即ν0=____。
(2)当入射光的频率不变，而光的强度增加时，单位时间内照射到阴极上的光子数 ，因而饱和光电流增大。
(3)当光照射到金属上时，光子的全部能量立刻被金属中的电子吸收，不需要积累能量的时间，光电效应发生的时间极短，光电流几乎是瞬时产生的。
线性
增多
爱因斯坦光电效应方程给出了光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν的关系。但是，很难直接测量光电子的动能，容易测量的是截止电压UKA，怎样得到UKA与ν、W的关系？
讨论交流
答案　由光电效应方程有Ek=hν-W，而截止电压UKA与最大初动能的关系为eUKA=Ek，所以可得UKA与入射光频率ν的关系式是eUKA=hν-W，即UKA=ν-。
(1)“光子”就是“光电子”的简称。(　　)
(2)逸出功的大小与入射光无关。(　　)
(3)光电子的最大初动能与入射光的频率成正比。(　　)
(4)光电子的最大初动能与入射光的强度成正比。(　　)
(5)逸出功与截止频率成正比。(　　)
×
√
×
×
√
　(2023·遂宁市高二期末)用如图所示的装置研究光电效应现象。用光子能量为2.5 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应；移动变阻器的触点c，发现当电压表的示数大于或等于1.5 V时，电流表示数为零，则
A.改用光子能量为2.0 eV的光照射到光电管上时，
不能发生光电效应
B.光电子的最大初动能为1.5 eV
C.光电管阴极的逸出功为1.5 eV
D.开关S断开后，无论怎么移动变阻器的触点c，
电流表G的示数总为零
例3
√
题图中电源所加电压为反向电压，由于当电压表的
示数大于或等于1.5 V时，电流表示数为零，表明截
止电压为1.5 V，则光电子的最大初动能为Ekmax=eU0
=1.5 eV，故B正确；
根据光电效应方程有Ekmax=hν-W0，由于光子能量为
2.5 eV，结合上述解得W0=hν-Ekmax=2.5 eV-1.5 eV=1.0 eV，故C错误；
改用光子能量为2.0 eV的光照射到光电管上时，由于2.0 eV>1.0 eV可知，仍然能发生光电效应，故A错误；
用光子能量为2.5 eV的光照射到光电管时，根据上述，光电子具有一定的初动能，当开关S断开后，无论怎么移动变阻器的触点c，光电子均能够达到阳极，可知电流表G的示数不为零，故D错误。
　(多选)利用如图所示的电路研究光电效应现象，其中电极K由金属钾制成，其逸出功为2.25 eV。用某一频率的光照射时，逸出光电子的最大初动能为1.50 eV，电流表的示数为I。已知普朗克常量约为6.6×10-34 J·s。下列说法中正确的是
A.金属钾发生光电效应的极限频率约为5.5×1014 Hz
B.若入射光频率加倍，光电子的最大初动能变为3.00 eV
C.若入射光频率加倍，电流表的示数变为2I
D.若入射光频率加倍，截止电压的大小将变为5.25 V
例4
√
√
由W=hν0可知ν0≈5.5×1014 Hz，故A正确；
由爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W，光子能量hν=Ek+W
=3.75 eV，入射光频率加倍，光子能量为2hν=7.5 eV，
光电子的最大初动能为5.25 eV，故B错误；
饱和光电流的大小由单位时间内照射在阴极K的光子数
决定，入射光频率加倍，单位时间内照射在阴极K的光子数不一定加倍，电流变化情况不确定，故C错误；
由爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W，可知入射光频率加倍，则Ek1=2hν-W，又Ek1=eUc，解得Uc=5.25 V，故D正确。
总结提升
1.光电效应规律中的两条线索、两个关系
(1)两条线索：
(2)两个关系：光越强→光子数目多→发射光电子多→光电流大；
光的频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大。
总结提升
2.光电效应的三个关系式
(1)爱因斯坦光电效应方程：Ek=hν-W。
(2)最大初动能与截止电压的关系：Ek=eUKA。
(3)逸出功与极限频率的关系W=hν0。
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康普顿效应(延伸阅读)
三
1.康普顿效应：在研究石墨对X射线的散射时，发现X射线被石墨散射后，沿不同方向的射线中，除原波长外，还发现了波长随散射角的增大而
的谱线，我们把X射线经物质散射后波长 的现象，称为康普顿效应。
2.康普顿效应的解释：把光的散射看成是单个光子与单个电子发生的
碰撞，在碰撞过程中能量和动量都是 的。碰撞后电子会带走一部分能量和动量，因而散射出去的光子能量与动量都相应 ，即散射后的X射线波长 。
3.康普顿效应的意义：证实了爱因斯坦的 理论，还证明了光子不但有能量，而且有 。
增大
变长
守恒
弹性
减小
增大
光量子
动量
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课时对点练
四
考点一　光电效应现象及实验规律
1.(2023·成都市高二期末)如图所示，用一定频率的单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，则
A.电源右端应为正极
B.流过电流表G的电流大小取决于入射光的频率
C.流过电流表G的电流方向是由a到b
D.普朗克解释了光电效应并提出光子能量ε=hν(h为普朗克常量，ν为光的
频率)
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基础对点练
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发生光电效应时，电子从光电管右端运动到左端，电
流的方向与电子定向移动的方向相反，所以流过电流
表G的电流方向是由a到b；此时电源左端可能为正极，
也可能为负极，故A错误，C正确。
流过电流表G的电流大小取决于入射光的强度，不取决于入射光的频率，故B错误。
爱因斯坦解释了光电效应并提出光子能量ε=hν，故D错误。
2.(多选)光电效应现象的规律中，经典电磁理论不能解释的有
A.入射光的频率必须大于被照金属的截止频率时才产生光电效应
B.截止电压与入射光的频率有关，与入射光强度无关
C.入射光照射到金属表面上时，光电子的发射几乎是瞬时的
D.当入射光频率大于截止频率时，入射光越强，单位时间内发射的光电
子数越多
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按照经典电磁理论，光的能量随光的强度的增大而增大，与光的频率无关，金属中的电子必须吸收足够的能量后才能从其中飞出，电子有一个能量积蓄的时间，光的强度越大，单位时间内辐射到金属表面的能量越多，被电子吸收的能量越多，产生的光电子数越多，故不能解释的为选项A、B、C。
3.(2023·成都市高二期末)如图，电磁继电器是一种利用光电效应工作的仪器。当光照射到光电管阴极时，阴极会逸出光电子，此时放大器中有电流流过，进而使得电磁继电器工作，实现自动控制。若用黄光照射光电管阴极时，电磁继电器没有工作，则下列操作可能使电磁继电器工作的是
A.减小黄光的光照强度
B.增大黄光的光照强度
C.改用红光照射光电管阴极
D.改用蓝光照射光电管阴极
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根据光电效应的公式Ekmax=hν-W
可知，要使光电子逸出从而产生
光电流让电磁继电器工作，只能
增大照射光的频率，增加或减小黄光的强度都不能使继电器工作；红光的频率小于黄光，也不能使继电器工作，蓝光的频率大于黄光，可能使继电器工作，故D正确，A、B、C错误。
4.(2023·湛江市模拟)如图所示为一光电管电路图，滑动变阻器滑动触头P位于某点，用光照射光电管阴极，电表无偏转，要使电表指针偏转，可采取的措施有
A.加大照射光强度
B.换用波长短的光照射
C.将P向B滑动
D.将电源正负极对调
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电表指针无偏转，说明没有发生光电效应，这说明照射光频率太低，这与光强、外加电压的大小及方向均无关，可见要使指针发生偏转需增大照射光频率，即减小照射光的波长，故B正确，A、C、D错误。
考点二　爱因斯坦的光电效应理论
5.(多选)(2023·成都市高二期末)关于光电效应，下列说法正确的是
A.金属的逸出功与入射光的频率无关
B.光电子的最大初动能越大，形成的光电流越强
C.入射光的强度越大，光电子的最大初动能越大
D.对于某种金属，只要入射光的频率低于金属的极限频率就不能发生光
电效应
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逸出功指电子逸出金属表面过程克服金属原子核引力做功的最小值，因此逸出功由金属材料本身决定，与入射光的频率无关，故A正确；根据光电效应方程有Ekmax=hν-W，可知光电子的最大初动能由入射光的频率和逸出功共同决定，而光电流的大小由单位时间到达阳极的光电子的数目决定，因此，光电子的最大初动能与光电流的大小没有因果关系，故B错误；
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入射光强度指单位时间照射到单位面积上的光子的总的能量，其与入射光的频率与光子数目有关，而光电子的最大初动能由入射光的频率和逸出功共同决定，入射光的强度与光电子的最大初动能的大小没有因果关系，故C错误；
根据光电效应的产生条件可知，对于某种金属，只要入射光的频率低于金属的极限频率就不能发生光电效应，故D正确。
6.用波长为λ1和λ2的单色光A和B分别照射两种金属C和D的表面，单色光A照射两种金属时都能产生光电效应现象；单色光B照射时，只能使金属C产生光电效应现象，不能使金属D产生光电效应现象。设两种金属的逸出功分别为WC和WD，则下列选项正确的是
A.λ1>λ2，WC>WD B.λ1>λ2，WCC.λ1<λ2，WC>WD D.λ1<λ2，WC1
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单色光A照射两种金属时都能产生光电效应现象；单色光B照射时，只能使金属C产生光电效应现象，根据光电效应条件知，单色光A的频率大于单色光B的频率，则λ1<λ2，单色光B照射时，只能使金属C产生光电效应现象，不能使金属D产生光电效应现象，知金属C的逸出功小于金属D的逸出功，即WC7.某金属在一束单色光的照射下发生光电效应，光电子的最大初动能为Ek，已知该金属的逸出功为W0，普朗克常量为h。根据爱因斯坦的光电效应理论，该单色光的频率ν为
A. B.
C. D.
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根据爱因斯坦的光电效应方程可知hν=W0+Ek，解得该单色光的频率为ν=，故选D。
8.(多选)某同学用如图所示的装置研究光电效应现象，开始时，滑动变阻器滑片c移到最右端b点。用光子能量为4.2 eV的光照射到光电管上，此时电流表G有读数。向左移动滑动变阻器的滑片c，当电压表的示数大于或等于1.5 V时，电流表读数为0，则以下说法正确的是
A.光电子最大初动能为2.7 eV
B.光电管阴极的逸出功为2.7 eV
C.当电流表示数为零时，断开开关，电流表示数不再为零
D.将电源的正负极调换，滑动变阻器滑片从b移到a，电流
表的示数一直增大
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根据题意知截止电压UKA=1.5 V，则光电子的最大
初动能Ek=eUKA=1.5 eV，根据爱因斯坦光电效应方
程得W=hν-Ek=4.2 eV-1.5 eV=2.7 eV，故A错误，B
正确；
当电流表示数为零时，断开开关，这时没有反向截
止电压，电流表示数不为零，故C正确；
将电源的正负极调换，滑动变阻器滑片从b移到a，当光电流达到饱和光电流后，电流表的示数就不再变化，故D错误。
9.单光子光电效应，即一个电子极短时间内能吸收到一个光子而从金属表面逸出。强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，一个电子在短时间内能吸收多个光子形成多光子光电效应。用频率为ν的普通光源照射金属，没有发生光电效应，换同样频率为ν的强激光照射，则可以发生光电效应，测得其截止电压为U，该金属的逸出功为W，已知普朗克常量为h，电子电荷量为e，则发生光电效应时一个电子能吸收的光子个数为
A. B. C. D.
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设发生光电效应时一个电子能吸收的光子个数为n，根据光电效应方
程可得Ekm=nhν-W，根据动能定理可得-eU=0-Ekm，联立解得n=，
C正确，A、B、D错误。
10.(多选)光电管是一种利用光照射金属材料产生光电流的装置。下表给出了6次实验结果，由此得出的结论正确的是
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组 次 入射光子的能量/eV 相对光强 饱和光电流/mA 光电子的最大初动能/eV
第 一 组 1 2 3 4.0 4.0 4.0 弱 中 强 29 43 60 0.9
0.9
0.9
第 二 组 4 5 6 6.0 6.0 6.0 弱 中 强 27 40 55 2.9
2.9
2.9
A.两组实验入射光的频率不同
B.两组实验金属材料不同
C.若入射光子的能量为5.0 eV，则光电子的最大初动能为1.9 eV
D.若入射光子的能量为5.0 eV，相对光强越强，饱和光电流越大
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光子的能量E=hν，入射光子的能量不同，故入射光的频率不同，故A正确；
由爱因斯坦的光电效应方程有hν=W0+Ek ①
可求出两组实验的逸出功W0均为3.1 eV，故两组实验所用的金属材料相同，故B错误；
由①式知金属的逸出功W0为3.1 eV，当光子的能量hν=5.0 eV时，由①式知Ek=hν-W0=5.0 eV-3.1 eV=1.9 eV，故C正确；
若入射光子的能量为5.0 eV，能发生光电效应，光强越强，单位时间内射出的光子数越多，单位时间内逸出的光电子数越多，形成的光电流越大，饱和电流也越大，故D正确。
11.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，求：(h=6.63×10-34 J·s，c=3.0×108 m/s，计算结果保留三位有效数字)
(1)光电子的最大初动能；
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答案　3.23×10-19 J
光电子的最大初动能为
Ek=-W= J-4.2×1.6×10-19 J=3.23×10-19 J
(2)截止电压；
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答案　2.02 V
由eUc=Ek，解得Uc=2.02 V
(3)铝的截止频率。
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答案　1.01×1015 Hz
铝的截止频率为ν==1.01×1015 Hz。
12.(2024·辽宁省月考)如图为某同学设计的一个光电烟雾探测器，光源S发出一束波长为0.8 μm的红外线，当有烟雾进入探测器时，来自光源S的红外线会被烟雾散射进入光电管C，当红外线射到光电管中的金属表面时发生光电效应，光电流大于8×10-9 A时，便会触发报警系统。已知元电荷e=1.6×10-19 C，光在真空中的传播速度为3×108 m/s，下列说法正确的是
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尖子生选练
A.光电流的大小与光照强度无关
B.若光源发出可见光，则该装置
将会失去报警功能
C.该金属的截止频率大于3.75×
1014 Hz
D.若射向光电管C的光子中有10%会产生光电子，当报警器报警时，每秒
射向该金属表面的光子数最少为5×1011个
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光电流的大小与光照强度有
关，在达到饱和光电流之前，
光照强度越大，光电流越大，
故A错误；
根据报警器的工作原理可知，由于可见光的光子能量大于红外线的光子能量，所以若光源发出的是可见光，则该装置不会失去报警功能，故B错误；
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根据波长与频率的关系式，有
c=λν，可得ν=3.75×1014 Hz，
根据光电效应原理，可知该金
属的截止频率小于3.75×1014 Hz，
故C错误；
当光电流等于8×10-9 A时，光电子的数目为N==5×1010个，
若射向光电管C的光子中有10%会产生光电子，故光子数最少为
=5×1011个，故D正确。
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