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(共61张PPT)
[学习目标]
1.知道光电效应现象，了解光电效应的实验规律及有关概念。
2.知道爱因斯坦的光子说，理解光电效应方程及其对光电效应的实验规律的解释。
3会用光电效应方程解决有关问题。
4.理解光电效应的有关图像及其应用。
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____，此后再继续增大UAK，光电流不再变化。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____。
电子
光电子
最小
最小
超过
不同
增大
最大
越大
(3)光电子的最大初动能只与光的频率有关：从阴极发生的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)光电效应的瞬时性：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.光的波动说解释光电效应的困难
(1)无法解释光电效应的瞬时性：从光照射金属表面到光电子产生，需要能量的积累过程，光越弱能量积累时间越长，光电子不可能瞬间产生。
(2)无法解释截止频率的存在：只要光照时间足够长，总能让金属中的电子吸收到足够的能量，从金属表面逸出，与入射光的频率无关。
(3)无法解释逸出的光电子的最大初动能只与光的频率有关：电子接收的能量越多，逸出的电子的最大初动能也越大。
线性
无关
大于
[易错辨析]
(1)光电子不是电子。( )
(2)不同金属的截止频率可能相同。( )
(3)光电子的最大初动能与入射光的频率和强度都有关。( )
(4)光电子是瞬间产生的。( )
×
×
×
√
[例1]　(多选)在演示光电效应实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用紫外线灯照射锌板时，验电器的指针张开一个角度，如图所示，下列说法正确的是(　　)
AD
A.验电器的指针带正电
B.若仅增大紫外线的频率，则锌板的逸出功增大
C.若仅增大紫外线灯照射的强度，则单位时间内产生的光电子数减少
D.若仅把紫外线灯换成红色光灯，则可能不发生光电效应
解析　锌板原来不带电，用紫外线灯照射锌板时，验电器的指针发生了偏转，说明锌板在紫外线灯的照射下发生了光电效应，发生光电效应时，锌板向空气中发射电子，所以锌板带正电，验电器的指针也带正电，故A正确；金属的逸出功与金属本身的材料有关，与光的频率无关，故B错误；增大紫外线灯照射的强度，即单位时间内照在锌板上的光子数增多，所以单位时间内产生的光电子数增多，故C错误；若仅把紫外线灯换成红色光灯，因为红色光的频率低于紫外线的频率，则可能不发生光电效应，故D正确。
[例2]　(2025·广西南宁高二期末) (多选)如图所示为一个真空光电管的应用电路，其阴极金属材料的极限频率为4.5×1014 Hz，则以下判断正确的是(　　)
BC
A.无论用怎样频率的单色光照射光电管，只要照射足够的时间都能在电路中产生光电流
B.用λ＝0.5 μm的光照射光电管时，电路中有光电流产生
C.发生光电效应后，只增加照射光电管的入射光的频率，电路中的光电流就一定增加
D.发生光电效应后，增加电源电压，电路中的光电流一定增加
解析　若入射光的频率小于极限频率，无论照射多长时间也不能产生光电流，A错误；根据c＝λν可知，当λ＝0.5 μm时，ν＝6.0×1014 Hz，大于极限频率，有光电流产生，B正确；若只是入射光的频率增加，光电流一定增加，C正确；增加电源电压，若已达饱和电流，光电流不会增加，D错误。
[总结提升]
光电效应实验规律中的两个决定关系
1.光量子
(1)爱因斯坦的光子说：光本身就是______的，而是由单个的______组成的，这些能量子称为______，简称光子。
(2)光子的能量：每一个光子的能量为ε＝___，其中h为__________，ν为光的____。
(3)特点：不同_____的光子具有不同的能量。
2.逸出功
(1)定义：电子由金属内逸出_____时所需做的功W，叫作逸出功。
(2)特点：不同种类的金属的逸出功的大小不_____。
不连续
能量子
光量子
hν
普朗克常量
频率
频率
表面
相同
(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______________。
光电子的动能
[易错辨析]
(1)逸出功的大小与入射光无关。( )
(2)光电子的最大初动能与入射光的频率成正比。( )
(3)光电子的最大初动能与入射光的强度成正比。( )
(4)逸出功与截止频率成正比。( )
√
×
×
√
C
[例4]　(多选)如图所示是一个研究光电效应的电路图，下列叙述正确的是(　　)
A.保持光照条件不变，滑片P向右滑动的过程中，电流表示
数将一直增大
B.只调换电源的极性，移动滑片P，当电流表示数为零时，
电压表示数为截止电压U0的数值
C.阴极K需要预热，光束照射后需要一定的时间才会有光电流
D.不改变光的颜色和电路，增大入射光束强度，电流表示数会增大
BD
[总结提升]
1.光电效应方程Ek＝hν－W的理解
(1)方程中的Ek是光电子的最大初动能：就某个光电子而言，其离开金属时的动能大小可以是0～Ek范围内的任何数值。
(2)光电效应方程实质上是能量守恒方程：能量为ε＝hν的光子被电子吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引力做功，另一部分就是电子离开金属表面时的动能。如果克服吸引力做功最少为逸出功W，则电子离开金属表面时的动能就是最大初动能Ek，即Ek＝hν－W。
2.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
①光的强度大―→光子多―→光电子多―→光电流大。
②光的频率高―→光子能量大―→光电子最大初动能大。
光电效应的四类图像的理解
[例5]　如图是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的截止电压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
A.钠的逸出功为hν0
B.钠的截止频率为8.5×1014 Hz
C.图中直线的斜率为普朗克常量h
D.截止电压Uc与入射光频率ν成正比
[例6]　(2025·四川宜宾高二期末)爱因斯坦提出了光量子概念并成功地解释了光电效应的规律而获得1921年的诺贝尔物理学奖。某种金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率ν 的关系如图所示，其中ν0 为极限频率。从图中可以确定的是(　　)
D
A.逸出功与ν 有关 B.Ekm与入射光频率成正比
C.当ν <ν0 时，会逸出光电子 D.图中直线的斜率与普朗克常量有关
解析　金属的逸出功是由金属自身决定的，与入射光频率无关，其大小W＝hν0，故A错误；根据爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W可知，光电子的最大初动能Ekm与入射光的频率成线性关系，但不成正比，故B错误；要有光电子逸出，则光电子的最大初动能Ekm>0，即只有入射光的频率大于金属的极限频率即ν>ν0时才会有光电子逸出，故C错误；根据爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W 可知，直线的斜率为普朗克常量h，故D正确。
[例7]　(2025·广西来宾高二联考)在如图所示的光电管的实验中(电源正负极可以对调)，用图1光电管得到了三条可见光的光电流与电压之间的关系曲线(图2中的甲光、乙光、丙光)。下列说法正确的有(　　)
C
A.图1光电管对不同颜色的单色光有各自不同的截止频率
B.图2中如果乙光是黄光，则丙光可能是红光
C.由图2可判断，丙光激发的光电子的最大初动能最大
D.在图1中电流表G的电流方向可以是b流向a
解析　光电管的截止频率由光电管本身决定，与入射光的颜色无关，故A错误；三种光中，当丙光照射光电管时，截止电压最大，即光电子的最大初动能较大，根据光电效应方程eUc＝Ekm＝hν－W，知丙光的频率最大，如果乙光是黄光，则丙光不可能是红光，丙光激发的光电子的最大初动能最大，故B错误，C正确；光电子从光电管的右端逸出，流过电流表G的电流方向为a到b，故D错误。
1.(光电效应)光电效应在自动化控制领域有着广泛的应用。如图所示的光电控制报警电路中，某一频率的光束照射到光电管，光电管产生光电效应，与光电管连接的电路有电流，电磁铁产生磁场，会吸引报警电路中的开关断开，从而实现自动控制，则(　　)
B
A.当物体从光源和光电管间通过时，挡住光束，警铃电路停止工作
B.若选用波长更短的光照射该光电管，该装置仍能产生光电流
C.若选用频率更小的光照射该光电管足够长时间，一定能产生光电效应
D.任意频率的光照射到光电管上，只要光照强度足够强就能产生光电效应
解析　当物体从光源和光电管间通过时，挡住光束，光电效应现象消失，与光电管连接的电路没有电流，电磁铁不产生磁场，报警电路中的开关闭合，警铃电路开始工作，故A错误；当入射光的频率大于金属的截止频率时就会有光电子从金属中逸出，发生光电效应现象，并且不需要时间的积累，瞬间就可以发生，故B正确，C错误；能否发生光电效应与光照强度无关，故D错误。
2.(光电效应实验规律)(2025·广东卷)有甲、乙两种金属，甲的逸出功小于乙的逸出功。使用某频率的光分别照射这两种金属，只有甲发射光电子，其最大初动能为Ek，下列说法正确的是(　　)
A.使用频率更小的光，可能使乙也发射光电子
B.使用频率更小的光，若仍能使甲发射光电子，则其最大初动能小于Ek
C.频率不变，减弱光强，可能使乙也发射光电子
D.频率不变，减弱光强，若仍能使甲发射光电子，则其最大初动能小于Ek
B
解析　光电效应发生的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，由于甲的逸出功小于乙的逸出功，所以甲的极限频率小于乙的极限频率，当使用某频率的光分别照射甲、乙时，只有甲发射光电子，发生光电效应现象，所以该光的频率大于甲的极限频率，小于乙的极限频率，故使用频率更小的光，乙肯定不会发射光电子，若频率更小的光的频率仍大于甲的极限频率，则甲仍能发射光电子，由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν －W0可知，甲发射的光电子的最大初动能小于之前的最大初动能，A错误，B正确；由A、B项分析可知，频率不变，减弱光强，光的频率仍小于乙的极限频率，仍不能使乙发射光电子，C错误；由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν －W0可知，频率不变，减弱光强，甲发射的光电子的最大初动能不变，D错误。
D
4.(光电效应的图像)某兴趣小组用如图甲所示的电路探究光电效应的规律。根据实验数据，小刚同学作出了光电子的最大初动能与入射光频率的关系图线如图乙所示，小明同学作出了截止电压与入射光频率的关系图线如图丙所示。已知光电子的电荷量为e，则下列说法正确的是(　　)
D
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[基础巩固练]
1.(多选)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。下列说法正确的是(　　)
A.保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和电流变大
B.入射光的频率变高，饱和电流变大
C.入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大
D.保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生
解析　产生光电效应时，光的强度越大，单位时间内逸出的光电子数越多，饱和电流越大，选项A正确；饱和电流大小与入射光的频率无关，选项B错误；光电子的最大初动能随入射光频率的增加而增加，与入射光的强度无关，选项C正确；减小入射光的频率，若低于极限频率，则不能发生光电效应，没有光电流产生，选项D错误。
AC
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2.(2025·四川成都高二期末)(多选)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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解析　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。
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3.(2025·山东卷)在光电效应实验中，用频率和强度都相同的单色光分别照射编号为1、2、3的金属，所得遏止电压如图所示，关于光电子最大初动能Ek的大小关系正确的是(　　)
B
A.Ek1>Ek2>Ek3 B.Ek2>Ek3>Ek1
C.Ek3>Ek2>Ek1 D.Ek3>Ek1>Ek2
解析　根据光电子最大初动能与遏制电压的关系Ek＝eU，根据题图有Uc2>Uc3>Uc1，故Ek2>Ek3>Ek1，故选B。
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4.(多选)用如图所示的光电管研究光电效应的规律，使用某种频率的单色光a照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转；改用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针发生偏转。下列说法正确的是(　　)
ABC
A.a光的波长一定大于b光的波长
B.只增加a光的强度，电流计G的指针仍不发生偏转
C.只增加b光的强度，可使通过电流计G的电流增大
D.用b光照射光电管阴极K时，通过电流计G的电流方向
是由d到c
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解析　由题意可知，用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针发生偏转，可知b光的频率大于a光的频率，即a光的波长一定大于b光的波长，选项A正确；因a光的频率小于金属的极限频率，可知即使增加a光的强度，也不会发生光电效应，电流计G的指针仍不发生偏转，选项B正确；只增加b光的强度，单位时间逸出光电子数量增加，则可使通过电流计G的电流增大，选项C正确；用b光照射光电管阴极K时，电子移动方向是从d到c，则通过电流计G的电流方向是由c到d，选项D错误。
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5.(2025·云南昆明高二月考)光电管可将光信号转换成电信号，广泛应用于多个领域。如图所示为某光电管的工作电路图，用某单色光照射在阴极K上，有电信号从电阻R两端输出。下列方式一定能使R两端电压增大的是(　　)
C
A.保持其他条件不变，将滑动变阻器滑片向左滑动
B.保持其他条件不变，将滑动变阻器滑片向右滑动
C.保持其他条件不变，增大照射光的强度
D.保持其他条件不变，减小照射光的强度
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解析　保持其他条件不变，将滑动变阻器滑片向左滑动，光电管电压减小，但如果此时仍然达到饱和电流，则光电流不变，则R两端电压不变；如果此时没有达到饱和电流，光电流减小，R两端电压减小，可知滑动变阻器滑片向左滑动，R两端电压可能不变，也可能减小；同理将滑动变阻器滑片向右滑动，光电管电压增大，如果已达到饱和电流，则光电流不变，则R两端电压不变；如果此时没有达到饱和电流，光电流增大，R两端电压增大，可知滑动变阻器滑片向右滑动，R两端电压可能不变，也可能增大，故A、B错误；根据光电效应，增加光照强度会增加单位时间内照射到阴极的光子数，从而增加发射出来的光电子数。光电子数量的增加会导致形成的电流增大，导致光电管两端的电压增大，故C正确，D错误。
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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，WC解析　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WCD
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7.(多选)如图是某金属在光的照射下逸出的光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像，由图像可知(　　)
A.该金属的逸出功等于E－hν0
B.该金属的逸出功等于hν0
C.入射光的频率为2ν0时，逸出的光电子的最大初动能为hν0
D.当入射光的频率ν大于ν0时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍
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解析　根据Ek＝hν－W得金属的截止频率等于ν0，纵轴截距的绝对值等于金属的逸出功，逸出功等于E，则E＝W＝hν0，故B正确，A错误；根据E′k＝2hν0－W，而E＝W＝hν0，故E′k＝hν0＝E，故C正确；根据光电效应方程Ek＝hν－W可知，光电子的最大初动能与入射光的频率是线性关系，不是成正比，所以若ν增大一倍，则光电子的最大初动能不是增大一倍，故D错误。
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[能力提升练]
8.(多选)爱因斯坦成功地解释了光电效应现象，提出了光子说。与光电效应有关的四个图像如图所示，下列说法正确的是(　　)
CD
A.如图1装置，用紫外线灯照射锌板后有电子飞出，则锌板将带正电而验电器带负电
B.根据图2可知，黄光越强，光电流越大，说明光子的能量与光强有关
C.由图3可知，ν2为该金属的截止频率
D.由图4可知，E等于该金属的逸出功
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9.(多选)用如图所示的装置研究光电效应现象。当用光子能量为2.75 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，电流表G的示数不为零；移动滑动变阻器的滑片c，发现当电压表的示数大于或等于1.7 V时，电流表示数为0，则下列说法正确的是(　　)
BD
A.光电子的最大初动能始终为1.05 eV
B.光电管阴极的逸出功为1.05 eV
C.当滑片向a端滑动时，反向电压增大，电流增大
D.改用能量为2.5 eV的光子照射，移动滑动变阻器的滑片c，
电流表G中也可能有电流
解析　由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W可知，同种金属的逸出功相同，所以光电子逸出后的最大初动能取决于获得的能量，A错误；当电压表示数大于或等于1.7 V时，电流表无示数，说明截止电压Uc＝1.7 V，由eUc＝Ek，Ek＝hν－W0，可得光电管的逸出功W0＝1.05 eV，B正确；若光的频率不变，反向电压大于遏止电压后电路中就不再有电流，C错误；当入射光频率超过截止频率，且反向电压小于截止电压，电路中就会有电流，D正确。
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10.用如图甲所示的装置研究光电效应现象，光电管K极与滑动变阻器的中心抽头c相连，光电管A极与滑动变阻器的滑片P相连，初始时滑片P与抽头c正对，电压表的示数为0(电压表0刻线在表盘中央)。在移动滑片P的过程中，光电流I随电压表示数U变化的图像如图乙所示，已知入射光的光子能量为1.6 eV。下列说法正确的是(　　)
D
A.当滑片P与c正对时，电路中没有光电流
B.当U＝－0.6 V时，滑片P位于a、c之间
C.K极材料的逸出功为0.6 eV
D.当U＝0.8 V时，到达A极的光电子的最大动能为1.4 eV
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解析　由题意可知，当滑片P与c正对时，光电管两端无电压，但此时光电子仍能从阴极到达阳极，则电路中有光电流，故A错误；由题图乙可知，当U＝－0.6 V时，光电流为0即为截止电压，即光电管两端接反向电压，则阴极电势应更高，滑片P位于b、c之间，故B错误；由光电效应方程有Ek＝hν－W，则有－0.6 eV＝0－Ek，联立解得W＝1.0 eV，故C错误；光电子逸出时的最大初动能为Ek0＝hν－W＝0.6 eV，当U＝0.8 V时，由动能定理得eU＝Ek－Ek0，解得Ek＝eU＋Ek0＝(0.8＋0.6)eV＝1.4 eV，故D正确。
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解析　由光电效应方程Ekm＝hν－W，结合题图知图线A在纵轴上的截距绝对值较小，所以金属A的逸出功小于金属B的逸出功，故A正确；由Ekm＝hν－W 知，题图中直线的斜率为普朗克常量h，故B错误；在得到这两条直线时，与入射光的强度无关，无法比较光照强度，故C错误；由题图知，若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到金属A的光频率较低，故D正确。
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[拓展培优练]
12.(多选)氢原子的能级图如图甲，一群处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁发出的光照射图乙电路中的阴极K，其中只有a、b两种频率的光能使之发生光电效应。分别用这两种频率的光照射阴极K，测得图乙中电流表随电压表读数变化的图像如图丙。下列说法正确的是(　　)
AC
A.一个处在n＝3能级上的氢原子跃迁到基态，最多能放出2种不同频率的光子
B.用能量为13.0 eV的光子照射，可使处于基态的氢原子电离
C.a光的波长大于b光的波长
D.b光照射阴极K时逸出的光电子的最大初动能比a光照射时的小
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