（人教版選擇性必修第三冊）高二物理易混易錯：光電效應（原卷版+解析）

第四章原子結構與波粒二象性

第二節光電效應

［核心素養?明目標］

核心素養學習目標

物理觀念知道光電效應的實驗規律以及用波動理論解釋中的疑難

運用光的波動理論能對光電效應的實驗規律提出有依據的質疑，形成

科學思維

對比、質疑的思維

通過觀察光電效應的實驗過程培養學生觀察能力，感悟以實驗為基礎

科學探究

的科學探究方法

科學態度領略微觀世界的奇妙和諧，培養學生對科學的好奇心和求知欲，能夠

與責任體驗探索自然規律的艱辛與喜悅

［基礎知識深層理解提高］

知識點一：光電效應的實驗規律

1.光電效應：照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出的現

2.光電子：光電效應中發射出來的電子.

3光電效應的實驗規律

(1)存在截止頻率：當入射光的頻率低于截止頻率時不(填“能”或“不”)發生光電效應.

(2)存在飽和電流：在光的頻率不變的情況下，入射光越強，飽和電流越大.

(3)存在遏止電壓：使光電流減小到。的反向電壓以，且滿足

(4)光電效應具有瞬時性：光電效應幾乎是瞬時發生的.

知識點二：光電效應經典解釋中的疑難

1.逸出功：使電子脫離某種金屬，外界對它做功的最小值，用網表示。不同種類的金屬，其逸出功

的大小不相同(填“相同”或“不相同”)o

2.光電效應經典解釋

(1)不應存在截止頻率；

(2)遏止電壓〃應該與光的強弱有關；

(3)電子獲得逸出表面所需的能量需要的時間遠遠大于實驗中產生光電流的時間

知識點三：愛因斯坦的光電效應理論

1.光子：光木身就是由一個個不可分割的能量子組成的，頻率為y的光的能量子為方仁其中人為

普朗克常量，這些能量子后來稱為光子。

2.愛因斯坦光電效應方程

(1)表達式：力-=￡+%或笈=力〃一%

(2)物理意義：金屬中電子吸收一個光子獲得的能量是力，，在這些能量中,

一部分大小為餌的能量被電子用來脫離金屬，剩下的是逸出后電子的初動能與。

(3)〃與八照的關系

①表式：i/=-

cee

②圖像〃一圖像是一條斜率好的直線。

［典型例題、易錯易混點剖析］

易錯易混點1光電效應的規律的理解

易錯易混點辨析:光電效應的實驗規律

(1)任何一種金屬都有一個截止頻率，入射光的頻率必須大于等于這個截止頻率才能發生光電效應，低

于這個截止頻率則不能發生光電效應。

(2)發生光電效應時，光電子的最大初動能與入射光的強度無關，隨入射光頻率的增大而增大。

(3)大于截止頻率的光照射金屬時，光電流(反映單位時間內發射出的光電子數的多少)與入射光強度成

正比。

(4)光電效應的發生幾乎是瞬時的，產生電流的時間不超過10一9s。

例題1.現用某一光電管進行光電效應實驗，當用某一頻率的光入射時，有光電流產生。下列說法正確

的是()

A.保持入射光的頻率不變，入射光的光強變大，飽和光電流變大

B.入射光的頻率變高，飽和光電流變大

C.入射光的頻率變高，光電子的最大初動能變大

D.遏止電壓的大小與入射光的頻率和入射光的光強有關

解析:選AC,AB.根據光電效應實驗得出的結論：保持入射光的頻率不變，入射光的光強變大，飽和

光電流變大，B錯誤，A正確；C.根據愛因斯坦光電效應方程得：入射光的頻率變高，光電子的最大初

動能變大，C正確；D.根據光電效應方程線.=尿-叱)，可知，遏止電壓的大小與入射光的頻

率有關，與入射光的光強無關，D錯誤。

故選AC。

例題2.(多選)對光電效應的理解正確的是()

A.金屬鈉的每個電子可以吸收一個或一個以上的光子，當它積累的動能足夠大時，就能逸出金屬

B.如果入射光子的能量小于金屬表面的電子克服原子核的引力而逸出時所需做的最小功，便不能發

生光電效應

C.發牛.光電效應時，入射光越強，光子的能量就越大，光電子的最大初動能就越大

D.由于不同金屬的逸出功是不相同的，因此使不同金屬產生光電效應，入射光的最低頻率也不同

解析:選BD,按照愛因斯坦的光子說，光子的能量由光的頻率決定，與光強無關，入射光的頻率越

大，發生光電效應時產生的光電子的最大初動能越大；但要使電子離開金屬，電子必須具有足夠的動能，

而電子增加的動能只能來源于照射光的光子能量，且一個電子只能吸收一個光子，不能同時吸收多個光子，

所以光子的能量小于某一數值時便不能產生光電效應現象；電子從金屬逸出時只有從金屬表面向外逸出的

電子克服原子核的引力所做的功最小.綜上所述，選項B、D正確.

易錯易混點2愛因斯坦的光電效應理論

易錯易混點辨析：(1)能否發生光電效應，不取決于光的強度而取決于光的頻率.

(2)光電效應中的“光”不是特指可見光，也包括不可見光.

(3)逸出功的大小由金屬本身決定，與入射光無關.

(4)光電子不是光子，而是電子.

2.兩條對應關系

(1)光強大~光子數目多一發射光電子多一光電流大；

(2)光子頻率高一光子能量大一光電子的最大初動能大.

3.三個關系式

(1)愛因斯坦光電效應方程：區=力，一股

(2)最大初動能與遏止電壓的關系：&=e".

(3)逸出功與極限頻率的關系%=hvc.

例題3.如圖甲，合上開關，用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極K,發現電流表讀數不為零。調節

滑動變阻器，發現當電壓表讀數小于0.60V時，電流表讀數仍不為零，當電壓表讀數大于或等于0.60V時，

電流表讀數為零。把電路改為圖乙，當電壓表讀數為1.5V時，逸出功W及電子到達陽極時的最大動能以

A.VV=3.1eVa=4.5eVB.W=1.9cV以=2.1eV

C.W=1.7eVE*=1.9eVD.W=l.5eV&=0.6eV

解析:選B,甲圖中所加的電壓為反向電壓，根據題意可知，遏止電壓為0.60CV,根據線=e4可知,

光電子的最大初動能為0.60eV,根據光電效應方程線=尿一叫解得逸出功

叱)=hv-Ek=2.5eV0.60eV=1.9eV

乙圖中所加的電壓為正向電壓，根據動能定理eU,=E；-Ek

解得電子到達陽極的最大動能為耳=eUc+紜=L5eV+0.6eV=2.1eV

故選B。

例題4.光電管是應用光電效應原理制成的光電轉換器件，在光度測量、有聲電影、自動計數、自動報

警等方面有著廣泛的應用。某同學為了測出某光電管陰極的極限頻率，設計了如圖所示的電路。用頻率為

匕的光照射光電管陰極K,調節滑動變阻器滑片到某一位置，弓壓表的示數為-時，“A表的示數剛好為

零,換用頻率為叱的光照射光電管陰極K,調節滑動變阻器滑片到果一位置，電壓表的示數為4時，"A

表的示數也剛好為零，則該光電管陰極K的極限頻率為()

匕qb式卜必?匕」

u「ua5+力

v.U.-v,U,

解析:選A,根據光電效應方程有=hv{-hv.—牝解得3ET

故選A。

易錯易混點3：光電效應的函數圖像問題

易錯易混點辨析：每一個圖像都對應一個數學函數表達式，利用表達式確定點、線、面。

解決光電效應圖像問題的幾個關系式

(1)光電效應方程：

⑵發生光電效應的臨界條件：區=0,“嗎

(3)反向遏止電壓與光電子的最大初動能和入射光頻率的關系：-e以=°一及'TT

例題5.利用光電管研究光電效應現象的實驗裝置如圖甲所示，實驗中測得遏止電壓Uc與入射光頻率

u之間的關系如圖乙所示。則下到說法中正確的是()

A.如果測遏止電壓，應選擇電源左端為正極

B.當電源左端為正極時，滑動變阻器的滑片向右滑動，電流表的示數一定持續增大

C.增大照射光的強度，產生的光電子的最大初動能一定增大

D.如果實驗中入射光的頻率i，=7.OxlOMHz,則產生的光電子的最大初動能以約為leV

解析:選D,A.如果測遏止電壓，應選擇電源左端為負極，A錯誤；B.當電源左端為正極時，如果電

流達到飽和電流，即使滑動變阻器的滑片向右滑動，電流表的示數也不會增大，B錯誤；C,如果只增大

照射光的強度，而光的頻率不變，根據光電效應方程配-W=E,產生的光電子的最大初動能不變，C錯誤;

D.由圖可知，截止頻率為％=4.25乂1（嚴引根據圖像利用幾何關系可得

5.5X10I4-4.25X101470x10"-4.25x10“

可得遏止電壓U=1.0V因此產生的光電子的最大初動能以約

0.49

為lev,D正確。

故選D。

例題6.用如圖甲所示的裝置研究光電效應現象閉合電鍵S,用頻率為v的光照射光電管時發生了光電

效立。圖乙是該光電管發生光電效應時光電子的最大初動能以與入射光頻率v的關系圖象，圖線與橫軸的

交點坐標為（。，0）,與縱軸的交點型標為（0,-b）,下列說法中正確的是（）

甲

A.普朗克常量為人=2

b

B.斷開電鍵S后，電流表G的示數不為零

C.僅增加照射光的強度，光電子的最大初動能將增大

D.提高照射光頻率，光電子的最大初動能保持不變

解析:選B,A.由愛因斯坦的光電效應方程有々=和-卬由圖像可得〃=左=2所以A錯誤；B.用頻

a

率為y的光照射光電管時發生了光電效應，有光電子飛出，則斷開電鍵S后，回路中有電流，所以電流表

G的示數不為零，則B正確；C.由愛因斯坦的光電效應方程有4=卮-卬可知，光電子的最大初動能與

照射光的強度無關，所以C錯誤；D.提高照射光頻率，光電子的最大初動能增大，所以D錯誤；

故選B。

易錯易混點2飽和光電流的理解

易錯易混點辨析：L光電流和飽和光電流

金屬板飛出的光電子到達陽極，回路中便產生光電流，隨著所加正向電壓的增大，光電流趨于一個飽

和值，這個飽和值是飽和光電流，在一定的光照條件下，飽和光電流與所加電壓大小無關.

2.飽和電流：金屬板飛出的光電子到達陽極，回路中便產生光電流，隨著所加正向電壓的增大，光電

流趨于一個飽和值，這個飽和值是飽和電流，在一定條件下，飽和電流與所加電壓大小無關，只與入射光

的強度有關。入射光越強，飽和電流越大。即：入射光越強，單位時間內發射的光電子數越多。

例題7.如圖所示，分別用1、2兩種材料作K極進行光電效應探究，顏色相同的。、。兩束光分別照射

1、2兩種材料，光電流/隨電壓U變化關系如圖所示，則下列說法正確的是（）

A.〃、力光的頻率匕B.。、b兩光的光照強度相同

C.光電子的最大初動能線“>￡"D.材料1、2的截止頻率匕>匕

解析:選D,A.a、力兩束光顏色相同，所以頻率相同，故A錯誤；B.飽和光電流越大，光照強度越

大,所以〃光的光照強度比b光的大，故B錯誤；C.光電子的最大初動能為4=由圖可知&，>Us所

以

或〃>線〃故C錯誤；I）.根據愛因斯坦光電效應方程可得紇廣/匕-牝線〃=/%-所以匕,匕故

D正確。

故選Do

例題8.用甲、乙、丙三種單色光在同一個光電管上做光電效應實驗，發現光電流/與電壓U的關系如

圖所示，下列說法正確的是（）

A.甲、乙兩種單色光的強度相同

B.三種單色光在同種介質中傳播時，丙的波長最短

C.單色光甲的頻率大于單色光丙的頻率

D.三種單色光中，閃照射時逸出光電子的最大初動能最小

解析:選B,A.根據標-W=遇則遏止電壓越大，入射光的頻率越大，則甲光的頻率等于乙光的

頻率，但是甲光的飽和光電流大于乙光的，則甲光的強度大于乙光的強度，所以A錯誤；B.由于丙光的

頻率最大，則三種單色光在同種介質中傳播時，丙的波長最短，所以R正確；C.根據遇則遏

止電壓越大，入射光的頻率越大，則單色光甲的頻率小于單色光丙的頻率，所以C錯誤；D,根據

1,〃

-mvin~=qU^

則遏止電壓越大，光電子的最大初動能越大，所以三種單色光中，丙照射時逸出光電子的最大初動能最大,

則D錯誤；

故選B。

【針對訓練】

一、單選題

1.光子的能量與其（）

A.頻率成正比B,波長成正比

C.速度成正比D,速度平方成正比

2.單色光B的頻率為單色光A的兩倍，用單色光A照射到某金屬表面時，從金屬表面逸出的光電子最

大初動能為品用單色光B照射該金屬表面時，逸出的光電子最大初動能為心則該金屬的逸出功為（）

A.&-E\B.Ea-2E\

D呼

C.2E\—E?

3.如圖所示為一光電管電路，滑動變阻器觸頭位于M上其點，用黃光照射光電管陰極，電表指針無

偏轉，要使電表指針偏轉，可采取的可行措施有（）

A.增大黃光的強度B.換用藍光照射

C.將P向a滑動D.將電源正、負極對調

4.在光電效應實驗中，某實驗小組用同種頻率的單色光，先后照射鋅和銀的表面，都能產生光電效

應，對這兩個過程，下列四個物理量中，可能相同的是（）

A.飽和光電流B.遏止電壓

C.光電子的最大初動能D.逸出功

5.如圖所示，分別用1、2兩種材料作K極進行光電效應探究，其截止頻率心，保持人射光不變,

則光電子到達A極時動能的最大值&隨電壓〃變化關系的圖像是（）

6.利用光電管研究光電效應實驗如圖所示，用頻率為n的可見光照射陰極K,電流表中有電流通過，

則（）

A.用紫外線照射，電流表不一定有電流通過

B.用紅外線照射，電流表一定無電流通過

C.用頻率為v的可見光照刖陰極K,當滑動變阻器的滑片移到最右端時，電流表一定無電流通過

D.用頻率為I，的可見光照射陰極K,當滑動變阻器的滑片向左端移動時，電流表示數可能不變

7.利用如圖所示的實驗裝置研究光電效應現象，用一束紫外線照射光電陰極材料，電流表無示數。則

A.增大入射光的強度，電流表一定有示數B.增大入射光的頻率，電流表一定有示數

C.減小入射光的頻率，電流表可能有示數D.減小入射光的波長，電流表可能有示數

8.圖甲是光電效應的實驗裝置圖，圖乙是光電流與加在陰極K和陽極A上的電壓的關系圖像，卜.列

說法正確的是（）

圖乙

圖甲

A.由圖線①、②、⑤可知對某種確定的金屬來說，飽和光電流的大小與入射光強度無關

B.由圖線①、②、③可知其遏止電壓只由入射光的頻率決定

C.只要增大電壓，光電流就會一直增大

D.不論哪種顏色的入射光，只要光足夠強，就能發生光電效應

9.用金屬鋤為陰極的光電管，觀測光電效應現象，實驗裝置示意如圖甲所示，實驗中測得鋤的遏止電

壓Uc與入射光頻率v之間的關系如圖乙所示，圖線與橫軸交點的橫坐標為5.15xlO"Hz。己知普朗克常量

A.欲測遏止電壓，應選擇電源左端為正極

B.當電源左端為正極時，滑動變阻器的滑片向右滑動，電流表的示數持續增大

C.增大照射光的強度，產生的光電子的最大初動能一定增大

D.如果實驗中入射光的頻率u=7.00xl（THz,則產生的光電子的最大初動能約為4=L2xl（）T9j

10.如圖甲所示，為研究某金屬材料的遏止電壓口,與入射光頻率v的關系的電路圖，用不同頻率的光

分別照射甲圖中同一光電管的陰極K,調節滑片P測出遏止電壓，并描繪UN關系圖如圖乙所示。已知三

種光的頻率分別設為以叭丫2、歸，光子的能顯分別為1.8eV.2.4eVs3.0cV,測得遏止電壓分別為U尸0.8V、

S=1.4V、U3（圖乙中未知）。則下列說法正確的是（）

光、

乙

U-U

A.普朗克常量可表達為力二二一L

彩一匕

B.圖乙中頻率為內的光對應的遏I卜電壓Ue=L8V

C.該陰極K金屬材料的逸由功為2.6eV

D.將電源的正負極對換，仍用頻率為由的光照射陰極K時，將滑片。向右滑動一些，電流表示數一

定不為零

II.從1907年起，美國物理學家密立根就開始以精湛?的技術測量光電效應中幾個重要的物理量。他

通過如圖甲所示的實驗裝置測量某金屬的遏止電壓a與入射光頻率V，作出圖乙所示的a-廿圖象，由此

算中普朗克常量爪并與普朗克根據黑體輻射測出的力相比較，以檢驗愛因斯坦光電效應方程的正確性。

已知電子的電荷量為6,則卜列普朗克常量力的表達式止確的是（）

光

a

Ov

V1v2

乙

匕一匕

力「（匕一々

D.

12.1916年密立根測量金屬的遏止電壓S（即圖甲所示電路中電流表G的讀數減小到零時加在電極

K、A之間的反向電壓）與入射光頻率v的對應關系，實驗中推導計算出普朗克常量九圖乙為某光電管發

生光電效應時遏止電壓上與入射光頻率v的關系圖像，已知光電子的電荷審:為。，下列說法正確的是（）

B.普朗克常量八號

C.電極K的金屬材料逸出功隨入射光頻率的增大而減小

D.光電子最大初動能與入射光頻率成正比

13.某光源發出的光由不同波長的光組成，不同波長的光的強度如圖所示，表中給出了一些材料的極

0100200300400Mnm)

材料

極限波

長/nm416896

A.僅鈉能產生光電子B.僅鈉、銅能產生光電子

C.僅鈉、伯能產生光電子D.都能產生光電子

14.用不同頻率的紫外線分別照射鋁和鋅的表面而產生光電效應，可得到光電子的最大初動能々隨入

射光頻率I，變化的4一/圖像.已知鴇的逸出功是3.28cV,鋅的逸出功是3.34cV,若將二者的圖線畫在同

一個線一卜坐標系中，用實線表示鴇、虛線表示鋅，則下列正確反映這一過程的圖是（）

15.?研究光電效應規律的實驗裝置如圖所示，以頻率為y的光照射光電管陰極K時，有光電子產生.由

于光電管K、A間加的是反向電壓，光電子從陰極K發射后將向陽極A做減速運動.光電流，由圖中電流

計G測出.反向電壓U由電壓表V測出，且遏止電壓為伍.在下列表示光電效應實驗規律的圖象中，錯誤

的是（）

反向電壓和頻率

UV遏止電壓U與光強/和頻率V一定光強/和頻率V一定時,

一定時，光電流i頻率V的關系時，光電流i與反向光電流i與產生光電子

與光鐲/的關系電壓U的關系的時間，的關系

ACD

16.如圖所示，分別用頻率為八2u的光照射某光電管,龍應的遏止電壓之比為1：3,普郎克常量用

〃表示，則（）

A.用頻率為gv的光照射該光電管時有光電子逸出

B.該光電管的逸出功為!前

2

C.用2u的光照射時逸出所有光電子的初動能比用I，的光照射時逸出所有光電子的初動能大

D.加正向電壓時，用2v的光照射時飽和光電流一定大

17.如圖所示，在演示光電效應的實驗中，谷靈同學分別用4、8兩種單色光照射鋅板。發現用〃光照

射時與鋅板連接的驗電器的指針張開?個角度：用。光照射時與鋅板連接的驗電器的指針不動。下列說法

正我的是（）

驗電器鋅板

A.增大〃光的照射強度，驗電器的指針有可能張開一個隹度

B.增大。光的照射強度，光電子的最大初動能增加

C.。光的頻率大于人光的頻率

D.若用〃光照射另一種金屬能發生光電效應，則用。光照射該金屬時可能不會發生光電效應

18.金屬板M在某種光照射下可以發射出最大速度為v的電子，電子從金屬板M運動到金屬網N形成

電流。已知圖中兩電池的供電電壓都為U,電子的電荷量為e,質量為小，當單刀雙擲開關S與1接通時，

電流表的示數剛好為零（即電子伶好不能運動到金屬網N）。現單刀雙擲開關S與2接通時，電子運動到

金屬網N時的最大速度為（）

19.如圖所示為研究光電效應現象的實驗原理圖。已知光電管陰極材料的極限頻率為%,現用頻率為

的單色光照射光電管.發現滑動變阻器的滑片P處于圖示位置時,武敏電流計的示數為零,下列

說法正確的是（）

A.靈敏電流計的示數為零，是因為沒有發生光電效應

B.若不斷向左移動滑片P,則靈敏電流計一定會有示數

C.若不斷向右移動滑片P,則靈敏電流計一定會有示數

D.僅不斷增大入射光的光照強度，靈敏電流計一定會有示數，電子的動能增大

20.用如圖甲所示的裝置研究光電效應現象，閉合開關S,用頻率為u的光照射光電管時發生了光電效

應,圖乙是該光電管發生光電效應時光電子的最大初動能以與入射光頻率I，的關系圖像，圖線與橫軸的

交點坐標為（小0）,與縱軸的交點坐標為（0,功），下列說法中正確的是（）

A.普朗克常量為人=:

b

B.斷開開關S后，電流表G的示數為零

C.僅增加照射光的強度，光電子的最大初動能將增大

D.保持照射光強度不變，僅提高照射光頻率，電流表G的示數減小

21.如圖所示電路可研究光電效應規律.圖中標有4和K的為光電管，其中A為陽極，K為陰極，理

想電流計可檢測通過光電管的電流，理想電壓表用來指示光電管兩端的電壓。現接通電源，川光子能量為

120eV的光照射陰極K,電流計中有示數，若將滑動變阻器的滑片P緩慢向右滑動，電流計的讀數逐漸減

小，當滑至某一位置時電流計的讀數恰好為零，讀出此時電壓表的示數為5.0V。現保持滑片P位置不變,

以下判斷正確的是（）

-------PI'-------

A.光電管陰極材料的逸出動為5.0eV

B.若增大入射光的強度，電流計的讀數不為零

C.若用光子能量為15.0eV的光照射陰極K,光電子的最大初動能一定變大

D.若用光子能量為lO.OeV的光照射陰極K,同時把滑片P向左移動少許，電流計的讀數一定不為零

二、多選題

22.如圖所示，用導線把不帶電的驗電器與鋅板相連接，當用紫外線照射鋅板時，發生的現象是（）

A.有光子從鋅板逸出

B.有電子從鋅板逸出

C.驗電器指針張開一個角度

D.鋅板帶負電

23.在做光電效應的實驗時，某金屬被光照射發生了光電效應，實驗測得光電子的遏止電壓〃與入射

光的頻率/的關系如圖所示，由實驗圖線可求出（）

A.該金屬的截止頻率

B.普朗克常量

C.該金屬的逸出功

I）.單位時間內逸出的光電子數

24.某實驗小組用圖甲所示電路研究〃、/?兩種單色光的光電效應現象，通過實驗得到光電流/與電壓U

的關系如圖乙所示，由圖可知（）

A.光電子的最大初動能a,<Em

B.兩種光的頻率匕>以

C,兩種光照射金屬K時的選出功一樣

D.兩種光的遏止電壓相同

25.利用如圖甲所示的電路完成光甩效應實驗，金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率u的關系如圖乙所示,

圖乙中4、匕、%均己知，電了電荷量用e表示。入射光頻率為修時，下列說法正確的是（

A.光電子的最大初動能紜

B.由Uc-u圖象可求得普朗克常量〃=盧^廠

c.滑動變阻器的滑片P向"端移動過程中電流表示數逐漸減小

D.把電源正負極對調之后，滑動變阻器的滑片P向N端移動過程中電流表示數一定一直增加

26.用圖甲所示裝置研究光電效應現象，三次用同一光電管在不同光照條件下實驗，記錄微安表的示數

/隨光電管電壓U的變化情況，得到甲、乙、丙三條光電流與電壓之間的關系曲線，如圖乙所示。下列說

法正確的是（）

甲

____&UcOU

甲乙

A.Uci大于Uc2

B.光電管中電流方向由4指向K

C.甲圖線表示光的強度比丙大

D.甲圖線和乙圖線表示光產生的光電子最大初動能相同

27.圖甲為某種光電煙霧探測器裝置示意圖，光源S發出頻率為匕的光束，當有煙霧進入該探測器時,

光束會被煙霧散射進入光電管C,當光照射到光電管中的金屬鈉表面時會產生光電子，進而在光電管中形

成光電流，當光電流大于某臨界值時，便會觸發報警系統報警。用如圖乙所示的電路（光電管K極是金屬

鈉）研究注電效應規律，得到鈉的謁止電壓U,與入射光頻率u之間的關系，如圖丙所示，元電荷為6。下

列說法正確的是（）

甲0

乙丙

A.由圖丙知，普朗克常量/y'U0-U"）

匕一匕

B.由圖丙知，金屬鈉的逸出功為J

%一匕

C.圖甲中，光源S發出的光越強，探測器的靈敏度就越高，光電子的最大初動能就越大

D.圖乙中，光電管K極使用的金屬材料逸出功越大，截止頻率越大，探測器的靈敏度就越高

28.我國中微子探測實驗利用光電管把光信號轉換為電信號。如圖所示，A和K分別是光電管的陽極

和月極，加在A、K之間的電壓為U。現用發光功率為P的激光器發出頻率為v的光全部照射在K上，回

路中形成電流。已知陰極K材料的逸出功為此，普朗克常量為h,電子電荷量為e。以下說法正確的是（）

激光束

A.光電子到達A時的最大動能為尿-％+”

B.光電子到達4時的最大動能為加，-叱）

C.若每入射N個光子會產生1個光電子且所有的光電子蓄能到達A,則回路的電流強度為3

D.若每入射N個光子會產生1個光電子且所有的光電子都能到達A,則回路的電流強度為黑

29.利用圖甲所示的實驗裝置測量遏止電壓”與入射光頻率v的關系。若某次實驗中得到如圖乙所示

的圖像。已知普朗克常量/?=6.63X103J.S，則下列說法正確的是（）

v/10HHz

中

A.電源的右端為正極

B.遏止電壓”、越大說明光電子最大初動能越大

C.若保持入射光頻率不變，增大入射光光強，遏止電壓也會增大

D.該金屬的逸出功約為2.85x10-4

三、非選擇題

30.如圖1所示，一驗電器與鋅板相連，在A處用一紫外線燈照射鋅板，關燈后，驗電器指針保特一定

偏角。

（2）使驗電器指針回到零，再用相同強度的鈉燈發出的黃光照射鋅板，驗電器指針無偏轉.那么，

若改用強度更大的紅外線燈照射鋅板，可觀察到驗電器指針（選填“有"或‘'無"）偏轉。

（3）為了進一步研究光電效應的規律，設計了如圖2所示的電路，圖中標有A和K的為光電管，其

中K為陰極，A為陽極?現接通電源，用光子能量為10.5eV的光照射陰極K,電流計中有示數，若將滑動

變阻器的滑片產緩慢向右滑動，電流計的讀數逐漸減小，當滑至某一位置時電流計的讀數恰好為零，讀出

此時電壓表的示數為6.0V,則光電管陰極材料的逸出功為eV。

31.小明同學用如圖所示的實驗裝置測量普朗克常量和某金屬的逸出功，通過改變入射光的頻率并測

出對應的遏止電壓U繪制U-V圖像如圖甲所示，已知電子所帶電荷量大小是J

（1）普朗克常量〃=，此金屬的逸出功卬二。（用e、5、U、、匕、匕表示）

（2）另一同學用小明同學的數據繪制U-/（其中/為G的讀數）圖線如圖乙中d所示。他用相同實

驗裝置，但只增大入射光強，則此時圖線應是圖乙中的（填“a”“b”或"c”）。

32.某同學在研究光電效應”單位時間發射的光電子數與照射光強弱的關系”實驗中：

（1）在給出的四個電路圖中，本實驗應該選用的電路是：

（2）要求加在光電管上的電壓從零開始變化，則閉合開關前滑動變阻器的滑動觸頭P應移到

（選填‘'左端”、“右端”）；

（3）在某一強度的光照下，記錄兩電表示數如下表所示:

電壓

00.200.500.801.001.301.502.002.50

UN

電流

0.100.180.270.330.350.380.390.400.40

〃pA

②有同學利用電壓為零時的電流值（）.1（）卜iA計算光電管單位時間里逸出的光電子數，行不行？

，請說明理由；

③估算此光照射下，單位時間內產生的光電子數為（已知電子電量0=1.6x10%）

33.用波長為4x10的紫光照射某金屬，發出的光電子垂直進入3x1047的勻強磁場中，光電子

所形成的圓軌道的最大半徑為1.2cm（電子電荷量e=1.6xl（T”C,其質量機=9.1xl（）fkg）°求：

（1）紫光光子的能量；

（2）光電子的最大初動能；

（3）該金屬發生光電效應的極限頻率。

第四章原子結構與波粒二象性

第二節光電效應

［核心素養?明目標］

核心素養學習目標

物理觀念知道光電效應的實驗規律以及用波動理論解釋中的疑難

運用光的波動理論能對光電效應的實驗規律提出有依據的質疑，形成

科學思維

對比、質疑的思維

通過觀察光電效應的實驗過程培養學生觀察能力，感悟以實驗為基礎

科學探究

的科學探究方法

科學態度領略微觀世界的奇妙和諧，培養學生對科學的好奇心和求知欲，能夠

與責任體驗探索自然規律的艱辛與喜悅

［基礎知識深層理解提高］

知識點一：光電效應的實驗規律

1.光電效應：照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出的現

象.

2.光電子：光電效應中發射出來的電子.

3光電效應的實驗規律

(1)存在截止頻率：當入射光的頻率低于截止頻率時不(填“能”或“不”)發生光電效

應.

(2)存在飽和電流：在光的頻率不變的情況下，入射光越強，飽和電流越大.

(3)存在遏止電壓：使光電流減小到。的反向電壓區,且滿足/

(4)光電效應具有瞬時性：光電效應幾乎是瞬時發生的.

知識點二：光電效應經典解釋中的疑難

1.逸出功：使電子脫離某種金屬，外界對它做功的最小值，用網表示。不同種類的金

屬，其逸出功的大小不相同(填“相同”或“不相同”)，

2.光電效應經典解釋

(1)不應存在截止頻率；

(2)遏止電壓〃應該與光的強弱有關；

(3)電子獲得逸出表面所需的能量需要的時間遠遠大于實驗中產生光電流的時間

知識點三：愛因斯坦的光電效應理論

1.光子：光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的，頻率為〃的光的能

量子為方心其中方為普朗克常量，這些能量子后來稱為光子。

2.愛因斯坦光電效應方程

(1)表達式：力>=氏+牖或氏=力〃一的

(2)物理意義：金屬中電子吸收一個光子獲得的能量是力心在這些能量中，

一部分大小為黑的能量被電子用來脫離金屬，剩下的是逸出后電子的初動能氏.

(3)〃與入%的關系

①表達式：&2v一邑;

ee

②圖像：U-。圖像是一條斜率為々的直線。

e

［典型例題、易錯易混點剖析］

易錯易混點1光電效應的規律的理解

易錯易混點辨析:光電效應的實驗規律

(1)任何一種金屬都有一個截止頻率，入射光的頻率必須大于等于這個截止頻率才能發

生光電效應，低于這個截止頻率則不能發生光電效應。

(2)發生光電效應時，光電子的最大初動能與入射光的強度無關，隨入射光頻率的增大

而增大。

(3)大于截止頻率的光照射金屬時，光電流(反映單位時間內發射出的光電子數的多少)

與入射光強度成正比。

(4)光電效應的發生幾乎是瞬時的，產生電流的時間不超過IO"s。

例題1.現用某一光電管進行光電效應實驗，當用某一頻率的光入射時，有光電流產生。

下列說法正確的是()

A.保持入射光的頻率不變，入射光的光強變大，飽和光電流變大

B.入射光的頻率變高，飽和光電流變大

C.入射光的頻率變高，光電子的最大初動能變大

D.遏止電壓的大小與入射光的頻率和入射光的光強有關

解析:選AC,AB.根據光電效應實驗得出的結論：保持入射光的頻率不變，入射光的光

強變大，飽和光電流變大，B錯誤，A正確；C.根據愛因斯坦光電效應方程得：入射光

的頻率變高，光電子的最大初動能變大，C正確；D.根據光電效應方程七"=機一乂，

Ekm=eU可知，遏止電壓的大小與入射光的頻率有關，與入射光的光強無關，D錯誤.

故選ACo

例題2.(多選)對光電效應的理解正確的是()

A.金屬鈉的每個電子可以吸收一個或一個以上的光子，當它積累的動能足夠大時，就

能逸出金屬

B.如果入射光子的能量小于金屬表面的電子克服原子核的引力而逸出時所需做的最小

功，便不能發生光電效應

C.發生光電效應時，入射光越強，光子的能量就越大，光電子的最大初動能就越大

D.由于不同金屬的逸出功是不相同的，因此使不同金屬產生光電效應，入射光的最低

頻率也不同

解析:選BD,按照愛因斯坦的光子說，光子的能量由光的頻率決定，與光強無關，入

射光的頻率越大，發生光電效應時產生的光電子的最大初動能越大；但要使電子離開金屬，

電子必須具有足夠的動能，而電子增加的動能只能來源于照射光的光子能量，且一個電子

只能吸收一個光子，不能同時吸收多個光子，所以光子的能量小于某一數值時便不能產生

光電效應現象；電子從金屬逸出時只有從金屬表面向外逸出的電子克服原子核的引力所做

的功最小.綜上所述，選項B、D正確.

易錯易混點2愛因斯坦的光電效應理論

易錯易混點辨析：(1)能否發生光電效應，不取決于光的強度而取決于光的頻率.

(2)光電效應中的“方”不是特指可見光，也包括不可見光.

(3)逸出功的大小由金屬本身決定，與入射光無關.

(4)光電子不是光子，而是電子.

2.兩條對應關系

(1)光強大一光子數目多f發射光電子多一光電流大；

(2)光子頻率高光子能量大一光電子的最大初動能大.

3.三個關系式

(1)愛因斯坦光電效應方程：笈=力，一股

(2)最大初動能與遏止電壓的關系：￡=e”.

(3)逸出功與極限頻率的關系Evc.

例題3.如圖甲，合上開關，用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極K,發現電流表讀

數不為零。調節滑動變阻器，發現當電壓表讀數小于0.60V時，電流表讀數仍不為零，當電

壓表讀數大于或等于0.60V時，電流表讀數為零。把電路改為圖乙，當電壓表讀數為I.5V

時，逸出功W及電子到達陽極時的最大動能以為

AB

A.W=3.1eVEk=4.5eVB.VV=1.9eV￡t=2.1eV

C.W=l.7eV及=1.9eVD.VV=1.5eV￡k=0.6eV

解析:選B,甲圖中所加的電壓為反向電壓，根據題意可知，遏止電壓為0.60eV,根據

線=?6可知，光電子的最大初動能為0.60eV,根據光電效應方程紇=/"八％解得逸出功

%=hv-Ek=2.5cV-0.60cV=1.9cV

乙圖中所加的電壓為正向電壓，根據動能定理6，=穌-紜

解得電子到達陽極的最大動能為&=^+￡k=l.5eV+0.6eV=2.1eV

故選B。

例題4.光電管是應用光電效應原理制成的光電轉換器件，在光度測量、有聲電影、自

動計數、自動報警等方面有著廣泛的應用,某同學為了測出某光電管陰極的極限頻率，設計

了如圖所示的電路。用頻率為匕的光照射光電管陰極K,調節滑動變阻器滑片到某一位置，

電壓表的示數為4時，4A表的示數剛好為零，換用頻率為匕的光照射光電管陰極K,調節

滑動變阻器滑片到某一位置，電壓表的示數為U,時，"A表的示數也剛好為零，則該光電管

陰極K的極限頻率為（）

匕U「％上

匕a-匕巴

解析:選A,根據光電效應方程有hv「牝eu,二牝-牝解得％=-

故選A。

易錯易混點3：光電效應的函數圖像問題

易錯易混點辨析：每一個圖像都對應一個數學函數表達式，利用表達式確定點、線、

面O

解決光電效應圖像問題的幾個關系式

（1）光電效應方程：&=力丫一幅。

UL

（2）發生光電效應的臨界條件：￡=0,八=々

（3）反向遏止電壓與光電子的最大初動能和入射光頻率的關系：-e"=°一反,一

%

例題5.利用光電管研究光電效應現象的實驗裝置如圖甲所示，實驗中測得遏止電壓Uc

與入射光頻率y之間的關系如圖乙所示。則下列說法中正確的是（）

A.如果測遏止電壓，應選擇電源左端為正極

B.當電源左端為正極時，滑動變阻器的滑片向右滑動，電流表的示數一定持續增大

C.增大照射光的強度，產生的光電子的最大初動能一定增大

D.如果實驗中入射光的頻率呻7.0x103Hz,則產生的光電子的最大初動能反約為leV

解析:選D,A.如果測遏止電壓，應選擇電源左端為負極，A錯誤；B.當電源左瑞為

正極時，如果電流達到飽和電流，即使滑動變阻器的滑片向右滑動，電流表的示數也不會

增大,B錯誤;C.如果只增大照射光的強度，而光的頻率不變，根據光電效應方程彬-卬=用

產生的光電子的最大初動能不變，C錯誤;

D.由圖可知，截止頻率為匕）=4.25xl（嚴Hz根據圖像利用幾何關系可得

5.5x10“—4.25x10"7.0xl0,4-4.25xl014

可得遏止電壓U=1.0V因此產生的光電子的最

0.49U

大初動能以約為leV,D正確。

故選D。

例題6.用如圖甲所示的裝置研究光電效應現象.閉合電健S,用頻率為v的光照射光電

管時發生了光電效應。圖乙是該光電管發生光電效應時光電子的最大初動能￡A?與入射光頻

率v的關系圖象，圖線與橫軸的交點坐標為3,0）,與縱軸的交點坐標為（0,一b）,下列說

法中正確的是（）

A.普朗克常量為

B.斷開電鍵S后，電流表G的示數不為零

C.僅增加照射光的強度，光電子的最大初動能將增大

D.提高照射光頻率，光電子的最大初動能保持不變

解析:選B,A.由愛因斯坦的光電效應方程有Ek=hv-W由圖像可得力=攵=2所以A錯

a

誤；B.用頻率為了的光照射光電管時發生了光電效應，有光電子飛出，則斷開電鍵S后，

回路中有電流，所以電流表G的示數不為零，則B正確；C.由愛因斯坦的光電效應方程

有&=/n，-W可知，光電子的最大初動能與照射光的強度無關，所以C錯誤；D.提高照

射光頻率，光電子的最大初動能增大，所以D錯誤；

故選B。

易錯易混點2飽和光電流的理解

易錯易混點辨析：1.光電流和飽和光電流

金屬板飛出的光電子到達陽極，回路中便產生光電流，隨著所加正向電壓的增大，光

電流趨于一個飽和值，這個飽和值是飽和光電流，在一定的光照條件下，飽和光電流與所

加電壓大小無關.

2.飽和電流：金屬板飛出的光電子到達陽極，回路中便產生光電流，隨著所加正向電

壓的增大，光電流趨于一個飽和值，這個飽和值是飽和電流，在一定條件下，飽和電流與

所加電壓大小無關，只與入射光的強度有關。入射光越強，飽和電流越大。即：入射光越

強，單位時間內發射的光電子數越多。

例題7如圖所示,分別用1、2兩種材料作K極進行光電效應探究,顏色相同的b

兩束光分別照射1、2兩種材料，光電流/隨電壓U變化關系如圖所示，則下列說法正確的

是（）

〃兩光的光照強度相同

C.光電子的最大初動能線“>￡”，D.材料1、2的截止頻率匕>匕

解析:選D,A.a、5兩束光顏色相同，所以頻率相同，故A錯誤；B.飽和光電流越大