（人教版选择性必修第三册）高二物理易混易错：光电效应（原卷版+解析）

第四章原子结构与波粒二象性

第二节光电效应

［核心素养•明目标］

核心素养学习目标

物理观念知道光电效应的实验规律以及用波动理论解释中的疑难

运用光的波动理论能对光电效应的实验规律提出有依据的质疑，形成

科学思维

对比、质疑的思维

通过观察光电效应的实验过程培养学生观察能力，感悟以实验为基础

科学探究

的科学探究方法

科学态度领略微观世界的奇妙和谐，培养学生对科学的好奇心和求知欲，能够

与责任体验探索自然规律的艰辛与喜悦

［基础知识深层理解提高］

知识点一：光电效应的实验规律

1.光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现

2.光电子：光电效应中发射出来的电子.

3光电效应的实验规律

(1)存在截止频率：当入射光的频率低于截止频率时不(填“能”或“不”)发生光电效应.

(2)存在饱和电流：在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大.

(3)存在遏止电压：使光电流减小到。的反向电压以，且满足

(4)光电效应具有瞬时性：光电效应几乎是瞬时发生的.

知识点二：光电效应经典解释中的疑难

1.逸出功：使电子脱离某种金属，外界对它做功的最小值，用网表示。不同种类的金属，其逸出功

的大小不相同(填“相同”或“不相同”)o

2.光电效应经典解释

(1)不应存在截止频率；

(2)遏止电压〃应该与光的强弱有关；

(3)电子获得逸出表面所需的能量需要的时间远远大于实验中产生光电流的时间

知识点三：爱因斯坦的光电效应理论

1.光子：光木身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为y的光的能量子为方仁其中人为

普朗克常量，这些能量子后来称为光子。

2.爱因斯坦光电效应方程

(1)表达式：力-=£+%或笈=力〃一%

(2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是力，，在这些能量中,

一部分大小为饵的能量被电子用来脱离金属，剩下的是逸出后电子的初动能与。

(3)〃与八照的关系

①表式：i/=-

cee

②图像〃一图像是一条斜率好的直线。

［典型例题、易错易混点剖析］

易错易混点1光电效应的规律的理解

易错易混点辨析:光电效应的实验规律

(1)任何一种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须大于等于这个截止频率才能发生光电效应，低

于这个截止频率则不能发生光电效应。

(2)发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，随入射光频率的增大而增大。

(3)大于截止频率的光照射金属时，光电流(反映单位时间内发射出的光电子数的多少)与入射光强度成

正比。

(4)光电效应的发生几乎是瞬时的，产生电流的时间不超过10一9s。

例题1.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，饱和光电流变大

B.入射光的频率变高，饱和光电流变大

C.入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大

D.遏止电压的大小与入射光的频率和入射光的光强有关

解析:选AC,AB.根据光电效应实验得出的结论：保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和

光电流变大，B错误，A正确；C.根据爱因斯坦光电效应方程得：入射光的频率变高，光电子的最大初

动能变大，C正确；D.根据光电效应方程线.=尿-叱)，可知，遏止电压的大小与入射光的频

率有关，与入射光的光强无关，D错误。

故选AC。

例题2.(多选)对光电效应的理解正确的是()

A.金属钠的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属

B.如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发

生光电效应

C.发牛.光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大

D.由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应，入射光的最低频率也不同

解析:选BD,按照爱因斯坦的光子说，光子的能量由光的频率决定，与光强无关，入射光的频率越

大，发生光电效应时产生的光电子的最大初动能越大；但要使电子离开金属，电子必须具有足够的动能，

而电子增加的动能只能来源于照射光的光子能量，且一个电子只能吸收一个光子，不能同时吸收多个光子，

所以光子的能量小于某一数值时便不能产生光电效应现象；电子从金属逸出时只有从金属表面向外逸出的

电子克服原子核的引力所做的功最小.综上所述，选项B、D正确.

易错易混点2爱因斯坦的光电效应理论

易错易混点辨析：(1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率.

(2)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光.

(3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关.

(4)光电子不是光子，而是电子.

2.两条对应关系

(1)光强大~光子数目多一发射光电子多一光电流大；

(2)光子频率高一光子能量大一光电子的最大初动能大.

3.三个关系式

(1)爱因斯坦光电效应方程：区=力，一股

(2)最大初动能与遏止电压的关系：&=e".

(3)逸出功与极限频率的关系%=hvc.

例题3.如图甲，合上开关，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极K,发现电流表读数不为零。调节

滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60V时，电流表读数仍不为零，当电压表读数大于或等于0.60V时，

电流表读数为零。把电路改为图乙，当电压表读数为1.5V时，逸出功W及电子到达阳极时的最大动能以

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:选B,甲图中所加的电压为反向电压，根据题意可知，遏止电压为0.60CV,根据线=e4可知,

光电子的最大初动能为0.60eV,根据光电效应方程线=尿一叫解得逸出功

叱)=hv-Ek=2.5eV0.60eV=1.9eV

乙图中所加的电压为正向电压，根据动能定理eU,=E；-Ek

解得电子到达阳极的最大动能为耳=eUc+纭=L5eV+0.6eV=2.1eV

故选B。

例题4.光电管是应用光电效应原理制成的光电转换器件，在光度测量、有声电影、自动计数、自动报

警等方面有着广泛的应用。某同学为了测出某光电管阴极的极限频率，设计了如图所示的电路。用频率为

匕的光照射光电管阴极K,调节滑动变阻器滑片到某一位置，弓压表的示数为-时，“A表的示数刚好为

零,换用频率为叱的光照射光电管阴极K,调节滑动变阻器滑片到果一位置，电压表的示数为4时，"A

表的示数也刚好为零，则该光电管阴极K的极限频率为()

匕qb式卜必।匕」

u「ua5+力

v.U.-v,U,

解析:选A,根据光电效应方程有=hv{-hv.—牝解得3ET

故选A。

易错易混点3：光电效应的函数图像问题

易错易混点辨析：每一个图像都对应一个数学函数表达式，利用表达式确定点、线、面。

解决光电效应图像问题的几个关系式

(1)光电效应方程：

⑵发生光电效应的临界条件：区=0,“吗

(3)反向遏止电压与光电子的最大初动能和入射光频率的关系：-e以=°一及'TT

例题5.利用光电管研究光电效应现象的实验装置如图甲所示，实验中测得遏止电压Uc与入射光频率

u之间的关系如图乙所示。则下到说法中正确的是()

A.如果测遏止电压，应选择电源左端为正极

B.当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的示数一定持续增大

C.增大照射光的强度，产生的光电子的最大初动能一定增大

D.如果实验中入射光的频率i，=7.OxlOMHz,则产生的光电子的最大初动能以约为leV

解析:选D,A.如果测遏止电压，应选择电源左端为负极，A错误；B.当电源左端为正极时，如果电

流达到饱和电流，即使滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的示数也不会增大，B错误；C,如果只增大

照射光的强度，而光的频率不变，根据光电效应方程配-W=E,产生的光电子的最大初动能不变，C错误;

D.由图可知，截止频率为％=4.25乂1（严引根据图像利用几何关系可得

5.5X10I4-4.25X101470x10"-4.25x10“

可得遏止电压U=1.0V因此产生的光电子的最大初动能以约

0.49

为lev,D正确。

故选D。

例题6.用如图甲所示的装置研究光电效应现象闭合电键S,用频率为v的光照射光电管时发生了光电

效立。图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能以与入射光频率v的关系图象，图线与横轴的

交点坐标为（。，0）,与纵轴的交点型标为（0,-b）,下列说法中正确的是（）

甲

A.普朗克常量为人=2

b

B.断开电键S后，电流表G的示数不为零

C.仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大

D.提高照射光频率，光电子的最大初动能保持不变

解析:选B,A.由爱因斯坦的光电效应方程有々=和-卬由图像可得〃=左=2所以A错误；B.用频

a

率为y的光照射光电管时发生了光电效应，有光电子飞出，则断开电键S后，回路中有电流，所以电流表

G的示数不为零，则B正确；C.由爱因斯坦的光电效应方程有4=卮-卬可知，光电子的最大初动能与

照射光的强度无关，所以C错误；D.提高照射光频率，光电子的最大初动能增大，所以D错误；

故选B。

易错易混点2饱和光电流的理解

易错易混点辨析：L光电流和饱和光电流

金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱

和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关.

2.饱和电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电

流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和电流，在一定条件下，饱和电流与所加电压大小无关，只与入射光

的强度有关。入射光越强，饱和电流越大。即：入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。

例题7.如图所示，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，颜色相同的。、。两束光分别照射

1、2两种材料，光电流/随电压U变化关系如图所示，则下列说法正确的是（）

A.〃、力光的频率匕B.。、b两光的光照强度相同

C.光电子的最大初动能线“>£"D.材料1、2的截止频率匕>匕

解析:选D,A.a、力两束光颜色相同，所以频率相同，故A错误；B.饱和光电流越大，光照强度越

大,所以〃光的光照强度比b光的大，故B错误；C.光电子的最大初动能为4=由图可知&，>Us所

以

或〃>线〃故C错误；I）.根据爱因斯坦光电效应方程可得纥广/匕-牝线〃=/%-所以匕,匕故

D正确。

故选Do

例题8.用甲、乙、丙三种单色光在同一个光电管上做光电效应实验，发现光电流/与电压U的关系如

图所示，下列说法正确的是（）

A.甲、乙两种单色光的强度相同

B.三种单色光在同种介质中传播时，丙的波长最短

C.单色光甲的频率大于单色光丙的频率

D.三种单色光中，闪照射时逸出光电子的最大初动能最小

解析:选B,A.根据标-W=遇则遏止电压越大，入射光的频率越大，则甲光的频率等于乙光的

频率，但是甲光的饱和光电流大于乙光的，则甲光的强度大于乙光的强度，所以A错误；B.由于丙光的

频率最大，则三种单色光在同种介质中传播时，丙的波长最短，所以R正确；C.根据遇则遏

止电压越大，入射光的频率越大，则单色光甲的频率小于单色光丙的频率，所以C错误；D,根据

1,〃

-mvin~=qU^

则遏止电压越大，光电子的最大初动能越大，所以三种单色光中，丙照射时逸出光电子的最大初动能最大,

则D错误；

故选B。

【针对训练】

一、单选题

1.光子的能量与其（）

A.频率成正比B,波长成正比

C.速度成正比D,速度平方成正比

2.单色光B的频率为单色光A的两倍，用单色光A照射到某金属表面时，从金属表面逸出的光电子最

大初动能为品用单色光B照射该金属表面时，逸出的光电子最大初动能为心则该金属的逸出功为（）

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

D呼

C.2E\—E?

3.如图所示为一光电管电路，滑动变阻器触头位于M上其点，用黄光照射光电管阴极，电表指针无

偏转，要使电表指针偏转，可采取的可行措施有（）

A.增大黄光的强度B.换用蓝光照射

C.将P向a滑动D.将电源正、负极对调

4.在光电效应实验中，某实验小组用同种频率的单色光，先后照射锌和银的表面，都能产生光电效

应，对这两个过程，下列四个物理量中，可能相同的是（）

A.饱和光电流B.遏止电压

C.光电子的最大初动能D.逸出功

5.如图所示，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，其截止频率心，保持人射光不变,

则光电子到达A极时动能的最大值&随电压〃变化关系的图像是（）

6.利用光电管研究光电效应实验如图所示，用频率为n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v的可见光照刖阴极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I，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

7.利用如图所示的实验装置研究光电效应现象，用一束紫外线照射光电阴极材料，电流表无示数。则

A.增大入射光的强度，电流表一定有示数B.增大入射光的频率，电流表一定有示数

C.减小入射光的频率，电流表可能有示数D.减小入射光的波长，电流表可能有示数

8.图甲是光电效应的实验装置图，图乙是光电流与加在阴极K和阳极A上的电压的关系图像，卜.列

说法正确的是（）

图乙

图甲

A.由图线①、②、⑤可知对某种确定的金属来说，饱和光电流的大小与入射光强度无关

B.由图线①、②、③可知其遏止电压只由入射光的频率决定

C.只要增大电压，光电流就会一直增大

D.不论哪种颜色的入射光，只要光足够强，就能发生光电效应

9.用金属锄为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意如图甲所示，实验中测得锄的遏止电

压Uc与入射光频率v之间的关系如图乙所示，图线与横轴交点的横坐标为5.15xlO"Hz。己知普朗克常量

A.欲测遏止电压，应选择电源左端为正极

B.当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的示数持续增大

C.增大照射光的强度，产生的光电子的最大初动能一定增大

D.如果实验中入射光的频率u=7.00xl（THz,则产生的光电子的最大初动能约为4=L2xl（）T9j

10.如图甲所示，为研究某金属材料的遏止电压口,与入射光频率v的关系的电路图，用不同频率的光

分别照射甲图中同一光电管的阴极K,调节滑片P测出遏止电压，并描绘UN关系图如图乙所示。已知三

种光的频率分别设为以叭丫2、归，光子的能显分别为1.8eV.2.4eVs3.0cV,测得遏止电压分别为U尸0.8V、

S=1.4V、U3（图乙中未知）。则下列说法正确的是（）

光、

乙

U-U

A.普朗克常量可表达为力二二一L

彩一匕

B.图乙中频率为内的光对应的遏I卜电压Ue=L8V

C.该阴极K金属材料的逸由功为2.6eV

D.将电源的正负极对换，仍用频率为由的光照射阴极K时，将滑片。向右滑动一些，电流表示数一

定不为零

II.从1907年起，美国物理学家密立根就开始以精湛•的技术测量光电效应中几个重要的物理量。他

通过如图甲所示的实验装置测量某金属的遏止电压a与入射光频率V，作出图乙所示的a-廿图象，由此

算中普朗克常量爪并与普朗克根据黑体辐射测出的力相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性。

已知电子的电荷量为6,则卜列普朗克常量力的表达式止确的是（）

光

a

Ov

V1v2

乙

匕一匕

力「（匕一々

D.

12.1916年密立根测量金属的遏止电压S（即图甲所示电路中电流表G的读数减小到零时加在电极

K、A之间的反向电压）与入射光频率v的对应关系，实验中推导计算出普朗克常量九图乙为某光电管发

生光电效应时遏止电压上与入射光频率v的关系图像，已知光电子的电荷审:为。，下列说法正确的是（）

B.普朗克常量八号

C.电极K的金属材料逸出功随入射光频率的增大而减小

D.光电子最大初动能与入射光频率成正比

13.某光源发出的光由不同波长的光组成，不同波长的光的强度如图所示，表中给出了一些材料的极

0100200300400Mnm)

材料

极限波

长/nm416896

A.仅钠能产生光电子B.仅钠、铜能产生光电子

C.仅钠、伯能产生光电子D.都能产生光电子

14.用不同频率的紫外线分别照射铝和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子的最大初动能々随入

射光频率I，变化的4一/图像.已知鸨的逸出功是3.28cV,锌的逸出功是3.34cV,若将二者的图线画在同

一个线一卜坐标系中，用实线表示鸨、虚线表示锌，则下列正确反映这一过程的图是（）

15.•研究光电效应规律的实验装置如图所示，以频率为y的光照射光电管阴极K时，有光电子产生.由

于光电管K、A间加的是反向电压，光电子从阴极K发射后将向阳极A做减速运动.光电流，由图中电流

计G测出.反向电压U由电压表V测出，且遏止电压为伍.在下列表示光电效应实验规律的图象中，错误

的是（）

反向电压和频率

UV遏止电压U与光强/和频率V一定光强/和频率V一定时,

一定时，光电流i频率V的关系时，光电流i与反向光电流i与产生光电子

与光镯/的关系电压U的关系的时间，的关系

ACD

16.如图所示，分别用频率为八2u的光照射某光电管,龙应的遏止电压之比为1：3,普郎克常量用

〃表示，则（）

A.用频率为gv的光照射该光电管时有光电子逸出

B.该光电管的逸出功为!前

2

C.用2u的光照射时逸出所有光电子的初动能比用I，的光照射时逸出所有光电子的初动能大

D.加正向电压时，用2v的光照射时饱和光电流一定大

17.如图所示，在演示光电效应的实验中，谷灵同学分别用4、8两种单色光照射锌板。发现用〃光照

射时与锌板连接的验电器的指针张开•个角度：用。光照射时与锌板连接的验电器的指针不动。下列说法

正我的是（）

验电器锌板

A.增大〃光的照射强度，验电器的指针有可能张开一个隹度

B.增大。光的照射强度，光电子的最大初动能增加

C.。光的频率大于人光的频率

D.若用〃光照射另一种金属能发生光电效应，则用。光照射该金属时可能不会发生光电效应

18.金属板M在某种光照射下可以发射出最大速度为v的电子，电子从金属板M运动到金属网N形成

电流。已知图中两电池的供电电压都为U,电子的电荷量为e,质量为小，当单刀双掷开关S与1接通时，

电流表的示数刚好为零（即电子伶好不能运动到金属网N）。现单刀双掷开关S与2接通时，电子运动到

金属网N时的最大速度为（）

19.如图所示为研究光电效应现象的实验原理图。已知光电管阴极材料的极限频率为%,现用频率为

的单色光照射光电管.发现滑动变阻器的滑片P处于图示位置时,武敏电流计的示数为零,下列

说法正确的是（）

A.灵敏电流计的示数为零，是因为没有发生光电效应

B.若不断向左移动滑片P,则灵敏电流计一定会有示数

C.若不断向右移动滑片P,则灵敏电流计一定会有示数

D.仅不断增大入射光的光照强度，灵敏电流计一定会有示数，电子的动能增大

20.用如图甲所示的装置研究光电效应现象，闭合开关S,用频率为u的光照射光电管时发生了光电效

应,图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能以与入射光频率I，的关系图像，图线与横轴的

交点坐标为（小0）,与纵轴的交点坐标为（0,功），下列说法中正确的是（）

A.普朗克常量为人=:

b

B.断开开关S后，电流表G的示数为零

C.仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大

D.保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表G的示数减小

21.如图所示电路可研究光电效应规律.图中标有4和K的为光电管，其中A为阳极，K为阴极，理

想电流计可检测通过光电管的电流，理想电压表用来指示光电管两端的电压。现接通电源，川光子能量为

120eV的光照射阴极K,电流计中有示数，若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动，电流计的读数逐渐减

小，当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为5.0V。现保持滑片P位置不变,

以下判断正确的是（）

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

A.光电管阴极材料的逸出动为5.0eV

B.若增大入射光的强度，电流计的读数不为零

C.若用光子能量为15.0eV的光照射阴极K,光电子的最大初动能一定变大

D.若用光子能量为lO.OeV的光照射阴极K,同时把滑片P向左移动少许，电流计的读数一定不为零

二、多选题

22.如图所示，用导线把不带电的验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是（）

A.有光子从锌板逸出

B.有电子从锌板逸出

C.验电器指针张开一个角度

D.锌板带负电

23.在做光电效应的实验时，某金属被光照射发生了光电效应，实验测得光电子的遏止电压〃与入射

光的频率/的关系如图所示，由实验图线可求出（）

A.该金属的截止频率

B.普朗克常量

C.该金属的逸出功

I）.单位时间内逸出的光电子数

24.某实验小组用图甲所示电路研究〃、/?两种单色光的光电效应现象，通过实验得到光电流/与电压U

的关系如图乙所示，由图可知（）

A.光电子的最大初动能a,<Em

B.两种光的频率匕>以

C,两种光照射金属K时的选出功一样

D.两种光的遏止电压相同

25.利用如图甲所示的电路完成光甩效应实验，金属的遏止电压Uc与入射光频率u的关系如图乙所示,

图乙中4、匕、%均己知，电了电荷量用e表示。入射光频率为修时，下列说法正确的是（

A.光电子的最大初动能纭

B.由Uc-u图象可求得普朗克常量〃=卢^厂

c.滑动变阻器的滑片P向"端移动过程中电流表示数逐渐减小

D.把电源正负极对调之后，滑动变阻器的滑片P向N端移动过程中电流表示数一定一直增加

26.用图甲所示装置研究光电效应现象，三次用同一光电管在不同光照条件下实验，记录微安表的示数

/随光电管电压U的变化情况，得到甲、乙、丙三条光电流与电压之间的关系曲线，如图乙所示。下列说

法正确的是（）

甲

____&UcOU

甲乙

A.Uci大于Uc2

B.光电管中电流方向由4指向K

C.甲图线表示光的强度比丙大

D.甲图线和乙图线表示光产生的光电子最大初动能相同

27.图甲为某种光电烟雾探测器装置示意图，光源S发出频率为匕的光束，当有烟雾进入该探测器时,

光束会被烟雾散射进入光电管C,当光照射到光电管中的金属钠表面时会产生光电子，进而在光电管中形

成光电流，当光电流大于某临界值时，便会触发报警系统报警。用如图乙所示的电路（光电管K极是金属

钠）研究注电效应规律，得到钠的谒止电压U,与入射光频率u之间的关系，如图丙所示，元电荷为6。下

列说法正确的是（）

甲0

乙丙

A.由图丙知，普朗克常量/y'U0-U"）

匕一匕

B.由图丙知，金属钠的逸出功为J

%一匕

C.图甲中，光源S发出的光越强，探测器的灵敏度就越高，光电子的最大初动能就越大

D.图乙中，光电管K极使用的金属材料逸出功越大，截止频率越大，探测器的灵敏度就越高

28.我国中微子探测实验利用光电管把光信号转换为电信号。如图所示，A和K分别是光电管的阳极

和月极，加在A、K之间的电压为U。现用发光功率为P的激光器发出频率为v的光全部照射在K上，回

路中形成电流。已知阴极K材料的逸出功为此，普朗克常量为h,电子电荷量为e。以下说法正确的是（）

激光束

A.光电子到达A时的最大动能为尿-％+”

B.光电子到达4时的最大动能为加，-叱）

C.若每入射N个光子会产生1个光电子且所有的光电子蓄能到达A,则回路的电流强度为3

D.若每入射N个光子会产生1个光电子且所有的光电子都能到达A,则回路的电流强度为黑

29.利用图甲所示的实验装置测量遏止电压”与入射光频率v的关系。若某次实验中得到如图乙所示

的图像。已知普朗克常量/?=6.63X103J.S，则下列说法正确的是（）

v/10HHz

中

A.电源的右端为正极

B.遏止电压”、越大说明光电子最大初动能越大

C.若保持入射光频率不变，增大入射光光强，遏止电压也会增大

D.该金属的逸出功约为2.85x10-4

三、非选择题

30.如图1所示，一验电器与锌板相连，在A处用一紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保特一定

偏角。

（2）使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转.那么，

若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针（选填“有"或‘'无"）偏转。

（3）为了进一步研究光电效应的规律，设计了如图2所示的电路，图中标有A和K的为光电管，其

中K为阴极，A为阳极•现接通电源，用光子能量为10.5eV的光照射阴极K,电流计中有示数，若将滑动

变阻器的滑片产缓慢向右滑动，电流计的读数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出

此时电压表的示数为6.0V,则光电管阴极材料的逸出功为eV。

31.小明同学用如图所示的实验装置测量普朗克常量和某金属的逸出功，通过改变入射光的频率并测

出对应的遏止电压U绘制U-V图像如图甲所示，已知电子所带电荷量大小是J

（1）普朗克常量〃=，此金属的逸出功卬二。（用e、5、U、、匕、匕表示）

（2）另一同学用小明同学的数据绘制U-/（其中/为G的读数）图线如图乙中d所示。他用相同实

验装置，但只增大入射光强，则此时图线应是图乙中的（填“a”“b”或"c”）。

32.某同学在研究光电效应”单位时间发射的光电子数与照射光强弱的关系”实验中：

（1）在给出的四个电路图中，本实验应该选用的电路是：

（2）要求加在光电管上的电压从零开始变化，则闭合开关前滑动变阻器的滑动触头P应移到

（选填‘'左端”、“右端”）；

（3）在某一强度的光照下，记录两电表示数如下表所示:

电压

00.200.500.801.001.301.502.002.50

UN

电流

0.100.180.270.330.350.380.390.400.40

〃pA

②有同学利用电压为零时的电流值（）.1（）卜iA计算光电管单位时间里逸出的光电子数，行不行？

，请说明理由；

③估算此光照射下，单位时间内产生的光电子数为（已知电子电量0=1.6x10%）

33.用波长为4x10的紫光照射某金属，发出的光电子垂直进入3x1047的匀强磁场中，光电子

所形成的圆轨道的最大半径为1.2cm（电子电荷量e=1.6xl（T”C,其质量机=9.1xl（）fkg）°求：

（1）紫光光子的能量；

（2）光电子的最大初动能；

（3）该金属发生光电效应的极限频率。

第四章原子结构与波粒二象性

第二节光电效应

［核心素养•明目标］

核心素养学习目标

物理观念知道光电效应的实验规律以及用波动理论解释中的疑难

运用光的波动理论能对光电效应的实验规律提出有依据的质疑，形成

科学思维

对比、质疑的思维

通过观察光电效应的实验过程培养学生观察能力，感悟以实验为基础

科学探究

的科学探究方法

科学态度领略微观世界的奇妙和谐，培养学生对科学的好奇心和求知欲，能够

与责任体验探索自然规律的艰辛与喜悦

［基础知识深层理解提高］

知识点一：光电效应的实验规律

1.光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现

象.

2.光电子：光电效应中发射出来的电子.

3光电效应的实验规律

(1)存在截止频率：当入射光的频率低于截止频率时不(填“能”或“不”)发生光电效

应.

(2)存在饱和电流：在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大.

(3)存在遏止电压：使光电流减小到。的反向电压区,且满足/

(4)光电效应具有瞬时性：光电效应几乎是瞬时发生的.

知识点二：光电效应经典解释中的疑难

1.逸出功：使电子脱离某种金属，外界对它做功的最小值，用网表示。不同种类的金

属，其逸出功的大小不相同(填“相同”或“不相同”)，

2.光电效应经典解释

(1)不应存在截止频率；

(2)遏止电压〃应该与光的强弱有关；

(3)电子获得逸出表面所需的能量需要的时间远远大于实验中产生光电流的时间

知识点三：爱因斯坦的光电效应理论

1.光子：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为〃的光的能

量子为方心其中方为普朗克常量，这些能量子后来称为光子。

2.爱因斯坦光电效应方程

(1)表达式：力>=氏+牖或氏=力〃一的

(2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是力心在这些能量中，

一部分大小为黑的能量被电子用来脱离金属，剩下的是逸出后电子的初动能氏.

(3)〃与入%的关系

①表达式：&2v一邑;

ee

②图像：U-。图像是一条斜率为々的直线。

e

［典型例题、易错易混点剖析］

易错易混点1光电效应的规律的理解

易错易混点辨析:光电效应的实验规律

(1)任何一种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须大于等于这个截止频率才能发

生光电效应，低于这个截止频率则不能发生光电效应。

(2)发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，随入射光频率的增大

而增大。

(3)大于截止频率的光照射金属时，光电流(反映单位时间内发射出的光电子数的多少)

与入射光强度成正比。

(4)光电效应的发生几乎是瞬时的，产生电流的时间不超过IO"s。

例题1.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，饱和光电流变大

B.入射光的频率变高，饱和光电流变大

C.入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大

D.遏止电压的大小与入射光的频率和入射光的光强有关

解析:选AC,AB.根据光电效应实验得出的结论：保持入射光的频率不变，入射光的光

强变大，饱和光电流变大，B错误，A正确；C.根据爱因斯坦光电效应方程得：入射光

的频率变高，光电子的最大初动能变大，C正确；D.根据光电效应方程七"=机一乂，

Ekm=eU可知，遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关，D错误.

故选ACo

例题2.(多选)对光电效应的理解正确的是()

A.金属钠的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就

能逸出金属

B.如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小

功，便不能发生光电效应

C.发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大

D.由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应，入射光的最低

频率也不同

解析:选BD,按照爱因斯坦的光子说，光子的能量由光的频率决定，与光强无关，入

射光的频率越大，发生光电效应时产生的光电子的最大初动能越大；但要使电子离开金属，

电子必须具有足够的动能，而电子增加的动能只能来源于照射光的光子能量，且一个电子

只能吸收一个光子，不能同时吸收多个光子，所以光子的能量小于某一数值时便不能产生

光电效应现象；电子从金属逸出时只有从金属表面向外逸出的电子克服原子核的引力所做

的功最小.综上所述，选项B、D正确.

易错易混点2爱因斯坦的光电效应理论

易错易混点辨析：(1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率.

(2)光电效应中的“方”不是特指可见光，也包括不可见光.

(3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关.

(4)光电子不是光子，而是电子.

2.两条对应关系

(1)光强大一光子数目多f发射光电子多一光电流大；

(2)光子频率高光子能量大一光电子的最大初动能大.

3.三个关系式

(1)爱因斯坦光电效应方程：笈=力，一股

(2)最大初动能与遏止电压的关系：£=e”.

(3)逸出功与极限频率的关系Evc.

例题3.如图甲，合上开关，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极K,发现电流表读

数不为零。调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60V时，电流表读数仍不为零，当电

压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零。把电路改为图乙，当电压表读数为I.5V

时，逸出功W及电子到达阳极时的最大动能以为

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:选B,甲图中所加的电压为反向电压，根据题意可知，遏止电压为0.60eV,根据

线=«6可知，光电子的最大初动能为0.60eV,根据光电效应方程纥=/"八％解得逸出功

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

乙图中所加的电压为正向电压，根据动能定理6，=稣-纭

解得电子到达阳极的最大动能为&=^+£k=l.5eV+0.6eV=2.1eV

故选B。

例题4.光电管是应用光电效应原理制成的光电转换器件，在光度测量、有声电影、自

动计数、自动报警等方面有着广泛的应用,某同学为了测出某光电管阴极的极限频率，设计

了如图所示的电路。用频率为匕的光照射光电管阴极K,调节滑动变阻器滑片到某一位置，

电压表的示数为4时，4A表的示数刚好为零，换用频率为匕的光照射光电管阴极K,调节

滑动变阻器滑片到某一位置，电压表的示数为U,时，"A表的示数也刚好为零，则该光电管

阴极K的极限频率为（）

匕U「％上

匕a-匕巴

解析:选A,根据光电效应方程有hv「牝eu,二牝-牝解得％=-

故选A。

易错易混点3：光电效应的函数图像问题

易错易混点辨析：每一个图像都对应一个数学函数表达式，利用表达式确定点、线、

面O

解决光电效应图像问题的几个关系式

（1）光电效应方程：&=力丫一幅。

UL

（2）发生光电效应的临界条件：£=0,八=々

（3）反向遏止电压与光电子的最大初动能和入射光频率的关系：-e"=°一反,一

%

例题5.利用光电管研究光电效应现象的实验装置如图甲所示，实验中测得遏止电压Uc

与入射光频率y之间的关系如图乙所示。则下列说法中正确的是（）

A.如果测遏止电压，应选择电源左端为正极

B.当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的示数一定持续增大

C.增大照射光的强度，产生的光电子的最大初动能一定增大

D.如果实验中入射光的频率呻7.0x103Hz,则产生的光电子的最大初动能反约为leV

解析:选D,A.如果测遏止电压，应选择电源左端为负极，A错误；B.当电源左瑞为

正极时，如果电流达到饱和电流，即使滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的示数也不会

增大,B错误;C.如果只增大照射光的强度，而光的频率不变，根据光电效应方程彬-卬=用

产生的光电子的最大初动能不变，C错误;

D.由图可知，截止频率为匕）=4.25xl（严Hz根据图像利用几何关系可得

5.5x10“—4.25x10"7.0xl0,4-4.25xl014

可得遏止电压U=1.0V因此产生的光电子的最

0.49U

大初动能以约为leV,D正确。

故选D。

例题6.用如图甲所示的装置研究光电效应现象.闭合电健S,用频率为v的光照射光电

管时发生了光电效应。图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能£A•与入射光频

率v的关系图象，图线与横轴的交点坐标为3,0）,与纵轴的交点坐标为（0,一b）,下列说

法中正确的是（）

A.普朗克常量为

B.断开电键S后，电流表G的示数不为零

C.仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大

D.提高照射光频率，光电子的最大初动能保持不变

解析:选B,A.由爱因斯坦的光电效应方程有Ek=hv-W由图像可得力=攵=2所以A错

a

误；B.用频率为了的光照射光电管时发生了光电效应，有光电子飞出，则断开电键S后，

回路中有电流，所以电流表G的示数不为零，则B正确；C.由爱因斯坦的光电效应方程

有&=/n，-W可知，光电子的最大初动能与照射光的强度无关，所以C错误；D.提高照

射光频率，光电子的最大初动能增大，所以D错误；

故选B。

易错易混点2饱和光电流的理解

易错易混点辨析：1.光电流和饱和光电流

金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光

电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所

加电压大小无关.

2.饱和电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电

压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和电流，在一定条件下，饱和电流与

所加电压大小无关，只与入射光的强度有关。入射光越强，饱和电流越大。即：入射光越

强，单位时间内发射的光电子数越多。

例题7如图所示,分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究,颜色相同的b

两束光分别照射1、2两种材料，光电流/随电压U变化关系如图所示，则下列说法正确的

是（）

〃两光的光照强度相同

C.光电子的最大初动能线“>£”，D.材料1、2的截止频率匕>匕

解析:选D,A.a、5两束光颜色相同，所以频率相同，故A错误；B.饱和光电流越大