2025高考物理总复习能量量子化光电效应

第十六章近代物理考情分析试题情境生活实践类医用放射性核素、霓虹灯、氖管、光谱仪、原子钟、威耳逊云室、射线测厚仪、原子弹、反应堆与核电站、太阳、氢弹、环流器装置等学习探究类光电效应现象、光的波粒二象性、原子的核式结构模型、氢原子光谱、原子的能级结构、射线的危害与防护、原子核的结合能、核裂变反应和核聚变反应等第1课时能量量子化光电效应目标要求1.掌握黑体辐射的定义及其实验规律，理解能量量子化的意义。2.理解光电效应现象及光电效应的实验规律。会利用光电效应方程计算逸出功、截止频率、最大初动能等物理量。3.会分析光电效应常见的三类图像。内容索引考点一

黑体及黑体辐射考点二

光电效应考点三

光电效应常见的三类图像课时精练><考点一黑体及黑体辐射1.热辐射(1)定义：周围的一切物体都在辐射

，这种辐射与物体的

有关，所以叫作热辐射。(2)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的

不同而有所不同。电磁波温度温度2.黑体、黑体辐射的实验规律(1)黑体：能够

入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体。(2)黑体辐射的实验规律①黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的

有关。②随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有

，另一方面，辐射强度的极大值向波长较

的方向移动，如图。完全吸收温度增加短3.能量量子化(1)能量子：普朗克认为，当带电微粒辐射或吸收能量时，只能辐射或吸收

，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。(2)能量子大小：ε＝

，其中ν是带电微粒吸收或辐射电磁波的频率，h被称为普朗克常量。h＝6.62607015×10－34J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s)。某个最小能量值ε的整数倍hν4.光子(1)光子及光子能量：爱因斯坦认为，光本身是由____________________

组成，频率为ν的光的能量子ε＝

，称为光子。(2)光子的动量：①康普顿认为，光子不仅具有能量，而且具有动量，光子的动量p与光的波长λ和普朗克常量h有关。三者关系为p＝

。②在康普顿效应中，当入射的光子与晶体中的电子碰撞时，要把一部分动量转移给电子，光子动量可能会变小，波长λ

。一个个不可分割的能量子hν变大1.黑体能够反射各种波长的电磁波，但不会辐射电磁波。(

)2.玻尔为得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，提出了能量子的假说。(

)3.微观粒子的能量是量子化的，即微观粒子的能量是分立的。(

)×√×例1

关于黑体辐射的实验规律如图所示，下列说法正确的是A.黑体不能够吸收照射到它上面的光波B.随着温度的降低，各种波长的光辐射强度

都有所增加C.随着温度的升高，辐射强度极大值向波长

较长的方向移动D.黑体辐射的强度只与它的温度有关，与形状和黑体材料无关√能完全吸收照射到它上面的各种频率的电磁波而不发生反射的物体称为黑体，选项A错误；由题图可知，随着温度的降低，各种波长的光辐射强度都有所减小，选项B错误；随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，选项C错误；一般物体辐射电磁波的情况除了与温度有关，还与材料的种类及表面情况有关，但黑体辐射电磁波的情况只与它的温度有关，选项D正确。例2

(2023·江苏卷·14)“夸父一号”太阳探测卫星可以观测太阳辐射的硬X射线。硬X射线是波长很短的光子，设波长为λ。若太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，卫星探测仪镜头正对着太阳，每秒接收到N个该种光子。已知探测仪镜头面积为S，卫星离太阳中心的距离为R，普朗克常量为h，光速为c，求：(1)每个光子的动量p和能量E；(2)太阳辐射硬X射线的总功率P。太阳辐射的硬X射线光子以球面波的形式均匀地向各个方向辐射，以太阳为圆心，半径为R的球面上每平方米面积上接收到的光子数相同，太阳每秒辐射光子的总能量E总＝Pt

①面积为S的镜头每秒接收到的辐射光子的能量②③球面辐射模型设一个点光源或球光源辐射光子的功率为P0，它以球面波的形式均匀向外辐射光子，在一段很短的时间Δt内辐射的能量E＝P0·Δt，到光源的距离为R处有个正对光源的面积为S的接收器，如图所示，则在Δt内接收器接收到的辐射光子能量返回光电效应><考点二1.光电效应及其规律(1)光电效应现象照射到金属表面的光，能使金属中的

从表面逸出的现象称为光电效应，这种电子常称为

。电子光电子(2)光电效应规律①每种金属都有一个截止频率νc，也称作极限频率，入射光的频率必须___________这个截止频率才能产生光电效应。②光电子的最大初动能与入射光的强度

，只随入射光

的增大而增大。③光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9s。大于或等于无关频率④当入射光的频率大于或等于截止频率时，在光的颜色不变的情况下，入射光越强，逸出的光电子数越

，饱和电流越大，逸出光电子的数目与入射光的强度成正比，饱和电流的大小与入射光的强度成

。多正比2.爱因斯坦光电效应方程表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝

。(1)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的_____________。(2)逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的

叫作这种金属的逸出功，逸出功W0与金属的截止频率的关系为

。hν－W0最大初动能最小值W0＝hνc(3)最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的

吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值。

可以利用光电管实验的方法测得，最大初动能与遏止电压Uc的关系为

。电子Ek＝eUc1.光子和光电子都不是实物粒子。(

)2.用紫外线灯照射锌板，验电器箔片张开，此时锌板带正电；若改用红光照射锌板，发现验电器箔片不张开，说明红外线的频率小于锌的截止频率。(

)3.只要入射光的强度足够大，就可以使金属发生光电效应。(

)4.要使某金属发生光电效应，入射光子的能量必须大于或等于该金属的逸出功。(

)5.光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比。(

)×√×√×例3

(2024·江苏南京市第二十九中学阶段练习)如图所示，滑片P在中间位置，某种单色光射到光电管的阴极上时，电流表有示数，则正确的是A.滑片P向左移，电流表示数将增大B.增大该单色光强度，光电子最大初动能将增大C.入射的单色光频率变小，电流表一定没有示数D.滑片P向左移，光电子向A板运动的过程中动能

将减小√滑片P在中间位置时，由题图可知极板间电压为零，某种单色光射到光电管的阴极上时，电流表有示数，说明发生了光电效应现象；滑片P向左移，由题图可知极板间的反向电压增大，由于静电力做负功，光电子向A板运动的过程中动能将减小，电流表示数不会增大，故A错误，D正确；增大该单色光强度，根据光电效应方程Ek＝hν－W0，由于单色光的频率不变，可知光电子最大初动能不变，故B错误；入射的单色光频率变小，可能频率仍大于K板的截止频率，仍可以发生光电效应，电流表有示数，故C错误。例4

(2023·江苏省如东高级中学检测)用如图所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为3.6eV的光照射到光电管上时，电流表G有读数。移动变阻器的触头c，当电压表的示数大于或等于0.9V时，电流表读数为0，则以下说法正确的是A.光电子的初动能可能为0.8eVB.光电管阴极的逸出功为0.9eVC.开关S断开后，电流表G示数为0D.改用能量为2eV的光子照射，电流表G有电流，

但电流较小√当电压表的示数大于或等于0.9V时，电流表的示数为0，可知遏止电压为0.9V，根据eUc＝Ekm，则光电子的最大初动能为0.9eV，则光电子的初动能可能为0.8eV，A正确；根据光电效应方程Ekm＝hν－W0，则逸出功为W0＝hν－Ekm＝3.6eV－0.9eV＝2.7eV，B错误；光电管接的是反向电压，当开关断开后，光电管两端的电压为0，逸出的光电子能够到达另一端，则仍然有电流流过电流表G，C错误；改用能量为2eV的光子照射，因光电子能量小于逸出功，则不会发生光电效应，D错误。光电效应的分析思路返回光电效应常见的三类图像><考点三1.Ek－ν图像(1)写出最大初动能Ek与入射光频率ν的关系式：

。(2)由图像获得的信息：①图线与ν轴交点的横坐标：

。②图线与Ek轴交点坐标的绝对值：

。③图线的斜率：

。Ek＝hν－W0＝h(ν－νc)截止频率νc逸出功W0普朗克常量h2.Uc－ν图像(此时两极间接反向电压)(1)写出遏止电压Uc与入射光频率ν的关系式____________。(2)由图像获得的信息：①图线与横轴交点的坐标：

。②图线的斜率k＝___。截止频率νc3.光电流I与电压的关系(用同一光电管做实验)(1)甲、乙两种色光比较：两种色光对应的光电子最大初动能Ek甲

Ek乙，两色光频率ν甲

ν乙，两种色光对应的截止频率νc甲___νc乙，两种色光强度关系

。(2)丙、丁两种色光的比较：两种色光对应的光电子最大初动能Ek丙

Ek丁，两色光频率ν丙

ν丁；两种色光对应的截止频率νc丙

νc丁。＝＝＝甲光较强<<＝例5

(2024·江苏南通市期末)如图甲所示，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，频率相同的a、b两束光分别照射1、2两种材料，产生光电子的最大初动能分别为Eka、Ekb，光电流I随电压U变化关系如图乙所示，则A.a光子的能量比b光子的大B.a、b两光的光照强度相同C.光电子的最大初动能Eka>EkbD.材料1的截止频率比材料2的大√a、b两束光的频率相同，则a、b两光子的能量相同，选项A错误；因a光的饱和电流较大，可知a光的光照强度较大，选项B错误；例6

(2022·河北卷·4)如图是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压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.钠的逸出功为hνcB.钠的截止频率为8.5×1014HzC.图中直线的斜率为普朗克常量hD.遏止电压Uc与入射光频率ν成正比√根据遏止电压与最大初动能的关系有eUc＝Ekmax，根据爱因斯坦光电效应方程有Ekmax＝hν－W0，当Uc为0时，解得W0＝hνc，A正确；钠的截止频率为νc，根据题图可知，截止频率小于8.5×1014Hz，B错误；返回课时精练1.关于光电效应，下列说法正确的是A.截止频率越大的金属材料逸出功越大B.只要光照射的时间足够长，任何金属都能发生光电效应C.从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小D.发生光电效应时，入射光的频率一定，光强越强，单位时间内逸出的

光电子数就越少√123456789101112逸出功W0＝hνc，W0∝νc，A正确；只有照射光的频率大于或等于金属截止频率，才能发生光电效应，与光照的时间无关，B错误；由光电效应方程Ek＝hν－W0知，最大初动能与入射光的频率和金属逸出功两个因素有关，入射光频率ν不确定时，无法确定Ek与W0的关系，C错误；发生光电效应的前提下，入射光的频率一定时，光强越强，单位时间内逸出的光电子数越多，D错误。1234567891011122.(2022·江苏卷·4)上海光源通过电子—光子散射使光子能量增加，光子能量增加后A.频率减小 B.波长减小C.动量减小 D.速度减小√1234567891011123.如图，放映电影时，强光照在胶片上，一方面，将胶片上的“影”投到屏幕上；另一方面，通过声道后的光照在光电管上，随即产生光电流，喇叭发出与画面同步的声音。电影实现声音与影像同步，主要应用了光电效应的下列哪一条规律A.光电效应的发生时间极短，光停止照射，

光电效应立即停止B.入射光的频率必须大于金属的截止频率，

光电效应才能发生C.光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光的频率增大而增大D.当入射光的频率大于截止频率时，光电流的大小随入射光的强度增大而增大123456789101112√123456789101112电影实现声音与影像同步，主要应用了光电效应中的规律是：光电效应的发生时间极短，光停止照射，光电效应立即停止，依据该原理实现声音与影像同步，故选A。4.(2024·江苏淮安市开学考)如图所示为光电效应实验的电路图，用P光照射K极时，电流表有示数。改用照射强度与P光相同的Q光照射时，电流表示数为零，则A.Q光频率大于

P

光频率B.Q光频率一定小于金属电极K的截止频率C.增大Q光照射强度，可使电流表示数不为零D.用Q光照射时，减小电源电压，电流表示数可能不为零√123456789101112P光照射K极时电流表有示数，Q光照射时电流表示数为零，由此可知，Q光频率小于

P

光频率，A错误；Q光照射K极可能发生光电效应，但由于所加电压123456789101112为反向电压，电子可能到达不了A极，电流表示数依然为零，故Q光频率可能大于金属电极K的截止频率；若发生光电效应则增大Q光照射强度不能改变所产生光电子的初动能，故电流表示数依然为零，B、C错误；用Q光照射时，减小电源电压，静电力对光电子做功减小，若Ek0>eU，有光电子到达A极，此时电流表示数不为零，D正确。1234567891011125.(2024·江苏南通市期末)光电效应实验电路如图甲所示，用a、b两种单色光分别照射光电管的阴极K，实验中得到的光电流I与光电管两端电压U的关系如图乙所示，则A.研究图乙中U>0的规律时甲图开关需

打在2上B.a光的频率比b光的大C.a光照射产生光电子的最大初动能比b光的大D.电压为图乙中U0时，a光照射产生光电子的最大初动能比b光的大123456789101112√研究题图乙中U>0的规律时，光电管加正向电压，此时题图甲开关需打在2上，选项A正确；由图像可知，a光的遏止电压较小，则根据Uce＝

mvm2＝hν－W逸出功，可知，a123456789101112光照射产生光电子的最大初动能比b光的小，a光的频率比b光的小，选项B、C错误；光电子的最大初动能与光电管所加的电压无关，电压为题图乙中U0时，只是a光照射产生光电流比b光的大，选项D错误。6.(2023·浙江1月选考·11)被誉为“中国天眼”的大口径球面射电望远镜已发现660余颗新脉冲星，领先世界。天眼对距地球为L的天体进行观测，其接收光子的横截面半径为R。若天体射向天眼的辐射光子中，有η(η<1)倍被天眼接收，天眼每秒接收到该天体发出的频率为ν的N个光子。普朗克常量为h，则该天体发射频率为ν光子的功率为123456789101112√7.(2021·江苏卷·8)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ν1<ν2，保持入射光不变，则光电子到达A极时动能的最大值Ekm随电压U变化关系的图像是123456789101112√光电管所加电压为正向电压，则根据爱因斯坦光电效应方程可知光电子到达A极时动能的最大值Ekm＝Ue＋hν－hν截止，可知Ekm－U图像的斜率相同，均为e；截止频率越大，则图像在纵轴上的截距越小，因ν1<ν2，则图像C正确，A、B、D错误。1234567891011128.(2023·江苏省模拟预测)某同学研究光电效应的电路图如图所示，用波长为λ0的单色光照射阴极K，调节滑动变阻器的滑片，当电压表的示数为U时，电流表的示数恰好减小为零，已知该金属的逸出功为

(c为真空中光速)。再用波长为

的单色光重复上述实验，当电流表的示数又恰好减小为零时，电压表的示数为A.2U

B.3U

C.4U

D.5U√123456789101112由爱因斯坦光电效应方程可知hν－W0＝Ek，又Ek＝eUc，波长与速率关系为ν＝123456789101112解得U′＝3U，故选B。9.(2023·江苏省盐城中学开学考)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ν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Ek与入射光频率ν的关系图像，图线与横轴的交点坐标为(a,0)，与纵轴的交点坐标为(0，－b)，下列说法中正确的是A.普朗克常量为h＝B.断开开关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.保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表G的示数保持不变√123456789101112根据Ek＝hν－W0可知图线的斜率为普朗克常量，则普朗克常量为h＝

故A错误；开关S断开后，仍有光电子产生，因此电流表G的示数不为零，故B正确；根据光电效应方程可知，只有增大入射光的频率才能增大光电子的最大初动能，与光的强度无关，故C错误；若保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表G的示数会变小，故D错误。12345678910111210.(2024·江苏省调研)如图甲所示是一款光电烟雾探测器的原理图。当有烟雾进入时，来自光源S的光被烟雾散射后进入光电管C，光射到光电管中的钠表面时会产生光电流。如果产生的光电流大于10－8A，便会触发报警系统。金属钠的遏止电压Uc随入射光频率ν的变化规律如图乙所示，则A.要使该探测器正常工作，光源S发

出的光波频率要小于金属钠的截

止频率B.图乙中图像斜率的物理意义为普

朗克常量hC.触发报警系统时钠表面会释放出光电子D.无法通过调节光源发光的强度来调整光电烟雾探测器的灵敏度