2025年高考物理一輪復習（新人教版） 第16章　第1課時　能量量子化　光電效應

第十六章近代物理考情分析試題情境生活實踐類醫(yī)用放射性核素、霓虹燈、氖管、光譜儀、原子鐘、威耳遜云室、射線測厚儀、原子彈、反應堆與核電站、太陽、氫彈、環(huán)流器裝置等學習探究類光電效應現(xiàn)象、光的波粒二象性、原子的核式結構模型、氫原子光譜、原子的能級結構、射線的危害與防護、原子核的結合能、核裂變反應和核聚變反應等第1課時能量量子化光電效應目標要求1.掌握黑體輻射的定義及其實驗規(guī)律，理解能量量子化的意義。2.理解光電效應現(xiàn)象及光電效應的實驗規(guī)律。會利用光電效應方程計算逸出功、截止頻率、最大初動能等物理量。3.會分析光電效應常見的三類圖像。內容索引考點一黑體及黑體輻射考點二光電效應考點三光電效應常見的三類圖像課時精練><考點一黑體及黑體輻射1.熱輻射(1)定義：周圍的一切物體都在輻射_______，這種輻射與物體的_____有關，所以叫作熱輻射。(2)特點：熱輻射強度按波長的分布情況隨物體的_____不同而有所不同。電磁波溫度溫度2.黑體、黑體輻射的實驗規(guī)律(1)黑體：能夠_________入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體。(2)黑體輻射的實驗規(guī)律①黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的_____有關。②隨著溫度的升高，一方面，各種波長的輻射強度都有____，另一方面，輻射強度的極大值向波長較____的方向移動，如圖。完全吸收溫度增加短3.能量量子化(1)能量子：普朗克認為，當帶電微粒輻射或吸收能量時，只能輻射或吸收________________________，這個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是帶電微粒吸收或輻射電磁波的頻率，h被稱為普朗克常量。h＝6.62607015×10－34J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s)。某個最小能量值ε的整數(shù)倍hν4.光子(1)光子及光子能量：愛因斯坦認為，光本身是由_________________________組成，頻率為ν的光的能量子ε＝____，稱為光子。(2)光子的動量：①康普頓認為，光子不僅具有能量，而且具有動量，光子的動量p與光的波長λ和普朗克常量h有關。三者關系為p＝

。②在康普頓效應中，當入射的光子與晶體中的電子碰撞時，要把一部分動量轉移給電子，光子動量可能會變小，波長λ_____。一個個不可分割的能量子hν變大1.黑體能夠反射各種波長的電磁波，但不會輻射電磁波。(

)2.黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度有關，隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都增加，輻射強度極大值向波長較短的方向移動。(

)3.玻爾為得出黑體輻射的強度按波長分布的公式，提出了能量子的假說。(

)4.微觀粒子的能量是量子化的，即微觀粒子的能量是分立的。(

)×√×√例1

(多選)關于黑體輻射的實驗規(guī)律如圖所示，下列說法正確的是A.黑體能夠完全吸收照射到它上面的光波B.隨著溫度的降低，各種波長的光輻射強度都有

所增加C.隨著溫度的升高，輻射強度極大值向波長較長

的方向移動D.黑體輻射的強度只與它的溫度有關，與形狀和黑體材料無關√√能完全吸收照射到它上面的各種頻率的電磁波而不發(fā)生反射的物體稱為黑體，選項A正確；由題圖可知，隨著溫度的降低，各種波長的光輻射強度都有所減小，選項B錯誤；隨著溫度的升高，黑體輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，選項C錯誤；一般物體輻射電磁波的情況除了與溫度有關，還與材料的種類及表面情況有關，但黑體輻射電磁波的情況只與它的溫度有關，選項D正確。例2

(2023·江蘇卷·14)“夸父一號”太陽探測衛(wèi)星可以觀測太陽輻射的硬X射線。硬X射線是波長很短的光子，設波長為λ。若太陽均勻地向各個方向輻射硬X射線，衛(wèi)星探測儀鏡頭正對著太陽，每秒接收到N個該種光子。已知探測儀鏡頭面積為S，衛(wèi)星離太陽中心的距離為R，普朗克常量為h，光速為c，求：(1)每個光子的動量p和能量E；(2)太陽輻射硬X射線的總功率P。太陽輻射的硬X射線光子以球面波的形式均勻地向各個方向輻射，以太陽為圓心，半徑為R的球面上每平方米面積上接收到的光子數(shù)相同，太陽每秒輻射光子的總能量E總＝P ①面積為S的鏡頭每秒接收到的輻射光子的能量②③球面輻射模型設一個點光源或球光源輻射光子的功率為P0，它以球面波的形式均勻向外輻射光子，在一段很短的時間Δt內輻射的能量E＝P0·Δt，到光源的距離為R處有個正對光源的面積為S的接收器，如圖所示，則在Δt內接收器接收到的輻射光子能量返回光電效應><考點二1.光電效應及其規(guī)律(1)光電效應現(xiàn)象照射到金屬表面的光，能使金屬中的_____從表面逸出的現(xiàn)象稱為光電效應，這種電子常稱為_______。電子光電子(2)光電效應規(guī)律①每種金屬都有一個截止頻率νc，也稱作極限頻率，入射光的頻率必須___________這個截止頻率才能產生光電效應。②光電子的最大初動能與入射光的強度_____，只隨入射光_____的增大而增大。③光電效應的發(fā)生幾乎是瞬時的，一般不超過10－9s。大于或等于無關頻率④當入射光的頻率大于或等于截止頻率時，在光的顏色不變的情況下，入射光越強，逸出的光電子數(shù)越____，飽和電流越大，逸出光電子的數(shù)目與入射光的強度成正比，飽和電流的大小與入射光的強度成_____。多正比2.愛因斯坦光電效應方程(1)光電效應方程表達式：hν＝Ek＋W0或Ek＝________。①物理意義：金屬表面的電子吸收一個光子獲得的能量是hν，這些能量的一部分用來克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的_____________。②逸出功W0：電子從金屬中逸出所需做功的_______叫作這種金屬的逸出功，逸出功W0與金屬的截止頻率的關系為________。hν－W0最大初動能最小值W0＝hνc③最大初動能：發(fā)生光電效應時，金屬表面上的_____吸收光子后克服原子核的引力逸出時所具有的動能的最大值。Ek＝

可以利用光電管實驗的方法測得，最大初動能與遏止電壓Uc的關系為________。電子Ek＝eUc1.光子和光電子都不是實物粒子。(

)2.用紫外線燈照射鋅板，驗電器箔片張開，此時鋅板帶正電；若改用紅光照射鋅板，發(fā)現(xiàn)驗電器箔片不張開，說明紅外線的頻率小于鋅的截止頻率。(

)3.只要入射光的強度足夠大，就可以使金屬發(fā)生光電效應。(

)4.要使某金屬發(fā)生光電效應，入射光子的能量必須大于或等于該金屬的逸出功。(

)5.光電子的最大初動能與入射光子的頻率成正比。(

)×√×√×例3

(2023·廣東省華南師大附中三模)如圖所示為研究光電效應實驗的電路圖。初始時刻，滑動觸頭P在O點左側靠近a點某位置；用一定強度的綠光照射光電管K極，當閉合開關后，微安表的示數(shù)不為0，則在P向b端移動的過程中A.微安表的示數(shù)不斷增大B.微安表的示數(shù)可能為零C.到達A極的光電子動能不斷增大D.K極逸出的光電子的最大初動能不斷增大√在P向b端移動的過程中，在到達O點之前，A極電勢低于K極電勢，隨著P靠近O，靜電力對光電子做的負功越來越少，微安表的示數(shù)增大；過了O點之后，A極電勢高于K極電勢，靜電力對光電子做正功，微安表的示數(shù)增大，當達到飽和電流后微安表的示數(shù)不再增大，A、B錯誤；A極電勢逐漸升高，P到達O點前靜電力對光電子做的負功減小，過了O點后靜電力對光電子做的正功逐漸增大，根據(jù)動能定理可知到達A極的光電子動能不斷增大，C正確；根據(jù)愛因斯坦光電效應方程Ek＝hν－W0，可知K極逸出的光電子的最大初動能不變，D錯誤。拓展將滑片P停在適當位置不動，若提高綠光強度，則金屬的逸出功_____，光電子的最大初動能_____，飽和電流______。(均選填“增大”“減小”或“不變”)不變不變增大例4

(2024·湖南省聯(lián)考)表中給出了鋁和鈣的截止頻率和逸出功，已知普朗克常量與光速的乘積為1240eV·nm，若用200nm的光分別照射兩種金屬，下列選項正確的是A.只有金屬鈣能發(fā)生光電效應B.若增大入射光的波長，則截止頻率減小C.金屬鋁和鈣對應遏止電壓之比為2∶3D.金屬鋁和鈣對應遏止電壓之比為21∶16√金屬鋁鈣νc/(×1014Hz)10.17.73W0/eV4.23.2截止頻率只與金屬自身的性質有關，與入射光的頻率無關，B錯誤；由愛因斯坦光電效應方程有Ek＝E－W0，結合動能定理eUc＝Ek得，鋁的遏止電壓為2V，鈣的遏止電壓為3V，則金屬鋁和金屬鈣的遏止電壓之比為2∶3，故C正確，D錯誤。光電效應的分析思路返回光電效應常見的三類圖像><考點三1.Ek－ν圖像(1)寫出最大初動能Ek與入射光頻率ν的關系式：____________________。Ek＝hν－W0＝h(ν－νc)(2)由圖像獲得的信息：①圖線與ν軸交點的橫坐標：__________。②圖線與Ek軸交點坐標的絕對值：__________。③圖線的斜率：____________。截止頻率νc逸出功W0普朗克常量h2.Uc－ν圖像(此時兩極間接反向電壓)(1)寫出遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關系式____________。(2)由圖像獲得的信息：①圖線與橫軸交點的坐標：__________。②圖線的斜率k＝___。截止頻率νc3.光電流I與電壓的關系(用同一光電管做實驗)(1)甲、乙兩種色光比較：兩種色光對應的光電子最大初動能Ek甲____Ek乙，兩色光頻率ν甲______ν乙，兩種色光對應的截止頻率νc甲____νc乙，兩種色光強度關系_________。(2)丙、丁兩種色光的比較：兩種色光對應的光電子最大初動能Ek丙___Ek丁，兩色光頻率ν丙____ν??；兩種色光對應的截止頻率νc丙____νc丁。＝＝＝甲光較強<<＝例5

(2022·河北卷·4)如圖是密立根于1916年發(fā)表的鈉金屬光電效應的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的實驗曲線，該實驗直接證明了愛因斯坦光電效應方程，并且第一次利用光電效應實驗測定了普朗克常量h。由圖像可知A.鈉的逸出功為hνcB.鈉的截止頻率為8.5×1014HzC.圖中直線的斜率為普朗克常量hD.遏止電壓Uc與入射光頻率ν成正比√根據(jù)遏止電壓與最大初動能的關系有eUc＝Ekmax，根據(jù)愛因斯坦光電效應方程有Ekmax＝hν－W0，當Uc為0時，解得W0＝hνc，A正確；鈉的截止頻率為νc，根據(jù)題圖可知，截止頻率小于8.5×1014Hz，B錯誤；例6

(2023·吉林梅河口市五中期中)某探究小組在實驗室用相同雙縫干涉實驗裝置測量甲、乙兩種單色光的波長時，發(fā)現(xiàn)甲光的相鄰亮條紋間距大，乙光的相鄰亮條紋間距小，若用這兩種光分別照射同一金屬板，且都能發(fā)生光電效應，以下說法正確的是A.甲種單色光對應圖乙中的曲線BB.乙種單色光光子的動量小C.若想通過圖甲裝置測得圖乙中的UB和UC，

需使A極接電源正極，K極接電源的負極D.若用甲、乙兩種單色光，對同一裝置做單縫衍射實驗，則甲種光更容易發(fā)生明

顯衍射現(xiàn)象√甲光干涉條紋間距大說明甲光波長較長，頻率低，使同一金屬板發(fā)生光電效應時，甲光對應的最大初動能小，所以遏止電壓小，甲光應對應曲線C，據(jù)p＝

可知甲光的動量小，故A、B錯誤；若想通過題圖甲裝置測得題圖乙中的UB和UC，需在光電管兩端應加反向電壓，A極板應接電源負極，K極板應接電源正極，故C錯誤；波長越長的光，對同一裝置做單縫衍射實驗的現(xiàn)象越明顯，甲光更容易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象，故D正確。返回課時精練1.關于光電效應，下列說法正確的是A.截止頻率越大的金屬材料逸出功越大B.只要光照射的時間足夠長，任何金屬都能發(fā)生光電效應C.從金屬表面逸出的光電子的最大初動能越大，這種金屬的逸出功越小D.發(fā)生光電效應時，入射光的頻率一定，光強越強，單位時間內逸出的

光電子數(shù)就越少√123456789101112逸出功W0＝hνc，W0∝νc，A正確；只有照射光的頻率大于或等于金屬截止頻率，才能發(fā)生光電效應，與光照的時間無關，B錯誤；由光電效應方程Ek＝hν－W0知，最大初動能與入射光的頻率和金屬逸出功兩個因素有關，入射光頻率ν不確定時，無法確定Ek與W0的關系，C錯誤；發(fā)生光電效應的前提下，入射光的頻率一定時，光強越強，單位時間內逸出的光電子數(shù)越多，D錯誤。1234567891011122.(2022·江蘇卷·4)上海光源通過電子－光子散射使光子能量增加，光子能量增加后A.頻率減小

B.波長減小C.動量減小

D.速度減小√1234567891011123.(2024·寧夏銀川一中期中)物理學中有很多關于“通量”的概念，如磁通量、輻射通量等，其中輻射通量Φ表示單位時間內通過某一截面的輻射能，其單位為J/s，波長為λ的平行光垂直照射在面積為S的紙板上，已知該束光單位體積內的光子數(shù)為n，光速為c，普朗克常量為h，則該束光的輻射通量為123456789101112√1234567891011124.(2023·廣東廣州市檢測)如圖，放映電影時，強光照在膠片上，一方面，將膠片上的“影”投到屏幕上；另一方面，通過聲道后的光照在光電管上，隨即產生光電流，喇叭發(fā)出與畫面同步的聲音。電影實現(xiàn)聲音與影像同步，主要應用了光電效應的下列哪一條規(guī)律A.光電效應的發(fā)生時間極短，光停止照射，光電效應立即停止B.入射光的頻率必須大于金屬的截止頻率，光電效應才能發(fā)生C.光電子的最大初動能與入射光的強度無關，

只隨著入射光的頻率增大而增大D.當入射光的頻率大于截止頻率時，光電流

的大小隨入射光的強度增大而增大√123456789101112電影實現(xiàn)聲音與影像同步，主要應用了光電效應中的規(guī)律是：光電效應的發(fā)生時間極短，光停止照射，光電效應立即停止，依據(jù)該原理實現(xiàn)聲音與影像同步，故選A。1234567891011125.微光夜視儀可以在極低亮度的環(huán)境下，利用火光、月光、星光、大氣輝光等微弱光線或者發(fā)射紅外探測光照射物體，物體反射的光通過像增強器放大后轉變成人眼可清晰觀察的圖像，從而實現(xiàn)在夜間對目標進行觀察。微光夜視儀的核心部件是像增強器，它主要由光電陰極、微通道板、熒光屏幕三個部分組成(如圖所示)。光電陰極將微弱的原始光信號通過光電效應轉化成光電子，再通過微通道板對電子進行倍增，利用二次發(fā)射的電子能將光電子數(shù)量增加數(shù)百上千倍，最后在熒光屏幕(陽極)上將增強后的電子信號再次轉換為光學信號，讓人眼可以看到。123456789101112在整個過程中，電子會被外加的靜電場加速，進一步增強信號，下列說法正確的是A.原始光信號無論頻率多少，都能使光電陰極

發(fā)生光電效應B.原始光信號頻率越大，則經過光電陰極發(fā)生

光電效應后光電子的最大初動能越大C.原始光信號轉化而成的光電子就是光子D.電子被外加靜電場加速，說明該電場方向與電子運動方向相同√123456789101112原始光信號頻率必須大于等于截止頻率，才能發(fā)生光電效應，選項A錯誤；由Ek＝hν－W0知原始光信號頻率越大，則經過光電陰極發(fā)生光電效應后光電子的最大初動能越大，選項B正確；原始光信號轉化而成的光電子是電子，而非光子，選項C錯誤；電子被外加靜電場加速，說明該電場方向與電子運動方向相反，選項D錯誤。1234567891011126.(2023·浙江1月選考·11)被譽為“中國天眼”的大口徑球面射電望遠鏡已發(fā)現(xiàn)660余顆新脈沖星，領先世界。天眼對距地球為L的天體進行觀測，其接收光子的橫截面半徑為R。若天體射向天眼的輻射光子中，有η(η<1)倍被天眼接收，天眼每秒接收到該天體發(fā)出的頻率為ν的N個光子。普朗克常量為h，則該天體發(fā)射頻率為ν光子的功率為123456789101112√7.(2021·江蘇卷·8)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ν1<ν2，保持入射光不變，則光電子到達A極時動能的最大值Ekm隨電壓U變化關系的圖像是123456789101112√光電管所加電壓為正向電壓，則根據(jù)愛因斯坦光電效應方程可知光電子到達A極時動能的最大值Ekm＝Ue＋hν－h(huán)ν截止，可知Ekm－U圖像的斜率相同，均為e；截止頻率越大，則圖像在縱軸上的截距越小，因ν1<ν2，則圖像C正確，A、B、D錯誤。1234567891011128.(多選)在光電效應實驗中，分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照射到同種金屬上，測得相應的遏止電壓分別為Ua和Ub，光電子的最大初動能分別為Eka和Ekb，h為普朗克常量。下列說法正確的是A.若νa＞νb，則一定有Ua＜UbB.若νa＞νb，則一定有Eka＞EkbC.若Ua＜Ub，則一定有Eka＜EkbD.若νa＞νb，則一定有hνa－Eka＞hνb－Ekb√123456789101112√由愛因斯坦光電效應方程得Ek＝hν－W0，由動能定理得Ek＝eU，用a、b單色光照射同種金屬時，逸出功W0相同。當νa＞νb時，一定有Eka＞Ekb，Ua＞Ub，故選項A錯誤，B正確；若Ua＜Ub，則一定有Eka＜Ekb，故選項C正確；因逸出功相同，有W0＝hνa－Eka＝hνb－

Ekb，故選項D錯誤。1234567891011129.(多選)(2024·貴州貴陽市開學考)利用如圖所示的電路做光電效應實驗。實驗時，閉合開關S，用兩種已知頻率的入射光照射光電管，在電路中均出現(xiàn)了光電流。電子的電荷量已知，現(xiàn)把電源的正負極對調后可以測出A.普朗克常量B.K極金屬材料的逸出功C.一定光強下的飽和電流D.光電子脫離金屬后的最大初動能√123456789101112√√將電源反接，光電管中加反向電壓，調節(jié)滑動變阻器，當電流表的示數(shù)為0時，電壓表的示數(shù)表示遏止電壓，由動能定理得，光電子獲得的最大初動能Ekm＝eUc，則該實驗可以測量光電子脫離金屬后的最大初動能，故選項D正確；根據(jù)光電效應方程得Ekm＝hν－W0，兩種入射光的頻率ν已知，由該裝置可以測出兩種入射光光電子獲得的最大初動能，從而列出兩個方程，解方程組則可以計算出普朗克常量h和K極金屬材料的逸出功W0，故A、B正確；123456789101112若加正向電壓，調節(jié)滑動變阻器，當電流表的示數(shù)不再增大時，電流表的示數(shù)為該光強下的飽和電流，加反向電壓不能得到飽和電流，故C錯誤。12345678910111210.(多選)(2023·天津市模擬)如圖所示，甲、乙為兩束光經過同一雙縫干涉裝置后產生的干涉條紋，丙圖為光電效應實驗圖，實驗中施加反向電壓得到的光電流I與光電管兩端電壓U的關系如圖丁所示，下列說法正確的是A.若甲光能使丙圖中光電管產生光電流，則

乙光一定能使丙圖中光電管產生光電流B.當UAK小于0，但UAK沒有達到遏止電壓時，

流經電流表方向為從上到下C.若甲光對應丁圖中曲線b，則乙光可能對應

丁圖中曲線cD.a光照射光電管產生的光電子動能一定小于

b光照射光電管產生的光電子動能√123456789101112√根據(jù)Δx＝

λ，可知甲光波長比乙光長，甲光頻率小于乙光，若甲光能使題圖丙中光電管產生光電流，則乙光一定能使題圖丙中光電管產生光電流，選項A正確；123456789101112UAK沒有達到遏止電壓時，光電子在光電管中的運動方向由右至左，電流流經電流表方向為從上到下，選項B正確；根據(jù)題圖丁可知，b、c兩種光射向同一光電管，反向遏止電壓是一樣的，說明b、c是同一種頻率的光，但是由A選項可知，甲、乙光頻率不同，兩者是矛盾的，選項C錯誤；根據(jù)上述分析可知，a光遏止電壓小，由愛因斯坦光電效應方程可知，a光照射產生的光電子的最大初動能一定小于b光照射的，但是a光照射光電管產生的光電子動能不一定小于b光照射光電管產生的光電子動能，選項D錯誤。12345