2026高考物理一轮复习-第十六章-第83课时-光电效应-专项训练【含答案】

这是一份2026高考物理一轮复习-第十六章-第83课时-光电效应-专项训练【含答案】，共14页。试卷主要包含了黑体、黑体辐射的实验规律，能量量子化，光子，0×10－10 WD等内容，欢迎下载使用。
第83课时 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。
考点一 黑体辐射 能量子
1.热辐射
(1)定义：周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，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温度不同而有所不同。
2.黑体、黑体辐射的实验规律
(1)黑体：能够完全吸收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温度有关。
②随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，如图。
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，只能辐射或吸收某个最小能量值ε的整数倍，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＝hν，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＝6.626 070 15×10－34 J·s(一般取h＝6.63×10－34 J·s)。
4.光子
(1)光子及光子能量：爱因斯坦认为，光本身是由一个个不可分割的能量子组成，频率为ν的光的能量子ε＝hν，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＝hλ。
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.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加，辐射强度极大值向波长较短的方向移动。( √ )
3.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。( × )
4.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 (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。
答案 (1)hλ hcλ (2)4πR2NhcSλ
解析 (1)由题意可知每个光子的动量为p＝hλ
每个光子的能量为E＝hν＝hcλ
(2)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，以太阳为球心，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＝P①
面积为S的镜头每秒接收到的辐射光子的能量
E1＝S4πR2·E总＝PS4πR2②
又E1＝Nhν＝Nhcλ③
联立①②③解得P＝4πR2NhcSλ。
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E'＝S4πR2E＝P0Δt·S4πR2。
考点二 光电效应
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，能使金属中的电子从表面逸出的现象称为光电效应，这种电子常称为光电子。
(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，入射光的频率必须大于或等于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无关，只随入射光频率的增大而增大。
③光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s。
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，逸出的光电子数越多，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正比。
2.爱因斯坦光电效应方程
表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0。
(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最大初动能。
(2)逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的最小值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W0＝hνc。
(3)最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子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。Ek＝12mevc2，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Ek＝eUc。
1.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2 (多选)(2024·黑吉辽·8)X射线光电子能谱仪是利用X光照射材料表面激发出光电子，并对光电子进行分析的科研仪器，用某一频率的X光照射某种金属表面，逸出了光电子，若增加此X光的强度，则( )
A.该金属逸出功增大
B.X光的光子能量不变
C.逸出的光电子最大初动能增大
D.单位时间逸出的光电子数增多
答案 BD
解析 金属的逸出功是金属的自身固有属性，仅与金属自身有关，增加此X光的强度，该金属逸出功不变，故A错误；根据光子能量公式ε＝hν可知增加此X光的强度，X光的光子能量不变，故B正确；根据爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W0，可知增加此X光的强度，逸出的光电子最大初动能不变，故C错误；增加此X光的强度，单位时间照射到金属表面的光子变多，则单位时间逸出的光电子数增多，故D正确。
例3 (九省联考·河南·16)某光源包含不同频率的光，光的强度与频率的关系如图所示。表中给出了一些金属的截止频率νc，用该光源照射这些金属。则( )
A.仅铯能产生光电子
B.仅铯、钠能产生光电子
C.仅铯、钠、锌能产生光电子
D.都能产生光电子
答案 C
解析 根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0
金属的逸出功为W0＝hνc
由题图可知光源中光的频率范围为1.5×1014 Hz≤ν≤9×1014 Hz
则仅铯、钠、锌能产生光电子。故选C。
例4 铝的逸出功是4.2 eV，现在用波长为200 nm的光照射铝的表面，取元电荷e＝1.60×10－19 C，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，真空中光速c＝3×108 m/s，求：(结果均保留1位有效数字)
(1)光电子的最大初动能；
(2)遏止电压；
(3)铝的截止频率。
答案 (1)2 eV (2)2 V (3)1×1015 Hz
解析 (1)入射光子的能量ε＝hν＝hcλ
得ε≈6.2 eV，由光电效应方程Ek＝hν－W0，得Ek＝2 eV
(2)由Ek＝eUc，得Uc＝2 V
(3)由W0＝hνc，得νc≈1×1015 Hz。
光电效应的分析思路
考点三 光电效应中常见的三类图像
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：Ek＝hν－W0＝h(ν－νc)。
(2)由图像获得的信息：
①图线与ν轴交点的横坐标：截止频率νc。
②图线与Ek轴交点坐标的绝对值：逸出功W0。
③图线的斜率：普朗克常量h。
2.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Uc＝he(ν－νc)。
(2)由图像获得的信息：
①图线与横轴交点的坐标：截止频率νc。
②图线的斜率k＝he。
3.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，两种色光强度关系为甲光较强。
(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