2026年高考物理一轮复习精讲精练第75讲光电效应(讲义)(学生版+解析)

这是一份2026年高考物理一轮复习精讲精练第75讲光电效应(讲义)(学生版+解析)，共9页。

考点一 黑体辐射 能量子
基础过关
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。
【例1】（2025·湖南娄底·二模）关于物质波、光电效应、原子模型、黑体辐射，下列说法正确的是（ ）
A．黑体辐射中，随着温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
B．波尔的原子结构假说认为原子中电子的轨道是连续的
C．德布罗意关于物质波的假说至今仍未被实验证实
D．光电效应中，遏止电压会随光强变大而变大
【例2】（2025·湖北·二模）量子技术是当前物理学应用研究的热点，下列关于黑体辐射和波粒二象性的说法正确的是（ ）
A．黑体辐射的能量是连续的
B．电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的波动性
C．光电效应揭示了光的粒子性，证明了光子除了能量之外还具有动量
D．康普顿在研究石墨对X射线散射时，发现散射的X射线中仅有波长大于原波长的射线成分
【例3】（2025·天津滨海新·三模）2024年5月，中科大首次采用单光子干涉在独立存储节点间建立纠缠，构建了国际首个基于纠缠的城域三节点量子网络，开启量子互联新篇章。以下没有运用量子理论的是（ ）
A．普朗克“能量子”解释黑体辐射B．牛顿“微粒说”解释光的色散现象
C．爱因斯坦“光子说”解释光电效应D．玻尔“跃迁假设”解释氢原子光谱
【例4】（2024·广西玉林·模拟预测）关于对黑体的认识，下列说法正确的是（ ）
A．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的
B．科学家在研究黑体辐射的实验规律时发现，随着温度的升高，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
C．爱因斯坦的光电效应方程成功地解释了黑体辐射的实验规律
D．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关
【例5】（2024·湖北黄石·三模）维恩位移定律是热辐射的基本定律之一，是指在一定温度下，绝对黑体的温度与辐射强度最大值相对应的波长λ的乘积为一常数。公式表达为λmT=b，其中，将太阳看作绝对黑体，测得其单色辐射度在处有极大值，由此计算太阳表面温度约为（ ）
A．4800KB．5300K
C．5500KD．5573K
精讲考点
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
基础过关
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。
【例6】（2025·江苏苏州·三模）如图所示是研究光电效应的实验装置。大量处于n=3激发态的氢原子跃迁时发出频率不同的大量光子，其中频率最高的光子能量为12.09eV，用此光束照射到光电管电极K上。移动滑片P，当电压表的示数为7V时，微安表的示数恰好为零。图示位置中滑片P和O点刚好位于滑动变阻器的上、下中点位置。则（ ）
A．要使微安表的示数恰好为零，滑片P应由图示位置向b端移动
B．不同频率的光子照射电极K，只要能发生光电效应，遏止电压是相同的
C．电极K处金属的逸出功是7eV
D．从图示位置滑动滑片P，微安表的读数可能先增加后不变
【例7】（2025·安徽·三模）在智能家居系统中，光电传感器通过光电效应原理控制窗帘开关。当阳光透过窗户照射到阴极K时，电路中产生光电流，经放大器放大的电流驱动电磁铁吸引衔铁，从而打开窗帘。当电流减弱或消失时，衔铁自动脱离，窗帘关闭。在一次调试中，用一定强度的绿光照射阴极K，当滑动变阻器的滑片从最左端向右恰好滑到中间位置时，窗帘自动打开了。假设电路中电流始终未达到饱和电流。则（ ）
A．仅改用同等强度的红光，也一定可以打开窗帘
B．电源正负极装错，可能无法自动打开窗帘
C．仅将滑动变阻器滑片从中间位置向左滑动一小段距离，窗帘在更亮时打开
D．仅将滑动变阻器滑片从中间位置向右滑动一小段距离，窗帘在更亮时打开
【例8】（2025·陕西渭南·三模）如图甲所示，用强度不变的单色光照射阴极K，改变滑动变阻器的滑片位置，得到流过电流表的光电流I与电压表两端电压的关系图像如图乙所示。当电压表示数分别为2.4V、3.6V时，到达阳极A的光电子最大动能的比值为（ ）
A．B．C．D．
【例9】（2025·江西·模拟预测）用同一实验装置研究光电效应，当入射光的频率变为时，遏止电压为；当入射光的频率为时，遏止电压为，则该实验装置对应的截止频率为（ ）
A．B．C．D．
【例10】（2025·湖北·模拟预测）采用如图甲所示电路来研究光电效应规律，现分别用a、b两束单色光照射同一光电管，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系图像如图乙所示。下列说法正确的是（ ）
A．若直流电源右端为正极，将滑动变阻器滑片向右滑动，则电流表示数不断增大
B．若直流电源左端为正极，将滑动变阻器滑片向右滑动，则电流表示数不断增大
C．若b光能使某金属产生光电效应，则a光一定也可以
D．若a光能使某金属产生光电效应，则b光一定也可以
精讲考点
1．与光电效应有关的两组概念对比
(1)光电子的初动能与光电子的最大初动能：从金属表面直接向外飞出的光电子，只需克服原子核的引力做功，此时，光电子具有最大初动能。光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能。
(2)光电流与饱和光电流的决定因素：光电流与入射光的强度和所加电压有关；饱和光电流是光电流的最大值，与所加电压无关，随入射光强度的增大而增大。
2．两条对应关系
(1)入射光频率一定，光照强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；
(2)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。
3．三个重要关系式
(1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0。
(2)最大初动能与遏止电压的关系：Ek＝eUc。
(3)逸出功与极限频率的关系W0＝hν0。
考点三 光电效应中常见的图像
基础过关
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