4.2 光电效应 课前导学 2024-2025学年人教版（2019）高中物理选择性必修第三册

4.2 光电效应
基础知识导学
一、光电效应及其实验规律
1．光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的 从表面逸出。这个现象称为光电效应。
2．光电子：光电效应中发射出来的 ，带 电。
3．光电效应的实验规律
(1)存在截止频率νc：当入射光的频率 截止频率时不发生光电效应。
不同金属的截止频率 。换句话说，截止频率与金属 有关。
(2)存在着 电流：在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大。这表明对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。
(3)存在遏止电压：使光电流减小到0的反向电压Uc称为遏止电压。
遏止电压的存在意味着光电子具有一定的 。同一种金属对于一定频率的光，无论光的强弱如何，遏止电压都是一样的。
(4)光电效应具有瞬时性：当频率超过截止频率νc时，无论入射光怎样微弱，照到金属时会 产生光电流。精确测量表明产生电流的时间很快，即光电效应几乎是 发生的。
4．逸出功：使电子脱离某种金属所做功的 。不同金属的逸出功 。
二、爱因斯坦的光电效应理论
1．光子：光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν，这些能量子被称为 。
2．爱因斯坦的光电效应方程
(1)表达式：Ek＝ －W0。Ek为光电子的 。
(2)遏止电压物Uc与入射光频率ν的关系：Uc= 。
基础小题试练
1.光刻机被誉为集成电路产业皇冠上的明珠，EUV光刻技术能够实现高分辨率和精细的线路制造。某型号的EUV光刻机的光源使用波长为13.5nm的极紫外光，这种光波长短，光子能量高。已知普朗克常量为，则这种极紫外光的光子能量约为( )
A. B. C. D.
2.红外线理疗仪发出的红外线的频率为ν，波长为λ，光子的能量为ε，普朗克常量为h，下列关系式中正确的是( )
A. B. C. D.
3.下列说法正确的是( )
A.核反应前后质量并不守恒
B.爱因斯坦在研究光电效应现象时提出了能量子假说
C.用一束绿光照射某金属，能产生光电效应，现把这束绿光的强度减为原来的一半，则没有光电子飞出
D.在光电效应现象中，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
4.粘有病毒的口罩接受紫外线照射后，可以破坏病毒的脱氧核糖核酸和核糖核酸结构，达到消灭病毒的目的。用波长为、照射强度为的紫外线垂直照射口罩，内每平方厘米上接收到的紫外线光子数约为（已知普朗克常量）( )
A. B. C. D.
5.如图甲所示的光电管是基于光电效应的一种光电转换器件，光电管可将光信号转换成电信号，在自动控制电路中有广泛应用。光电管的基本工作原理如图乙所示，当有光照在金属极k上，电路导通；无光照射时，电路不通。下列说法正确的是( )
A.只要照射到金属k极上的光足够强电路就能导通
B.只有入射光的频率小于某一定值，电路才能导通
C.电路导通情况下，通过电阻的电流方向是从下向上
D.电路导通情况下，光照越强，电阻R上的电压越大
答案以及解析
1.答案：D
解析：这种极紫外光的光子能量约为
故选D。
2.答案：B
解析：AB.ε是光子能量，h是普朗克常量，ν是光的频率，光子能量公式
故A错误，B正确；
CD.根据
故CD错误。
故选B。
3.答案：A
解析：A.由于存在质量亏损，所以核反应前后质量并不守恒，A正确；
B.普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说，B错误；
C.用一束绿光照射某金属，现把这束绿光的强度减为原来的一半，因为频率不变，所以仍能发生光电效应有光电子飞出，C错误；
D.在光电效应现象中，根据光电效应方程
可知光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，但非成正比关系，D错误。
故选A。
4.答案：A
解析：由题意可知紫外线的功率为
根据
解得每平方厘米接收的紫外线光子数目为
故选A。
5.答案：D
解析：AB.当入射光的频率大于截止频率时，金属k极就能发生光电效应，即电路可以导通，光强增大而频率小于截止频率不会发生光电效应，故AB错误；
C.电路导通情况下，即光电子的运动方向向左，光电管内的电流方向向右，所以通过电阻的电流方向是从上向下，故C错误；
D.电路导通情况下，光照越强，电流越大，所以电阻R上的电压越大，故D正确。
故选D。