物理大二輪高考復習練習（二十四） 光電效應和能級躍遷

微課精練（二十四）光電效應和能級躍遷

1.He+、Li2+等離子具有與氫原子類似的原子結構模型，又稱為“類氫離子”?He+從

能級N躍遷到能級M,釋放頻率為盯的光子，從能級P躍遷到能級M,吸收頻率為V2的光

子，且盯＞也。則He+從能級N躍遷到能級尸時（）

A.吸收頻率為白+及的光子

B.釋放頻率為如+判2的光子

C.吸收頻率為Vl-V2的光子

D.釋放頻率為也一垃的光子

解析：選BHe+從能級N躍遷到能級M,釋放頻率為也的光子，說明能級N的能量

大于能級M的能量，且兩能級能量差為Avi,同理能級產的能量小于能級M的能量，且兩

能級能量差為〃及，所以從能級N躍遷到能級尸釋放光子，且光子的頻率為內+也，故B正

確。

2.（2022?寧夏石嘴"山適成性測試）如圖1所示是研究光電效應的實驗裝置。某同學選用

甲、乙兩種單色光做光電效應實驗，發(fā)現(xiàn)光電流與電壓的關系如圖2所示。已知普朗克常量

為九電子的電荷量為e,下列說法正確的是（）

甲

乙

UcOU

圖2

A.由圖2可知，甲光光子頻率等于乙光光子頻率

B.由圖2可知，甲光的強度小于乙光的強度

C.甲、乙光分別照射陰極K時，光電子逸出時最大初動能不同

D.由圖2可知，甲光照射時光電子的最大初動能大于乙光照射時光電子的最大初動能

解析：選A根據(jù)愛因斯坦光電效應方程有：Ekm=Av-W0,根據(jù)動能定理有一e“=0

-Ekm,聯(lián)立得e4=/?V-W0,由于遏止電壓”.相同，則兩種光的頻率相同，故A正確；根

據(jù)光的強度越強，則光電子數(shù)目越多，對應的光電流越大，即可判斷甲光的強度較大，故B

錯誤；根據(jù)e"=Ekm,遏止電壓相同，則光電子的最大初動能相同，故C、D錯誤。

3.（多選）如圖所示是氫原子的能級圖，大量處于〃=5激發(fā)態(tài)的氫“"eV

原子向低能級躍遷時，一共可以輻射出io種不同頻率的光子，其中賴J二8搬

3-----------------------1.51

曼系是指氫原子由高能級向"=1能級躍遷時釋放的光子，貝1（）?

A.10種光子中波長最短的是從n=5的激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時產生

的1-----------------------13.6

B.10種光子中有4種屬于賴曼系

C.使〃=5能級的氫原子電離至少需要0.85eV的能量

D.從〃=2能級躍遷到基態(tài)釋放光子的能量等于從n=3能級躍遷到n=2能級釋放光

子的能量

解析：選AB10種光子中，從〃=5激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)輻射的光子能量最大，頻率最

大，波長最短，故A正確；10種光子中，從"=5、"=4、〃=3和"=2的激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍

遷輻射的光子屬于賴曼系，可知B正確；"=5能級的氫原子具有的能量為-0.54eV,故要

使其發(fā)生電離，至少需要0.54eV的能量，故C錯誤；根據(jù)玻爾理論，從〃=2能級躍遷到

基態(tài)釋放光子的能量：ΔEι=E2-Ei=-3?4eV-（-13.6eV）=10.2eV,從"=3能級躍遷到

〃=2能級釋放光子的能量：?E2=E3-E2=-l.51eV-（-3.4eV）=1.89eV,二者不相等，

故D錯誤。

4.圖甲是光電效應實驗電路圖，圖乙為某次光電效應實驗中得到的同一光電管兩端的

遏止電壓隨入射光頻率y變化的函數(shù)關系圖像。下列判斷正確的是（）

A.入射光的頻率V不同，遏止電壓UC相同

B.圖甲所示電路中，當電壓表增大到一定數(shù)值時，電流計將達到飽和電流

C.只要光的光照強度相同，光電子的最大初動能就一定相同

D.入射光的頻率V不同，光照強度不同，UeR圖像的斜率相同

解析：選D逸出功與金屬材料有關，與入射光的頻率無關，由Ekm=Av-Wo可知，入

射光的頻率不同，電子的最大初動能不同，又eUc=Ekm,所以入射光的頻率不同，遏止電壓

UC不同，A錯誤；圖甲所示電路中的電源施加的是反向電壓，在光電管兩極間形成減速的電

場，當電壓表增大到一定數(shù)值時，電流計示數(shù)將為（），B錯誤；由愛因斯坦光電效應方程Ekm

=∕"-Wo可知，在入射光頻率不同的情況下，光電子的最大初動能不同，最大初動能與光

照強度無關，C錯誤；由eUc=Mv-%）,可得UC=MV-%）,故圖線的斜率為相同的常量，

D正確。

5.（多選）用光電管研究光電效應的實驗裝置如圖甲所示，實驗中測得光電子的最大初動

能Ek與入射光頻率V的關系如圖乙所示，則下列說法正確的是（）

A.研究飽和光電流和遏止電壓時，電源的極性相反

B.增大照射光的強度，產生的光電子的最大初動能一定增大

C.入射光的頻率為3%時，逸出的光電子的最大初動能為2E

D.若光在真空中的速度為c,則波長大于午的光照射該金屬時才會發(fā)生光電效應

解析：選AC研究飽和光電流，光電管兩端加正向電壓，研究遏止電壓，光電管兩端

加反向電壓，故A正確；根據(jù)愛因斯坦光電效應方程可知，Ekm=Av-Wo,最大初動能與入

射光的頻率有關，與入射光的強度無關，故B錯誤；根據(jù)愛因斯坦光電效應方程可知，Ekm

=hv~Wo=h(v~vc),則金屬的極限頻率為Vc,逸出功為Wo=hvc=E,當入射光的頻率為3vc

時，逸出的光電子的最大初動能為2E,故C正確；根據(jù)波長、波速和頻率的關系可知，z=

S根據(jù)光電效應的產生條件可知，波長小于三的光照射該金屬時才會發(fā)生光電效應，故D

VVc

錯誤。

6.(多選)如圖甲是用于研究光電效應的實驗裝置，圖乙是氫原子的能級結構。實驗發(fā)現(xiàn)

處于"=4激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷到〃=2激發(fā)態(tài)時發(fā)出的某種光照射圖甲實驗裝置的陰極時，

電流表示數(shù)不為零，慢慢移動滑動變阻器觸點c,發(fā)現(xiàn)電壓表讀數(shù)大于等于0?8V時，電流

表讀數(shù)為零，下列說法正確的是()

nEfeN

30------------------------0

5--------------------------0.54

4--------------------------0.85

3---------------------------1.51

2---------------------------3.40

1---------------------------13.6

乙

A.光電管陰極金屬材料的逸出功為2.55eV

B.滑動變阻器觸點C應該向“側慢慢移動，直到電流表讀數(shù)為零

C.其他條件不變，一群氫原子處于〃=4能級躍遷發(fā)出的光，總共有3種光可以發(fā)生光

電效應

D.用不同頻率的光子照射該實驗裝置，記錄電流表讀數(shù)恰好為零時的電壓表讀數(shù)，根

據(jù)以上頻率和電壓可以精確測量普朗克常量

解析：選BD氫原子從"=4能級躍遷到“=2能級輻射出的光子能量為2.55eV,當電

壓大于等于().8V時，電流表讀數(shù)為零，說明光電子最大初動能為0.8eV。根據(jù)光電效應方

程ZiLWo=Ekm,Ekm=eUc,可知，該材料的逸出功Wo=L75eV,A錯誤；滑動變阻器觸

點C慢慢向“端移動，增加反向電壓，有可能出現(xiàn)電流表讀數(shù)為零，B正確；從"=4能級

2

向下躍遷，一共可以發(fā)射出C4=6種光，其中?=4能級躍遷到〃=3能級輻射出的光子能

量小于逸出功，所以總共5種光可以發(fā)生光電效應，C錯誤；根據(jù)光電效應方程〃V-Wo=

eUc,可知，只要記錄光子頻率、遏止電壓就能精確測量普朗克常量，D正確。

7.（2022?臨沂高三調研）某學校科技活動小組設計了一個光電煙霧探測器（如圖甲），當有

煙霧進入探測器時（如圖乙），來自光源S的光會被煙霧散射進入光電管C,當光射到光電管

中的鈉表面時會產生光電流，當光電流大于IOFA時，便會觸發(fā)報警系統(tǒng)報警。已知鈉的極

限頻率為6.0X10HHz,普朗克常量〃=6.63X10-MJ?s,光速c=3.0X10'm∕s,電子電荷量

e=1.6XIO/C,則下列說法正確的是（）

A.要使該探測器正常工作，光源S發(fā)出的光波波長不能小于5.0X10-7πι

B.若光電管發(fā)生光電效應，那么光源的光變強時，并不能改變光電煙霧探測器的靈敏

度

C.光電管C中能發(fā)生光電效應是因為光發(fā)生了全反射現(xiàn)象

D.當報警器報警時，鈉表面每秒釋放出的光電子最少數(shù)目是N=6?25X10∣。個

解析：選D根據(jù)逸出功和極限頻率的關系W0=hvc=h-^,可得光源S發(fā)出的光波最

大波長為：2=y=

m%

3×IO8

7

60χιθ14ιn=5×10'm,即要使該探測器正常工作，光源S發(fā)出的光波波長不能大于

5X1（Γ7m,故A錯誤；光源S發(fā)出的光波能使光電管發(fā)生光電效應，那么光源越強，被煙

霧散射進入光電管C的光越多，越容易探測到煙霧，即光電煙霧探測器靈敏度越高，故B

錯誤；光束遇到煙霧發(fā)生散射，是一種反射現(xiàn)象，故C錯誤；光電流等于IOFA時，每秒

〃]0-8X?

產生的光電子的個數(shù)N=覺=，n=B=6?25X10∣°個,故D正確。

e1.0^IU

8.某實驗小組要測量金屬鋁的逸出功，經討論設計出如圖所示實

驗裝置，實驗方法是：把鋁板平放在桌面上，刻度尺緊挨著鋁板垂直桌

面放置，靈敏度足夠高的熒光板與鋁板平行，并使整個裝置處于垂直紙

面向里、磁感應強度為B的勻強磁場中；讓波長為z的單色光持續(xù)照

射鋁板表面，將熒光板向下移動，發(fā)現(xiàn)熒光板與鋁板距離為d時，熒光

板上剛好出現(xiàn)輝光。已知普朗克常量為心光在真空中傳播速度為c,電子電荷量為e、質量

為山。下列說法正確的是（）

A.金屬鋁的逸出功為與一

zoJn

B.從鋁板逸出的光電子最大初動能為嚶^

C.將熒光板繼續(xù)向下移動，移動過程中熒光板上的輝光強度可能保持不變

D.將熒光板繼續(xù)向下移動到某一位置，并增大入射光波長，板上的輝光強度一定增強

解析：選A從鋁板中逸出的具有最大初動能的光電子在磁場中做圓周運動的直徑為d,

則有evmB=nrγ,解得最大初動能Ek=金屬鋁的逸出功為W=hv-Ek-^

ci/Otnz

2

?A正確，B錯誤；將熒光板繼續(xù)向下移動，則達到熒光板的光電子會增加，則移

-?OI7Jl,

動過程中熒光板上的輝光強度要增加，C錯誤；增大入射光波長，則光電子最大初動能減小，

則光電子在磁場中運動的最大半徑減小，則達到熒光板上的光電子數(shù)減小，則板上的輝光強

度不一定增強，D錯誤。

9.如圖所示，圖甲為氫原子的能級圖，大量處于〃=4激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷時，發(fā)出頻

率不同的大量光子。其中頻率最高的光子照射到圖乙電路中光電管陰極K上時，電路中電流

隨電壓變化的圖像如圖丙。下列說法正確的是（）

A.光電子的最大初動能為6eV,金屬的逸出功為6.75eV

B.氫原子躍遷時共發(fā)出4種頻率的光

C.