專題76光電效應(yīng)波爾理論（原卷版）

2024年高考物理一輪大單元綜合復(fù)習(xí)導(dǎo)學(xué)練專題76光電效應(yīng)、波爾理論導(dǎo)練目標(biāo)導(dǎo)練內(nèi)容目標(biāo)1光電效應(yīng)目標(biāo)2光電效應(yīng)的四類圖像目標(biāo)3原子波爾理論【知識導(dǎo)學(xué)與典例導(dǎo)練】光電效應(yīng)1.與光電效應(yīng)有關(guān)的五組概念對比(1)光子與光電子：光子指光在空間傳播時的每一份能量，光子不帶電；光電子是金屬表面受到光照射時發(fā)射出來的電子，其本質(zhì)是電子。光子是因，光電子是果。(2)光電子的動能與光電子的最大初動能：只有金屬表面的電子直接向外飛出時，只需克服原子核的引力做功的情況，才具有最大初動能。(3)光電流和飽和光電流：金屬板飛出的光電子到達(dá)陽極，回路中便產(chǎn)生光電流，隨著所加正向電壓的增大，光電流趨于一個飽和值，這個飽和值是飽和光電流，在一定的光照條件下，飽和光電流與所加電壓大小無關(guān)。(4)入射光強(qiáng)度與光子能量：入射光強(qiáng)度指單位時間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量，而光子能量E＝hν。(5)光的強(qiáng)度與飽和光電流：頻率相同的光照射金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，入射光越強(qiáng)，飽和光電流越大，但不是簡單的正比關(guān)系。2．光電效應(yīng)的研究思路(1)兩條線索：(2)兩條對應(yīng)關(guān)系：入射光強(qiáng)度大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大；光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動能大。3.三個定量關(guān)系式（1）愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek＝hν－W0.（2）最大初動能與遏止電壓的關(guān)系：Ek＝eUc.（3）逸出功與截止頻率的關(guān)系：W0＝hνc.4.光電管上加正向與反向電壓情況分析(1)光電管加正向電壓時的情況①P右移時,參與導(dǎo)電的光電子數(shù)增加;②P移到某一位置時,所有逸出的光電子恰好都參與了導(dǎo)電,光電流恰好達(dá)到最大值;③P再右移時,光電流不再增大。(2)光電管加反向電壓時的情況①P右移時,參與導(dǎo)電的光電子數(shù)減少;②P移到某一位置時,所有逸出的光電子恰好都不參與導(dǎo)電,光電流恰好為0,此時光電管兩端加的電壓為遏止電壓;③P再右移時,光電流始終為0?！纠?】現(xiàn)用波長為λ的光照射某金屬，已知該金屬的極限波長為，普朗克常量為h，光在真空中的傳播速度為c，電子的電荷量為e，下列說法正確的是（）A．該金屬的逸出功為B．用波長為λ的光照射該金屬材料，不能發(fā)生光電效應(yīng)C．用波長為λ的光照射該金屬材料，逸出的光電子的最大初動能為D．此種情況下對應(yīng)的遏止電壓為【例2】某實驗小組用如圖甲所示的實驗裝置探究不同金屬發(fā)生光電效應(yīng)時的實驗規(guī)律，當(dāng)用頻率為v的入射光照射金屬時電流表示數(shù)不為零，向右調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P，直到電流表的示數(shù)剛好為零，此時電壓表的示數(shù)為，該電壓稱為遏止電壓，該實驗小組得到與v的關(guān)系如圖乙中的①所示，則下列有關(guān)說法中正確的是（）A．實驗時電源的左端為正極B．分別用從氫原子能級2到1和能級3到1輻射的光照射金屬得到遏止電壓和，則C．換用不同的光照射逸出功更大的金屬時，得到的關(guān)系可能如圖乙中的②所示D．當(dāng)滑片P向左滑動的過程中電流表的示數(shù)先增加后不變光電效應(yīng)的四類圖像圖像名稱圖線形狀讀取信息最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①截止頻率(極限頻率)：橫軸截距②逸出功：縱軸截距的絕對值W0＝|－E|＝E③普朗克常量：圖線的斜率k＝h遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①截止頻率νc：橫軸截距②遏止電壓Uc：隨入射光頻率的增大而增大③普朗克常量h：等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積，即h＝ke顏色相同、強(qiáng)度不同的光，光電流與電壓的關(guān)系①遏止電壓Uc：橫軸截距②飽和光電流Im：電流的最大值③最大初動能：Ekm＝eUc顏色不同時，光電流與電壓的關(guān)系①遏止電壓Uc1、Uc2②飽和光電流③最大初動能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2【例3】為了研究大量處于能級的氫原子躍遷時的發(fā)光特點，現(xiàn)利用大量此種氫原子躍遷時產(chǎn)生的三種單色光照射同一個光電管，如圖甲所示，移動滑動變阻器的滑片調(diào)節(jié)光電管兩端電壓，分別得到三種光照射時光電流與光電管兩端電壓的關(guān)系，如圖乙所示，則對于a、b、c三種光，下列說法正確的是（）A．三種光的頻率最大的是cB．a(chǎn)、b、c三種光從同一種介質(zhì)射向真空中，發(fā)生全反射的臨界角最大的是cC．用a光照射另外某種金屬能發(fā)生光電效應(yīng)，則用c光照射也一定能發(fā)生D．通過同一個單縫裝置進(jìn)行單縫衍射實驗，中央條紋寬度a光最寬【例4】如圖甲所示為某實驗小組成員研究某金屬發(fā)生光電效應(yīng)的遏止電壓隨照射光頻率變化關(guān)系的實驗原理圖，圖乙為實驗得到的遏止電壓隨照射光頻率變化的關(guān)系圖像，電子的電荷量，則下列說法正確的是（）A．由圖乙可知，該金屬的極限頻率為B．圖甲中入射光的頻率為時，滑動變阻器的滑片移到最左端，電流計G的示數(shù)不為零C．圖甲中入射光的頻率為逸出的光電子的最大初動能為D．由圖乙可得，其斜率為普朗克常量【例5】某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)時逸出光電子的最大初動能Ek與入射光頻率v的關(guān)系如圖，圖線與橫軸的交點為v0，圖線的延長線與縱軸的交點為E，下列說法正確的是（

）A．若入射光的頻率為，則光電子的最大初動能為B．普朗克常量為C．該金屬的逸出功隨入射光的頻率的增大而減小D．入射光的頻率越大，單位時間逸出的光電子數(shù)越多波爾理論2．玻爾理論(1)三個基本假設(shè)①能級假設(shè)：氫原子能級En＝eq\f(E1,n2)(n＝1,2,3，…)，n為量子數(shù)．②躍遷假設(shè)：hν＝Em－En(m>n)．③軌道量子化假設(shè)：氫原子的電子軌道半徑rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，n為量子數(shù)．(2)氫原子能級躍遷①從低能級(n)eq\o(→,\s\up7(躍遷))高能級(m)：動能減少，勢能增加，原子能量增加，吸收能量，hν＝Em－En.②從高能級(m)eq\o(→,\s\up7(躍遷))低能級(n)：動能增加，勢能減少，原子能量減少，放出能量，hν＝Em－En.(3)三點注意①原子躍遷時，所吸收或釋放的光子能量只能等于兩能級之間的能量差．②原子電離時，所吸收的能量可以大于或等于某一能級能量的絕對值，剩余能量為自由電子的動能．③一群原子的核外電子向基態(tài)躍遷時發(fā)射光子的種類：。④一個原子的核外電子向基態(tài)躍遷時發(fā)射最多光子的種類：?！纠?】城市夜景因綻放的霓虹燈變得多姿多彩。霓虹燈發(fā)光原理是不同氣體原子從高能級向低能級躍遷時發(fā)出能量各異的光子而呈現(xiàn)五顏六色，如圖為氫原子的能級示意圖，已知可見光光子能量范圍為，若一群氫原子處于能級，則下列說法正確的是（）A．這群氫原子自發(fā)躍遷時能輻射出4種不同頻率的光B．這群氫原子從高能級向低能級躍遷時可能輻射出射線C．氫原子從能級向能級躍遷過程中發(fā)出的光為可見光D．這群氫原子自發(fā)躍遷時能輻射出3種不同頻率的可見光【例7】用實物粒子撞擊氫原子時，由于撞擊前瞬間不同氫原子的核外電子所處狀態(tài)不同，所以氫原子可能部分也可能全部吸收入射粒子的動能，當(dāng)氫原子吸收的能量恰好為當(dāng)前能級與上方某能級之差時，可實現(xiàn)能級躍遷。氫原子能級示意圖如圖所示，下列說法正確的是（

）A．用動能為的大量電子射向處于基態(tài)的一群氫原子，則能使一些氫原子躍遷到的能級B．一個處于能級的氫原子向基態(tài)躍遷過程中最多可輻射出6種頻率的光子C．可見光的光子能量范圍為若處于能級的氫原子向基態(tài)躍遷，放出的光為可見光D．基態(tài)氫原子可以吸收一個能量為的光子，從而躍遷到的能級【綜合提升專練】1．如圖所示，一個波長為λ的單色點光源以功率P向四周均勻地發(fā)射能量。在離光源距離足夠遠(yuǎn)R處放置一小鋅板，鋅板表面有電子逸出。已知電子質(zhì)量為m、電量為e，光速為c，普朗克常量為h，鋅的逸出功W。假設(shè)入射光的能量是連續(xù)平穩(wěn)地垂直傳給鋅板，且鋅板完全吸收所有照射到它上面的能量。下列說法正確的是（

）A．光子的動量B．逸出電子的最大動能C．若換用波長更短的單色光源照射，鋅板表面一定也有電子逸出D．鋅板單位面積上受到光的平均壓力2．如圖所示，這是一個研究光電效應(yīng)的電路圖，下列敘述中正確的是（）A．只調(diào)換電源的極性（同時調(diào)整電壓表），移動滑片P，當(dāng)電流表示數(shù)為零時，電壓表示數(shù)為遏止電壓Uc的數(shù)值B．保持光照條件不變，滑片P向右滑動的過程中，電流表示數(shù)可能不變C．不改變光束顏色和電路，增大入射光束強(qiáng)度，電流表示數(shù)會增大D．陰極K需要預(yù)熱，光束照射后需要一定的時間才會有光電流3．用某單色光照射金屬鈦表面，發(fā)生光電效應(yīng)，從鈦表面放出光電子的最大初動能與入射光頻率的關(guān)系如圖，則下列說法正確的是（）A．鈦的逸出功為B．鈦的極限頻率為C．光電子的最大初動能為D．由圖線可求得普朗克常量為E．光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比4．如圖，A和B兩單色光，以適當(dāng)?shù)慕嵌认虬雸A形玻璃磚射入，出射光線都從圓心O沿方向射出，且這兩種光照射同種金屬，都能發(fā)生光電效應(yīng)。那么在光電效應(yīng)實驗中，先后用不同光強(qiáng)的這兩束光照射同一個光電管。若實驗a中所用的A光的光強(qiáng)大于實驗b中所用的B光的光強(qiáng)，實驗所得光電流I與光電管兩端所加電壓U間的關(guān)系曲線分別以a、b表示，則下列4圖中可能正確的是哪些？（）A． B．C． D．5．在光電效應(yīng)實驗中，兩個實驗小組分別在各自的實驗室，約定用相同頻率的單色光，分別照射鋅和銀的表面，結(jié)果都能發(fā)生光電效應(yīng)，如圖甲，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。對于這兩組實驗，下列判斷正確的是（??）A．飽和光電流一定不同B．因為材料不同逸出功不同，所以遏止電壓Uc不同C．光電子的最大初動能不同D．因為光強(qiáng)不確定，所以單位時間逸出的光電子數(shù)可能相同E．分別用不同頻率的光照射之后繪制Uc～圖像（為照射光頻率，圖乙為其中一小組繪制的圖像），圖像的斜率可能不同6．某實驗小組的同學(xué)利用如下所示的實驗研究光的波粒二象性。利用甲圖所示的電路研究陰極K的遏止電壓與照射光頻率的關(guān)系。若實驗測得鈉（Na）的遏止電壓Uc與照射光頻率的關(guān)系圖像如圖乙所示，已知鈉的極限頻率為，鈣的極限頻率為，則下列說法中正確的是（）A．需將單刀雙擲開關(guān)S置于a端B．需將單刀雙擲開關(guān)S置于b端C．鈣的遏止電壓與照射光的頻率的關(guān)系圖線應(yīng)該是①D．鈣的遏止電壓與照射光的頻率的關(guān)系圖線應(yīng)該是②7．如圖甲所示是用光照射某種金屬時逸出的光電子的最大初動能隨入射光頻率的變化圖像（直線與橫軸的交點的橫坐標(biāo)為4.29，與縱軸的交點的縱坐標(biāo)為0.5），如圖乙所示是氫原子的能級圖，下列說法正確的是（）A．根據(jù)該圖像能求出普朗克常量B．該金屬的逸出功為1.82eVC．該金屬的極限頻率為5.50×1014HzD．用n=4能級的氫原子躍遷到n=2能級時所輻射的光照射該金屬能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)8．如圖甲所示為光電效應(yīng)實驗裝置，圖乙為a、b、c三種光分別照射圖甲裝置得到的電流表與電壓表讀數(shù)的關(guān)系曲線，圖丙為氫原子能級圖，圖丁是幾種金屬的逸出功和極限頻率。已知c光子能量為2.81eV。則（

）幾種金屬逸出功和極限頻率金屬W0/eVv/1014Hz鈉2.295.33鉀2.255.44銣2.135.15A．若b為綠光，a不可能是紫光B．若a為綠光，c可能是紫光C．用c照射大量n=2激發(fā)態(tài)氫原子可產(chǎn)生6種不同頻率光D．用c照射銣陰極產(chǎn)生的光電子撞擊大量n=3激發(fā)態(tài)氫原子可產(chǎn)生6種不同頻率光9．氫原子的能級圖如圖甲所示，若第3能級的氫原子向基態(tài)躍遷輻射光子，用這些光子照射圖乙電路中光電管的陰極金屬K，電流表A有電流流過。上述實驗材料、設(shè)備均不變，圖乙電路也不變的情況下，下列說法正確的是（）A．大量處于第4能級的氫原子最多能輻射出6種不同頻率的光B．第2能級向基態(tài)躍遷輻射的光子照射K，電流表中一定有電流流過C．第5能級向基態(tài)躍遷輻射的光子照射K，電流表中一定有電流流過D．僅將圖乙中電源的正負(fù)極交換，電流表示數(shù)一定為零10．左圖是研究光電效應(yīng)的實驗裝置圖，右圖是玻爾氫原子模型中的能級圖，已知右圖巴爾末系中波長最長的四種光為可見光，用其中頻率最高的可見光照射左圖中的光電管能發(fā)生光電效應(yīng)。下列說法正確的是（）A．帕邢系中有可能存在紫外線B．用賴曼系中的任意光照射左圖光電管都能發(fā)生光電效應(yīng)C．利用左圖裝置研究光電管遏止電壓應(yīng)該變換電源的正負(fù)極D．左圖中向右移動變阻器滑片時微安表中的電流一定會增大11．如圖所示，兩個電源的電動勢均為E，內(nèi)阻不計。K是光電管的陰極，A是光電管的陽極，它們都是半徑為r圓形金屬板。兩圓心間距離為l，兩圓心連線與兩板垂直，當(dāng)兩板間存在電壓時，板間的電場可視為勻強(qiáng)電場（不計邊緣效應(yīng)）。R為滑動變阻器，長度。電壓表V（0刻度在表盤中間）和靈敏電流計G均為理想表。頻率為的細(xì)激光束照射到K的中心O上，使陰極發(fā)射光電子。合上開關(guān)S，當(dāng)滑動變阻器的滑動觸頭P從c向左滑動到達(dá)b處時，靈敏電流計G讀數(shù)剛好為0；當(dāng)滑動變阻器的滑動觸頭P從c向右滑動到d后，再向f滑動的過程中，電壓表V讀數(shù)增大而靈敏電流計G的讀數(shù)保持不變。不計光電子之間的相互作用和重力。普朗克常量為h、電子帶電量為e（e為元電荷），電子質(zhì)量為m，下列說法正確的是（）A．光電子的最大初動能為B．陰極K的金屬材料的逸出功為C．陽極A的半徑不小于D．換用光強(qiáng)更大的同種激光照射陰極K，滑動變阻器的滑動觸頭P從c向右滑動到d后，再向f滑動的過程中，電壓表V讀數(shù)增大、靈敏電流計G的讀數(shù)也增大12．氫原子的能級圖如圖所示，鋅、鈉、銫的逸出功分別為3.38eV、2.29eV、1.89eV，則下列說法正確的是（）A．一個處于能級的氫原子向低能級躍遷最多能輻射出3種不同頻率的光子B．氫原子從能級向能級躍遷時輻射出的光子比從能級向能級躍遷時輻射出的光子的波長短C．一群氫原子從能級直接向能級躍遷時輻射出的光都能使鋅、鈉、銫產(chǎn)生光電效應(yīng)D．氫原子從能級直接向能級躍遷時輻射出的光照射到鈉上逸出光電子的最大初動能為0.26eV13．氫原子的能級圖如圖所示，關(guān)于大量氫原子的能