高考物理二輪復(fù)習(xí)專項訓(xùn)練模型82光電效應(yīng)模型（解析版）

模型82光電效應(yīng)模型1．（2023年6月高考浙江選考科目）有一種新型光電效應(yīng)量子材料，其逸出功為W0。當(dāng)紫外光照射該材料時，只產(chǎn)生動能和動量單一的相干光電子束。用該電子束照射間距為d的雙縫，在與縫相距為L的觀測屏上形成干涉條紋，測得條紋間距為?x。已知電子質(zhì)量為m，普朗克常量為h，光速為c，則（）A．電子的動量SKIPIF1<0B．電子的動能SKIPIF1<0C．光子的能量SKIPIF1<0D．光子的動量SKIPIF1<0【參考答案】.AD【名師解析】根據(jù)雙縫干涉條紋間隔公式△x=Lλ/d，可得λ=d△x/L。電子動量p=h/λ=SKIPIF1<0，A正確；電子動能Ek=SKIPIF1<0=SKIPIF1<0=SKIPIF1<0，B錯誤；根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程，Ek=E-W0，解得光子能量E=W0+SKIPIF1<0，C錯誤；由E=cp可得光子動量p=W0/c+SKIPIF1<0，D正確。2．（2023全國高考新課程卷）銫原子基態(tài)的兩個超精細(xì)能級之間躍遷發(fā)射的光子具有穩(wěn)定的頻率，銫原子鐘利用的兩能級的能量差量級為10-5eV，躍遷發(fā)射的光子的頻率量級為（普朗克常量SKIPIF1<0，元電荷SKIPIF1<0）（）A．103HzB．106HzC．109HzD．1012Hz【參考答案】.C【名師解析】能級差量級為10-5eV，躍遷發(fā)射的光子能量E=10-5eV=1.6×10-19×10-5J=1.6×10-24J，根據(jù)光子能量公式E=hv，解得v的數(shù)量級為109Hz，C正確。3.（2023高考海南卷）已知一個激光發(fā)射器功率為SKIPIF1<0，發(fā)射波長為SKIPIF1<0的光，光速為SKIPIF1<0，普朗克常量為SKIPIF1<0，則（）A.光的頻率為SKIPIF1<0 B.光子的能量為SKIPIF1<0C.光子的動量為SKIPIF1<0 D.在時間SKIPIF1<0內(nèi)激光器發(fā)射的光子數(shù)為SKIPIF1<0【參考答案】AC【名師解析】光的頻率SKIPIF1<0，選項A正確；光子的能量SKIPIF1<0，選項B錯誤；光子的動量SKIPIF1<0，選項C正確；在時間t內(nèi)激光器發(fā)射的光子數(shù)SKIPIF1<0，選項D錯誤。4.（2022天津?qū)W業(yè)水平選擇性考試）不同波長的電磁波具有不同的特性，在科研、生產(chǎn)和生活中有廣泛的應(yīng)用。a、b兩單色光在電磁波譜中的位置如圖所示。下列說法正確的是（）A.若a、b光均由氫原子能級躍遷產(chǎn)生，產(chǎn)生a光的能級能量差大B.若a、b光分別照射同一小孔發(fā)生衍射，a光的衍射現(xiàn)象更明顯C.若a、b光分別照射同一光電管發(fā)生光電效應(yīng)，a光的遏止電壓高D.若a、b光分別作為同一雙縫干涉裝置光源時，a光的干涉條紋間距大【參考答案】BD【命題意圖】本題以電磁波譜切入，考查能級、光電效應(yīng)、雙縫干涉、光的衍射及其相關(guān)知識點。【名師解析】由圖中a、b兩單色光在電磁波譜中的位置，判斷出a光的波長SKIPIF1<0大于b光的波長SKIPIF1<0，a光的頻率SKIPIF1<0小于b光的頻率SKIPIF1<0。若a、b光均由氫原子能級躍遷產(chǎn)生，根據(jù)玻爾原子理論的頻率條件SKIPIF1<0可知產(chǎn)生a光的能級能量差小，故A錯誤；若a、b光分別照射同一小孔發(fā)生衍射，根據(jù)發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，a光的衍射現(xiàn)象更明顯，故B正確；在分別照射同一光電管發(fā)生光電效應(yīng)時，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程SKIPIF1<0可知a光的遏止電壓低，故C錯誤；a、b光分別作為同一雙縫干涉裝置光源時，相鄰兩條亮紋或暗紋的中心間距SKIPIF1<0可知a光的干涉條紋間距大，故D正確。5.（2023高考江蘇學(xué)業(yè)水平選擇性考試）“夸父一號”太陽探測衛(wèi)星可以觀測太陽輻射的硬X射線。硬X射線是波長很短的光子，設(shè)波長為SKIPIF1<0。若太陽均勻地向各個方向輻射硬X射線，衛(wèi)星探測儀鏡頭正對著太陽，每秒接收到N個該種光子。已知探測儀鏡頭面積為S，衛(wèi)星離太陽中心的距離為R，普朗克常量為h，光速為c，求：（1）每個光子的動量p和能量E；（2）太陽輻射硬X射線的總功率P?！緟⒖即鸢浮浚?）SKIPIF1<0，SKIPIF1<0；（2）SKIPIF1<0【名師解析】（1）由題意可知每個光子的動量為SKIPIF1<0每個光子的能量為SKIPIF1<0（2）太陽均勻地向各個方向輻射硬X射線，根據(jù)題意設(shè)t秒發(fā)射總光子數(shù)為n，則SKIPIF1<0可得SKIPIF1<0所以t秒輻射光子的總能量SKIPIF1<0太陽輻射硬X射線的總功率SKIPIF1<06．（2023高考北京卷）在發(fā)現(xiàn)新的物理現(xiàn)象后，人們往往試圖用不同的理論方法來解釋，比如，當(dāng)發(fā)現(xiàn)光在地球附近的重力場中傳播時其頻率會發(fā)生變化這種現(xiàn)象后，科學(xué)家分別用兩種方法做出了解釋．現(xiàn)象：從地面P點向上發(fā)出一束頻率為SKIPIF1<0的光，射向離地面高為H（遠(yuǎn)小于地球半徑）的Q點處的接收器上，接收器接收到的光的頻率為SKIPIF1<0．方法一：根據(jù)光子能量SKIPIF1<0（式中h為普朗克常量，m為光子的等效質(zhì)量，c為真空中的光速）和重力場中能量守恒定律，可得接收器接收到的光的頻率SKIPIF1<0．方法二：根據(jù)廣義相對論，光在有萬有引力的空間中運(yùn)動時，其頻率會發(fā)生變化，將該理論應(yīng)用于地球附近，可得接收器接收到的光的頻率SKIPIF1<0，式中G為引力常量，M為地球質(zhì)量，R為地球半徑．下列說法正確的是（）A．由方法一得到SKIPIF1<0，g為地球表面附近的重力加速度B．由方法二可知，接收器接收到的光的波長大于發(fā)出時光的波長C．若從Q點發(fā)出一束光照射到P點，從以上兩種方法均可知，其頻率會變小D．通過類比，可知太陽表面發(fā)出的光的頻率在傳播過程中變大【參考答案】B【名師解析】方法一中，由能量守恒定律，hν0=mgH+hν，解得v=ν0（1-SKIPIF1<0），A錯誤；根據(jù)方法二接收器接收到的光的頻率公式，可知，接收到的光的頻率小于發(fā)出時光的頻率，利用波長與頻率成反比可知，接收器接收到的光的波長大于發(fā)出時光的波長，B正確；若從Q點發(fā)出一束光折射到P點，從以上兩種方法均可知，其頻率會變大，C錯誤；通過類比，可知，由于太陽質(zhì)量遠(yuǎn)大于地球質(zhì)量，太陽表面發(fā)出的光的頻率在傳播過程中需要克服太陽引力做功，所以太陽表面發(fā)出的光的頻率在傳播過程中變小，D錯誤。最新模擬題1.（2024南京學(xué)情調(diào)研）有一種新型光電效應(yīng)量子材料，當(dāng)某種光照射該材料時，只產(chǎn)生相同速率的相干電子束。用該電子束照射間距為d的雙縫，在與雙縫相距為L的觀測屏上形成干涉條紋，測得第1條亮紋與第5條亮紋間距為△x。已知電子質(zhì)量為m，普朗克常量為h，該量子材料的逸出功為W。求：（1）電子束的德布羅意波長λ和動量p；（2）光子的能量E?！久麕熃馕觥扛鶕?jù)條紋間距公式SKIPIF1<0解得λ=SKIPIF1<0由SKIPIF1<0可得SKIPIF1<0（2）由Ek=SKIPIF1<0，可得Ek=SKIPIF1<0光子能量E=hν=W0+Ek聯(lián)立解得：E=W0+SKIPIF1<02.(2023年7月浙江寧波期末)如圖是光電倍增管的工作原理圖，其由陰極、陽極和多個倍增電極組成，提高了光電管靈敏度。使用時相鄰兩倍增電極間均加有電壓，以此不斷加速電子。如圖所示，光電陰極K受光照后釋放出光電子，電子以較大的動能撞擊到第一個倍增電極上，從這個倍增電極上激發(fā)出更多電子，最后陽極A收集到光電網(wǎng)極的電子數(shù)比最初從陰極發(fā)射的電子數(shù)增加很多倍，則（）A.增大倍增級間的電壓有利于提高其靈敏度B.入射光的頻率越高，陰極K發(fā)射出的光電子的初動能一定越大C.圖中標(biāo)號為偶數(shù)的倍增電極的電勢高于奇數(shù)的倍增電極的電勢D.保持入射光頻率和各級間的電壓不變，增大入射光光強(qiáng)不影響陽極收集到的電子數(shù)【參考答案】A【名師解析】增大倍增級間的電壓，光電子獲得的動能越大，光電子能夠以更大的動能撞擊下一個倍增管，下一個倍增管可以發(fā)射數(shù)量更多的光電子，有利于提高其靈敏度，故A正確；根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知，入射光的頻率越高，陰極K發(fā)射出的光電子的最大初動能越大，但并不是所有光電子的初動能都會增大，故B錯誤；使用時相鄰兩倍增電極間均加有電壓，以此不斷加速電子，可知圖中電勢關(guān)系為SKIPIF1<0可知，圖中標(biāo)號為偶數(shù)的倍增電極的電勢不一定高于奇數(shù)的倍增電極的電勢，故C錯誤；光強(qiáng)指單位時間照射到單位面積上的光的能量，即為SKIPIF1<0，可知入射光頻率不變，增大入射光的光強(qiáng)時，即增加入射光的光子數(shù)目，則在保持入射光頻率和各級間的電壓不變時，增大入射光光強(qiáng)，最終陽極收集到的電子數(shù)增大，故D錯誤。3.（2023年7月河南洛陽創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)盟期末）用波長為λ?和λ?的單色光A和B分別照射兩種金屬C和D的表面。單色光A照射兩種金屬時都能產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象；單色光B照射時，只能使金屬C產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，不能使金屬D產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象。設(shè)兩種金屬的逸出功分別為Wc和WD，則下列說法正確的是A.λ?<λ?,Wc>C.λ?>【參考答案】B【名師解析】單色光A照射兩種金屬時都能產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象；單色光B照射時，只能使金屬C產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，根據(jù)光電效應(yīng)條件知，單色光A的頻率大于單色光B的頻率，則λ1<λ2。單色光B照射時，只能使金屬C產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，不能使金屬D產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，則金屬C的逸出功小于金屬D的逸出功，即WC4.(2023年7月浙江寧波期末)讓電子束通過電場加速后，照射到金屬晶格（大小約為SKIPIF1<0）上，可得到電子的衍射圖樣，如圖所示．下列說法正確的是（）A.電子衍射圖樣說明了電子具有粒子性B.加速電壓越大，電子的物質(zhì)波波長越短C.增大晶格尺寸，更容易發(fā)生衍射D.動量相等的質(zhì)子和電子，通過相同的晶格，質(zhì)子更容易衍射【參考答案】B【名師解析】電子衍射圖樣說明了電子具有波動性，故A錯誤；B．根據(jù)SKIPIF1<0SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0加速電壓越大，電子的物質(zhì)波波長越短，故B正確；根據(jù)衍射的條件可知，增大晶格尺寸，更不容易發(fā)生衍射，故C錯誤；

根據(jù)SKIPIF1<0，動量相等的質(zhì)子和電子，對應(yīng)的物質(zhì)波波長也相等，通過相同的晶格，衍射程度相同，故D錯誤。5.（2023年7月河南洛陽創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)盟期末）于2019年5月20日起正式生效的新國際單位體系中，質(zhì)量的單位千克是使用普朗克常量(h)進(jìn)行定義的。用國際單位制中的基本單位表示，普朗克常量的單位應(yīng)為A.kg?m3?s?2C.kg?m【參考答案】.C【名師解析】根據(jù)德布羅意波長公式變形有h=pλ，因動量p的單位為kg·m/s，波長λ的單位為m，那么普朗克常量h的單位為kg?m6.（2023年7月浙江紹興期末）某同學(xué)用同一套裝置來研究光電效應(yīng)，當(dāng)入射光頻率為SKIPIF1<0時，遏制電壓為SKIPIF1<0，當(dāng)入射光頻率為2ν0時，遏制電壓為3U0，當(dāng)遏制電壓為SKIPIF1<0時入射光的頻率為（??）A.3SKIPIF1<0 B.SKIPIF1<0 C.5ν0 D.7ν0【參考答案】B【名師解析】根據(jù)題意SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0聯(lián)立解得SKIPIF1<0，故選B。7.（2023年7月河南洛陽創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)盟期末）(15分)小戴同學(xué)研究光電效應(yīng)的實驗裝置如圖所示，光電管的陰極K用某金屬制成，其極限頻率為v?。該同學(xué)閉合開關(guān)S，用頻率為v?的光照射光電管陰極K，此時電流表中有電流，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P，使微安表示數(shù)恰好變?yōu)?，記下此時電壓表的示數(shù)U?。已知光在真空中傳播的速度為c，電子的電荷量為e。(1)求普朗克常量h；(2)若換用光子動量為p?的光照射光電管陰極K，求此時的遏止電壓U?；(3)隨著科技的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)用某強(qiáng)激光照射光電管陰極K時，一個電子在極短時間內(nèi)能吸收2個光子，若該強(qiáng)激光恰好不能使陰極K發(fā)生光電效應(yīng)，求該強(qiáng)激光的波長λ。【名師解析】：(1)對光電子分析，根據(jù)動能定理有?eU?=0-E根據(jù)光電效應(yīng)方程有EK=?ν??W?(2分)根據(jù)截止頻率與逸出功的關(guān)系有W?=hv?(1分)解得?=e(2)根據(jù)德布羅意公式可知，照射光的波長λo照射光的頻率ν2對光電子分析，根據(jù)光電效應(yīng)方程有?ν???ν?=E???(1分)根據(jù)動能定理有?eU?=?E???(1分)解得U2(3)根據(jù)題意并結(jié)合光電效應(yīng)方程有2hv?-hv?=0(2分)照射光的波長λ=c解得λ=2c8（2024江蘇南通期初考試）真空中一對平行金屬板A和B正對放置,，紫外線持續(xù)照射A板，有光電子從A板逸出，電子的電量為e，質(zhì)量為m，普朗克常量為h。(1)如圖甲所示,在A、B板之間接一靈敏電流計。當(dāng)電流計示數(shù)為I時,求每秒鐘到達(dá)B板的電子個數(shù)N。（2）在A、B板之間接如圖乙所示電壓U時靈敏電流計示數(shù)為零，求光電子離開A板時，光電子的物質(zhì)波波長的最小值?！久麕熃馕觥?1)每秒鐘到達(dá)B板的電子個數(shù)為N,電荷量為Q=Ne根據(jù)電流的定義式得I=Q/t其中t=1s可得N=I/e(2)以具有最大動能的電子為研究對象,當(dāng)其速度減小到0時,電子恰好運(yùn)動到接近B板,設(shè)其最大動能為Ekm;根據(jù)動能定理得-eU=0-Ekm，Ekm=SKIPIF1<0，λ=h/p解得λ=SKIPIF1<09.（2024湖南長沙一中質(zhì)檢）如圖所示，圖甲為氫原子能級圖，大量處于SKIPIF1<0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.用能量為SKIPIF1<0的光子照射，可使處于基態(tài)的氫原子電離B.陰極K金屬的逸出功為SKIPIF1<0C.光電子最大初動能與入射光的頻率成正比D.一個處于SKIPIF1<0能級的氫原子向基態(tài)躍遷時，能放出3種不同頻率的光【參考答案】B【名師解析】根據(jù)電離條件可知，要使處于基態(tài)的氫原子電離，需用能量大于或等于13.6eV的子照射，則用能量為SKIPIF1<0的光子照射，不可使處于基態(tài)的氫原子電離，故A錯誤；大量處于SKIPIF1<0能級的氫原子向基態(tài)躍遷時，發(fā)出頻率最高的光子對應(yīng)SKIPIF1<0到SKIPIF1<0的躍遷，頻率最高光子的能量為SKIPIF1<0由圖丙可得輻射光電子的最大初動能為SKIPIF1<0故陰極K金屬的逸出功為SKIPIF1<0故B正確；由愛因斯坦光電效應(yīng)方程SKIPIF1<0可知光電子最大初動能與入射光的頻率成一次函數(shù)關(guān)系，但不是成正比，故C錯誤；根據(jù)SKIPIF1<0可知大量處于SKIPIF1<0能級的氫原子向基態(tài)躍遷時共3種頻率的光，而一個處于SKIPIF1<0能級的氫原子向基態(tài)躍遷時，最多只能放出2種不同頻率的光，故D錯誤。10..（2023西南大學(xué)附中高考適應(yīng)性考試）如圖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，下列說法正確的是（）A.該金屬的逸出功為0.5eV B.該金屬的極限頻率為5.50×1014HzC.根據(jù)該圖像能求出普朗克常量 D.根據(jù)該圖像能求出電子的電荷量【參考答案】C【名師解析】根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W，Ek-ν圖象的橫軸的截距大小等于極限頻率，由圖知該金屬的極限頻率為4.3×1014

Hz，故B錯誤。由Ek=hν-W，得知該圖線的斜率表示普朗克常量h，則SKIPIF1<0故C正確。當(dāng)Ek=hν-W=0時，逸出功為W=hν0=6.67×10-34×4.3×1014J=2.88×10-19J≈1.79eV，故A錯誤。根據(jù)該圖像不能求出電子的電荷量，選項D錯誤。11..(2023湖南名校5月質(zhì)檢)氫原子能級如圖甲所示，一群處于n＝5能級的氫原子，向低能級躍遷時發(fā)出多種光，分別用這些光照射圖乙電路的陰極K，其中3條光電流I隨電壓U變化的圖線如圖丙所示，已知可見光的光子能量范圍約為1.62eV到3.11eV之間。則（）A.氫原子從n＝5能級向低能級躍遷時能輻射出10種頻率的可見光B.圖乙中當(dāng)滑片P從a端移向b端過程中，光電流I有可能先增大后不變C.若圖丙中3條線均為可見光照射陰極得到，一個處于第一激發(fā)態(tài)的氫原子被1.99eV的電子撞擊后可以發(fā)出c光D.若圖丙中3條線均為可見光照射陰極得到，則a光是氫原子從n＝5的能級向n＝2的能級躍遷時輻射出的【參考答案】BCD【名師解析】.氫原子從n=5能級向低能級躍遷時能輻射出SKIPIF1<0=10種頻率的光，其中只有從n=5能級躍遷到n=2能級、n=4能級躍遷到n=2能級及n=3能級躍遷到n=2能級發(fā)出的光為可見光，故A錯誤；.由圖乙可知，當(dāng)滑片P從a端移向b端過程中，從a到c電壓負(fù)向減小，從c到b電壓正向增大，所以光電流I增大，當(dāng)所有的光電子都能到達(dá)A極板時，滑片移動光電流不再增大，故當(dāng)滑片P從a端移向b端過程中，光電流I可能先增大后不變，故B正確；.由圖丙可知c光的遏止電壓最小，由SKIPIF1<0可知c光的能量最小，一個處于第一激發(fā)態(tài)的氫原子被1.99eV的電子撞擊后可以躍遷到n=3能級，向下躍遷時刻發(fā)出c光，故C正確；.由圖丙可知a光遏止電壓最大，由SKIPIF1<0可知a光的能量最大，在一群處于n=5能級的氫原子，向低能級躍遷時發(fā)出的可見光中從n=5能級向n=2能級躍遷的輻射的光電子能量最大，故D正確。12.（2023浙江杭州學(xué)軍中學(xué)質(zhì)檢）如圖1、2、3所示為與光電效應(yīng)相關(guān)的三幅圖，圖3為a、b、c三種單色光分別照射金屬K時得到的光電流I與光電管兩端電壓U的關(guān)系圖線。下列說法正確的是（）A.光電效應(yīng)是愛因斯坦最早在實驗中發(fā)現(xiàn)，并用光子說成功加以解釋B.圖2中，若僅將電源極性對調(diào)，則電流表一定無示數(shù)C.圖2中，若電流表無示數(shù)，說明金屬K受光照時一定沒有發(fā)生光電效應(yīng)D.根據(jù)圖3可知，b光的光子動量一定大于c光的光子動量【參考答案】CD【名師解析】赫茲最早發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)，故A錯誤；圖2中，若僅將電源正負(fù)極性對調(diào)，如果光電子的最大初動能大于電場力做功，光電子仍可以到達(dá)A板，電路中有電流，電流表有示數(shù)，如果光電子的最大初動能小于電場力做功，則電路中沒有電流，電流表沒有示數(shù)，故B錯誤；圖2中，如果發(fā)生光電效應(yīng)，光電子在電場力作用下向左運(yùn)動，電路中有電流，電流表有示數(shù)，如果電流表沒有示數(shù)，說明沒有發(fā)生光電效應(yīng)，故C正確；圖3中，光電流恰為零，此時光電管兩端加的電壓為截止電壓，對應(yīng)的光的頻率為截止頻率，根據(jù)SKIPIF1<0可知入射光的頻率越高，對應(yīng)的截止電壓SKIPIF1<0越大，由圖丙所示可知，a、c截止電壓相等，a、c為同一頻率的單色光，b的截止電壓大，b的截止頻率大，b的波長λ小，光的動量SKIPIF1<0波長越小光子動量越大，由此可知，b光子的動量大于c光子的動量，故D正確。。13.（2023年廣東廣州一模）