物理大二輪高考復(fù)習(xí)練習(xí)（二十四） 光電效應(yīng)和能級躍遷

微課精練（二十四）光電效應(yīng)和能級躍遷

1.He+、Li2+等離子具有與氫原子類似的原子結(jié)構(gòu)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(shí)（）

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(chǎn)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(nèi)+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(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置。某同學(xué)選用

甲、乙兩種單色光做光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)光電流與電壓的關(guān)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(qiáng)度小于乙光的強(qiáng)度

C.甲、乙光分別照射陰極K時(shí)，光電子逸出時(shí)最大初動(dòng)能不同

D.由圖2可知，甲光照射時(shí)光電子的最大初動(dòng)能大于乙光照射時(shí)光電子的最大初動(dòng)能

解析：選A根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程有：Ekm=Av-W0,根據(jù)動(dòng)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(qiáng)度越強(qiáng)，則光電子數(shù)目越多，對應(yīng)的光電流越大，即可判斷甲光的強(qiáng)度較大，故B

錯(cuò)誤；根據(jù)e"=Ekm,遏止電壓相同，則光電子的最大初動(dòng)能相同，故C、D錯(cuò)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(shí)，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(shí)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(shí)產(chǎn)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(cuò)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(cuò)誤。

4.圖甲是光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)電路圖，圖乙為某次光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)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(guān)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(dāng)電壓表增大到一定數(shù)值時(shí)，電流計(jì)將達(dá)到飽和電流

C.只要光的光照強(qiáng)度相同，光電子的最大初動(dòng)能就一定相同

D.入射光的頻率V不同，光照強(qiáng)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(guān)，與入射光的頻率無關(guān)，由Ekm=Av-Wo可知，入

射光的頻率不同，電子的最大初動(dòng)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(cuò)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(dāng)電壓表增大到一定數(shù)值時(shí)，電流計(jì)示數(shù)將為（），B錯(cuò)誤；由愛因斯坦光電效應(yīng)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(dòng)能不同，最大初動(dòng)能與光

照強(qiáng)度無關(guān)，C錯(cuò)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(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，實(shí)驗(yàn)中測得光電子的最大初動(dòng)

能Ek與入射光頻率V的關(guān)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(shí)，電源的極性相反

B.增大照射光的強(qiáng)度，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能一定增大

C.入射光的頻率為3%時(shí)，逸出的光電子的最大初動(dòng)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(shí)才會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)

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(yīng)方程可知，Ekm=Av-Wo,最大初動(dòng)能與入

射光的頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，故B錯(cuò)誤；根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)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(dāng)入射光的頻率為3vc

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

S根據(jù)光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件可知，波長小于三的光照射該金屬時(shí)才會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，故D

VVc

錯(cuò)誤。

6.(多選)如圖甲是用于研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，圖乙是氫原子的能級結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)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(shí)發(fā)出的某種光照射圖甲實(shí)驗(yàn)裝置的陰極時(shí)，

電流表示數(shù)不為零，慢慢移動(dòng)滑動(dòng)變阻器觸點(diǎn)c,發(fā)現(xiàn)電壓表讀數(shù)大于等于0?8V時(shí)，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(dòng)變阻器觸點(diǎn)C應(yīng)該向“側(cè)慢慢移動(dòng)，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(yīng)

D.用不同頻率的光子照射該實(shí)驗(yàn)裝置，記錄電流表讀數(shù)恰好為零時(shí)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(dāng)電

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

程ZiLWo=Ekm,Ekm=eUc,可知，該材料的逸出功Wo=L75eV,A錯(cuò)誤；滑動(dòng)變阻器觸

點(diǎn)C慢慢向“端移動(dòng)，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(yīng)，C錯(cuò)誤；根據(jù)光電效應(yīng)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(diào)研）某學(xué)?？萍蓟顒?dòng)小組設(shè)計(jì)了一個(gè)光電煙霧探測器（如圖甲），當(dāng)有

煙霧進(jìn)入探測器時(shí)（如圖乙），來自光源S的光會(huì)被煙霧散射進(jìn)入光電管C,當(dāng)光射到光電管

中的鈉表面時(shí)會(huì)產(chǎn)生光電流，當(dāng)光電流大于IOFA時(shí)，便會(huì)觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)報(bào)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(yīng)，那么光源的光變強(qiáng)時(shí)，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(yīng)是因?yàn)楣獍l(fā)生了全反射現(xiàn)象

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

解析：選D根據(jù)逸出功和極限頻率的關(guān)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(cuò)誤；光源S發(fā)出的光波能使光電管發(fā)生光電效應(yīng)，那么光源越強(qiáng)，被煙

霧散射進(jìn)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(cuò)誤；光束遇到煙霧發(fā)生散射，是一種反射現(xiàn)象，故C錯(cuò)誤；光電流等于IOFA時(shí)，每秒

〃]0-8X?

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

e1.0^IU

8.某實(shí)驗(yàn)小組要測量金屬鋁的逸出功，經(jīng)討論設(shè)計(jì)出如圖所示實(shí)

驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)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(gè)裝置處于垂直紙

面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)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(dòng)，發(fā)現(xiàn)熒光板與鋁板距離為d時(shí)，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(zhì)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(dòng)能為嚶^

C.將熒光板繼續(xù)向下移動(dòng)，移動(dòng)過程中熒光板上的輝光強(qiáng)度可能保持不變

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

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

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

ci/Otnz

2

?A正確，B錯(cuò)誤；將熒光板繼續(xù)向下移動(dòng)，則達(dá)到熒光板的光電子會(huì)增加，則移

-?OI7Jl,

動(dòng)過程中熒光板上的輝光強(qiáng)度要增加，C錯(cuò)誤；增大入射光波長，則光電子最大初動(dòng)能減小，

則光電子在磁場中運(yùn)動(dòng)的最大半徑減小，則達(dá)到熒光板上的光電子數(shù)減小，則板上的輝光強(qiáng)

度不一定增強(qiáng)，D錯(cuò)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(shí)，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(shí)，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(dòng)能為6eV,金屬的逸出功為6.75eV

B.氫原子躍遷時(shí)共發(fā)出4種頻率的光

C.