2023年高三物理二輪練習(xí)34 有關(guān)光電效應(yīng)、比結(jié)合能的圖像問題（解析版）

2023年高三物理二輪高頻考點沖刺突破

專題34有關(guān)光電效應(yīng)、比結(jié)合能的圖像問題

專練目標(biāo)專練內(nèi)容

目標(biāo)1高考真題（IT—4T）

目標(biāo)2光電流LU圖像（5T—8T）

目標(biāo)3最大初動能Eli-υ圖像（9T—12T）

目標(biāo)4遏止電壓Uc-υ圖像（13T—16T）

目標(biāo)5比結(jié)合能圖像（17T—20T）

【典例專練】

一、高考真題

1.如圖是密立根于1916年發(fā)表的鈉金屬光電效應(yīng)的遏止電壓α與入射光頻率Y的實驗曲線，該實驗直接

證明了愛因斯坦光電效應(yīng)方程，并且第一次利用光電效應(yīng)實驗測定了普朗克常量心由圖像可知（）

A.鈉的逸出功為/匕B.鈉的截止頻率為8.5xl0∣4HZ

C.圖中直線的斜率為普朗克常量/7D.遏止電壓S與入射光頻率U成正比

【答案】A

【詳解】A.根據(jù)遏止電壓與最大初動能的關(guān)系有e4=EkM根據(jù)電效應(yīng)方程有EkM=

當(dāng)結(jié)合圖像可知，當(dāng)“為。時，解得%=〃匕，A正確；

B.鈉的截止頻率為，，根據(jù)圖像可知，截止頻率小于8.5xl0"Hz,B錯誤；

c.結(jié)合遏止電壓與光電效應(yīng)方程可解得&=白丫-"可知，圖中直線的斜率表示2,C錯誤；

eee

D.根據(jù)遏止電壓與入射光的頻率關(guān)系式可知，遏止電壓a與入射光頻率U成線性關(guān)系，不是成正比，D錯

誤。故選A。

2.如圖所示，分別用1、2兩種材料作K極進(jìn)行光電效應(yīng)探究，其截止頻率匕<匕，保持入射光不變，則光

電子到達(dá)N極時動能的最大值&,“隨電壓U變化關(guān)系的圖像是（）

【答案】C

【詳解】光電管所加電壓為正向電壓，則根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知光電子到達(dá)/極時動能的最大值

&?=*+時-〃％#可知&-U圖像的斜率相同，均為e：截止頻率越大，則圖像在縱軸匕的截距越小，因

V,<V2,則圖像C正確，ABD錯誤。故選C。

3.研究光電效應(yīng)電路如圖所示。用頻率相同、強度不同的光分別照射密封真空管的鈉極板（陰極K）,鈉極

板發(fā)射出的光電子被陽極A吸收，在電路中形成光電流。下列光電流/與A、K之間的電壓UAK的關(guān)系圖象

中，正確的是.

光束

B.

強光

弱光D.

OUAK

【答案】C

【詳解】遏止電壓不會隨光的強弱而變化，光的強弱會影響飽和電流的大小，光照越強，飽和電流越大;

故C正確，ABD錯誤。

故選Co

4.對于鈉和鈣兩種金屬，其遏止電壓S與入射光頻率V的關(guān)系如圖所示.用h、e分別表示普朗克常量和

電子電荷量，則（）

A.鈉的逸出功小于鈣的逸出功

B.圖中直線的斜率為4

e

C.在得到這兩條直線時，必須保證入射光的光強相同

D.若這兩種金屬產(chǎn)生的光電子具有相同的最大初動能，則照射到鈉的光頻率較高

【答案】AB

【詳解】根據(jù)Qe=%選出功，即t∕c=Δv-?L,則由圖像可知鈉的逸出功小于鈣的逸出功，

2ee

選項A正確；圖中直線的斜率為2,選項B正確；在得到這兩條直線時，與入射光的強度無關(guān)，選項C錯

e

誤；根據(jù)町若這兩種金屬產(chǎn)生的光電子具有相同的最大初動能，則照射到鈉的光頻率較

Tmd=SI11M,

低，選項D錯誤.

二、光電流I-U圖像

5.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所示。下

列說法不正確的是（）

nE/eV

OO----------------0

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

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

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

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

甲

A.光電管陰極K金屬材料的逸出功為5.75eV

B.這些氫原子躍遷時共發(fā)出6種頻率的光

C.若調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片能使光電流為零，則可判斷圖乙中電源右側(cè)為正極

D.氫原子從〃=4能級躍遷到〃=2能級時，氫原子能量減小，核外電子動能增加

【答案】C

【詳解】A.由圖甲可知光子的能量為E=-0.85eV-(T3.6eV)=?2.75eV由圖內(nèi)可知遏止電壓為7V,所以光

電子的初動能為Elt=eU=7eV所以金屬材料的逸出功為力=E-Ek=5.75eV故A止確，不符合題意；

B.這些氫原子躍遷時共發(fā)出C：=6種頻率的光，故B正確，不符合題意；

C.光電子由陰極K向?qū)γ娴臉O板運動，形成的電流在圖乙中從右向左流動，要阻止該電流，需要施加反向

電壓，即電源左側(cè)應(yīng)該為正極，故C錯誤，符合題意；

D.氫原子從〃=4能級躍遷到〃=2能級時，氫原子能量減小，庫侖力做正功，核外電子動能增加，故D正

確，不符合題意。故選C。

6.某同學(xué)利用圖甲所示的電路圖研究光電效應(yīng)，他先后用三種不同的光進(jìn)行實驗，得到圖乙的結(jié)果，其中

橫軸為電壓表的測量值，縱軸為電流表的測量值。下列說法正確的是()

A.測量遏止電壓時開關(guān)應(yīng)接6B.通過電流表的電流是由C到"

C.光線3的頻率最低D.光線3照射陰極單位時間發(fā)射的光電子數(shù)最少

【答案】D

【詳解】A.由于電子從K極發(fā)射，測量遏止電壓時，K極應(yīng)與電源的正極連接，A錯誤：

B.電子從K到A,電流的方向與電子運動的方向相反，因此通過電流表的電流是由，/到c,B錯誤；

C.由圖乙可知，光線3照射到金屬時，光電子的遏止電壓最大，即電子的最大初動能以最大，根據(jù)光電效

應(yīng)方程的-力=Ek可知光線3的頻率最高，C錯誤；

D.由圖乙可知，光線3照射到金屬上時，飽和電流最小，因此單位時間發(fā)射的光電子數(shù)最少，D正確。

故選D。

7.如圖為b、C三種光在同一光電效應(yīng)裝置中測的光電流和電壓的關(guān)系.由。、6、C組成的復(fù)色光通

過三棱鏡時，下述光路圖中正確的是（）

【答案】C

hvW

【詳解】由光電效應(yīng)的方程E*=加-%，動能定理eU=&,兩式聯(lián)立可得U=U-一，故截止電壓越大說

ee

明光的頻率越大，則有三種光的頻率%＞匕＞匕，則可知三種光的折射率的關(guān)系為%因此光穿過

三棱鏡時b光偏折最大，c光次之，a光最小，故選C,ABD錯誤.

8.用氫原子由〃八〃能級躍遷到基態(tài)釋放的光子，分別照射同一光電管時，測得的光電流與電壓的關(guān)系圖

像如圖中1、2兩條曲線所示，己知〃?、〃能級對應(yīng)的原子能量分別為EQE11,電子電荷量的絕對值為e,

則下列說法正確的是()

?2

2-。1OU

A.Em一定大于En

B.1、2兩種情況下單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)之比為

C.1、2兩種情況下產(chǎn)生的光電子最大初動能之比為a：&

D.氫原子吸收能量為e(4-a)的光子可由m能級躍遷到〃能級

【答案】CD

【詳解】A.因為圖線2對應(yīng)的截止電壓大，可逸出光電子的最大初動能較大，射到光電管的光子能量較大,

則”能級對應(yīng)的原子能量較大，即Em一定小于En,選項A錯誤；

B.因在。=O的情況下逸出的光電子不一定都能到達(dá)陽極形成光電流，可知1、2兩種情況下單位時間內(nèi)逸

出的光電子數(shù)之比為不等于，：A，選項B錯誤；

C.根據(jù)el/,.=；加就可知，1、2兩種情況下產(chǎn)生的光電子最大初動能之比為G：02,選項C正確；

D.因Ertl-EI=牝=；mv^+Wu=eUl+%同理En-EI=hv2=∣wv^12+lV0=eU2+lV0∏J^En-Em^e(U2-U^

即氫原子吸收能量為e(5-α)的光子可由用能級躍遷到〃能級，選項D正確。故選CD。

三、最大初動能Ek-I)圖像

9.用如圖甲所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象。閉合開關(guān)S,用頻率為〃的光照射光電管時發(fā)生了光電效應(yīng)。

圖乙是該光電管發(fā)生光電效應(yīng)時光電子的最大初動能Ek與入射光頻率卜的關(guān)系圖象，圖線與橫軸的交點坐

標(biāo)為QO),與縱軸的交點坐標(biāo)為(0,4),下列說法中正確的是()

A.普朗克常量為〃=一

a

B.斷開開關(guān)S后，電流表G的示數(shù)不為零

C.僅增加照射光的強度，光電子的最大初動能將增大

D.保持照射光強度不變，僅提高照射光頻率，電流表G的示數(shù)保持不變

【答案】B

【詳解】A.根據(jù)ElM=6-%得，縱軸截距的絕對值等于金屬的逸出功，等于6,當(dāng)最大初動能為零時，入射

光的頻率等于截止頻率，所以金屬的截止頻率為山尸”,那么普朗克常量為〃=2故A錯誤；

a

B.電鍵S斷開后，因光電效應(yīng)現(xiàn)象中，光電子存在最大初動能，因此電流表G的示數(shù)不為零，故B正確；

C.根據(jù)光電效應(yīng)方程可知，入射光的頻率與最大初動能有關(guān)，與光的強度無關(guān)，故C錯誤；

D.若保持照射光強度不變，僅提高照射光頻率，則光子數(shù)目減小，單位時間通過電流表的電荷量減小，故電

流表G的示數(shù)會變小，故D錯誤。故選B。

10.用不同頻率的紫外線分別照射鋁和鋅的表面而產(chǎn)生光電效應(yīng)，可得到光電子的最大初動能耳隨入射光

頻率口變化的《一u圖像。已知鋁的逸出功是3.28eV,鋅的逸出功是3.34eV,若將二者的圖線畫在同一個

與一u坐標(biāo)系中，用實線表示鴇、虛線表示鋅，則下列正確反映這一過程的圖是（）

【詳解】依據(jù)光電效應(yīng)方程瓦=加一%可知，耳一u圖線的斜率代表普朗克常量萬，因此鐺和鋅的縣一丫圖

線應(yīng)該平行：圖線的橫軸截距代表截止頻率%,而%=乎因此鋁的截止頻率小些，綜上所述，A正確，BCD

h

錯誤。故選A。

11.實驗得到金屬鈣的光電子的最大初動能及與入射光頻率V的關(guān)系如圖所示。下表中列出了幾種金屬的截

止頻率和逸出功，參照下表可以確定的是（）

金屬鴿鈣鈉

截止頻率為/（xlO"Hz）10.957.735.53

逸出功W"eV4.543.202.29

A.如用金屬鴇做實驗得到的V圖線也是一條直線，其斜率比圖中直線的斜率大

B.三種金屬原子的動能相同，金屬鴇原子的德布羅意波長最大

C.如用金屬鴇做實驗，當(dāng)入射光的頻率vV之時，可能會有光電子逸出

D.如用金屬鈉做實驗得到的反一丫圖線也是一條直線，設(shè)其延長線與縱軸交點的坐標(biāo)為（0,-?）,則以2

＜Ekl

【答案】D

【詳解】A.由光電效應(yīng)方程：EknI=和-匕=和-4%可知，Ekm-V圖線的斜率表示普朗克常量，橫軸截距

表示最大初動能為零時的入射光頻率，此時的頻率等于金屬的極限頻率，也可能知道極限波長，根據(jù)％=牝

可求出逸出功.普朗克常量與金屬的性質(zhì)、與光子的最大初動能、入射光的頻率無關(guān)，如用金屬鴇做實驗得

到的Ekm-U圖線也是一條直線，其斜率與圖中直線的斜率相等，故A錯誤；

L____h

B.德布羅意波長為彳=,乂P="7V=√^面解得2=石濟動能相等，鴇的質(zhì)量m最大，則鴿的德布羅意

波長最小，選項B錯誤；

C.如用金屬鴇做實驗，當(dāng)入射光的頻率丫＜%時，不可能會有光電子逸出，故C錯誤：

D.如用金屬鈉做實驗得到的Ekin-U圖線也是一條直線，設(shè)其延長線與縱軸交點的坐標(biāo)為（0,-Ek2）,由

于鈉的逸出功小于鈣的逸出功，則々2＜紇一故D正確。故選D。

12.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線如圖，普朗克常量

A=6.63×10-34JS-電子電荷量e=1.6χlθ",由圖可知（）

A.該金屬的截止頻率為4.27x10“HZ

B.該金屬的截止頻率為5.5xl0∣4HZ

C.該圖線的斜率表示普朗克常量

D.該金屬的逸出功約為1.77eV

【答案】ACD

【詳解】AB.由光電效應(yīng)方程Ek=加-%可知圖線的橫截距表示該金屬的截止頻率，則匕=4?27xlO∣4Hz故

A正確，B錯誤；

C.由光電效應(yīng)方程Ek=江-%可知，該圖線的斜率表示普朗克常量，故C正確；

D.該金屬的逸出功％=牝=6-63xl；；j*7χlO,ev≈i.77eV故D正確。故選ACD.

四、遏止電壓UC-I）圖像

13.從1907年起，美國物理學(xué)家密立根就開始以精湛的技術(shù)測量光電效應(yīng)中幾個重要的物理量。他通過如

圖甲所示的實驗裝置測量某金屬的遏止電壓上與入射光頻率u,作出圖乙所示的（-丫圖象，由此算出普

朗克常量/7,并與普朗克根據(jù)黑體輻射測出的〃相比較，以檢驗愛因斯坦光電效應(yīng)方程的正確性。已知電子

的電荷量為e,則下列普朗克常量〃的表達(dá)式正確的是（）

AJO

%一匕

C二匕一

e(UiJ

【答案】A

hW

【詳解】根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=加-%及動能定理eq=耳，得q∕~tι

所以圖象的斜率左=%ξ%=";4=也二④故選A。

匕一匕ev2-vl

14.12.美國物理學(xué)家密立根利用圖甲所示的電路研究金屬的遏止電壓UC與入射光頻率U的關(guān)系，描繪出

圖乙中的圖象，由此算出普朗克常量〃電子電量用e表示，下列說法正確的是（）

光NJy?√v

T光木耳^^?

,l——?——γ

/I叫Z

NI

甲乙

A.入射光的頻率增大，為了測遏止電壓，則滑動變阻器的滑片P應(yīng)向M端移動

B.增大入射光的強度，光電子的最大初動能也增大

C.由UCw圖象可求普朗克常量表達(dá)式為〃="■

匕-匕

D.當(dāng)電流表A中存在電流時，電流的方向通過電流表向上

【答案】C

【詳解】A.入射光的頻率增大，出射光電子的初動能增大，為了測遏止電壓，則滑動變阻器的滑片P應(yīng)向

N端移動，才能使加在光電管上的反向電壓增大，A錯誤;

B.根據(jù)光電效應(yīng)方程〃匕-沙=紇①可知，光電子的最大初動能只與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強度

無關(guān)，因此增大入射光的強度，光電子的最大初動能不變，B錯誤;

Ue

C.根據(jù)動能定理4=Ge②而逸出功匹=/?匕③由①②③聯(lián)立可得〃=士，C正確;

IC

D.由于從金屬板內(nèi)逸出的是電子，因此當(dāng)回路有電流時，電流方向通過電流表向下流動，D錯誤。

故選Co

15.科學(xué)探究小組使用如圖甲所示的電路圖研究光電效應(yīng)，圖乙為光電管發(fā)生光電效應(yīng)時遏止電壓。與入

射光頻率V的關(guān)系圖像，已知光電子的電荷為e。下列說法正確的是（)

A.單刀雙擲開關(guān)S空擲時，即使能發(fā)生光電效應(yīng)，電流傳感器的示數(shù)仍然為零

B.為得到圖乙的圖像，單刀雙擲開關(guān)S應(yīng)擲于1處

C.光電管中金屬材料的逸出功為改

D.普朗克常量〃

b

【答案】C

【詳解】A.單刀雙擲開關(guān)S空擲時，光電管兩端無電壓，則若能發(fā)生光電效應(yīng)，光電子也能從K極到達(dá)A

極形成光電流，即電流傳感器的示數(shù)不為零，選項A錯誤；

B.若單刀雙擲開關(guān)S擲于1,則光電管兩端的電壓為正向電壓，不會得到圖乙的圖像，選項B錯誤；

CD.根據(jù)Qe=（機片=*-%wa可得q=4l∕-??i由圖像可知4=：；?‰l=α即光電管中金屬材料

2eeebe

的逸出功為紇出動=四普朗克常量〃=華選項C正確，D錯誤。故選C。

O

16.如圖是某金屬光電效應(yīng)的遏止電壓人.與入射光頻率V的實驗圖線。已知電子的電荷量，由此圖像和愛

因斯坦光電效應(yīng)方程可知（）

A.該金屬的逸出功

B.該金屬的逸出功與入射光頻率無關(guān)

C.圖中直線的斜率為普朗克常量

D.遏止電壓Uc與入射光頻率V成正比

【答案】AB

【詳解】B.該金屬的逸出功由金屬自身決定，與入射光頻率無關(guān)，故B正確；

C.由eUc=Ak匕可得UC=”圖中直線的斜率為左=白故C錯誤；

eee

hW

D.由UC=與-區(qū)可知

ee

止電壓UC與入射光頻率V成一次函數(shù)關(guān)系，不是正比關(guān)系，故D錯誤；

A.當(dāng)UC=O時，可得該金屬的逸出功%=牝=屜此時讀圖可知八4.25xlOMHz故可求出該金屬的逸出功,

故A正確。故選AB。

五、比結(jié)合能圖像

17.原子核的比結(jié)合能曲線如圖所示，根據(jù)該曲線，下列判斷中正確的有（)

A.；He核的結(jié)合能約為14MeV

B.；He核比；Li核結(jié)合能大

C.兩個;H核結(jié)合成；He核時釋放能量

D.腎U核中核子的平均結(jié)合能比叫Kr核中的大

【答案】C

【詳解】A.根據(jù)圖像可知；He核的比結(jié)合能約為7MeV,所以結(jié)合能約為4χ7MeV=28MeV,A錯誤；

B.由題圖可知;Li核的比結(jié)合能約為5.5MeV,所以結(jié)合能約為6χ5.5MeV=33MeV貝叱He核比;Li核結(jié)合能

小，B錯誤；

C.兩個；H核結(jié)合成；He核時，生成物的總結(jié)合能大于反應(yīng)物的總結(jié)合能，所以會釋放能量，C正確；

D.由題圖可知室U核中核子的平均結(jié)合能比MKr核中的小，D錯誤。故選C.

18.如圖是原子核的比結(jié)合能與質(zhì)量數(shù)的關(guān)系圖像，通過該圖像可以得出一些原子核的比結(jié)合能，如［C的

核子比結(jié)合能約為7.6MeV,；He的核子比結(jié)合能約為7Mev,根據(jù)該圖像判斷，下到說法正確的是（）

A.隨著原子質(zhì)量數(shù)的增加，原子核的比結(jié)合能增大

B.；：Fe核的結(jié)合能最大

C.把［0分成8個質(zhì)子和8個中子，會發(fā)生質(zhì)量虧損

D.3個;He核結(jié)合成1個黑核，釋