專題76 光電效應(yīng)、波爾理論-2025版高三物理一輪復(fù)習(xí)多維度導(dǎo)學(xué)與分層專練

2025屆高三物理一輪復(fù)習(xí)多維度導(dǎo)學(xué)與分層專練專題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)入射光強度與光子能量：入射光強度指單位時間內(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，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?】用如圖所示的光電管研究光電效應(yīng)的實驗中，用某種頻率的單色光照射光電管陰極K，電流計G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。該單色光的波長為，金屬的極限波長為，普朗克常量和真空中光速分別用h和c表示，那么下列說法正確的有（）A．光電子的最大初動能為B．C．波長超過的光都不能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)D．波長超過的光都能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)【答案】A【詳解】A．根據(jù)光電效應(yīng)方程又光電子的最大初動能為故A正確；B．用某種頻率的單色光照射光電管陰極K，電流計G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。該單色光的波長為，金屬的極限波長為，則故B錯誤；C．波長超過，小于的光能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，故C錯誤；D．金屬的極限波長為，波長超過的光都不能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，故D錯誤。故選A。【例2】某同學(xué)用如圖所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，開始時，滑動變阻器滑片c移在最右端b點。用光子能量為的光照射到光電管上，此時電流表G有讀數(shù)。向左移動變阻器的觸點c，當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于1.5V時，電流表讀數(shù)為0，則以下說法正確的是（

）A．光電子最大初動能為B．光電管陰極的逸出功為C．當(dāng)電流表示數(shù)為零時，斷開電鍵，電流表示數(shù)不再為零D．將電源的正負(fù)極調(diào)換，變阻器滑片從b移到a，電流表的示數(shù)一直增大【答案】BC【詳解】AB．根據(jù)題意有遏止電壓則光電子的最大初動能根據(jù)愛因斯坦光電方程故A錯誤，B正確；C．當(dāng)電流表示數(shù)為零時，斷開電鍵，這時沒有反向遏止電壓，電流表示數(shù)不為零，故C正確；D．將電源的正負(fù)極調(diào)換，變阻器滑片從b移到a，當(dāng)光電流達(dá)到飽和電流后，電流表的示數(shù)就不再變，故D錯誤。故選BC。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】某同學(xué)在研究某金屬的光電效應(yīng)現(xiàn)象時，發(fā)現(xiàn)該金屬逸出光電子的最大初動能與入射光頻率的關(guān)系如圖所示。若圖線在橫、縱坐標(biāo)軸上的截距分別為和，已知電子所帶電荷量為，由圖線可以得到（）A．該金屬的逸出功為零B．普朗克常量為，單位為·C．當(dāng)入射光的頻率為時，逸出光電子的最大初動能為D．當(dāng)入射光的頻率為時，遏止電壓為【答案】D【詳解】AB.根據(jù)光電效應(yīng)方程由圖像知解得金屬的逸出功為普朗克常量為單位為J/Hz，故AB錯誤；C．由圖像知當(dāng)入射光的頻率為時，逸出光電子的最大初動能為故C錯誤；D．當(dāng)入射光的頻率為時，逸出光電子的最大初動能為根據(jù)遏止電壓為故D正確。故選D。【例4】從1907年起，密立根就開始測量金屬的遏止電壓與入射光的頻率的關(guān)系，由此算出普朗克常量h，并與普朗克根據(jù)黑體輻射得出的h相比較，以檢驗愛因斯坦光電效應(yīng)方程的正確性。按照密立根的方法我們利用圖1所示的裝置進(jìn)行實驗，得到了某金屬的圖像如圖2所示。下列說法正確的是（）A．該金屬的截止頻率約為4.32×1014Hz B．該金屬的截止頻率約為5.50×1014HzC．該圖像的斜率為普朗克常量 D．這種金屬的逸出功約為1.83eV【答案】AD【詳解】C．設(shè)金屬的逸出功為，截止頻率為，金屬逸出功光電子的最大初動能與遏止電壓的關(guān)系是光電效應(yīng)方程為聯(lián)立兩式可得因此圖像的斜率為，C錯誤；AB．當(dāng)可解得即金屬的截止頻率約為，在誤差允許范圍內(nèi)，故A正確，B錯誤；D．由圖可知金屬的逸出功聯(lián)立解得故D正確。故選AD?！纠?】用同一光電管研究a、b兩種單色光產(chǎn)生的光電效應(yīng)，得到光電流I與光電管兩極所加電壓U的關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是（

）A．兩種光在光電管內(nèi)的波長關(guān)系為λa>λbB．照射該光電管時a光使其逸出的光電子最大初動能大C．實驗中a光的強度大于b光D．a(chǎn)光光子能量大于b光光子能量【答案】C【詳解】ABD．兩單色光的遏止電壓相等，可知產(chǎn)生光電子的最大初動能相等，根據(jù)光電效應(yīng)方程UCe=Ekm＝h－W0可知，逸出功相等，則光子能量相等，波長相等，故ABD項均錯誤。C．根據(jù)圖像可知a光對應(yīng)的飽和電流大于b光對應(yīng)的飽和電流，故a光的強度大于b光，故C項正確。故選C?！纠?】圖甲是研究光電效應(yīng)的電路圖，圖乙是光電流與電壓的關(guān)系。根據(jù)圖甲和圖乙中提供的信息，下列說法正確的是（）A．a(chǎn)光的光照強度等于c光的光照強度B．a(chǎn)光的光照強度小于b光的光照強度C．a(chǎn)光的頻率小于c光的頻率D．a(chǎn)光的頻率大于b光的頻率【答案】C【詳解】CD．根據(jù)，可得入射光的頻率越高，對應(yīng)的遏止電壓Uc越大，由圖像可知a光、b光的遏止電壓相等，且小于c光的遏止電壓，所以三種色光的頻率關(guān)系為故C正確，D錯誤；A．a(chǎn)光的頻率小于c光的頻率，在相同電路下，a光發(fā)生光電效應(yīng)對應(yīng)的飽和電流大于c光對應(yīng)的飽和電流，說明a光的光照強度大于c光的光照強度，故A錯誤；B．a(chǎn)光、b光的頻率相等，在相同電路下，a光發(fā)生光電效應(yīng)對應(yīng)的飽和電流大于b光對應(yīng)的飽和電流，說明a光的光照強度大于b光的光照強度，故B錯誤。故選C。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：。【例7】在自然界中，一切溫度高于絕對零度的物體都在不停地向周圍空間發(fā)出紅外線輻射能量。物體的紅外線輻射能量的大小及其按波長的分布特點與它的表面溫度有著十分密切的關(guān)系。因此，通過對物體自身輻射的紅外線能量的測量，便能準(zhǔn)確地測定它的表面溫度，這就是紅外測溫儀（只捕捉紅外線光子）所依據(jù)的客觀基礎(chǔ)。如圖為氫原子能級示意圖，已知紅外線單個光子能量的最大值為1.62eV，要使氫原子輻射出的光子可被紅外測溫儀捕捉，最少應(yīng)給處于基態(tài)的氫原子提供的能量為（）A．10.20eV B．12.09eV C．2.55eV D．12.75eV【答案】D【詳解】給處于基態(tài)的氫原子提供能量，若使其躍遷到n=4的激發(fā)態(tài)，氫原子從n=4向低能級躍遷，輻射光子能量最小值為若使其躍遷到n=3的激發(fā)態(tài)，輻射光子能量最小值為紅外線單個光子能量的最大值為1.62eV，要使氫原子輻射出的光子可被紅外測溫儀捕捉，最少應(yīng)給處于基態(tài)的氫原子提供的能量為故選D?！纠?】1995年科學(xué)家“制成”了反氫原子，它是由一個反質(zhì)子和一個圍繞反質(zhì)子運動的正電子組成的，反質(zhì)子和質(zhì)子有相同的質(zhì)量，帶有等量異號電荷。反氫原子和氫原子有相同的能級分布，氫原子能級如圖所示，則下列說法中正確的是（）A．反氫原子光譜與氫原子光譜不相同B．一個處于n=4能級的反氫原子向低能級躍遷時，最多可以輻射出6種不同頻率的光子C．基態(tài)反氫原子能吸收11eV的光子而發(fā)生躍遷D．大量處于n=4能級的反氫原子向低能級躍遷時，有4種頻率的輻射光子能使逸出功為2.25eV的鉀發(fā)生光電效應(yīng)【答案】D【詳解】A．因為反氫原子和氫原子有相同的能級分布，因此二者具有相同的光譜，A錯誤；B．一個處于n=4能級的反氫原子向低能級躍遷，最多可以輻射出3種不同頻率的光子，如果是一群處于n=4能級的反氫原子向低能級躍遷，最多可以輻射出6種不同頻率的光子，B錯誤；C．由低能級躍遷到高能級，吸收光子的能量必須恰好等于能級差，C錯誤；D．大量處于n=4能級的反氫原子向低能級躍遷時，其中從n=4能級、n=3能級、n=2能級躍遷到n=1能級時以及從n=4能級躍遷到n=2能級時，輻射出的光子的能量大于2.25eV，故有4種頻率的輻射光子能使逸出功為2.25eV的鉀發(fā)生光電效應(yīng)，D正確。故選D?！径嗑S度分層專練】1．用如圖甲所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象。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與入射光頻率的關(guān)系圖像，圖線與橫軸的交點坐標(biāo)為（a，0），與縱軸的交點坐標(biāo)為（0，-b），下列說法中正確的是（）A．普朗克常量為，與光照頻率和金屬極限頻率無關(guān)B．僅增加照射光的強度，光電子的最大初動能將增大，光電子數(shù)增多C．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)減小D．甲圖中將滑片P向右移動，有可能使電流表G的示數(shù)為零【答案】AC【詳解】A．根據(jù)可得，縱軸截距的絕對值等于金屬的逸出功當(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那么普朗克常量為此常量與光照頻率和金屬極限頻率無關(guān)，選項A正確；B．根據(jù)光電效應(yīng)方程可以知道，入射光的頻率與最大初動能有關(guān)，與光的強度無關(guān)，選項B錯誤；C．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，那么電流表G的示數(shù)會減小，選項C正確。D．甲圖中將滑片P向右移動，加在光電管兩端的正向電壓增大，使管電子到達(dá)A極的速度更大，電流表G的示數(shù)不會為零，選項D錯誤。故選AC。2．用陰極為金屬銣的光電管觀測光電效應(yīng)現(xiàn)象，實驗裝置如圖甲所示，圖乙為金屬銣的遏止電壓與入射光頻率v的關(guān)系圖像，圖線與橫坐標(biāo)軸交點坐標(biāo)為。已知普朗克常量，下列說法正確的是（）A．欲測遏止電壓，電源左端應(yīng)為負(fù)極B．增大入射光的強度，產(chǎn)生的光電子的最大初動能一定增大C．當(dāng)電源左端為正極，滑動變阻器的滑片向右滑動時電流表的示數(shù)一定持續(xù)增大D．如果入射光的頻率，則光電子的最大初動能約為【答案】AD【詳解】A．遏止電壓產(chǎn)生的電場對電子起阻礙作用，則電源左端應(yīng)為負(fù)極，故A正確；B．由可知，最大初動能與入射光的頻率及逸出功有關(guān)，與光的強度無關(guān)，故B錯誤；C．當(dāng)電源左端為正極時，滑動變阻器的滑片向右滑動，加速度電場增強，電流增加，但達(dá)到一定值，即飽和光電流后不再增加，故C錯誤；D．根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程得光電子的最大初動能，由圖可知則代入數(shù)據(jù)求得故D正確。故選AD。3．如圖所示，用某種材料作K極進(jìn)行光電效應(yīng)探究，其截止頻率，保持入射光不變，則光電子到達(dá)A極時動能的最大值Ekm隨電壓U變化關(guān)系的圖像可能是（

）A．B．C． D．【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)A極時動能的最大值可知Ekm—U圖像是一條件傾斜向右上方的直線，且斜率為e，縱截距為。故選C。4．某金屬在不同頻率光的照射下發(fā)生光電效應(yīng)，產(chǎn)生光電子的最大初動能Ek與入射光頻率ν的圖像，如圖所示，換用其他金屬開展相同實驗，下列圖像可能正確的是（）A．B．C．D．【答案】D【詳解】由光電效應(yīng)方程，結(jié)合圖像可知，極限頻率為νc，有換用其他金屬開展相同實驗，不同金屬的逸出功不同，故極限頻率不一樣；但是最大初動能Ek與入射光頻率ν的圖像的斜率是普朗克常量，為定值。故圖像D正確，ABC錯誤。故選D。5．光電倍增管（PMT）是一種高靈敏度和超快時間響應(yīng)光探測器，如圖所示，它由光陰極K、倍增級和陽極A等組成，由玻璃封裝，內(nèi)部高真空，其倍增級又由一系列倍增極組成，每個倍增極工作在前級更高的電壓下。當(dāng)入射光照射光陰極，產(chǎn)生光電子，經(jīng)電場加速聚焦后，帶著更高的能量撞擊第一級倍增管，發(fā)射更多的低能量的電子，這些電子依次被加速向下級倍增極撞擊，導(dǎo)致一系列的幾何級倍增，最后，在高電位的陽極收集到放大了的光電流。下列說法正確的是（）A．只要有光入射，就能在陽極獲得放大的光電流B．入射光的頻率越高，陰極K發(fā)射出的光電子的初動能越大C．增大倍增級間的電壓有利于提高其靈敏度D．增大光強不影響其靈敏度【答案】C【詳解】A．如果入射光的頻率低于陰極K的極限頻率，不會發(fā)生光電效應(yīng)，不能在陽極獲得光電流，A錯誤；B．根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程，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，B錯誤；C．增大倍增級間的電壓，光電子獲得的動能越大，光電子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，C正確；D．增大光強可以增加入射光的光子數(shù)量，可以增加光電子的數(shù)量，能提高其靈敏度，D錯誤。故選C。6．2021年12月31日晚中國沈陽迎春燈會在棋盤山關(guān)東影視城盛裝啟幕，為沈城市民開啟橫跨元旦、春節(jié)和元宵節(jié)三節(jié)連過的51天光影狂歡，使沈陽建設(shè)國家中心城市增添更多的文化元素。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6種不同頻率的可見光B．氫原子從能級向能級躍遷過程中發(fā)出光為可見光C．輻射出的光中從能級躍遷到能級發(fā)出光的頻率最大D．氫原子從能級向能級躍遷過程中發(fā)出光去照射逸出功為的金屬鈣，不能使金屬鈣發(fā)生光電效應(yīng)【答案】D【詳解】A．這群氫原子自發(fā)躍遷時能發(fā)出光子頻率的種類為即能輻射出6種不同頻率的光子，而這6種光子中從n=4能級躍遷n=3能級、從n=4能級躍遷n=1能級，從n=3能級躍遷n=1能級、從n=2能級躍遷n=1能級能級能級時輻射出的能量不在可見光范圍，A錯誤；B．這群氫原子中從n=4能級躍遷n=1能級時輻射出的能量為12.75eV，不在可見光光子能量范圍之內(nèi)，B錯誤；C．輻射出的光中從n=4能級躍遷到n=1能級發(fā)出光的頻率最大，C錯誤；D．這群氫原子從n=4能級躍遷n=2能級時輻射出的能量為2.55eV，小于鈣的逸出功3.2eV，所以不能發(fā)生光電效應(yīng)，D正確。故選D。7．如圖所示，甲圖為演示光電效應(yīng)的實驗裝置；乙圖為、、三種光照射下得到的三條電流表與電壓表讀數(shù)之間的關(guān)系曲線；丙圖為氫原子的能級圖。下列說法正確的是（）A．同一介質(zhì)中光的波長大于光的波長B．光的光照強度小于光的光照強度C．若光光子是由處于激發(fā)態(tài)的氫原子向躍遷產(chǎn)生的，則光光子也是由處于激發(fā)態(tài)的氫原子向躍遷產(chǎn)生的D．若光光子能量為，用它直接照射大量處于激發(fā)態(tài)的氫原子，可以產(chǎn)生6種不同頻率的光【答案】AC【詳解】A．根據(jù)光電效應(yīng)方程根據(jù)動能定理可得由乙圖可知光對應(yīng)的遏止電壓小于光對應(yīng)的遏止電壓，則光的頻率小于光的頻率，故同一介質(zhì)中光的波長大于光的波長，A正確；B．由于光對應(yīng)的遏止電壓等于光對應(yīng)的遏止電壓，則光的頻率等于光的頻率，又光對應(yīng)的飽和電流大于光對應(yīng)的飽和電流，故光的光照強度大于光的光照強度，B錯誤；C．由于光對應(yīng)的遏止電壓等于光對應(yīng)的遏止電壓，則光的頻率等于光的頻率，若光光子是由處于激發(fā)態(tài)的氫原子向躍遷產(chǎn)生的，則光光子也是由處于激發(fā)態(tài)的氫原子向躍遷產(chǎn)生的，C正確；D．若光光子能量為，用它直接照射大量處于激發(fā)態(tài)的氫原子，由丙圖可知氫原子吸收光光子能量后躍遷至激發(fā)態(tài)，根據(jù)可以產(chǎn)生10種不同頻率的光，D錯誤。故選AC。8．如圖為某同學(xué)設(shè)計的一個光電煙霧探測器，光源S發(fā)出一束波長為0.8μm的紅外線，當(dāng)有煙霧進(jìn)入探測器時，來自S的紅外線會被煙霧散射進(jìn)入光電管C，當(dāng)紅外線射到光電管中的金屬表面時發(fā)生光電效應(yīng)，當(dāng)光電流大于時，便會觸發(fā)報警系統(tǒng)。已知元電荷，光在真空中的傳播速度為，下列說法正確的是（）A．光電流的大小與光照強度無關(guān)B．若光源發(fā)出的是可見光，則該裝置將會失去報警功能C．該金屬的極限頻率小于D．若射向光電管C的光子中有會產(chǎn)生光電子，當(dāng)報警器報警時，每秒射向該金屬表面的光子數(shù)應(yīng)大于個【答案】CD【詳解】A．在入射光的頻率大于金屬極限頻率的情況下，光電流的大小與光照強度有關(guān)，光照強度越大，光電流越大，A錯誤；B．根據(jù)報警器的工作原理，以及可見光的光子能量大于紅外線的光子能量，可知若光源發(fā)出的是可見光，則該裝置不會失去報警功能，B錯誤；C．波長為0.8μm的紅外線頻率為根據(jù)光電效應(yīng)原理可知該金屬的極限頻率小于，C正確；D．當(dāng)光電流