热点专练十七 光电效应的图像分析 光电效应与原子能级跃迁的综合分析-【金版教程】2025年高考物理一轮总复习首选用卷课件PPT（新教材）

热点专练十七　光电效应的图像分析　光电效应与原子能级跃迁的综合分析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 热点一　光电效应的图像分析 1.(2021·江苏高考)如图所示，分别用1、2两种材料作K极进行 光电效应探究，其截止频率ν1<ν2，保持入射光不变，则光电子到 达A极时动能的最大值Ekm随电压U变化关系的图像是(　　) 解析　光电管所加电压为正向电压，则根据爱因斯坦光电效应方程及动能定理可知光电子到达A极时动能的最大值Ekm＝eU＋hν－hν截止，可知Ekm­U图像的斜率相同，均为e；截止频率越大，则图像在纵轴上的截距越小，因ν1<ν2，则图像C正确，A、B、D错误。 答案 解析 * 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 * 2.(2019·海南高考)(多选)对于钠和钙两种金属，其遏止电压Uc与入射光频率ν的关系如图所示。用h、e分别表示普朗克常量和电子电荷量，则(　　) A．钠的逸出功小于钙的逸出功 B．图中直线的斜率为eq \f(h,e) C．在得到这两条直线时，必须保证入射光的光强相同 D．若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较高 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解析 * 解析　根据Uce＝Ek＝hν－W0，可得Uc＝eq \f(h,e)ν－eq \f(W0,e)，再由图象可知钠的逸出功小于钙的逸出功，A正确；图中直线的斜率为eq \f(h,e)，B正确；在得到这两条直线时，入射光的强度不必相同，故C错误；由图象可知，若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较低，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 3.(2023·江苏省苏锡常镇四市高三下一模)用如图电路研究光 电管的特性，入射光频率为ν，U为光电管A、K两极的电势差，取 A端电势高时为正值。若光电管K极材料的极限频率为νc，普朗克 常量为h，电子电量为e，在U­ν坐标系中，用阴影部分表示能产 生光电流的U和ν取值范围，则下列阴影范围完全正确的是(　　) 答案 * 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解析 * 解析　设光电管K极材料的逸出功为W0，则有W0＝hνc，可知当ν>νc时，K极材料发生光电效应。若U≥0，回路中一定能产生光电流；当A、K间加反向电压(即U<0时)，且|U|达到遏止电压Uc时，电路中将不再有光电流产生，此时根据动能定理有－eUc＝0－Ek，根据光电效应方程有Ek＝hν－W0＝hν－hνc，整理可得Uc＝eq \f(h,e)ν－eq \f(h,e)νc，即当U>－Uc＝eq \f(h,e)νc－eq \f(h,e)ν时，电路中能产生光电流，而U＝eq \f(h,e)νc－eq \f(h,e)ν所对应图线与ν轴交于(νc，0)，与U轴交于eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0，\f(hνc,e)))，故综上所述，A正确，B、C、D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 4．(2023·山西省晋中市高三下三模)一种采用DIS系统探究光电效应规律的实验仪器，其阴极由锑铯材料制成，该材料的逸出功为1.91 eV。已知可见光光子能量范围为1.62～3.11 eV。用甲、乙、丙三束单色光在这套仪器上做实验，发现光电流I与电压U的关系如图所示。下列说法正确的是(　　) A．用红光和紫光做实验，一定都能发生光电效应 B．乙光的波长大于丙光的波长 C．乙光对应的截止频率大于丙光对应的截止频率 D．单位时间内，甲、乙两束光照到阴极上的光子数相同 答案 * 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解析　由光子的能量ε＝hν可知，可见光中红光的光子能 量最小，紫光的光子能量最大，可见光光子能量范围为1.62～ 3.11 eV，而光电管阴极材料的逸出功为1.91 eV，则红光的光 子能量可能小于1.91 eV，即用红光在这套仪器上做实验，可 能不发生光电效应，A错误；根据Ek＝hν－W0及0－Ek＝－eUc可得eUc＝hν－W0，可知入射光的频率越高，对应的遏止电压越大，乙光的遏止电压小于丙光的遏止电压，所以乙光的频率小于丙光的频率，则乙光的波长大于丙光的波长，故B正确；根据hν0＝W0可知，同一金属材料，截止频率相同，故C错误；由题图可知，甲光对应的饱和光电流比乙光大，则单位时间内，甲光照射到阴极上逸出的光电子数比乙光照射时多，则单位时间内，甲光照到阴极上的光子数大于乙光，D错误。 解析 * 1 2 3 4 5 6 7 8 9 热点二　光电效应与原子能级跃迁的综合分析 5．(2023·辽宁高考)原子处于磁场中，某些能级会发生劈裂。某种原子能级劈裂前后的部分能级图如图所示，相应能级跃迁放出的光子分别设为①②③④。若用①照射某金属表面时能发生光电效应，且逸出光电子的最大初动能为Ek，则(　　) A．①和③的能量相等 B．②的频率大于④的频率 C．用②照射该金属一定能发生光电效应 D．用④照射该金属逸出光电子的最大初动能小于Ek 答案 * 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解析　因原子能级跃迁放出的光子的能量等于跃迁 前后两个能级的能量差，则由题图可知光子①、②、③、 ④的能量关系为ε2<ε1＝ε3<ε4，故A正确；由光子能量ε＝ hν、ε2<ε4可知，②的频率小于④的频率，B错误；发生 光电效应的条件是光子的能量大于金属的逸出功，已知 用①照射某金属表面时能发生光电效应，则ε1大于该金属的逸出功W0，又ε2<ε1，不能确定ε2与W0的大小关系，故用②照射该金属不一定能发生光电效应，C错误；根据爱因斯坦光电效应方程可知Ek＝ε1－W0，因ε1<ε4，可知用④照射该金属逸出光电子的最大初动能大于Ek，D错误。 解析 * 1 2 3 4 5 6 7 8 9 6.(2022·浙江6月选考)如图为氢原子的能级图。大量氢原子处于n＝3的激发态，在向低能级跃迁时放出光子，用这些光子照射逸出功为2.29 eV的金属钠。下列说法正确的是(　　) A．逸出光电子的最大初动能为10.80 eV B．n＝3跃迁到n＝1放出的光子动量最大 C．有3种频率的光子能使金属钠产生光电效应 D．用0.85 eV的光子照射，氢原子跃迁到n＝4激发态 答案 * 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解析 * 解析　由题意知，氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级时，辐射出的光子能量最大，最大光子能量为hνm＝E3－E1＝12.09 eV，用该光子照射逸出功为2.29 eV的金属钠时，逸出光电子的最大初动能最大，为Ekm＝hνm－W0＝9.80 eV，故A错误；根据p＝eq \f(h,λ)＝eq \f(hν,c)可知，光子能量越大，其动量越大，结合A项分析可知，n＝3跃迁到n＝1放出的光子动量最大，故B正确；若要使金属钠产生光电效应， 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解析 * 则照射的光子能量要大于其逸出功2.29 eV，大量氢原子从n＝3的激发态跃迁到基态能放出Ceq \o\al(2,3)＝3种频率的光子，其光子能量分别为12.09 eV、1.89 eV、10.2 eV，其中能量为1.89 eV的光子不能使金属钠产生光电效应，其他两种均可以，故C错误；由于从n＝3能级跃迁到n＝4能级需要吸收的光子能量为ΔE＝E4－E3＝－0.85 eV－(－1.51 eV)＝0.66 eV≠0.85 eV，所以用0.85 eV的光子照射，不能使氢原子跃迁到n＝4激发态，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 * 7．(2022·重庆高考)如图为氢原子的能级示意图。已知蓝光光子的能量范围为2.53～2.76 eV，紫光光子的能量范围为2.76～3.10 eV。若使处于基态的氢原子被激发后，可辐射蓝光，不辐射紫光，则激发氢原子的光子能量为(　　) A．10.20 eV B．12.09 eV C．12.75 eV D．13.06 eV 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解析 * 解析　由题给数据计算可知，氢原子从n＝5能级跃迁到n＝2能级辐射的光子能量为－0.54 eV－(－3.40 eV)＝2.86 eV(对应紫光)，从n＝4能级跃迁到n＝2能级辐射的光子能量为－0.85 eV－(－3.40 eV)＝2.55 eV(对应蓝光)，且从n＝4能级向低能级跃迁辐射的所有光子能量均不在2.76～3.10 eV范围内，则若使处于基态的氢原子被激发后，可辐射蓝光，不辐射紫光，激发后氢原子应处于n＝4能级，故激发氢原子的光子能量为ΔE＝E4－E1＝－0.85 eV－(－13.60 eV)＝12.75 eV，故选C。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 8．(2023·浙江1月选考)(多选)氢原子从高能级向低能级跃迁时，会产生四种频率的可见光，其光谱如图1所示。氢原子从能级6跃迁到能级2产生可见光Ⅰ，从能级3跃迁到能级2产生可见光Ⅱ。用同一双缝干涉装置研究两种光的干涉现象，得到如图2和图3所示的干涉条纹。用两种光分别照射如图4所示的实验装置，都能产生光电效应。下列说法正确的是(　　) A．图1中的Hα对应的是Ⅰ B．图2中的干涉条纹对应的是Ⅱ C．Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量 D．P向a移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大 答案 * 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解析 * 解析　氢原子发生能级跃迁时，有En－Em＝hν(n>m)，则氢原子从能级6跃迁到能级2所产生的可见光Ⅰ比从能级3跃迁到能级2所产生的可见光Ⅱ的频率大，而图1中的Hα对应的是四种可见光中频率最小的，所以不可能是Ⅰ，故A错误；用同一双缝干涉实验装置研究两种光的干涉现象，由Δx＝eq \f(l,d)λ可知，干涉条纹间距越大，则对应光的波长越大，频率越小，所以图3中的干涉条纹对应的是Ⅱ，故B错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解析 * 光子动量为p＝eq \f(h,λ)＝eq \f(hν,c)，可知Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量，故C正确；P向a移动后，光电管两端所加电压为反向电压，电流表示数恰好为零时，电压表所测电压为该照射光所对应的遏止电压，根据光电效应方程Ek＝hν－W0及Ek＝eUc，可得eUc＝hν－W0，可知照射光频率越大，其所对应的遏止电压越大，则Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大，故D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 9．(2023·安徽省蚌埠市高三下第四次教学质量检查)图甲为氢原子能级示意图的一部分，图乙为研究光电流与电压关系的电路。处于n＝3能级的大量氢原子自发跃迁，辐射出的光照射光电管的阴极K，通过实验只能得到图丙所示的2条光电流随电压变化的图线，则下列说法正确的是(　　) * 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A．根据本实验提供的数据能计算出普朗克常量h的值 B．变阻器的滑片移动到最左端时，电流表的示数为0 C．b光照射出的光电子最大初动能大于a光照射出的光电子最大初动能 D．图丙中Ub的值为－4.45 V 答案 * 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解析　变阻器的滑片移动到最左端时，A、K极间所加的电压为零，但是阳极A依然能吸收阴极K逸出的光电子，在电路中形成光电流，故电流表的示数不为0，B错误；根据动能定理有－eUc＝0－Ek，可得eUc＝Ek，由图丙可知，a光对应的遏止电压大于b光对应的遏止电压，则a光照射出的光电子最大初动能大于b光照射出的光电子最大初动能，C错误； 解析 * 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解析 * 又Ek＝hν－W0，可得eUc＝hν－W0，则a光的光子能量大于b光的光子能量，根据题意知，a、b光为n＝3能级的氢原子向低能级跃迁辐射的能量最大的两种情况，则有Ea＝hνa＝E3－E1＝12.09 eV，Eb＝hνb＝E2－E1＝10.2 eV，且eUca＝hνa－W0，eUcb＝hνb－W0，联立可得Ucb＝Uca＋eq \f(Eb－Ea,e)＝6.34 V－1.89 V＝4.45 V，则图丙中Ub的值为－4.45 V，由于不知道a、b光的频率，则根据本实验提供的数据不能计算出普朗克常量h的值，故A错误，D正确。 　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 R $$