4.2光电效应与康普顿效应-2024-2025学年高二物理下学期同步培优练（人教版2019选择性必修第三册）

4.2 光电效应与康普顿效应 一、光电效应 1．如图所示，滑片P处于A、B中点，用一束某一频率的光照射光电管阴极K，电流表中有电流通过，则 A．将滑动触头P向B端移动，电流表读数一定增大 B．将滑动触头P向B端移动，电流表读数可能不变 C．仅增加光的强度，电流表示数一定增大 D．仅将电源正负极对调，电流表示数一定为零 2．如图所示是利用光电管研究光电效应的实验原理图，用一定强度的某频率的可见光照射光电管的阴极K，电流表中有电流通过，则（　　） A．若将滑动变阻器的滑动触头置于b端，电流表中一定有电流通过 B．若改用紫外线照射阴极K，电流表中一定有电流通过 C．若将电源反接，光电管中可能有电流通过 D．若减小可见光的光照强度，电流表中一定无电流通过 3．如图所示，是研究光电效应的电路图，对于某金属用绿光照射时，电流表指针发生偏转，则以下说法正确的是（　　） A．将滑动变阻器滑动片向右移动，电流表的示数一定增大 B．如果改用紫光照射该金属时，电流表无示数 C．将K极换成逸出功小的金属板，仍用相同的绿光照射时，电流表的示数一定增大 D．将电源的正负极调换，仍用相同的绿光照射时，将滑动变阻器滑动片向右移动一些，电流表的读数可能不为零 4．爱因斯坦提出光子假设，成功解释了光电效应，并因此获得1921年诺贝尔物理学奖。某同学用如图所示的电路研究光电效应，当滑动变阻器的滑片位于A、B的中点，开关S闭合时，一束一定强度的绿光照射到光电管阴极K上，电流表G的指针发生偏转。以下说法正确的是（　　） A．若仅把电源正负极调换，电流表G的指针偏转角度可能变大 B．若仅将绿光换成橙光照射阴极K，电流表G的指针一定不偏转 C．若仅将滑片P向B端移动，电流表G的指针偏转角度可能不变 D．若仅换用强度相同的紫外线照射阴极K，电流表G的指针偏转角度一定不变 5．如图所示，由单色光a、b组成的复色光束从某种均匀介质中射入空气中，被分成、两束光沿图示方向射出，其中光束只含单色光b，由此可知（　　） A．在空气中，a的频率较小 B．在该介质中，a的波长较短，速度较大 C．若b能使某种金属发生光电效应，则a也能使这种金属发生光电效应 D．通过同一双缝干涉实验装置，a的条纹间距较大 6．（2023·吉林通化·二模）光电倍增管是进一步提高光电管灵敏度的光电转换器件。管内除光电阴极和阳极外，两极间还放置多个瓦形倍增电极。使用时相邻两倍增电极间均加有电压，以此来加速电子。如图所示，光电阴极受光照后释放出光电子，在电场作用下射向第一倍增电极，引起电子的二次发射，激发出更多的电子，然后在电场作用下飞向下一个倍增电极，又激发出更多的电子，如此电子数不断倍增，使得光电倍增管的灵敏度比普通光电管要高得多，可用来检测微弱光信号。下列说法正确的是（    ） A．光电倍增管正常工作时，每个倍增电极上都发生了光电效应 B．光电倍增管中增值的能量来源于照射光 C．图中标号为偶数的倍增电极的电势要高于标号为奇数的电极的电势 D．适当增大倍增电极间的电压有利于探测更微弱的信号 二、康普顿效应 7．下列说法错误的是（　　） A．某黑体在不同温度下的辐射强度与波长的关系如图甲所示，则温度 B．同一光电管的光电流与电压之间的关系曲线如图乙所示，则入射光的频率关系为 C．图丙为康普顿效应的示意图，入射光子与静止的电子碰撞，碰后散射光的波长变长 D．图丙为康普顿效应的示意图，入射光子与静止的电子碰撞，该碰撞是非对心碰撞 8．（24-25高三上·贵州贵阳·阶段练习）关于“康普顿效应”下列说法中错误的是（　　） A．康普顿效应说明了光具有粒子性 B．康普顿效应说明了光具有波动性 C．康普顿效应不仅证明了光具有能量，还进一步证明了光具有动量 D．康普顿效应实验现象表明光子散射后波长变大 9．（23-24高二下·山东聊城·期末）康普顿在研究石墨对射线的散射时，发现在散射的射线中，除了与入射波长相同的成分外，还有波长大于的成分。如图所示，在某次碰撞中，入射光子与静止的无约束自由电子发生弹性碰撞，碰撞后光子的方向与原入射方向成角，与电子碰后的速度方向恰好垂直，已知普朗克常量为h，光速为c。下列说法正确的是（　　） A．入射光的光子动量大小为 B．入射光的光子能量为 C．碰撞后电子的动能为 D．碰撞后光子的动量大小为 三、爱因斯坦光电效应方程 10．（2024·吉林长春·一模）一束由a光和b光组成的复色光由空气射向玻璃三棱镜的折射情况如图所示，下列说法正确的是（　　） A．a光频率低于b光频率 B．在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度 C．a、b光分别照射同一双缝干涉装置，a光产生的相邻两条亮条纹中心间距较大 D．a、b光照射同一种金属均有光电子逸出，a光产生的光电子最大初动能较大 11．（2025·全国·模拟预测）在研究光电效应时，用不同波长的光照射某金属，产生光电子的最大初动能与入射光波长的关系如图所示，为图像的渐近线，真空中光速为，则（　　） A．该金属的逸出功为 B．普朗克常量为 C．时，光电子的最大初动能为 D．波长为的光能使该金属发生光电效应 12．（2024·河北·模拟预测）如图所示，两束互相平行的单色光a、b从空气中斜射到平行玻璃砖上，入射角小于45°，玻璃砖足够长，两束光在玻璃砖的下表面只有一个出射点，下列说法正确的是（　　） A．b光更易发生明显的衍射 B．两束光在玻璃砖里的传播时间关系为 C．若增大入射光的入射角，则可能只有一束光从玻璃砖下表面射出 D．若用a、b光照射同一光电管，均能发生光电效应，则a光对应的光电子的最大初动能较大 13．（24-25高三上·河北沧州·阶段练习）在光电效应实验中，用不同频率的单色光照射A、B两种金属表面，均有光电子逸出，其最大初动能与入射光频率的关系如图所示。已知普朗克常量为，则（　　） A．A的逸出功小于B的逸出功 B．图中直线的斜率为 C．由图可知两入射光的光强相同 D．若两金属产生光电子的最大初动能相等，则照射到A金属表面的光频率较高 14．某同学在研究某金属的光电效应现象时，发现该金属逸出光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系如图所示，若图线在横、纵坐标轴上的截距分别为a和-b，已知电子所带电荷量为e，由图线可以得到（　　） A．该金属的逸出功为零 B．当入射光的频率为5a时，遏止电压为 C．当入射光的频率为4a时，逸出光电子的最大初动能为2b D．普朗克常量为，单位为J·s 15．（2024·浙江温州·三模）如图所示，真空中有一平行板电容器，两极板分别由铂和钾（其极限波长分别为λ1和λ2）制成，板的面积均为S，板间距离为d。现用波长为λ（λ1<λ<λ2）的激光持续照射两板内表面，则（　　） A．稳定后铂板带负电，钾板带正电 B．电容器最终带电量Q正比于 C．保持入射激光波长不变，增大入射激光的强度，板间电压将增大 D．改用λ0 （λ1<λ0<λ）激光照射，板间电压将增大 16．爱因斯坦提出了光量子概念并成功地解释了光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖。某种金属逸出光电子的最大初动能Ek与入射光频率v的关系如图所示，其中v0为极限频率。从图中可以确定的是（　　） A．逸出功与v有关 B．Ek与入射光强度成正比 C．当v≥v0时，会逸出光电子 D．图中直线的斜率与普朗克常量有关 17．钙和钠两种金属的极限频率和逸出功如表所示。关于钙和钠两种金属发生光电效应的最大初动能与入射光频率的关系图像正确的是（　　） 金属 钙 钠 /1014Hz 7.73 5.53 W0/eV 3.20 2.29 A． B． C． D． 18．一群处于能级的氢原子自发跃迁，产生了光子a、b、c，射入如图甲所示的光电管且都能发生光电效应，实验中三种光子对应的光电流I与电压U的关系图像如图乙所示，则（　　） A．光子a对应产生的光电子的遏止电压最大 B．光子c对应产生的光电子最大初动能最大 C．在同一介质中，光子c的折射率最大 D．在同一介质中，光子a的全反射临界角最大 19．弗兰克—赫兹实验是研究求原子能量是否具有量子化特点的重要实验。实验原理如图1所示，灯丝K发射出初速度不计的电子，K与栅极G间的电场使电子加速，G、A向加有0.5V电压的反向电场使电子减速，电流表的示数大小间接反映了单位时间内能到达A极电子的多少。在原来真空的容器中充入汞蒸气后，发现K、G间电压U每升高4.9V时，电流表的示数I就会显著下降，如图2所示。科学家猜测电流的变化与电子和汞原子的碰撞有关，玻尔指出该现象应从汞原子能量量子化的角度去解释。仅依据本实验结果构建的微观图景合理的（　　） A．汞原子基态和第一激发微态的能极之差一定大于4.9eV B．相对于K极，在G极附近时电原子更容易使汞原子发生跃迁 C．电流增大，是因为单位时间内使汞原子发生跃迁的电子数减少 D．电子运动过程中只可能与汞原子发生一次碰撞 20．（2024·浙江金华·三模）在玻尔的原子结构理论中，氢原子由高能级向低能级跃迁时能发出一系列不同频率的光，波长可以用巴尔末里德伯公式来计算，式中为波长，R为里德伯常量，n、k分别表示氢原子跃迁前和跃迁后所处状态的量子数，对于每一个k，有，，，…。其中，赖曼系谱线是电子由的轨道跃迁到的轨道时向外辐射光子形成的，巴尔末系谱线是电子由的轨道跃迁到的轨道时向外辐射光子形成的。现用氢原子发出的光照射某种金属进行光电效应实验。若用赖曼系中波长最长的光照射时，遏止电压的大小为；若用巴尔末系中的光照射金属时，遏止电压的大小为。已知电子电荷量的大小为e，真空中的光速为c，里德伯常量为R。普朗克常量和该金属的逸出功分别为（    ） A．， B．， C．， D．， 21．某同学采用如图甲所示的实验装置来研究光电效应现象。当用某单色光照射光电管的阴极K时，会发生光电效应现象。电源的极性可以改变，当在阳极A和阴极K之间加上反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计中电流恰为零，此时电压表的电压值U称为遏止电压。现分别用频率为和的单色光照射阴极（），测量到遏止电压分别为和，设电子质量为m、电荷量为e。图乙为频率为的单色光的实验图象。则下列选项正确的是（　　） A．加正向电压时，将滑片P向右滑动，可增大光电子的最大初动能，电流表的示数增大 B．若改用频率为的单色光照射光电管，乙图象与横轴交点在光照射时的左侧 C．分别用频率为和的单色光照射阴极，测量到遏止电压分别为和，阴极K金属的极限频率 D．若用频率更高的光照射光电管，则饱和光电流一定增大 22．如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线，（直线与横轴的交点坐标4.27，与纵轴交点坐标0.5），由图可知（　　） A．该金属的截止频率为4.27×1014 Hz B．该金属的截止频率为5.5×1014 Hz C．该图线的斜率表示h/e D．该金属的逸出功为0.5eV 23．（2024·浙江温州·一模）如图甲为研究光电效应的装置示意图，图乙为垂直于磁场的截面，该装置可用于分析光电子的信息。竖直放置足够大且接地、逸出功为的金属板P，金属板右侧分布有磁感应强度大小的匀强磁场，方向平行于金属板水平向里。磁场中有足够长且接地、半径为R的金属圆筒Q，其轴线与磁场方向平行，筒Q横截面的圆心O到金属板的距离为。当频率的入射光照射到板P右表面时，表面各点均逸出大量速率不同、沿空间各个方向运动的电子。已知电子电量为e、质量为m，普朗克常量为h，板P和筒Q 始终不带电，忽略相对论效应，不计电子重力和电子之间相互作用。 (1)求金属板P表面逸出电子的最大速度； (2)若改变入射光的频率，使所有电子恰好均不能打在圆筒Q上，求该入射光的频率； (3)仍保持入射光频率，在平行于板P的分界面与板P之间的区域Ⅰ内，附加一方向竖直向下的匀强电场（未画出），电场强度大小，分界面与板P之间的距离为R。 ①仅考虑乙图截面内直线运动通过区域Ⅰ的电子，求截面内圆筒Q表面有电子打击的区域所对应的最大圆心角； ②求空间内直线运动通过区域Ⅰ且打在圆筒Q表面的电子，运动全过程沿磁场方向的最大位移。 试卷第1页，共3页 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 4.2 光电效应与康普顿效应 一、光电效应 1．如图所示，滑片P处于A、B中点，用一束某一频率的光照射光电管阴极K，电流表中有电流通过，则 A．将滑动触头P向B端移动，电流表读数一定增大 B．将滑动触头P向B端移动，电流表读数可能不变 C．仅增加光的强度，电流表示数一定增大 D．仅将电源正负极对调，电流表示数一定为零 【答案】BC 【详解】A、B、光电管所加的电压为正向电压，使光电子加速到达阳极，则电流表中有电流流过，且可能处于饱和电流，若将滑动触头P向B端移动时，电流表读数有可能不变，故A错误，B正确；C、增大光的强度，即光电子数增多，单位时间逸出的光电子数增多，电流增大，C正确．D、电源正负极对调加在光电管上的电压为反向电压，光电子做减速运动到达阳极，初动能较大的光电子减速后有可能到达阳极速度还未减为零，故电流可能不为零，D错误．故选BC. 【点睛】解答本题的关键知道光电效应的条件，以及知道影响光电流的因素，同时掌握相同能量的频率越高的，光子数目越少． 2．如图所示是利用光电管研究光电效应的实验原理图，用一定强度的某频率的可见光照射光电管的阴极K，电流表中有电流通过，则（　　） A．若将滑动变阻器的滑动触头置于b端，电流表中一定有电流通过 B．若改用紫外线照射阴极K，电流表中一定有电流通过 C．若将电源反接，光电管中可能有电流通过 D．若减小可见光的光照强度，电流表中一定无电流通过 【答案】ABC 【详解】A．将滑动变阻器的滑动触头置于b端，光电管两端电压增大，电流表中一定有电流通过，选项A正确； B．改用紫外线照射阴极K，入射光频率增大，光子能量增大，光电子的最大初动能增大，电流表中一定有电流通过，选项B正确； C．用某频率的可见光照射光电管的阴极K，光电子从阴极K射出，具有的最大初动能，若将电源反接,且光电子最大初动能满足，则光电子仍可到达A，光电管中仍可能有电流通过，选项C正确； D．光电管中场强的方向是由A到K，光电子出射后被加速，所以电流表中有电流通过，若只减小可见光的光照强度，仍有光电子从阴极K射出，电流表中一定有电流通过，选项D错误。 故选ABC。 3．如图所示，是研究光电效应的电路图，对于某金属用绿光照射时，电流表指针发生偏转，则以下说法正确的是（　　） A．将滑动变阻器滑动片向右移动，电流表的示数一定增大 B．如果改用紫光照射该金属时，电流表无示数 C．将K极换成逸出功小的金属板，仍用相同的绿光照射时，电流表的示数一定增大 D．将电源的正负极调换，仍用相同的绿光照射时，将滑动变阻器滑动片向右移动一些，电流表的读数可能不为零 【答案】D 【分析】当滑动变阻器向右移动时，正向电压增大，光电子做加速运动，需讨论光电流是否达到饱和，从而判断电流表示数的变化。发生光电效应的条件是当入射光的频率大于金属的极限频率时，会发生光电效应，而光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系，当将电源的正负极调换，即加反向电压，则电流表可能没有示数，也可能有示数。 【详解】A．滑动变阻器滑片向右移动，电压虽然增大，但若已达到饱和电流，则电流表的示数可能不变，A错误； B．如果改用紫光照射该金属时，因频率的增加，导致光电子最大初动能增加，则电流表一定有示数，B错误； C．将K极换成逸出功小的金属板，仍用相同的绿光照射时，则光电子的最大初动能增加，但单位时间里通过金属表面的光子数没有变化，因而单位时间里从金属表面逸出的光电子也不变，饱和电流不会变化，则电流表的示数不一定增大，C错误； D．电源的正负极调换，仍用相同的绿光照射时，将滑动变阻器滑片向右移一些，此时的电压仍小于反向截止电压，则电流表仍可能有示数，D正确。 故选D。 【点睛】本题考查光电效应基础知识点，难度不大，关键要熟悉教材，牢记并理解这些基础知识点和基本规律，注意饱和电流的含义，及掌握紫光与绿光的频率高低。理解饱和电流与反向截止电压的含义，注意光电子最大初动能与入射光的频率有关。 4．爱因斯坦提出光子假设，成功解释了光电效应，并因此获得1921年诺贝尔物理学奖。某同学用如图所示的电路研究光电效应，当滑动变阻器的滑片位于A、B的中点，开关S闭合时，一束一定强度的绿光照射到光电管阴极K上，电流表G的指针发生偏转。以下说法正确的是（　　） A．若仅把电源正负极调换，电流表G的指针偏转角度可能变大 B．若仅将绿光换成橙光照射阴极K，电流表G的指针一定不偏转 C．若仅将滑片P向B端移动，电流表G的指针偏转角度可能不变 D．若仅换用强度相同的紫外线照射阴极K，电流表G的指针偏转角度一定不变 【答案】C 【详解】A．仅把电源正负极调换，光电子到达阳极的数目减少，电流表指针偏转角度一定变小，选项A错误； B．若用橙光照射阴极K，因其频率小于绿光，因此可能不发生光电效应，也可能会发生光电效应，电流表可能有电流通过，选项B错误； C．光电管两端加的是正向电压，若开始时光电流未饱和，P向B端移动，电流表读数会增大，若刚开始光电流处于饱和状态，即使P向B端移动，电流表读数也不变，选项C正确； D．在绿光照射刚好达饱和电流的情况下，若用一束强度相同的紫外线照射阴极K，由于紫外线的频率大于绿光的频率，则单位时间发出的光子数目减少，单位时间内到达阳极的电子数目会减少，电流表读数（指针偏转角度）减小，选项D错误。 故选C。 5．如图所示，由单色光a、b组成的复色光束从某种均匀介质中射入空气中，被分成、两束光沿图示方向射出，其中光束只含单色光b，由此可知（　　） A．在空气中，a的频率较小 B．在该介质中，a的波长较短，速度较大 C．若b能使某种金属发生光电效应，则a也能使这种金属发生光电效应 D．通过同一双缝干涉实验装置，a的条纹间距较大 【答案】C 【详解】A．由于频率越大，发生全反射时，临界角越小，由于光束只含单色光b，说明a光发生了全反射，a光的临界角较小，因此频率较大，A错误； B．由于 a光的临界角小，介质对a光的折射率大，而 a光在介质中的传播速度较小，根据 可知a的波长较短，B错误； C．光子的能量，根据 可知a光的光子能量较大，若b能使某种金属发生光电效应，则a也能使这种金属发生光电效应，C正确； D．双缝干涉实验装置中，条纹间距 由于a的波长较短，因此a的条纹间距较小，D错误。 故选C。 6．（2023·吉林通化·二模）光电倍增管是进一步提高光电管灵敏度的光电转换器件。管内除光电阴极和阳极外，两极间还放置多个瓦形倍增电极。使用时相邻两倍增电极间均加有电压，以此来加速电子。如图所示，光电阴极受光照后释放出光电子，在电场作用下射向第一倍增电极，引起电子的二次发射，激发出更多的电子，然后在电场作用下飞向下一个倍增电极，又激发出更多的电子，如此电子数不断倍增，使得光电倍增管的灵敏度比普通光电管要高得多，可用来检测微弱光信号。下列说法正确的是（    ） A．光电倍增管正常工作时，每个倍增电极上都发生了光电效应 B．光电倍增管中增值的能量来源于照射光 C．图中标号为偶数的倍增电极的电势要高于标号为奇数的电极的电势 D．适当增大倍增电极间的电压有利于探测更微弱的信号 【答案】D 【详解】A．光电效应是在高于极限频率的电磁波的照射下，物质内部的电子吸收能量后逸出的现象，光电倍增管正常工作时，每个倍增电极上被加速后的电子撞击激发出更多的电子，故不是光电效应，A错误； B．光电倍增管中增值的能量来源于相邻两倍增电极间的加速电场，B错误； C．电子在相邻倍增电极中加速，故图中标号数字较大的倍增电极的电势要高于数字较小的电极的电势，C错误； D．适当增大倍增电极间的电压，被加速的电子获得的动能更大，更有利于电极电子的电离，故有利于探测更微弱的信号，D正确。 故选D。 二、康普顿效应 7．下列说法错误的是（　　） A．某黑体在不同温度下的辐射强度与波长的关系如图甲所示，则温度 B．同一光电管的光电流与电压之间的关系曲线如图乙所示，则入射光的频率关系为 C．图丙为康普顿效应的示意图，入射光子与静止的电子碰撞，碰后散射光的波长变长 D．图丙为康普顿效应的示意图，入射光子与静止的电子碰撞，该碰撞是非对心碰撞 【答案】B 【详解】A．温度越高，黑体辐射强度越大；温度越高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，所以，A正确，A不符合题意； B．根据爱因斯坦光电效应方程 根据动能定理 解得 根据图像 所以 故B错误，B符合题意； C．根据知入射光子与静止的电子发生碰撞，损失能量，能量变小，碰后散射光的波长变长，故C正确，C不符合题意； D. 碰撞前后运动方向不在同一直线上，故发生的是非对心碰撞，故D正确，D不符合题意。 故选B。 8．（24-25高三上·贵州贵阳·阶段练习）关于“康普顿效应”下列说法中错误的是（　　） A．康普顿效应说明了光具有粒子性 B．康普顿效应说明了光具有波动性 C．康普顿效应不仅证明了光具有能量，还进一步证明了光具有动量 D．康普顿效应实验现象表明光子散射后波长变大 【答案】B 【详解】康普顿效应是研究x射线通过实物物质发生散射时，观察到光子散射后波长变大，进一步证明了光具有动量，即光具有粒子性。 本题选错误的，故选B。 9．（23-24高二下·山东聊城·期末）康普顿在研究石墨对射线的散射时，发现在散射的射线中，除了与入射波长相同的成分外，还有波长大于的成分。如图所示，在某次碰撞中，入射光子与静止的无约束自由电子发生弹性碰撞，碰撞后光子的方向与原入射方向成角，与电子碰后的速度方向恰好垂直，已知普朗克常量为h，光速为c。下列说法正确的是（　　） A．入射光的光子动量大小为 B．入射光的光子能量为 C．碰撞后电子的动能为 D．碰撞后光子的动量大小为 【答案】BC 【详解】A．入射光的光子动量大小为，故A错误； B．入射光的光子能量为 故B正确； C D．设光子与电子碰撞后，光子波长为，电子的动量为，则光子与电子碰撞前后，沿x方向的分动量守恒 沿y方向的分动量也守恒 联立解得 ， 根据能量守恒得 解得碰撞后电子的动能 碰撞后光子的动量大小 故C正确，D错误； 故选BC。 三、爱因斯坦光电效应方程 10．（2024·吉林长春·一模）一束由a光和b光组成的复色光由空气射向玻璃三棱镜的折射情况如图所示，下列说法正确的是（　　） A．a光频率低于b光频率 B．在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度 C．a、b光分别照射同一双缝干涉装置，a光产生的相邻两条亮条纹中心间距较大 D．a、b光照射同一种金属均有光电子逸出，a光产生的光电子最大初动能较大 【答案】AC 【详解】A．根据光路图可知玻璃对b光的偏折程度较大，所以玻璃对b光的折射率大于a光的折射率，则a光频率低于b光频率，故A正确； B．根据光速与折射率的关系 可知，在玻璃中，a光的传播速度大于b光的传播速度，故B错误； C．b光的波长小于a光的波长，根据干涉条纹公式 可知在同一双缝干涉实验装置发生干涉时，a光产生的相邻两条亮条纹中心间距较大，故C正确； D．b光的频率大于a光的频率，根据光电效应方程 可知，a、b光照射同一种金属均有光电子逸出，b光产生的光电子最大初动能较大，故D错误。 故选AC。 11．（2025·全国·模拟预测）在研究光电效应时，用不同波长的光照射某金属，产生光电子的最大初动能与入射光波长的关系如图所示，为图像的渐近线，真空中光速为，则（　　） A．该金属的逸出功为 B．普朗克常量为 C．时，光电子的最大初动能为 D．波长为的光能使该金属发生光电效应 【答案】B 【详解】A．根据题意，由爱因斯坦光电效应方程有 又 可知 结合图像可知 故A错误； B．由图可知，当时，，则有 故B正确； C．当时，代入 解得 故C错误； D．当时，才能使该金属发生光电效应，的光不能使该金属发生光电效应，故D错误。 故选B。 12．（2024·河北·模拟预测）如图所示，两束互相平行的单色光a、b从空气中斜射到平行玻璃砖上，入射角小于45°，玻璃砖足够长，两束光在玻璃砖的下表面只有一个出射点，下列说法正确的是（　　） A．b光更易发生明显的衍射 B．两束光在玻璃砖里的传播时间关系为 C．若增大入射光的入射角，则可能只有一束光从玻璃砖下表面射出 D．若用a、b光照射同一光电管，均能发生光电效应，则a光对应的光电子的最大初动能较大 【答案】B 【详解】A．由光路图可知 a光的折射角大于b光的折射角，两束单色光互相平行，所以入射角相同，根据折射定律 可得 由此可知b光的频率较大，波长较小，更不易发生明显衍射（点拨：当障碍物的尺寸与波的波长相当或比波长更小时，衍射现象更明显），A错误； B．设玻璃砖的厚度为d，根据 ， 可得 由于入射角i小于45°，所以折射角也小于45°，即，则有 又 可得 B正确； C．由于玻璃砖上下表面平行，所以光线在上表面的折射角等于在下表面的入射角，根据光路可逆性，增大入射光在上表面的入射角，两种光都可以从下表面射出，C错误； D．由前面分析知，由 可得 D错误。 13．（24-25高三上·河北沧州·阶段练习）在光电效应实验中，用不同频率的单色光照射A、B两种金属表面，均有光电子逸出，其最大初动能与入射光频率的关系如图所示。已知普朗克常量为，则（　　） A．A的逸出功小于B的逸出功 B．图中直线的斜率为 C．由图可知两入射光的光强相同 D．若两金属产生光电子的最大初动能相等，则照射到A金属表面的光频率较高 【答案】A 【详解】A．由光电效应方程 结合图乙知图线A在纵轴上的截距绝对值较小，所以金属A的逸出功小于B的逸出功，故A正确； B．由 知图中直线的斜率为普朗克常量，故B错误； C．在得到这两条直线时，与入射光的强度无关，无法比较光照强度，故C错误； D．由图乙知，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A金属的光频率较低，故D错误。 故选A。 14．某同学在研究某金属的光电效应现象时，发现该金属逸出光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系如图所示，若图线在横、纵坐标轴上的截距分别为a和-b，已知电子所带电荷量为e，由图线可以得到（　　） A．该金属的逸出功为零 B．当入射光的频率为5a时，遏止电压为 C．当入射光的频率为4a时，逸出光电子的最大初动能为2b D．普朗克常量为，单位为J·s 【答案】BD 【详解】AD．由和图像得 该金属的逸出功为b，普朗克常量为，单位为J·s ，A错误，D正确； C. 当入射光的频率为4a时，逸出光电子的最大初动能为 C错误； B. 当入射光的频率为5a时，遏止电压为 解得，B正确。 故选BD。 15．（2024·浙江温州·三模）如图所示，真空中有一平行板电容器，两极板分别由铂和钾（其极限波长分别为λ1和λ2）制成，板的面积均为S，板间距离为d。现用波长为λ（λ1<λ<λ2）的激光持续照射两板内表面，则（　　） A．稳定后铂板带负电，钾板带正电 B．电容器最终带电量Q正比于 C．保持入射激光波长不变，增大入射激光的强度，板间电压将增大 D．改用λ0 （λ1<λ0<λ）激光照射，板间电压将增大 【答案】AD 【详解】A．根据题意，由公式 可知，波长越大，频率越小，现用波长为λ（λ1<λ<λ2）的单色光持续照射两板内表面时，只能使钾金属板发生光电效应，钾金属板失去电子成为电容器的正极板，光电子运动到铂金属板上后使铂金属板成为电容器的负极板，故A正确； BC．根据光电效应方程有 又有 光电子不断从钾金属板中飞出到铂金属板上，两金属板间电压逐渐增大，且使光电子做减速运动，当增大到一定程度，光电子不能到达铂金属板，即到达铂金属板时速度恰好减小到零，此时，两极板间的电压为U，极板的带电量最大为Q，则有 根据平行板电容器的决定式 可知，真空中平行板电容器的电容 根据电容器的定义式 可得，极板上的带电量为 联立可得 电容器最终带电量Q正比于 ，板间电压与入射激光的强度无关，故BC错误； D．根据 改用λ0 （λ1<λ0<λ）激光照射，板间电压将增大，故D正确。 故选AD。 16．爱因斯坦提出了光量子概念并成功地解释了光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖。某种金属逸出光电子的最大初动能Ek与入射光频率v的关系如图所示，其中v0为极限频率。从图中可以确定的是（　　） A．逸出功与v有关 B．Ek与入射光强度成正比 C．当v≥v0时，会逸出光电子 D．图中直线的斜率与普朗克常量有关 【答案】CD 【详解】A．金属的逸出功是由金属本射性质决定的，与入射光的频率无关，A错误； B．光电子的最大初动能取决于入射光的频率，而与入射光的强度无关，B错误； C．只有当 时才会发生光电效应，逸出光电子，C正确； D．由爱因斯坦光电效应方程 Ek＝hν－W0 而 W0＝hν0 可得 Ek＝hν－hν0 可见图象的斜率表示普朗克常量，D正确； 故选CD。 17．钙和钠两种金属的极限频率和逸出功如表所示。关于钙和钠两种金属发生光电效应的最大初动能与入射光频率的关系图像正确的是（　　） 金属 钙 钠 /1014Hz 7.73 5.53 W0/eV 3.20 2.29 A． B． C． D． 【答案】C 【详解】BD．由光电效应方程可知图线是直线，且斜率相同，选项BD错误； AC．图线延长线与纵轴交点的坐标为，由于钠的逸出功小于钙片的逸出功，则A错误，C正确。 故选C。 18．一群处于能级的氢原子自发跃迁，产生了光子a、b、c，射入如图甲所示的光电管且都能发生光电效应，实验中三种光子对应的光电流I与电压U的关系图像如图乙所示，则（　　） A．光子a对应产生的光电子的遏止电压最大 B．光子c对应产生的光电子最大初动能最大 C．在同一介质中，光子c的折射率最大 D．在同一介质中，光子a的全反射临界角最大 【答案】BCD 【详解】A．由图乙可知，光子c与横坐标截距的绝对值最大，说明其产生的光电子的遏止电压最大，光子a与横坐标截距的绝对值最小，说明其产生的光电子的遏止电压最小，故A错误； B．由可得，光子c对应产生的光电子最大初动能最大，光子a对应产生的光电子最大初动能最小，故B正确； C．由光电效应方程可知，光子c的频率最大，光子a的频率最小，根据同一介质中频率大的单色光折射率大，则在同一介质中，光子c的折射率最大，故C正确； D．由全反射临界角公式可知，折射率越小，临界角越大，则在同一介质中，光子a的全反射临界角最大，故D正确。 故选BCD。 19．弗兰克—赫兹实验是研究求原子能量是否具有量子化特点的重要实验。实验原理如图1所示，灯丝K发射出初速度不计的电子，K与栅极G间的电场使电子加速，G、A向加有0.5V电压的反向电场使电子减速，电流表的示数大小间接反映了单位时间内能到达A极电子的多少。在原来真空的容器中充入汞蒸气后，发现K、G间电压U每升高4.9V时，电流表的示数I就会显著下降，如图2所示。科学家猜测电流的变化与电子和汞原子的碰撞有关，玻尔指出该现象应从汞原子能量量子化的角度去解释。仅依据本实验结果构建的微观图景合理的（　　） A．汞原子基态和第一激发微态的能极之差一定大于4.9eV B．相对于K极，在G极附近时电原子更容易使汞原子发生跃迁 C．电流增大，是因为单位时间内使汞原子发生跃迁的电子数减少 D．电子运动过程中只可能与汞原子发生一次碰撞 【答案】B 【详解】A．由于电压U每升高4.9V时，电流表的示数I就会显著下降，说明汞原子基态和第一激发态之间的能极之差等于4.9eV，A错误； B．相对于K极，在G极附近时电子能量越大，更容易使汞原子发生跃迁，B正确； C．电流增大，即便与汞原子发生碰撞，电压升高后，使电子剩余的能量也足以克服GA间反向电压到达A板，C错误； D．电子运动过程中有可能与汞原子发生一次，也有可能没发生碰撞，还可能发生多次碰撞，D错误。 故选B。 20．（2024·浙江金华·三模）在玻尔的原子结构理论中，氢原子由高能级向低能级跃迁时能发出一系列不同频率的光，波长可以用巴尔末里德伯公式来计算，式中为波长，R为里德伯常量，n、k分别表示氢原子跃迁前和跃迁后所处状态的量子数，对于每一个k，有，，，…。其中，赖曼系谱线是电子由的轨道跃迁到的轨道时向外辐射光子形成的，巴尔末系谱线是电子由的轨道跃迁到的轨道时向外辐射光子形成的。现用氢原子发出的光照射某种金属进行光电效应实验。若用赖曼系中波长最长的光照射时，遏止电压的大小为；若用巴尔末系中的光照射金属时，遏止电压的大小为。已知电子电荷量的大小为e，真空中的光速为c，里德伯常量为R。普朗克常量和该金属的逸出功分别为（    ） A．， B．， C．， D．， 【答案】C 【详解】在赖曼系中，氢原子由跃到，对应的波长最长设为，则 所以 所以 在巴尔末系中，氢原子由跃迁到，对应的波长为，频率为，则 设、对应的最大动能分别为、，根据光电效应方程有 根据动能定理有 故选C。 21．某同学采用如图甲所示的实验装置来研究光电效应现象。当用某单色光照射光电管的阴极K时，会发生光电效应现象。电源的极性可以改变，当在阳极A和阴极K之间加上反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计中电流恰为零，此时电压表的电压值U称为遏止电压。现分别用频率为和的单色光照射阴极（），测量到遏止电压分别为和，设电子质量为m、电荷量为e。图乙为频率为的单色光的实验图象。则下列选项正确的是（　　） A．加正向电压时，将滑片P向右滑动，可增大光电子的最大初动能，电流表的示数增大 B．若改用频率为的单色光照射光电管，乙图象与横轴交点在光照射时的左侧 C．分别用频率为和的单色光照射阴极，测量到遏止电压分别为和，阴极K金属的极限频率 D．若用频率更高的光照射光电管，则饱和光电流一定增大 【答案】B 【详解】A．加正向电压时，将滑片P向右滑动，由题图可知，光电管两端的电压增大，产生的光电流会增大，所以电流表的示数会增大，但是光电子的最大初动能为 即与入射光的频率有关，与两端电压无关，所以A错误； B．题中图象反应的是光电流随所加电压的变化图象，图象与横轴的交点表示的是遏止电压，又 所以 即若改用频率为的单色光照射光电管，乙图象与横轴交点在光照射时的左侧，所以B正确； C．根据 结合 可得 所以C错误； D．饱和电流的大小取决于入射光的强度，强度越大，饱和电流越大，所以D错误。 故选B。 22．如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线，（直线与横轴的交点坐标4.27，与纵轴交点坐标0.5），由图可知（　　） A．该金属的截止频率为4.27×1014 Hz B．该金属的截止频率为5.5×1014 Hz C．该图线的斜率表示h/e D．该金属的逸出功为0.5eV 【答案】A 【详解】AB．根据爱因斯坦光电效应方程 图像的横轴的截距大小等于截止频率，由图可知该金属的截止频率为4.27×1014 Hz，故A正确，B错误； CD．由 得知，该图线的斜率表示普朗克常量h，由数学知识得 当 时，逸出功为 故C、D错误。 故选A。 23．（2024·浙江温州·一模）如图甲为研究光电效应的装置示意图，图乙为垂直于磁场的截面，该装置可用于分析光电子的信息。竖直放置足够大且接地、逸出功为的金属板P，金属板右侧分布有磁感应强度大小的匀强磁场，方向平行于金属板水平向里。磁场中有足够长且接地、半径为R的金属圆筒Q，其轴线与磁场方向平行，筒Q横截面的圆心O到金属板的距离为。当频率的入射光照射到板P右表面时，表面各点均逸出大量速率不同、沿空间各个方向运动的电子。已知电子电量为e、质量为m，普朗克常量为h，板P和筒Q 始终不带电，忽略相对论效应，不计电子重力和电子之间相互作用。 (1)求金属板P表面逸出电子的最大速度； (2)若改变入射光的频率，使所有电子恰好均不能打在圆筒Q上，求该入射光的频率； (3)仍保持入射光频率，在平行于板P的分界面与板P之间的区域Ⅰ内，附加一方向竖直向下的匀强电场（未画出），电场强度大小，分界面与板P之间的距离为R。 ①仅考虑乙图截面内直线运动通过区域Ⅰ的电子，求截面内圆筒Q表面有电子打击的区域所对应的最大圆心角； ②求空间内直线运动通过区域Ⅰ且打在圆筒Q表面的电子，运动全过程沿磁场方向的最大位移。 【答案】(1) (2) (3)①；② 【详解】（1）金属板P发生光电效应，则有 解得 （2）分析所有电子恰好不能打在圆筒Q，可知 设电子在磁场中运动的速度为，由洛伦兹力提供向心力得 又 联立解得 （3）①电子在叠加场中匀速直线运动，则有 圆周运动半径为 轨迹与圆筒外切，有 可得 轨迹与圆筒内切，有 ②沿磁场方向速度分量为 在区域Ⅰ直线运动分运动时间为 圆周分运动与圆筒相切，则有 则有 试卷第1页，共3页 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 1 学科网（北京）股份有限公司 $$