课时测评22 原子结构中的三类综合问题-【金版新学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册同步课堂高效讲义配套练习（人教版）

课时测评22　原子结构中的三类综合问题 (时间：30分钟　满分：50分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) (选择题1－8题，每题5分，共40分) 1.(多选)如图所示，由某种材料制成的太阳能电池的主体部分由P型半导体和N型半导体结合而成。当太阳光照射到该材料上时，材料吸收光子发生内光电效应，自由电子向N型一侧移动，从而在两端形成电势差。已知该材料至少需要吸收能量为E的光子才能发生内光电效应，普朗克常量为h，光速为c，则(　　) A.通过负载的电流方向从上至下 B.该材料发生内光电效应的极限波长(即极限频率对应的波长)为 C.太阳光的强度越强，则通过负载的电流越大 D.若改用光子能量低于E的光照射该材料，则不能发生内光电效应 答案：BCD 解析：自由电子向N型一侧移动，N型一侧电势更低，故电流从P型一侧流出，回到N型一侧，则电流应该从下至上通过负载，故A错误；发生内光电效应的极限波长满足h＝E，解得λ＝，故B正确；太阳光强度越大，内光电效应释放的电子越多，向N型一侧移动的自由电子越多，两端电势差越大，电路中的电流越大，故增大太阳光的强度，通过负载的电流会变大，故C正确；只有光子能量大于或等于E时，才能发生内光电效应，故D正确。故选BCD。 2.(多选)某实验小组做光电效应的实验，用不同频率的光照射某种金属，测量结果如表所示。已知电子电荷量大小为e。下列说法中正确的是(　　) 入射光的频率 遏止电压 饱和电流 ν U1 I1 3ν U2 I2 A.一定有U2＝3U1 B.一定有I2＝3I1 C.可以推测普朗克常量h＝ D.可以推测该金属的逸出功为W0＝ 答案：CD 解析：遏止电压的大小与入射光的频率有关，根据爱因斯坦光电效应方程有Ek＝hν－W0＝eUc，可知遏止电压与入射光的频率并不成正比，A错误；入射光的频率相同时，饱和电流与入射光的强度有关，根据题给条件无法判断I1和I2的大小关系，B错误；根据爱因斯坦光电效应方程可知hν1＝eU1＋W0，hν2＝eU2＋W0，联立可得普朗克常量为h＝，代入数据可得h＝，C正确；将h＝代入hν1＝eU1＋W0，可得该金属的逸出功W0＝hν1－eU1＝ν－eU1＝，D正确。故选CD。 3.如图为氢原子的能级示意图，已知锌板的逸出功是3.34 eV。下列说法正确的是(　　) A.用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射锌板一定不能发生光电效应 B.一个处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时，最多能放出3种不同频率的光子 C.用能量为10.3 eV的光子照射氢原子时，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态 D.一群处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时，发出的光照射锌板，锌板表面所发出的光电子的最大初动能为8.75 eV 答案：D 解析：氢原子从n＝2能级向基态跃迁时发出的光子的能量为10.2 eV，大于锌的逸出功，照射锌板能发生光电效应，故A错误；一个处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时，最多能放出2种不同频率的光子，故B错误；10.3 eV不等于任何两个能级的能量差，不能被基态氢原子吸收发生跃迁，故C错误；氢原子从n＝3能级向基态跃迁时发出的光子的能量最大值为Em＝E3－E1＝－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，因锌的逸出功是W0＝3.34 eV，锌板表面所发出的光电子的最大初动能为Ek＝Em－W0＝(12.09－3.34) eV＝8.75 eV，故D正确。 4.(多选)(2025·青海高二期末)大量处在激发态n的氢原子向基态跃迁时能向外辐射三种波长不同的光子，三种光子的波长分别为λ1、λ2、λ3，且有λ1＞λ2＞λ3，波长为λ1的光能使某种金属发生光电效应。下列说法正确的是(　　) A.n＝3 B.λ1＝λ2＞λ3 C.波长为λ3的光一定能使该金属发生光电效应 D.同一三棱镜对波长为λ1的光的折射率比对波长为λ3的光的折射率大 答案：AC 解析：大量氢原子从激发态向基态跃迁时向外辐射的光子种类为＝3，解得n＝3，故A正确；由跃迁规律可知，波长为λ3的光子能量一定等于波长为λ1、λ2的光子能量之和，结合ε＝hν，则有＝＋，则＝＋，故B错误；由波速、频率与波长的关系c＝λν，可知频率ν＝，根据波长的大小关系为λ1＞λ2＞λ3，可知频率的大小关系为ν1＜ν2＜ν3，光电效应的发生条件是入射光的频率大于金属的极限频率，波长为λ1的光能使某种金属发生光电效应现象，则波长为λ3的光一定能使该金属发生光电效应现象，故C正确；由ν1＜ν2＜ν3，可知同一棱镜对三种光的折射率关系为n1＜n2＜n3，所以同一三棱镜对波长为λ1的光的折射率比对波长为λ3的光的折射率小，故D错误。 5.(多选)如图是氢原子的能级示意图，大量处于基态的氢原子吸收了某种单色光的能量后能发出6种不同频率的光子，分别用它们照射某种金属板时，只有频率分别为ν1、ν2、ν3、ν4(ν1＞ν2＞ν3＞ν4)的四种光能使金属发生光电效应。则普朗克常量的表达式正确的是(　　) A. B. C. D. 答案：ABD 解析：大量处于基态的氢原子吸收了某种单色光的能量后能发出6种不同频率的光子，说明氢原子吸收能量从n＝1能级跃迁到n＝4能级，然后从n＝4能级跃迁共产生6种不同频率的光子，照射某种金属板时，只有频率分别为ν1、ν2、ν3、ν4(ν1＞ν2＞ν3＞ν4)的四种光能使金属发生光电效应，则这四种光对应n＝4能级向n＝1能级、n＝3能级向n＝1能级、n＝2能级向n＝1能级、n＝4能级向n＝2能级跃迁时放出的能量，分别为ΔE1＝E4－E1＝12.75 eV＝hν1，ΔE2＝E3－E1＝12.09 eV＝hν2，ΔE3＝E2－E1＝10.2 eV＝hν3，ΔE4＝E4－E2＝2.55 eV＝hν4，所以普朗克常量可表示为，故A、B、D正确。 6.(多选)(2025·山东青岛高二期末)图甲是某光电管被a、b两束光照射时光电管中光电流与电压关系图像，图乙是c、d两种金属遏止电压与入射光频率之间的关系图像，下列判断正确的是(　　) A.a光的光子能量小于b光的光子能量 B.c金属的逸出功小于d金属的逸出功 C.若用b光照射c金属能发生光电效应，则用a光照射d金属也一定能发生光电效应 D.用a光照射c、d金属，若d金属能发生光电效应，则c金属也一定能发生光电效应 答案：BD 解析：根据爱因斯坦光电效应方程有Ek＝hν－W0，根据动能定理有eUc＝Ek，由题图甲可知a光的遏止电压较大，则a光的光子能量大于b光的光子能量，故A错误；由A项分析可得Uc＝ν－，由题图乙可知，入射光频率相同时，c金属对应的遏止电压较大，则c金属的逸出功小于d金属的逸出功，故B正确；a光的光子能量大于b光的光子能量，c金属的逸出功小于d金属的逸出功，则a光的频率大于b光的频率，故若用b光照射c金属能发生光电效应，则用a光照射d金属不一定能发生光电效应，故C错误；c金属的逸出功小于d金属的逸出功，用同种光照射，若d金属能发生光电效应，则c金属也一定能发生光电效应，故D正确。 7.(多选)(2025·浙江台州市高二统考)如图1为研究光电效应的电路图，开始时滑动变阻器的滑片P与固定点O正对，用不同的光分别照射光电管的阴极K，结果都能发生光电效应，图2为甲、乙、丙三种光照射下得到的三条电流表与电压表读数之间的关系曲线。下列说法正确的是(　　) A.同一介质中甲光的波长大于丙光的波长 B.用甲光和乙光在同一装置做双缝干涉实验，甲光的条纹间距大于乙光的条纹间距 C.仅将滑片P向b端移动，光电子向A板运动的过程中动能变小 D.通过光电效应实验绘制Uc－ν图像(ν为光的频率，Uc为遏止电压)，可求得普朗克常量h 答案：BD 解析：根据题意，由爱因斯坦光电效应方程和动能定理得eUc＝Ek＝hν－W0，可知遏止电压的大小只与入射光的频率有关，频率越大，遏止电压越大。由题图2可知甲、丙两种光的频率相同，乙光的频率最大，则同一介质中甲、丙两种光波长相同，乙光的波长最短，根据Δx＝λ，可知用甲光和乙光在同一装置做双缝干涉实验，甲光的条纹间距大于乙光的条纹间距，故A错误，B正确；仅将滑片P向b端移动，光电管加的是正向电压，静电力做正功，光电子向A板运动的过程中动能变大，故C错误；由eUc ＝hν－W0变形得Uc＝ν－，可知Uc－ν图像的斜率为，e是常量，从而可求得普朗克常量，故D正确。故选BD。 8.(多选)(2025·河南开封高二期末)如图甲为某款条形码扫描笔的工作原理图，发光二极管发出的光频率为ν0。将扫描笔笔口打开，在条形码上匀速移动，遇到黑色线条光几乎全部被吸收；遇到白色线条光被大量反射到光电管中的金属表面(截止频率0.8ν0)，产生光电流，如果光电流大于某个值，会使信号处理系统导通，将条形码变成一个个脉冲电信号。图乙是氢原子的能级示意图。下列说法正确的是(　　) A.扫描笔在条形码上移动的速度会影响相邻脉冲电信号的时间间隔 B.频率为ν0的光照到光电管的金属表面立即产生光电子 C.若频率为ν0的光子能量为8 eV，则一群氢原子从n＝4能级跃迁到n＝1能级过程中发出的光，有4种光可以识别条形码 D.若部分光线被遮挡，光电子飞出阴极时的最大初动能不变，但光电流减小 答案：ABD 解析：由题意可知扫描笔在条形码上移动的速度越快，相邻脉冲电信号的时间间隔就越短，所以扫描笔在条形码上移动的速度会影响相邻脉冲电信号的时间间隔，故A正确；只要入射光的频率大于光电管中金属的极限频率，入射光照射该金属时，金属表面瞬间就会有光电子产生，故B正确；若频率为ν0的光子能量为8 eV，则一群氢原子从n＝4能级跃迁到n＝1能级过程中发出的光，可以识别条形码的光子能量至少要大于6.4 eV，根据氢原子从高能级向低能级跃迁时释放光子的能量ΔE＝En－Em(m＜n)，结合题图乙，可知满足该条件的光子为4→1，3→1，2→1，共3种光可以识别该条形码，故C错误；根据光电效应规律可知，若部分光线被遮挡，入射光的频率不变，光强减弱，则光电子飞出阴极时的最大初动能不变，但光电流减弱，故D正确。 9.(10分)(2025·吉林松原高二期末)已知氢原子的能级图如图甲所示，把A金属作为光电效应实验装置的阴极K，如图乙所示，用氢原子由n＝3能级跃迁到n＝2能级所发出的光照射真空玻璃管的阴极K，恰能发生光电效应。现在用氢原子由n＝3能级跃迁到n＝1能级时发出的光去照射阴极K。已知元电荷e＝1.6×10－19 C，求：(结果均保留两位有效数字，单位都用J) (1)A金属的逸出功W0； (2)从A金属表面逸出的光电子的最大初动能。 答案：(1)3.0×10－19 J　(2)1.6×10－18 J 解析：(1)氢原子由n＝3能级跃迁到n＝2能级所发出的光的能量恰能使阴极K发生光电效应，则有W0＝E3－E2 解得A金属的逸出功W0＝－1.51－(－3.40) eV＝1.89 eV＝1.89×1.6×10－19 J≈3.0×10－19 J。 (2)氢原子由n＝3能级跃迁到n＝1能级时发出光子的能量E＝E3－E1 解得E＝－1.51－(－13.6) eV＝12.09 eV＝12.09×1.6×10－19 J≈1.9×10－18 J 从A金属表面逸出的光电子的最大初动能Ek＝E－W0 解得Ek≈1.6×10－18 J。 学生用书⬇第109页 学科网（北京）股份有限公司 $