第6章 专题强化练5 光电效应与玻尔理论的综合问题（同步练习）-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高二物理选择性必修第三册（教科版）

专题强化练5　光电效应与玻尔理论的综合问题 1.(多选题)(2024四川雅安开学考试)氢原子的能级图如图所示,一些金属的逸出功如表所示。下列说法正确的是(　　) 金属 钨 钙 钠 钾 铷 W0/eV 4.54 3.20 2.29 2.25 2.13 A.从n=5能级跃迁到n=2能级发出的光,能使钨发生光电效应 B.从n=5能级跃迁到n=2能级发出的光,能使钠发生光电效应 C.若某光能使钾发生光电效应,则该光可能是从n=3能级跃迁到n=2能级发出的光 D.若某光能使钾发生光电效应,则该光可能使处于基态的氢原子发生电离 2.(2025四川成都期中)一群处于第4能级的氢原子,向低能级跃迁过程中能发出6种不同频率的光,将这些光分别照射到图甲电路阴极K的金属上,只能测得2条电流随电压变化的图线如图乙所示,已知氢原子的能级图如图丙所示,则下列推断正确的是(　　) 甲　　乙 丙 A.图乙中的a光是氢原子由第4能级向基态跃迁发出的 B.图乙中的b光光子能量为12.75 eV C.动能为2 eV的电子不能使处于第3能级的氢原子电离 D.阴极金属的逸出功可能为W0=10 eV 3.(多选题)(2025四川成都开学考试)如图甲为氢原子能级示意图,一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时会辐射多种频率的光,使其中频率最高的光照射图乙中光电管的阴极K(材料为钠),灵敏电流表中有示数,已知阴极K的逸出功为2.29 eV,下列说法正确的是(　　) 甲　　乙 A.这群氢原子跃迁时最多辐射出6种频率的光子 B.这群氢原子跃迁时辐射的所有光均能使金属钠逸出电子 C.若将滑动变阻器的滑片由图中位置向右移动,灵敏电流表示数一定变大 D.若给该光电管加上反向电压,要使灵敏电流表示数为零,则所加电压的最小值为10.46 V 4.(2024河北石家庄期中)一群处于n=4能级的氢原子最终都回到基态,能发出不同频率的光,将这些光分别照射到图甲电路阴极K上,只能测得3条电流随电压变化的图线,如图乙所示,其中a光对应图线与横轴的交点坐标为-Ua=-6 V。已知氢原子的能级图如图丙所示,电子电荷量为e=1.6×10-19 C。 (1)求a光照射阴极K时逸出光电子的最大初动能Eka; (2)求该阴极K的逸出功W; (3)只有c光照射金属时,调节光电管两端电压,达到饱和光电流I=3.2 μA,若入射的光子全部引发了光电效应,求此时每秒钟照射到阴极K的光子总能量E。 甲　乙 丙 5.已知氢原子的能级图如图甲所示,现用大量高能电子轰击一群处于基态的氢原子,轰击后可观测到氢原子发射不同波长的光有6种。利用氢原子发出的光照射某电路的K极,如图乙所示,发现电流表有示数,调节滑片P可使电流表示数减小到零,电极K由金属锌制成,其截止波长为372 nm,已知普朗克常量为h=6.6×10-34 J·s,真空中的光速c=3×108 m,1 eV=1.6×10-19 J。则: (1)实验中滑动变阻器的滑片P应该向a端移动还是向b端移动? (2)锌板逸出功及氢原子发射光子中能让电流表有示数的光子种数为多少? (3)电流表示数为零时,电压表的示数至少为多少? (4)高能电子的动能范围。 甲　　乙 答案与分层梯度式解析 1.BD　要发生光电效应,则光子的能量必须大于金属的逸出功,从n=5能级跃迁到n=2能级发出的光的能量E1=-0.54 eV-(-3.4) eV=2.86 eV,根据金属的逸出功对照表可知,不能使钨发生光电效应,但能使钠发生光电效应,故A错误,B正确;从n=3能级跃迁到n=2能级发出的光的能量E2=-1.51 eV-(-3.4) eV=1.89 eV<2.25 eV,该光不能使钾发生光电效应,故C错误;若使钾发生光电效应的光的能量大于或等于13.6 eV,则该光能使处于基态的氢原子发生电离,故D正确。故选B、D。 2.B　图乙中a光的遏止电压比b光的小,根据eUc=m=hν-W0可知,b光频率最大,对应的氢原子跃迁的能级差最大,则b光是氢原子由第4能级向基态跃迁发出的,A错误;图乙中的b光光子能量为Eb=E4-E1=-0.85 eV-(-13.6 eV)=12.75 eV,B正确;使处于第3能级的氢原子电离需要的最小能量为1.51 eV,则动能为2 eV的电子能使处于第3能级的氢原子电离,C错误;因a光对应着氢原子从第3能级到基态的跃迁,该光能使光电管发生光电效应,比a光能量稍小的跃迁对应着氢原子从第2能级到基态的跃迁,该跃迁放出能量为10.2 eV,但是该光不能使光电管发生光电效应,可知阴极金属的逸出功大于10.2 eV,不可能为W0=10 eV,D错误。故选B。 3.AD　这群氢原子跃迁时辐射的光子频率种类最多为=6种,A正确;要使金属钠逸出电子,辐射的光子能量需满足hν≥2.29 eV,而氢原子从n=4能级跃迁到n=3能级辐射的光子能量hν'=-0.85 eV-=0.66 eV,该光子的频率小于钠的极限频率,不会发生光电效应,B错误;若此时图中所加的正向电压使光电管已达饱和光电流,则增加电压,灵敏电流表示数不变,C错误;遏止电压满足eUc=Ekm,Ekm=hν-W0,hν=E4-E1=12.75 eV,解得Uc=10.46 V,D正确。故选A、D。 4.答案　(1)6 eV　(2)6.75 eV　(3)2.04×1014 eV 解析　(1)由题意可知a光照射阴极K时的遏止电压Ua=6 V 则a光照射阴极K时逸出光电子的最大初动能Eka=eUa=6 eV。 (2)由题图乙可知a光的遏止电压最大,根据Ek=hν-W0=eUc,可知a光光子的能量最大,则a光光子是氢原子由n=4能级跃迁到基态所辐射的光子,则a光的光子能量为Ea=-0.85 eV-(-13.6 eV)=12.75 eV 根据爱因斯坦光电效应方程有Eka=Ea-W 解得W=6.75 eV。 (3)由(2)的分析可知c光光子是氢原子由n=2能级跃迁到基态所辐射的光子,则c光的光子能量为Ec=-3.4 eV-(-13.6 eV)=10.2 eV 1 s内发射的电子数为n==2×1013(个) 则每秒钟照射到阴极K的光子总能量E=nEc=2.04×1014 eV。 5.答案　(1)a端　(2)3.33 eV　3种　(3)9.42 V　(4)12.75 eV≤Ek<13.06 eV 解析　(1)由于调节滑动变阻器的滑片P可使电流表示数变为0,光电管两端的电压使电子减速,即K极电势高,A极电势低,则滑片P应向a端移动。 (2)金属锌的截止波长为372 nm,则锌板逸出功为 W0=≈5.32×10-19 J≈3.33 eV 氢原子发射6种不同波长的光,根据=6可知是从n=4能级跃迁到低能级的,则能级差大于3.33 eV的跃迁有4→1,3→1,2→1,即能让电流表有示数的光子种数为3种。 (3)因从能级4→1的跃迁放出光子的能量最大,为E=-0.85 eV-(-13.6 eV)=12.75 eV 对应的光电子的最大初动能最大,根据eUc=m=E-W0,解得电流表示数为零时,电压表的示数至少为U=Uc=9.42 V。 (4)高能电子与氢原子碰撞后氢原子能跃迁到n=4能级,不能跃迁到n=5能级;高能电子与氢原子碰撞的过程中氢原子中的电子只能吸收一部分高能电子的能量,E41=12.75 eV, E51=(-0.54 eV)-(-13.6 eV)=13.06 eV 则高能电子的动能范围12.75 eV≤Ek<13.06 eV。 学科网（北京）股份有限公司 $