第4章 2 光电效应（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（人教版 江苏北京专用）

第四章　原子结构和波粒二象性 2　光电效应 基础过关练 题组一　光电效应的实验规律 1.(2025山东菏泽统考)如图所示,利用紫外线照射锌板后,发现与锌板连接的验电器箔片张开。关于这一现象,下列说法中正确的是(　　) A.换用紫光照射锌板,箔片也一定张开 B.验电器箔片张开,是因为箔片得到了负电荷 C.验电器箔片张开,是因为锌板得到了正电荷 D.紫外线灯照射的强度增大,箔片张角也增大 2.(2025江苏无锡期中)在光电效应实验中,用一束单色光照射某种金属表面,产生了光电流。下列叙述正确的是(　　) A.增大入射光的强度,逸出光电子的最大初动能一定增大 B.改用频率更高的光照射,可能不会产生光电流 C.减小入射光的频率,只要光强足够大,仍能发生光电效应 D.入射光频率大于金属的截止频率时能发生光电效应 3.(2025安徽合肥期中)如图所示为研究光电效应的电路图,用频率为ν0的单色光照射光电管的阴极K,滑动变阻器的滑片处在图中所示位置,开关断开和闭合时电流表均有示数,下列说法正确的是(　　) A.阴极K的截止频率大于ν0 B.开关闭合时电流表的示数大于开关断开时电流表的示数 C.开关闭合时滑片P向左移动,到达阳极A的光电子最大动能会增大 D.开关断开时,改用波长更短的光照射阴极K,电流表的示数一定会变大 4.(2025山西名校联考)在用光电管研究光电流I与电压U的关系时,测得黄光的光电流I与电压U的关系如图所示。下列分析正确的是(　　) A.加正向电压时,增大电压U,I也随之一直增大 B.增大黄光的强度,图线将会下移 C.将黄光换成相同光照强度的蓝光,图线将会上移 D.将黄光换成蓝光,Uc将会左移 题组二　爱因斯坦的光电效应理论 5.(2025广东汕头模拟)如图所示,用频率为ν的光照射阴极K,闭合开关,调节滑动变阻器的滑片,使微安表的示数减小为0,此时电压表的示数为U。已知普朗克常量为h,电子电荷量为e,下列说法正确的是(　　) A.a端为电源正极 B.K极材料的逸出功为hν-eU C.若保持入射光的频率不变,增大入射光的强度,遏止电压会增大 D.只要照射足够长的时间,任何频率的光都能够使K极发出光电子 6.(2025江苏宿迁期末)如图甲所示,用强度不变的单色光照射阴极K,流过电流表的电流I与电压表两端电压U的关系图像如图乙所示。当电压表示数分别为U0、3U0时,到达阳极A的光电子最大动能的比值为(　　) 　 A.1∶1　　B.1∶2　　C.1∶3　　D.2∶3 7.(2025江苏南京期中)上海光电技术研究所的一次实验中,用不同频率的光分别照射金属材料甲、乙,得到遏止电压Uc随频率ν变化的图像如图所示。已知金属甲、乙的逸出功分别为W0甲、W0乙;用同一种光分别照射金属甲、乙时,甲、乙逸出光电子的最大初动能分别为Ek甲、Ek乙,下列说法正确的是(　　) A.W0甲<W0乙　　　　B.W0甲>W0乙 C.Ek甲=Ek乙　　　　D.Ek甲<Ek乙 8.(2025江苏扬州期中)如图所示,K、A是密封在真空玻璃管中的两个电极,K受到光照时能够发射电子,电子的电荷量e=1.6×10-19 C。求: (1)用某单色光照射光电管的K极,饱和电流I=1.92 μA。求单位时间内K极逸出的电子数N。 (2)用频率为ν的单色光照射K极,若K极金属的逸出功为W0,A与K之间的电势差UAK=U(U>0),普朗克常量为h,求电子到达A极的最大动能Ekm。 题组三　康普顿效应和光子的动量 9.(2025江苏盐城期末)如图所示,一个光子和一个静止的电子相互碰撞后,电子向某一个方向运动,光子沿另一方向散射出去且波长变长,则这个散射光子跟原来的光子相比(　　) A.频率不变　　　　B.频率变小 C.动量不变　　　　D.动量变大 10.(创新题·新考法)(2025黑龙江哈尔滨二模)两种光子的动量之比为3∶1,它们都能使金属A发生光电效应,且其光电子的最大初动能分别为E1、E2。则(　　) A.两种光子的波长之比为3∶1 B.两种光子的能量之比为1∶3 C.A金属的逸出功为 D.A金属的逸出功为E1-E2 题组四　光的波粒二象性 11.(2025江苏江阴期中)关于光的本质,下列说法正确的是(　　) A.康普顿效应说明光具有波动性 B.光的干涉、衍射现象说明光具有粒子性 C.在任何情况下,光都既具有波动性,同时又具有粒子性 D.光的波动性和粒子性是相互矛盾的 12.(2025河南郑州期中)如图所示,当弧光灯发出的光经一狭缝后,在锌板上形成明暗相间的条纹,同时与锌板相连的验电器箔片有张角,则该实验(　　) A.只能证明光具有波动性 B.只能证明光具有粒子性 C.只能证明光能够发生衍射 D.证明光具有波粒二象性 能力提升练 题组一　光电效应中的图像问题 1.(2025江苏扬州期末)如图所示,分别用甲、乙两种金属材料作K极进行光电效应实验,其逸出功W甲<W乙,保持入射光的频率不变,实验得到电流I随电压U变化的图像可能正确的是(　　) 　　　 　　　 2.(2025河北张家口联考)如图所示为研究某金属发生光电效应时光电子的最大初动能随入射光频率变化的关系图像。下列说法正确的是(　　) A.增大入射光的强度,光电子的最大初动能增大 B.该金属的截止频率为ν0 C.普朗克常量h= D.当入射光的频率为时,逸出光电子的最大初动能为 3.(2025广东深圳期中)在光学天文望远镜中,光电倍增管利用光电效应将微弱的光线信号转换为电子信号并进行放大。光电效应实验装置如图甲所示,用①、②、③三种单色光分别照射光电管的阴极K,得到的光电流I与光电管两端电压U的关系如图乙所示。则(　　) 　 A.一切光照射到阴极K都能发生光电效应 B.测量Uc的大小时,滑片P应向a端移动 C.③光的频率小于①光的频率 D.②光的强度大于①光的强度 4.(2025江苏南京期中)图甲所示实验装置中阴极K由金属M制成,由此装置测出遏止电压Uc与入射光频率ν的关系如图乙所示。已知普朗克常量h=6.6×10-34 J·s,电子的电荷量e=1.6×10-19 C,真空中的光速为c=3.0×108 m/s。下列说法正确的是(　　) A.图甲中,闭合开关,滑片P向a端移动时,微安表示数越来越大 B.图乙中直线的斜率为he C.由图乙可知金属M的逸出功约为4.27 eV D.图乙中A点对应的入射光光子动量约为1.2×10-27 kg·m/s 5.(2025湖南名校联考,改编)如图所示,分别用1、2两种金属材料作K极进行光电效应探究,其逸出功的大小关系为W1<W2,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(　　) 　　　 　　　 6.(创新题·新考法)(2025江苏南京二模)研究光电效应时,当用波长为λ的光照射某种金属时,遏止电压为Uc,改变入射光波长,作出λUc-λ图像如图。其横轴截距为a,纵轴截距为b,元电荷为e,真空中光速为c。下列说法正确的是(　　) A.普朗克常量为h= B.该金属的截止频率为νc= C.该金属的逸出功为W0= D.遏止电压Uc与入射光的波长λ成反比 题组二　光电效应与光学的综合 7.(2025天津统考)如图所示,容器中盛有水,PM为水面,从A点发出一束复色光,射到水面上的O点后,折射光发生了色散,分成了a、b两种单色光,则(　　) A.若发光点A不变而入射点O向左移,则b光可能发生全反射 B.若a光照射某金属能发生光电效应,则b光照射该金属不一定发生光电效应 C.用a光和b光分别在同一套双缝干涉实验装置上做实验,a光的条纹间距较宽 D.a光的光子能量大于b光的光子能量 8.(2025安徽合肥联考)“天宫课堂”中,航天员演示了微重力环境下的神奇现象,液体呈球状,往其中央注入空气,可以在液体内部形成一个同心球形气泡。液体球和同心球形气泡可简化为空心透明球壳模型,图示为该球壳截面图,O为球壳的球心。若液体球壳内表面的P点有一个点光源,可发出两种不同频率的单色光a和b。当图中θ=30°时,a光恰好不能从液体球壳的外表面射出,b光射出的折射角β=45°。已知真空中的光速为c。则(　　) A.a光在液体中折射率为 B.b光在液体中传播的速度为c C.分别用a、b光在同一装置上做双缝干涉实验,a光产生的干涉条纹间距比b光的大 D.b光照射到某金属表面能使其发生光电效应,a光照射到该金属表面也一定能使其发生光电效应 答案与分层梯度式解析 基础过关练 1.D 2.D 3.C 4.D 5.B 6.B 7.A 9.B 10.C 11.C 12.D 1.D　当入射光的频率大于金属的截止频率时,能发生光电效应,紫外线能使锌板发生光电效应,而紫光频率低于紫外线频率,不一定能使锌板发生光电效应,所以换用紫光照射锌板,箔片不一定张开,故A错误;用紫外线照射锌板,锌板发生光电效应,有电子逸出,锌板失去电子而带正电(破题关键),验电器与锌板相连,箔片因为失去电子带上正电荷,同种电荷相互排斥,所以箔片张开,箔片不是得到负电荷,故B、C错误;紫外线灯照射强度增大,单位时间内逸出的光电子数目增多,锌板所带正电荷的电荷量增大,验电器箔片所带正电荷的电荷量也增大,箔片张角增大,故D正确。 2.D　逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率有关,与入射光的强度无关(破题关键),所以只增大入射光的强度,逸出光电子的最大初动能不变,A错误;若改用频率更高的光照射,一定会发生光电效应,则必有光电流产生,B错误;当入射光的频率小于金属的截止频率时,无论光照强度如何增大,都不能发生光电效应,C错误;当入射光的频率大于金属的截止频率时能发生光电效应,D正确。 易错提醒 关于光电效应的四点提醒 　　(1)能否发生光电效应,不取决于光的强度而取决于光的频率。 　　(2)光电效应中的“光”不是特指可见光,也包括不可见光。 　　(3)逸出功的大小由金属本身决定,与入射光无关。 　　(4)光电子不是光子,而是电子。 3.C　由题意可知,用频率为ν0的单色光照射光电管的阴极K能发生光电效应,则阴极K的截止频率小于ν0,故A错误;开关闭合时加了反向电压,因此开关闭合时的光电流会比开关断开时的光电流小,故B错误;开关闭合时滑片向左移,反向电压减小,到达阳极A的光电子最大动能会增大,故C正确;开关断开时,改用波长更短的光照射阴极K,电流表的示数不一定会变大,因为不知道照射光的强弱,故D错误。 归纳总结 　　光电效应规律应注意以下几个关系: 4.D　加正向电压时,使电压U从一个较小的值开始增大,光电流I先增大,当光电流增大为饱和电流后,继续增大电压U,光电流保持不变,故A错误;在光的频率不变的情况下,入射光越强,饱和电流越大,可知,增大黄光的强度,图线将会上移,故B错误;将黄光换成蓝光,入射光频率变大,则遏止电压增大,Uc将会左移,故D正确;假设光照强度相同,将黄光换成蓝光时,入射光频率变大,则单位时间内照射到金属表面的光子数变少,产生的光电子变少,饱和电流变小,即图线将会下移,故C错误。 归纳总结 光电效应中的四个关系 　　(1)光照射某种金属时,入射光的频率决定着能否发生光电效应。 　　(2)入射光的频率一定时,入射光的强度决定着单位时间内发射出来的光电子数。 　　(3)光电流和饱和电流:从金属板飞出的光电子到达阳极,回路中便产生光电流,随着所加正向电压的增大,光电流趋于一个饱和值,这个饱和值就是饱和电流。在一定的光照条件下,饱和电流与所加电压大小无关。 　　(4)光的强度与饱和电流:当入射光频率一定时,入射光越强,饱和电流越大。 5.B　调节滑动变阻器的滑片,使微安表的示数减小为0,此时电压表的示数为U,可知此时所加电压为反向电压,则b端为电源正极,a端为电源负极,故A错误;根据爱因斯坦光电效应方程可得Ek=hν-W0,根据动能定理可得-eU=0-Ek,联立可得K极材料的逸出功为W0=hν-eU(破题关键),若保持入射光的频率不变,增大入射光的强度,逸出的光电子的最大初动能不变,则遏止电压不变,故B正确,C错误;当入射光的频率低于K极材料的截止频率时,不能发生光电效应,K极不能发出光电子,故D错误。 归纳总结 光电管加正向电压与反向电压的情况分析 (1)P右移时,参与导电的光电子数增加; (2)P移到某一位置时,所有逸出的光电子恰好都参与了导电,光电流恰好达到最大值; (3)P再右移时,光电流不再增大 (1)P右移时,参与导电的光电子数减少; (2)P移到某一位置时,所有逸出的光电子恰好都不参与导电,光电流恰好为0,此时光电管两端加的电压为遏止电压; (3)P再右移时,光电流始终为0 6.B　根据题意可知,光电子从金属表面逸出后的最大初动能为Ekm=eU0,根据动能定理可得当电压表示数分别为U0、3U0时,到达阳极A的光电子最大动能分别为Ek1=Ekm+eU0,Ek2=Ekm+3eU0,联立可得=,故选B。 7.A　根据爱因斯坦光电效应方程可得Ek=hν-W0,因为Ek=eUc,联立整理得Uc=ν-(破题关键),可知Uc-ν图像纵轴截距的绝对值|b|=,结合图像可知乙的纵轴截距的绝对值较大,则W0甲<W0乙,故A正确,B错误;用同一种光分别照射金属甲、乙时,根据Ek=hν-W0可知,逸出功较大的,其光电子的最大初动能较小,W0甲<W0乙,故Ek甲>Ek乙,故C、D错误。 8.答案　(1)1.2×1013　(2)Ue+hν-W0 解析　(1)单位时间内K极逸出的电子数N= 其中Q=It,可得N=1.2×1013 (2)根据爱因斯坦光电效应方程,电子的最大初动能为Ek=hν-W0 电子到达A极的最大动能满足Ue=Ekm-Ek 可得Ekm=Ue+hν-W0 9.B　光子的波长变长,根据ν=可得,光子的频率变小,故A错误,B正确;入射光子与静止的电子碰撞时,把一部分动量转移给电子,则光子的动量变小,故C、D错误。 10.C　根据光子的动量与波长之间的关系p=,两种光子的动量之比为3∶1,可知两种光子的波长之比为1∶3,A错误;根据光子的能量与动量的关系E=mc2=pc,可知两种光子的能量之比为3∶1,B错误;根据爱因斯坦光电效应方程有Ek=E-W0,对两种光子分别有E1=p1c-W0,E2=p2c-W0,根据题意p1∶p2=3∶1,可得W0=,C正确,D错误。 11.C　康普顿效应说明光具有粒子性,而且光子不但具有能量,还有动量,故A错误;在光的干涉、衍射现象中,光表现出波动性,故B错误;在一些现象中,光的波动性表现得更明显,在另一些现象中,光的粒子性表现得更明显,所以光既具有波动性,同时又具有粒子性,即光具有波粒二象性,故C正确,D错误。 归纳总结 12.D　弧光灯发出的光经一狭缝后,在锌板上形成明暗相间的条纹,这是光的衍射现象,证明了光具有波动性,验电器箔片有张角,说明锌板发生了光电效应,则证明了光具有粒子性,所以该实验证明了光具有波粒二象性,故选D。 能力提升练 1.A 2.C 3.B 4.D 5.A 6.C 7.C 8.D 1.A　根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0,因为Ek=eUc,联立整理得eUc=hν-W0,结合W甲<W乙可知,Uc1>Uc2,故选A。 方法技巧 光电效应的图像问题一般解决方法 2.C　根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0,可知光电子的最大初动能与入射光的频率有关,与入射光的强度无关,A错误;当入射光的频率等于截止频率时,光电子的最大初动能为零,所以该金属的截止频率为νc,B错误;根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0,可知图像的斜率为普朗克常量,故h=,C正确;根据爱因斯坦光电效应方程,当ν=ν0时,Ek1=hν0-W0,当ν=2ν0时,4Ek1=2hν0-W0,解得hν0=3Ek1,W0=2Ek1,当ν=时,Ek2=-W0=-Ek1,说明小于截止频率,电子不能逸出,D错误。 归纳总结 Ek-ν图线 　　光电子的最大初动能Ek随入射光频率ν的变化图线如图所示,由Ek=hν-W0知,横轴上的截距是阴极金属的截止频率νc,纵轴上的截距是阴极金属的逸出功的负值-W0,斜率是普朗克常量h。 3.B　频率低于截止频率的光照射到阴极K时不能发生光电效应,故A错误;Uc是遏止电压,测量遏止电压时,A、K两极上所加电压为反向电压,即K极电势比A极电势高,可知滑片P应向a端移动,故B正确;根据Ek=hν-W0、eUc=Ek可知光的频率越大,遏止电压越大,所以③光的频率大于①光的频率,故C错误;①、②光频率相同,饱和电流较大的光的强度较大,所以②光的强度小于①光的强度,故D错误。 归纳总结 I-U图线 　　如图是光电流I随光电管两极板间电压U的变化曲线,图中Im为饱和电流,Uc为遏止电压。 　　(1)由Ek=eUc和Ek=hν-W0知,同一色光,遏止电压相同,遏止电压与入射光强度无关;不同色光,频率越大,遏止电压越大。 　　(2)在入射光频率一定时,饱和电流随入射光强度的增大而增大。 4.D　图甲中,闭合开关,滑片向a端移动,阴极K与阳极A之间所加电压为反向电压,且反向电压逐渐增大,微安表的示数不可能增大,A错误;根据eUc=hν-W0,得Uc=ν-,则图乙中直线的斜率为,B错误;由图乙可知当ν=4.27×1014 Hz时,Uc=0,代入eUc=hν-W0,可解得W0≈1.76 eV,C错误;图乙中A点对应的入射光频率为ν=5.5×1014 Hz,对应的入射光光子动量为p==≈1.2×10-27 kg·m/s,D正确。 5.A　由爱因斯坦光电效应方程可知mv2=hν-W0,光电子到达A极过程,由动能定理得eU=Ekm-mv2,所以光电子到达A极时动能的最大值为Ekm=eU+hν-W0(破题关键),由此可知,Ekm-U图线的斜率为e,纵轴截距为hν-W0,由题知W1<W2,则hν-W1>hν-W2,可见用金属材料1和2进行光电效应实验得到的Ekm-U图线相互平行,且用材料2进行光电效应实验得到的Ekm-U图线的纵轴截距较小,故选A。 6.C　 图形剖析 根据爱因斯坦光电效应方程可知Uce=m=-hνc,可得λUc=-λ,结合图像可知=b,=,可得普朗克常量为h=,该金属的截止频率为νc=,该金属的逸出功为W0=hνc=,故A、B错误,C正确;根据Uce=-hνc,可知Uc=-,可知遏止电压Uc与入射光波长λ不成反比,选项D错误。 7.C　若发光点A不变而入射点O向左移,入射角减小,b光不可能发生全反射,故A错误;由题图可知b光偏折程度较大,则b光频率较大(破题关键),若a光照射某金属能发生光电效应,则b光照射该金属一定能发生光电效应,故B错误;b光的频率较大,可知b光波长较短,则在同一套双缝干涉实验装置上做实验,b光的干涉条纹间距比a光的窄,故C正确;b光的频率较大,由光子能量公式ε=hν,可知b光的光子能量较高,故D错误。 名师点津 　　光的频率是联系光学与光电效应的桥梁,通过频率可以联系折射率、全反射临界角、光子能量、爱因斯坦光电效应方程等相关知识。 8.D　根据题意可知,a光恰好不能从液体球壳的外表面射出,则有sin 30°=,解得na=2,故A错误;b光在液体中折射率nb=,解得nb=,b光在液体中传播的速度为v==c,故B错误;比较可知na>nb,故a光的频率大于b光的频率,所以在空气中a光的波长小于b光的波长,根据双缝干涉条纹间距公式Δx=λ可知,分别用a、b光在同一装置上做双缝干涉实验,a光产生的干涉条纹间距比b光的小,故C错误;由上述分析可知,a光的频率大于b光的频率,所以b光照射到某金属表面能使其发生光电效应,a光照射到该金属表面也一定能使其发生光电效应,故D正确。 21 学科网（北京）股份有限公司 $