专题7 光电效应方程与图像问题-【学霸黑白题】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（教科版）

专题 光电效应方程与图像问题 1.(2023·山东烟台期末)在利用光电管装置 研究光电效应的实验中，某同学用同一光 电管在不同实验条件下得到了三条光电流 与电压之间的关系曲线，如图所示，下列说 法中正确的是 A.三条曲线对应的 三种照射光的频 率大小关系为 丙 V甲=V丙>VZ U2 Ue 0 U B.甲光对应的截止频率大于乙光对应的截 止频率 C.甲、丙两种光所产生的光电子的最大初 动能相同 D.甲、丙两种光所产生的光电子的动能相同 2.（2023·江苏泰州调 研)如图所示是研究光 电效应的实验原理图， 真公 某实验小组用光强相 a Pr 同（即单位时间照射到 ☐0 单位面积的光的能量 E.r 相等)的红光和紫光分别照射阴极K,移动 滑片P分别得到红光和紫光照射时，光电 管的光电流I与电势差Uk的关系图像可 能正确的是 红光↑ 紫光 A. 紫光 B 红光 UKA 红光 紫光 紫光 D “红光 UKA 3.（2023·北京石景山一模)从1907年起，密 立根就开始测量金属的截止电压U.(即图1 所示的电路中电流表G的读数减小到零时 12黑白题物理|选择性必修第三册·JK O限时 30分钟 加在电极K、A之间的 反向电压)与入射光的 频率v,由此算出普朗克 Ko9- 常量h,并与普朗克根据 黑体辐射得出的h相比 较，以检验爱因斯坦光 电源 电效应方程的正确性 图1 按照密立根的方法我们利用图示装置进行 实验，得到了某金属的U。-v图像如图2所 示.下列说法正确的是 UN 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 11101111 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.57.0 w×104Hz) 图2 A.该金属的截止频率约为4.27×1014Hz B.该金属的截止频率约为5.50×1014Hz C.该图线的斜率为普朗克常量 D.该图线的斜率为这种金属的逸出功 4.（2023·河南郑州模拟)用光电管探究光电 效应规律的实验中，当用不同频率的光照 射两种光电管的阴极时，得到的截止电压 U。与入射光的频率v的关系分别为图中a、 b图线所示.由图中数据可知 () U1.U2 ↑U A. a/b VI V2 UU, 0 B. < VI V2 -Uk -U2 C.普朗克常量h= V D.a图线对应的阴极材料的逸出功为 W。=eU2 5.(2023·江苏苏锡常光束 镇四市一模)用如图 电路研究光电管的特 性，入射光频率为v, U为光电管K、A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v。,普朗克常 量为h,电子电量为e,则在U-v坐标系中， 阴影部分表示能产生光电流的U和v取值 范围，下列阴影标识完全正确的是( h hv hve D 6.(2023·吉林长春外国语学校期末)某学习小 组利用图甲所示电路研究光电流【和光电管 阴极K与阳极A之间的电压U的关系实验 中，用激光笔1（产生的光子能量为3.1eV)照 射光电管的阴极K,用电流表测量光电流的大 小，图乙为根据实验数据绘制出的图像 ↑I/μA 0.25 0.20 阴极K A 0.15 0.10 0.05 0 0.250.500.751.01.250六八 甲 乙 (1)连接好电路，将滑动变阻器的滑片移至 最左端，用激光笔1照射阴极K,电流表 (填“有”或“无”)示数 (2)闭合开关，将滑动变阻器的滑片从最左 端向右滑动，电流表的示数 (填“减小”“增大”或“不变”)。 (3)根据图乙可得光电管阴极材料的逸出功 约为 eV(保留两位有效数字). (4)若仅将激光笔1换成激光笔2，重新实验 后，在同一坐标纸上绘制的图像如图丙中 虚线所示，可知激光笔2发射的激光波长 比1的 (填“长”或“短”) (5)考虑电流表内阻，由图 像得到的截止电压与真 实值相比将 (填“偏大”“偏小”或 “不变”). 丙 7.(2023·四川凉山三模)如图所示是研究光 电效应的实验电路图，ab、cd为两平行正对 的圆形金属板.当一细束频率为v的光照至 极板αb的圆心时，产生沿不同方向运动的 光电子.若光电子只从极板圆心处发出，普 朗克常量为h,电子电量为e、质量为m,金 属板逸出功为W。,忽略场的边界效应和电 子之间的相互作用： (1)闭合开关S,调节滑片P的位置，当电流 表示数恰好为零时，求电压表示数U。 为多大； (2)断开开关，在两板间加一方向垂直纸面 向里、大小为B的匀强磁场，增大两板 距离会使电流表读数减小，求当两板距 离增大为多大时电流表读数恰好为零， 光束 进阶突破·专项练3是一个等压过程，A错误：B.汽缸和活塞都绝热，不与外界 发生热量交换，随着加热温度一定上升，内能增大，B错误； CD.根据pV=nRT可知，加热气体且等压过程中，温度升高， 体积变大，由热力学第一定律△U=W+Q可知，加热气体Q> 0,气体体积增大W<0,温度升高△U>0,气体吸收的热量不 可以全部用来对外做功，C错误，D正确故选D. 2.C解析：A.由状态A变化到状态B过程中，气体体积不变 气体不做功，W=0,气体温度升高，内能增加△U>0,根据 △U=W+Q,可得Q=△U-W=△U>0,气体吸收热量，A错误； B.由状态B变化到状态C过程中，温度不变，内能不变 △U=0,气体体积增加，气体对外做正功，W<0,根据△U=W+ Q,可得Q=△U-W=-W>0,气体吸收热量，B错误；C.由状态 D变化到状态A过程中，气体体积减小，气体对外做负功， W>0,气体温度降低，内能减少△U<0,根据△U=W+Q,可得 Q=△U-W<0,气体放出热量，C正确：D.由状态D变化到状 态A过程中，气体体积V与温度T的比值保持不变，根据理 想气体状态方程pV=m,可得p=”可知由状态D变化 到状态A过程中，气体属于等压变化，状态D与状态A的压 强相等，而状态D下气体温度高，气体分子平均动能大，所 以D状态时单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数比A 状态时少，D错误故选C 3.(1)300K(2)2.0×10J(3)放出了1.6×10J的热量 解折：(1)1一8是等容变化，根据查理定律得会-会解得 T。=7,=10x10 PA 3.0x10×900K=300K (2)B→C是等压变化，且体积增大，所以气体对外做功，根 据功的公式有Wc=PB△Vc=1.0×10×(3.0-1.0)J=2.0× 10°J.(3)C→4是等温变化，由理想气体内能只与温度有关， 知其内能不变，即△U=0,已知气体从状态A+B→C→A的 过程中，A→B是等容变化，气体不做功；气体从状态B→C 的过程中，气体对外界做的功Wc=2.0×103JC→A的过程 中，外界对气体做的功W4=3.6×10°J,由热力学第一定律 △U=Q+W,结合内能不变，有0=Q-Wc+WcA,代入数据，求 得Q=-1.6×10J,即气体放出了1.6×10J的热量 4.(1)-3℃(2)放热5.0J 解析：(1)缓慢降低封闭气体的温度，气体做等压变化，根据 LoS LS 盖-吕萨克定律，有273+。273+解得1=-3℃.(2)封闭气 体的压强为p=Po+Pgh,由于气体体积减小，所以外界对气体 做功为W=pS(L。-L),根据热力学第一定律△U=W+Q,联立 解得Q=-5.0J.即该过程中气体放热5.0J 5.(1)9.8×10Pa(2)392K(3)17.35J解析：(1)对活塞 受力分析有PoS=P1S+mg,解得P1=9.8×104Pa.(2)此过程为 等压变化，则有2s=h+A)5,解得，=392K(3)气体等压 T. 膨胀，设气体对外界做的功为W,气体的内能增加了10J,根 据热力学第一定律有△U=W+Q,W=-P1·S△h, 解得Q=17.35J. 专题七光电效应方程与图像问题 1.C解析：A.根据图像可知，截止电压关系有U2>U。,根 据eU。=Ekmat=hw-W。可知v甲='丙<yz,故A错误；B.截止频 率由金属材料自身决定，由于用同一光电管，可知甲光对应 的截止频率等于乙光对应的截止频率，故B错误：C.根 参考答案与解析 据eU。=Emx=hw-W。可知甲、丙两种光所产生的光电子的 最大初动能相同，故C正确；D.光电子的动能在0~Emm之 间变化，可知甲、丙两种光所产生的光电子的动能不一定相 同，故D错误故选C. 2.A解析：当Ux4>0时，电场力使电子减速，光电流为0时的 电压即为截止电压，紫光频率高于红光，紫光截止电压较大， 所以在J轴的正半轴的交点大于红光.单位时间内红光的光 子数多，所以红光的饱和光电流大.故选A. 3.A解析：设金属的逸出功为W。,截止频率为”。，因此 W。=hw。;光电子的最大初动能Es与截止电压U。的关系是 E=eU。,光电效应方程为E=hw-W。;联立两式可得：U。= e ,因此图像的斜率为，CD错误，当U上 v=v.=4.3×1014Hz,即金属的截止频率约为4.3×104Hz,在 误差允许范围内，可以认为A正确，B错误故选A 4.C解析：AB.由光电效应方程eU。=Ekm=hw-W。,可得U。= h0,结合图像可知图像的斜率k=么==，故 e v e V V2 AB错误；C.由k=么=9，可得普朗克常量h=心，故C正 e v 确；D.a图线对应的阴极材料的逸出功为W。=eU,,故D错 误故选C. 5.A解析：根据动能定理有-eU=Ek,根据光电效应方程有 E=h-W。=h-hm,所以U=-h+b, 。v+二v当入射光的频率大 于极限频率时，才可以发生光电效应，故选A 6.(1)有(2)减小(3)1.8(4)长(5)不变 解析：(1)根据题意，将滑动变阻器的滑片移至最左端，光电 管阴极K与阳极A之间的电压为零，用激光笔1照射阴极 K,有光电子逸出，可以到达阳极A形成光电流，则电流表有 示数.(2)闭合开关，将滑动变阻器的滑片从最左端向右滑 动，光电管阴极K与阳极A之间的反向电压逐渐增大，可以 到达阳极A的光电子数减小，则光电流减小，即电流表的示 数减小.(3)根据题意，设逸出功为W。,由光电效应方程有 E,=3.1eV-W。.由图乙可知，截止电压为U。=1.26V,则有 E.=eU=1.26eV,联立解得W。≈1.8eV.(4)由图丙可知，截 止电压减小，则光电子的最大初动能减小，可得激光笔2发 出光子的能量小于激光笔1发出光子的能量，则由公式E= c可得，激光笔2发射的激光波长比1的长(5)由于光电管 阴极飞与阳极A之间相当于断路，电流表有没有内阻光电 管阴极K与阳极A之间电压都等于电压表的读数，则考虑 电流表内阻，由图像得到的截止电压与真实值相比将不变 hw-W。(2) 2√2m(hw-W。) 7.(1) eB 解析：(1)根据爱因斯坦光电效应方程7m=h加-W,截止 电压为U.,根据动能定理可得U。=2m6,联立解得金属板 的截止电压为U。= 加-(2)当平行金属板以最大速度飞 出的电子刚好不能到达cd板时，电流表读数为零，如图所 示.由洛伦兹力提供向心力可得，B=m6根据几何关系可 得r=之，又eU,=2,之mG=加-职，联立解得d 1 黑白题39 2√/2m(hw-W。) eB 专题八原子能级问题 1.B解析：根据氢原子能级跃迁时辐射光条件hw=Em-En,氢 原子的能级公式E,再由入三可得九E。-E 入 题意可知小只=名-名A根据图甲和图乙可刻号-么， 入B E2,则谱线H。对应的是氢原子从n=4能级跃迁到n=2能 级发出的光，故A错误；B.根据图甲和图乙可知h二=E, E2,则谱线H,对应的是氢原子从n=5能级跃迁到n=2能 级发出的光，故B正确：C.根据图甲和图乙可知hC=E。 E2,则谱线H。对应的是氢原子从n=6能级跃迁到n=2能 级发出的光，故C错误；D.根据图甲和图乙可知h=E,- 入。 E2,则谱线H。对应的是氢原子从n=7能级跃迁到n=2能 级发出的光，故D错误故选B. 2.BC解析：AB.根据玻尔理论，氩原子从n=2能级向n=1 能级跃迁时释放的能量等于这两个能级间的能量差为△E= E 3 B,-E,=4E,=4E,故A错误，B正确；CD.n=4能级的 电子电离时需要吸收的能量为△E'=o-E4=0 EE,由 1616 题意可知，俄歇电子a的动能为B,=△E-△E=-B,故 16 D错误，C正确.故选BC 3.D解析：A.处于n=4能级的氢原子向n=2能级跃迁时辐 射出可见光a,有E4-E2=hm,=2.55eV.处于n=3能级的氢 原子向n=2能级跃迁时辐射出可见光b,有E,-E,=w= 1.89eV.所以a光的频率将大于b光的频率，由于光的频率 越大其波长越小，则a光的波长比b光的波长小，故A错误： B.从高能级向低能级跃迁时，氢原子向外辐射光子，氢原子 的能量减小，核外电子的轨道半径减小，根据二=可知 电子的动能增大，同时电势能减小，故B错误；C.一群处于 n=4能级的氢原子自发跃迁可释放c?=6种频率的光，一个 处于n=4能级的氢原子自发跃迁最多可释放3种频率的 光，故C错误；D.a光照射逸出功为2.14eV的金属时，根据 光电效应方程有hw。-W=Ekm,联立解得Em=0.41eV,故 D正确.故选D. 专题九核反应方程与结合能 1.C解析：AB.根据质量数守恒和电荷数守恒可得2Po Pb+He,该衰变为a衰变，故AB错误；CD.由能量关系可 知210E,+△E。=206E,+4E,,所释放粒子的比结合能为E,= 210E,+AE。-206E,故C正确，D错误，故选C, 4 2.AC解析：A由题图可知，中等大小的原子核，比结合能较 大，比结合能越大，核越稳定，F原子核的比结合能最大，核 最稳定，A正确：B.重核裂变生成的产物比结合能增大，在 选择性必修第三册·JK 重核裂变中，有质量亏损，因此重核裂变会释放能量，B错 误：C.轻核聚变释放能量，比结合能增大，有质量亏损，产物 平均核子质量比聚变前小，C正确；D.比结合能大的原子核 平均核子质量小，D错误故选AC 3.AB解析：A.根据核反应的电荷数和质量数守恒可知， 钍232变成铀233的核反应方程式是0Th+dn→Pa+ 0e,Pa→U+91e,选项A正确；B.中间产生的新核镁 233(Pa)从高能级向低能级跃迁时，放出能量，会伴随y 辐射，选项B正确：C.整个过程中释放能量，则生成的新核 铀233(2U)更加稳定，则新核铀233(U)的结合能大于 钍232(T),选项C错误；D.在核电站的核反应堆内部， 核燃料具有的核能通过核裂变反应转化为内能，然后通过发 电机转化为电能，故D错误故选AB. 4.CD解析：A.根据核反应前后质量数相等，电荷数相等可 知，裂变反应的生成物中x=3,故A错误：B.核子数越多，结 合能越大，可知U核结合能大，故B错误：C.Rb核的比 结合能比Cs核的大，故C正确；D.由于U核与。n核结合 生成U核要发生质量亏损，平均核子质量变小，释放能量， 结合能变大，U核的结合能大于2U核与n核的结合能之 和，故D正确.故选CD. 5.D解析：根据△E=△mc2,可得6Ba的结合能为E1= [56m4+(141-56)m5-m1]c2=(56m4+85m5-m1)c2,则16Ba 的比结合能为E,141 _E,_（56m4+85m5-m1)c2 ,故选D. 141 6.C解析：根据质量数、电荷数守恒可知U经a衰变次数 235-207-7次，B衰变次数为82-(92-7×2)=4次，后变成 4 稳定的2Pb,衰变方程为5U→Pb+7He+491e,则衰变过 程释放的能量为△E=207E,+28E3-235E1,故选C. 7.B解析：A.根据核反应方程质量数和电荷数守恒可得X的 质量数为144，Y的电荷数为90，故A错误；B.由于2U不稳 定，裂变时释放核能，所以U的比结合能小于2Kx的比结 合能，故B正确：C.裂变过程温度升高，但铀235的半衰期 不会变，故C错误；D.由于镉吸收中子的能力很强，当反应 过于激烈时，可以在反应堆中将镉棒插入深一些，让其多吸 收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，即减慢反应速度， 故D错误.故选B. 8.B解析：A.3Pa的中子数为233-91=142，A错误；B.根据 核反应规律和能量守恒知(mm-mp,-mg)c2=△E,得B粒子 △E 的质量为m=mm-c2 -mpa,B正确；C.根据比结合能曲线 可知，T的比结合能比H的大，C错误；D.在磁场中做匀 速圆周运动，有m=m发得R一8哀变过程满足动量守 恒，即Pa和B粒子动量等大反向，则在磁场中做匀速圆周 运动的半径之比与电量之比成反比，为1：91，D错误故选B. 9.(1)He+N-0+H(2)4e,+14e,+AB 17 (3)0.00325MeV 解析：(1)根据题意该反应的核反应方程为H+4N→？0+H. (2)根据能量守恒4e,+1462+△E=17e3,解得氧17的比结合 481+1482+△ 能83= .(3)反应过程质量增加△m=m+ 17 mo-m。-mw=0.001281u,结合能增加△E'=△mc2= 0.001281×931.5MeV=1.1932515MeV.根据能量守恒，入 射的a粒子的最小动能E=△E-△E=0.00325MeV. 黑白题40