专项突破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（人教版）

心专项突破7 光电效应方程与图 1.(2024·江苏南京模拟)用各种频率的光照 射两种金属材料得到遏止电压U随光的频 率v变化的两条图线1、2，图线上有P和Q 两点.下列说法正确的是 ↑UW 1.0 0.8 图线1 0.6 图线2 0.4折 0.2 (×104Hz) 4.0 4.5 50 5.5 6.0 6.57.0 A.图线1、2的斜率均为普朗克常量h B.图线1对应金属材料的逸出功小 C.照射同一金属材料，用Q对应的光比P 对应的光产生的饱和电流一定大 D.照射同一金属材料，用P对应的光比Q 对应的光逸出的光电子最大初动能大 2.如图所示是研究光电 效应的实验原理图，某 实验小组用光强相同 A (即单位时间照射到单 a Pr 位面积的光的能量相 E.r 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 Uxk4的关系图像可能正确的是 ) 红光 紫光 紫光 B 红光 红光 紫光 紫光 D 红光 Ukx 3.(2025·湖南联考)如图甲所示，瑞瑞在一 节物理实验课上用光源发出的光照射光电 12黑白题物理1选择性必修第三册·RJ 像问题 管来测量光电流与所加电压关系.已知光源 的光谱如图乙所示，则I-U曲线最可能为 ( +光强相对值 400 600 800 波长/nm B 4.(2025·四川大数据精准教学联盟一模)如 图1，分别用a、b两种材料做K极进行光电 效应实验研究，用频率为v的人射光照射K 极，且保持入射光不变，则光电子到达A极 时动能的最大值E随电压U变化关系图 像如图2所示，且两线平行，已知普朗克常 量h.则下列说法正确的是 () 久窗口 光束 ① 2E 0 图1 图2 A.图线a、b斜率k是普朗克常量h B.图线a、b斜率k是电子电量e C.材料a的逸出功W,=hw+E。 D.材料a、b的逸出功之比为1：2 5.用如图电路研究光电管的特性，入射光频率 为，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 光束 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 C D 6.某学习小组利用图甲所示电路研究光电流I 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 ）0.15 0.10 0.05 0 0.250.500.751.01.25UN 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 像得到的遏止电压与真 实值相比将 (填“偏大”“偏小”或 “无影响”) 丙 7.(2024·江苏扬州质检)如图甲所示是研究 光电效应的实验装置，用光子能量E= 10.2eV的光持续照射光电管的极板K,实 验得到的光电流与电压关系图线如图乙所 示，当电流增大到I后不再增大，求： (1)光电子的最大初动能和光电管K极材 料的逸出功； (2)当光电流刚饱和时，到达A极板的光电 子的最大动能； (3)若每入射N个光子会产生1个光电子， 光电流的饱和值为I,光的频率为v,普 朗克常量为h,求照射光的功率P. ↑/A 3.2 进阶突破·专项练13据玻意耳定律有p1V1=p3V2,代入数据解得p3=62.5cmHg, 开始时BC管内理想气体的状态为P。=75cmHg,V。= 20cmxS,变化后BC管内理想气体的状态为p4=P3+30cm Hg=92.5cmHg,V,=LS,气体发生等温变化，根据玻意耳定 律有PoV。=p4V3,代入数据解得L≈l6.22cm,所以活塞移动 距离x=25-L=8.78cm. 6.(1)60cmHg(2)12.5cm 解析：(1)设玻璃管横截面积为S,对B气体，初状态压强为 75cmHg,体积为20cm×S,末状态体积为25cm×S,根据理想 气体状态方程有75cmHg×20cm×S=Pm×25cm×S,解得 Pm=60cmHg(2)活塞被缓慢向左拉的过程中，A中气体做 等温变化，初状态：P1=75+25(cmHg)=100 cmHg,VA1= 10cm×S,末状态：Pa=Pm+25-5(cmHg)=80 cmHg,V2= LaS.根据玻意耳定律有pAVA1=p2V2,解得L2=12.5cm 专项突破6热力学第一定律与气体 实验定律综合问题 1.C2.C 3.D解析：A.因ba的延长线通过坐标原点，且a点的坐标为 (T1,Po),则b点的坐标为(2T1,2p0),即T2=2T1,根据查理 定律的逆命题成立可知V。=V。,气体在bc与da过程温度不 变，根据玻意耳定律2poV。=3pVe,2poV.=poV。,联立解 得V:V,:V。:V=6:6:4:3,即V>V,故A正确；B.bc 过程中温度不变，内能不变，故B正确：C.气体在αb过程中 温度变化量等于cd过程中温度变化量，则气体在ab过程中 内能的增加量等于cd过程中内能的减少量，故C正确； D.气体在ab过程中体积不变，则W=0,吸收的热量Qb= △U,即气体在ab过程中吸收的热量等于内能变化量，故 D错误故选D. 4.(1)300K(2)2.0×10J(3)放出了1.3×10J的热量 解折：(1)1一8是等容变化，根据查理定律得号会解得 ℃。=0。=0X10×90K=300K.(2)B-C是等压变化，且 PA 体积增大，所以气体对外做功，根据功的公式有Wc= PeAVaci=1.0×103×(3.0-1.0)J=2.0×105J.(3)C→A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=2.0x10J;C→A的过程中，外界对气体做的 功Wc4=3.3×10J,由热力学第一定律△U=Q+W,结合内能 不变，有0=Q-Wc+W4,代入数据，求得Q=-1.3×103J,即 气体放出了1.3×10J的热量 5.(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， 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 6.(1)90m(2)9×104J 解析：(1)根据题意可知，封闭气体等温变化，由玻意耳定律 有5poSL=P2S(L-d),解得P2=10po,又有P2=po+pH,解得 PH=po,则有H=90m; (2)根据题意可知，70m深处，封闭气体的压强为p。=Po+ 参考答案与解析 =8,由玻意耳定律有n.=5nSL,可得=名SL,90m 深处，封闭气体的压强为P。=Po+P=10po,由玻意耳定律有 P,V。=5pSL,解得V三)SL,ab过程中，外界对气体做功为 W=2(p,p,)(化。-V,),可得W=90000J,由热力学第一 定律有△U=W+Q,得Q=-9x10J,即放出9x104J的热量 专项突破7光电效应方程与图像问题 1.B解析：AB.根据光电效应方程和动能定理可得E,=hv W。,E.=eU。,可得U。=一v- 么，，由此可蜘知图线12的斜率为 ee ,由题图可知图线1对应金属材料的逸出功小，故A错 e 误，B正确：C.P对应的光的频率较小，不能确定光的强度， 所以不可以确定饱和光电流的大小，故C错误：D.P对应的 光的频率较小，Q对应的光的频率较大，所以照射同一金属 材料，根据E=w-W。知用Q对应的光比P对应的光逸出 的光电子最大初动能大，故D错误故选B. 2.A解析：当UkA>0时，电场力使电子减速，光电流为0时的 电压即为遏止电压，紫光频率高于红光，紫光遏止电压较大， 所以在U轴的正半轴的交点较红光偏右.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：波长越小，光的频率越高，由光电效应方程可得 E,=hm-W=c-W,当光的频率大于光电管的截止频率，颜率 入 越大，激发的光电子初动能越大.光源的光谱中波长500~ 800nm的波占多数，产生的是初动能较小的光电子，则反向 电压较小时，电流会随反向电压增大出现突然的较大衰减 故选A, 4.B解析：AB.根据光电效应方程可得E,=hw-W。,根据动能 定理可得eU=Em-Ek,联立可得Ekm=eU+hw-W。,可知图线 a、b斜率k是电子电量e,故A错误，B正确；CD.根据 En=eU+hw-W。,设材料a、b的逸出功分别为W,、W,根据 题图2可知E。=hv-W1,2E。=hw-W2,可得W1=hw-Eo, W1_hw-B。≠ W,=h-2B,则材料a、b的逸出功之比为可，m-2E。 hv-Eo 1 2h-2E。=2,故CD错误.故选B. 5.A解析：根据动能定理有eU=Ek-Em,根据光电效应方程有 Eshw-WEw-w所以U=-么+么之-么+h= e e U.当入射光的频率大于极限频率时，才可以发生光电效应， U>U时才能产生光电流，故选A. 6.(1)有(2)减小(3)1.9(4)长(5)无影响 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。由题图乙可知，遏止电压为U。=123V,则有 E=eU。=1.23eV,联立解得W。≈1.9eV.(4)由题图丙可知， 遏止电压减小，则光电子的最大初动能减小，可得激光笔2 黑白题39 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 入 电管阴极K与阳极A之间相当于断路，无论电流表有没有 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，由图像得到的遏止电压与真实值相 比将无影响. 7.()5.8ev44ey(2)9ey(3)hm 解析：(1)由题图乙可知，遏止电压为U。=5.8V,根据动能定 理可得E,=eU。,可知光电子的最大初动能为E.=5.8eV,由 爱因斯坦光电效应方程可得E=hv-W。,其中E=hw= 10.2eV,解得光电管K极材料的逸出功为W。=4.4eV; (2)由题图乙可知当光电流刚好达到饱和时，正向电压为 U=3.2V,由动能定理得eU=Em-E,解得到达A极板的光 电子的最大动能Em=9eV; ③)：时间内光电子数为n=,则t时间内入射的光子数为 m=,由能量守恒定律得P=Nh,解得照射光的功率为 e 专项突破8原子能级问题 1.B 2.C解析：A.氢原子从能级3跃迁最多放出三种谱线，其中 由能级3到能级1放出光子波长最短，由g-,=h二得 入hC,故A错误；B.由能级3到能级2放出光子波长最 长，曲与片得A=密放B错误：D南能极3到 能级1放出光子能量最大，根据光电效应方程有E=w-W, 光电子的最大初动能为瓜=号-（台-2）-甲，得金属板 逸出功W= 23E ,故C正确，D错误故选C 36 3.ACD解析：A.由题意可知入，<入，由△x=入可知用同一 双缝干涉仪做光的双缝干涉实验，a光条纹间距小于b光条 纹间距，故A正确；B.由题图可知，原子吸收波长为97nm 的光子后，从E,跃迁到E,,故B错误：C.原子从n=3跃迁 hc 到n=1时，E3-E1=E,-E2+E2-B,656nm+122nm=入，解 22+656m,故C正确；D.由题图可知，原子从E,跃 122×656 得入= 迁到E,辐射出的光子波长为656nm,波长等于122nm的光 子能量大于波长为656m的光子能量，由于碰撞后电子可 以仍具有能量，则用波长等于122nm光子能量的电子撞击 原子，原子可能从E2跃迁到E3,故D正确.故选ACD. 专项突破9核反应方程与结合能 1.C2.C 3.D解析：A.Th释放电子的过程是B衰变，实质是原子核 中一个中子转变成一个质子和一个电子，故A错误：B.Th 比2Th多了一个中子，故B错误：CD.Pa衰变成U过程 中释放能量，Pa的比结合能小于经U的比结合能，则Pa 的结合能小于U的结合能，故C错误，D正确故选D. 选择性必修第三册·RJ 4.C解析：A.根据电荷数守恒和质量数守恒，核反应方程中 的X是Be,A错误：B.反应前质量为4.0026u+9.0122u 13.0148u,反应后质量为12.0000u+1.0087u=13.0087u, 质量发生亏损，该反应过程需要释放能量，B项错误：C.若 4个质子和5个中子结合为Be,质量亏损为1.0073u×4+ 1.0087u×5-9.0122u=0.0605u,比结合能为0.0605u× 931MeV÷9≈6.26MeV,C正确：D.能量守恒定律为普适定 律，D错误故选C. 5.C解析：A.根据核反应满足质量数守恒和电荷数守恒，可 知X的质量数为0，电荷数为-1，则X是电子，故A错误； B.核反应释放核能为结合能之差，电子无结合能，有△E= E,-64E,则Zn的结合能为E1=64E+△E,故B错误；C.0Zn 共有64个核子，设比结合能为E',有64E'=64E+△E,则4Zn 的比结合能为E=E+:,故C正确：D,核反应为放能反应， 则生成物的结合能大于反应物的结合能，即4Z的结合能比 Cu的结合能大，故D错误故选C. 6.C解析：根据质量数、电荷数守恒可知，U经衰变次数 为235-207=7次，B衰变次数为82-(92-7×2)=4次，后变 成稳定的？Pb,衰变方程为U→2Pb+7He+49e,则衰变 过程释放的能量为△E=207E,+28E,-235E,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U不稳 定，裂变时释放核能，所以U的比结合能小于”Kr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，即会减慢反应速 度，故D错误.故选B. 8.BC解析：A.该a衰变的核反应的方程式为U→%X+ He,产生的新核X和a粒子均带正电，衰变过程满足动量 守恒而且总动量为零，则衰变刚结束时，α粒子与新核X的 动量等大反向，即两者的速度方向相反，根据左手定则和洛 伦兹力提供向心力可得：α粒子与新核X的轨迹相外切， 故A错误：B.根据带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周 公式T=2四，可得T=mx‘qa三3，故B正确；C.根据 洛伦兹力提供向心力9B=m,可得r一B面B =m=卫，衰变结束 时，a粒子与新核X的动量大小相等，可得r。:rx=qx:9a= 90：2=45:1,故C正确：D.a衰变是放能核反应，反应后原 子核结合得更紧密，新核的比结合能更大，由能量守恒可得 4E2+234E3-238E1 △E=△mc2=4E2+234E,-238E,,解得△m= c2 故D错误故选BC 9.(1)9.8×1029kg(2)54MeV(3)14.29MeV 解析：(1)由衰变方程可知，一次衰变释放的核能为△E= 55MeV=55×10°×1.6×10~19J=8.8×1012J,由爱因斯坦质能 方程可得△E=△mc2,解得亏损的质量为△m≈9.8×109kg (2)衰变过程满足动量守恒，可知α粒子和钍核的动量等大 反向，动能与动量的关系为之可得28 Eknm 4 57,依题意可得Ea+En=△E=55MeV,解得Ea≈54MeV. (3)根据△E+232×Eu=228×Em+4×E.,已知Eu=7.38MeV, Em.=7.50MeV,解得E.=14.29MeV. 黑白题40