4.2 光电效应 分层作业 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

**基本信息** 这份光电效应同步练习通过A、B、C三层递进设计，实现从基础概念到跨模块综合的知识巩固，适配新授课分层教学需求，强化物理观念与科学思维培养。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |A层|光子能量、遏止电压、能级跃迁基础|单选/多选结合基础计算，如密立根实验曲线分析| |B层|光子数计算、实验数据处理|综合计算与实验拓展，如功率与光子数关联| |C层|电磁感应与光电效应综合|跨模块应用，如导体棒运动与光电效应结合|

4.2光电效应 分层作业 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ A层 1．近年来，江西省科学家发明硅衬底氮化镓基系列发光二极管，开创了国际上第三条技术路线。某氮化镓基材料的简化能级如图所示，若能级差为（约）,普朗克常量，则发光频率约为（    ） A． B． C． D． 2．如图是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压与入射光频率的实验曲线，该实验直接证明了爱因斯坦光电效应方程，并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量h。由图像可知（　　） A．钠的逸出功为 B．钠的截止频率为 C．图中直线的斜率为普朗克常量h D．遏止电压与入射光频率成正比 3．（多选）下列说法中正确的是（　　） A．图甲检测玻璃面是否平整的原理是光的衍射现象，若a光能使某金属发生光电效应，则采用b光照射也一定能发生光电效应 B．图乙是铀核裂变图，其核反应方程为，若该过程质量亏损为，则铀核的结合能为 C．图丙表示LC振荡电路充放电过程的某瞬间，根据电场线和磁感线的方向可知电路中电流强度正在减小 D．图丁中的P、Q是偏振片，当P固定不动缓慢转动Q时，光屏上的光亮度将会发生变化，此现象表明光波是横波 4．（多选）年诺贝尔物理学奖授予阿秒激光领域的阿戈斯蒂尼等三位科学家，以表彰他们在阿秒光脉冲产生和应用上做出的卓越贡献。阿秒光脉冲的产生，可以在亚原子尺度上研究光电效应。图甲为演示光电效应的实验装置，用光强度相同的红、绿光分别照射阴极，得到两条关于电流表与电压表读数的关系曲线，如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A．用光强很弱的紫光照射阴极，会发生光电效应 B．截止电压与光的频率成正比 C．由红光照射阴极得到图线为曲线 D．向右移动滑动变阻器的滑片，电流表的示数不断增大 5．氢原子的能级图如图1所示，当氢原子从能级跃迁到能级辐射的光子照射到光电管阴极K时，恰好不发生光电效应；当从能级跃迁到基态辐射的光子照射到K上时，将如图2所示实验电路中的滑动触头调至a端，微安表示数恰好为0。求： （1）阴极K的逸出功； （2）遏止电压。    6．如图甲所示为氢原子的能级图，大量处于n=4激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光子，其中频率最高的光子照射到图乙电路阴极K上时，电路中电流随电压变化的图像如图丙，则求金属的逸出功？将上述各种频率的光分别照射到电路阴极K上，共有几种频率的光能产生光电流？ B层 7．一点光源以113W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6 × 10 - 7m的光，在离点光源距离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为3 × 1014个。普朗克常量为h = 6.63 × 10 - 34Js。R约为（   ） A．1 × 102m B．3 × 102m C．6 × 102m D．9 × 102m 8．（多选）下列关于教材中的四幅插图的物理分析，正确的是（　　） A．图甲中，a、b光分别用同一装置做双缝干涉实验，b光对应的条纹更宽 B．图乙中，用a光照射c、d金属，若c能发生光电效应，则d也一定可以 C．图丙中，0℃和100℃氧气分子的速率分布图线跟速率轴所围成图像的“面积”相等 D．图丁中，图中T1、T2为等温线，可知 9．美国物理学家密立根用如图所示的装置测量光电效应中的几个重要物理量。已知电子的电荷量。 （1）开关断开时，用单色光照射光电管的极，电流表的读数。求单位时间内打到极的电子数； （2）开关闭合时，用频率和的单色光分别照射光电管的极，调节滑动变阻器，电压表示数分别为和时，电流表的示数刚好减小到零。求普朗克常数。 C层 10．人眼对绿光最为敏感，如果每秒有6 个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。现有一个光源以10W的功率均匀地向各个方向发射波长为5.3×10-7m的绿光，已知瞳孔的直径为4mm，普朗克常量为 ，光速为3×108m /s，不计空气对光的吸收，则眼睛能够看到这个光源的最远距离约为（　　） A．2×107m B．2×106m C．2×105m D．2×104m 11．（多选）对于甲和乙两种金属，其遏止电压与入射光频率v的关系，如图所示，用h和e分别表示普朗克常量和电子电荷量，则（　　） A．两图线的斜率均为h B．甲的逸出功为，乙的逸出功为 C．若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射乙的入射光频率较高 D．若要两种金属都发生光电效应，照射乙的入射光强度必须大于照射甲的入射光强度 12．如图，两根相距L的无限长的平行光滑金属轨固定放置。导轨平面与水平面的夹角为θ（sinθ=0.6）。导轨间区域存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B。将导轨与阻值为R的电阻、开关S、真空器件P用导线连接，P侧面开有可开闭的通光窗N，其余部分不透光；P内有阴极K和阳极A，阴极材料的逸出功为W。断开S，质量为m的导体棒ab与导轨垂直且接触良好，沿导轨由静止下滑，下滑过程中始终保持水平，除R外，其余电阻均不计重力加速度大小为g。电子电荷量为e，普朗克常数为h。 (1)求ab开始下滑瞬间的加速度大小； (2)求ab速度能达到的最大值； (3)关闭N，闭合S，ab重新达到匀速运动状态后打开N，用单色光照射K，若ab保持运动状态不变，求单色光的最大频率。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案 题号 1 2 3 4 7 8 10 11 答案 C A CD AC B AC B BC 1．C 【详解】根据题意可知，辐射出的光子能量，由光子的能量得 故选C。 2．A 【详解】A．根据遏止电压与最大初动能的关系有 根据光电效应方程有 当结合图像可知，当为0时，解得 A正确； B．钠的截止频率为，根据图像可知，截止频率小于，B错误； C．结合遏止电压与光电效应方程可解得 可知，图中直线的斜率表示，C错误； D．根据遏止电压与入射光的频率关系式可知，遏止电压与入射光频率成线性关系，不是成正比，D错误。 故选A。 3．CD 【详解】A．图甲检测玻璃面是否平整的原理是光的干涉现象，不是衍射，由干涉图样可知，a光的波长比b光的大，故a光的频率比b光的小，若a光能使某金属发生光电效应，则采用b光照射也一定能发生光电效应，故A错误； B．在核反应的过程中，质量亏损为，核反应的过程释放的能量为，不是结合能，故B错误； C．由图示磁场由安培定则可知，电路电流沿顺时针方向，由电容器极板间电场方向可知，电容器上极板带正电，则此时正处于充电过程，电路电流逐渐减小，故C正确； D．只有横波才能产生偏振现象，所以光的偏振现象表明光是一种横波，故D正确。 故选CD。 4．AC 【详解】A．是否能发生光电效应，只与入射光的频率有关，与光强无关，紫色光的频率大于绿色光，故用光强很弱的紫光照射阴极，会发生光电效应，A正确； B．由，， 得，可知截止电压与光的频率不成正比，B错误； C．如图所示，，而绿光频率大于红光频率，故由红光照射阴极得到图线为曲线，C正确； D．向右移动滑动变阻器的滑片，若光电流已经达到了最大值，电流表的示数不会增大，D错误。 故选AC。 5．（1）；（2） 【详解】（1）由玻尔的能级理论 又由光电效应方程 解得 （2）由跃迁到基态时辐射光子的能量为 照射阴极后产生光电子的最大初动能为 又由动能定理 解得 6．6.75eV，3 【详解】大量处于n=4激发态的氢原子跃迁时，发出频率最高的光子是对应着从n=4到n=1的跃迁，频率最高光子的能量为 由题图丙可知辐射光电子的最大初动能为6eV，根据光电效应方程 可知金属的逸出功 n=4到低能级的跃迁中能辐射出6种不同频率的光子，其中光子能量大于6.75eV的跃迁有： n=2到n=1的跃迁，辐射光子的能量为 n=3到n=1的跃迁，辐射光子的能量为 n=4到n=1的跃迁，辐射光子的能量为 其余跃迁光子能量小于6.75eV，所以各种频率的光分别照射到电路阴极K上，共有3种频率的光能产生光电流。 7．B 【详解】一个光子的能量为 E = hν，ν为光的频率，光的波长与频率有以下关系 c = λν 光源每秒发出的光子的个数为 P为光源的功率，光子以球面波的形式传播，那么以光源为原点的球面上的光子数相同，此时距光源的距离为R处，每秒垂直通过每平方米的光子数为3 × 1014个，那么此处的球面的表面积为 S = 4πR2 则 联立以上各式解得 R ≈ 3 × 102m 故选B。 8．AC 【详解】A．根据光电效应方程，遏止电压越大，光的频率越大，故a光频率高、波长短；b光频率低、波长长。因此b光对应的条纹更宽，A正确； B．由图可知，d金属的截止频率大于c金属的截止频率，若a光照射c能发生光电效应，但d不一定能发生光电效应，故B错误； C．图丙是分子速率分布曲线，曲线与速率轴围成的“面积”表示所有分子速率的概率和，其值恒为1（因为所有分子的概率总和为1）。因此，氧气分子的速率分布图线与速率轴围成的面积相等，故C正确； D．由理想气体状态方程可知，温度T越高，pV乘积越大，等温线离原点越远，则，故D错误。 故选AC。 9．（1）；（2） 【详解】（1）由 且 代入数据解得 （2）设用频率为的光照射极时，逸出的光电子的最大初动能为，对应的遏制电压为，逸出功为。 根据光电效应方程有 根据动能定理有 代入数据解得 10．B 【详解】一个光子的能量为 为光的频率，光的波长与频率有以下关系 光源每秒发出的光子的个数为 P为光源的功率，光子以球面波的形式传播，那么以光源为原点的球面上的光子数相同 人眼瞳孔面积 其中d为瞳孔直径，由题意，如果每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉到，也就是说在瞳孔所处的球面上能保证每秒6个绿光的光子射入瞳孔，设人距光源的距离为r，那么人眼所处的球面的表面积为 S=4πr2 所以 联立以上各式解得 B正确，ACD错误。 故选B。 11．BC 【详解】A．由爱因斯坦光电效应方程有 遏止电压与最大初动能的关系为 可得 可知两图线的斜率均为，故A错误； B．设甲、乙的逸出功分别为、，由 可知 求得 故B正确； C．若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，设照射到甲、乙的入射光频率分别为、，根据以上分析有 可得 因为、则 综上可得 故C正确； D．金属能否发生光电效应与入射光强度无关，与入射光的频率有关，故D错误。 故选BC。 12．(1) (2) (3) 【详解】（1）金属杆由静止释放瞬间，金属杆还没有切割磁感线，没有感应电流，不受安培力，根据牛顿第二定律得 解得 （2）当金属杆匀速运动时，速度最大，设为vm，由平衡条件得 而金属杆产生的感应电动势 感应电流为 联立解得 （3）若ab保持运动状态不变，可知P中不产生光电流，设单色光的最大频率为，根据光电效应方程可知 同时 解得 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $