第一节 光电效应 光子说（分层作业）物理沪科版选择性必修第三册

**基本信息** 练习围绕“光电效应 光子说”，分核心技能、思维拓展、高考链接三层，覆盖基础概念到高考应用，梯度清晰，适配新授课巩固与提升，体现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| |----|----------|----------| |攻核心·技能提升|光电效应现象、光电子产生、截止频率等基础概念|单选为主，直接考查概念（如第1-11题判断光电子本质）| |拓思维·重难突破|爱因斯坦方程、遏止电压图像、多光子吸收等综合应用|填空与计算结合，深化理解（如第25题光电烟雾报警器计算）| |链高考·精准破局|氢原子跃迁、实验探究、高考真题模拟|综合题型，对接高考（如第39题结合能级图分析光电效应）|

1． 光电效应 光子说 目录 【攻核心·技能提升】 1 一、 光电效应现象及物理意义 1 二、 光电子的产生、本质和数量 3 三、 光电效应的截止频率 3 四、 爱因斯坦光电效应方程 4 五、光子与光子的能量 8 【拓思维·重难突破】 10 【链高考·精准破局】 12 1、 光电效应现象及物理意义 1．在光电效应现象中，物体表面发射出的粒子是（　　） A．光子 B．质子 C．中子 D．电子 2．爱因斯坦提出光子说，是为了解释（　　） A．光电效应现象 B．光的衍射现象 C．光的干涉现象 D．光的反射现象 3．用单色光照射某种金属表面，有没有光电子逸出取决于入射光的（　　） A．频率 B．强度 C．照射时间 D．光子数目 4．能说明光的粒子性的实验是（　　） A．干涉现象 B．衍射现象 C．光电效应 D．色散现象 5．当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，这时（　　） A．锌板带负电 B．有电子从锌板逸出 C．有正离子从锌板逸山 D．锌板会吸附空气中的正离子 6．光电效应的四条规律中，波动说仅能解释的一条规律是（　　） A．入射光的频率必须大于或等于被照金属的极限频率才能产生光电效应 B．发生光电效应时，光电流的强度与入射光的强度成正比 C．光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大 D．光电效应发生的时间极短，一般不超过10﹣9s 7．用某单色光照射金属表面，金属表面有光电子飞出．若照射光的频率增大，强度减弱，则单位时间内飞出金属表面的光电子的（　　） A．能量增大，数量增多 B．能量减小，数量减少 C．能量增大，数量减小 D．能量减小，数量增多 8．如图紫外线照射锌板，验电器金属箔发生了偏转，金属箔（　　） A．带负电 B．带正电 C．不带电 D．无法确定 9．在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图所示，这时（　　） A．锌板带正电，指针带负电 B．锌板带正电，指针带正电 C．锌板带负电，指针带正电 D．锌板带负电，指针带负电 10．如图，用导线将验电器与某种金属板连接，用弧光照射金属板，验电器指针发生明显偏转，在这个过程中（　　） A．金属板上的电子转移到验电器上 B．金属板上光子转移到验电器上 C．金属板上光电子转移到验电器上 D．验电器上电子转移到金属板上 11．图示为光电管的工作电路，要使电路中形成较强的光电流，须在A、K两电极间加一直流电压，则（　　） A．电源正极应接在P点，光电子从电极K发出 B．电源正极应接在Q点，光电子从电极K发出 C．电源正极应接在P点，光电子从电极A发出 D．电源正极应接在Q点，光电子从电极A发出 2、 光电子的产生、本质和数量 12．入射光照射到某一金属表面而发生了光电效应．将入射光的强度减弱而保持其频率不变，则（　　） A．从光照射至金属表面到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加 B．电子所能够吸收到的光子能量将明显减小 C．可能难以产生光电效应 D．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减小 13．入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，下列说法中正确的是（　　） A．有可能不发生光电效应 B．从光照射至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加 C．逸出的光电子的最大初动能将减小 D．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少 14．用某单色光照射金属表面，金属表面有光电子飞出．下列说法正确的是（　　） A．若照射光的频率减小，则可能不再有光电子飞出 B．若照射光的频率减小，则单位时间飞出的光电子数目可能会减少 C．若照射光的强度减弱，则光电子飞出的时间可能会变短 D．若照射光的强度减弱，则可能不再有光电子飞出 15．用某种色光照射到金属表面时，金属表面有光电子飞出，如果光的强度减弱而频率不变，则（　　） A．单位时间内入射的光子数目不变 B．光的强度减弱到某一最低数值时，就没有光电子飞出 C．单位时间内逸出的光电子数目减小 D．逸出的光电子的最大初动能减小 3、 光电效应的截止频率 16．用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措施是（　　） A．改用频率更小的光照射 B．改用频率更大的光照射 C．改用强度更大的原紫外线照射 D．延长原紫外线的照射时间 17．用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属发生光电效应的措施是（　　） A．改用频率更小的紫外线照射 B．改用X射线照射 C．改用强度更大的原紫外线照射 D．延长原紫外线的照射时间 18．关于光电效应现象，下列说法中正确的是（　　） A．在光电效应现象中，入射光的强度越大，光电子的最大初动能越大 B．在光电效应现象中，光电子的最大初动能与照射光的频率成正比 C．对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于此波长，才能产生光电效应 D．对于某种金属，只要入射光的强度足够大，就会发生光电效应 19．如图所示，用导线将验电器与洁净锌板连接，触摸锌板使验电器指示归零．用紫外线照射锌板，验电器指针发生明显偏转，接着用毛皮摩擦过的橡胶棒接触锌板，发现验电器指针张角减小，此现象说明锌板带 　 　 电（选填写“正”或“负”）；若改用红外线重复上述实验，结果发现验电器指针根本不会发生偏转，说明金属锌的极限频率 　 　 红外线（选填“大于”或“小于”）． 4、 爱因斯坦光电效应方程 20．（多选）如图所示，电路中所有元件完好，但光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过，其原因可能是（　　） A．入射光太弱 B．入射光波长太长 C．光照时间短 D．电源正负极接反 21．（多选）如图在研究光电效应的实验中，发现用一定频率的A单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，而用另一频率的B单色光照射时不发生光电效应，则下列说法正确的是（　　） A．A光的频率大于B光的频率 B．A光的频率小于B光的频率 C．A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是a流向b D．A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是b流向a 22．如图所示为光电效应实验中某金属的遏止电压Uc与入射光的频率v的关系图像。仅根据该图像（即不知道电子的电荷量）能得出的是（　　） A．饱和光电流 B．该金属的逸出功 C．普朗克常量 D．该金属的截止频率 23．强激光的出现丰富了人们对光电效应的认识，用强激光照射金属，一个电子极短时间内能吸收到多个光子而从金属表面逸出，如图为实验室进行光电效应实验装置。用频率为ν的普通光源照射阴极k，没有发生光电效应，换同样频率为ν的强激光照射阴极k，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压，在k、A之间就形成了使光电子减速的电场，逐渐增大反向电压，当电压为U时，光电流恰好减小到零。（其中W0为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电量）下列说法正确的是（　　） A．用频率为ν的普通光源照射阴极k，只要时间足够长也有光电子从k表面逸出 B．阴极k的截止频率小于ν C．电子的最大初动能可能为2hν﹣W0 D．遏止电压U可能为 24．（多选）某实验小组用如图甲所示的实验装置探究不同金属发生光电效应时的实验规律，当用频率为ν的入射光照射金属K1时电流表示数不为零，向右调节滑动变阻器的滑片P，直到电流表的示数刚好为零，此时电压表的示数为Uc，该电压称为遏止电压，该实验小组得到Uc与v的关系如图乙中的①所示，则下列有关说法中正确的是（　　） A．实验时电源的右端为正极 B．分别用从氢原子能级2到1和能级3到1辐射的光照射金属K1得到遏止电压Uc1和Uc2，则Uc1＞Uc2 C．换用不同的光照射逸出功更大的金属K2时，得到的Uc﹣ν关系可能如图乙中的②所示 D．当滑片P向左滑动的过程中电流表的示数先增加后不变 25．光电烟雾报警器的原理图和电路图如图（a）、（b）所示，光源S持续发出波长λ＝900nm的光。当有烟雾进入探测器时，光被烟雾散射进入光电管C，照射到金属表面发生光电效应，如果光电流I＝8×10﹣9A，报警系统恰被触发。已知元电荷e＝1.6×10﹣19C，真空光速c＝3×108m/s，普朗克常量h＝6.63×10﹣34J•s。要使该报警器正常工作，光电管内金属的逸出功W0至多为 　 　 eV（保留两位小数），烟雾报警器发出警报时，每秒需要产生的光电子数至少为 　 个（保留一位有效数字）。保持其它条件不变，为了提高光电烟雾报警器的灵敏度，请写出一种可行操作：　 　 。 26．如图甲是某校兴趣小组用光电效应测阴极材料逸出功的电路图，实验中调节滑动变阻器滑片的位置使电流表示数恰好为零，记录下此时入射光的频率ν和电压表示数U。改变入射光的频率，重复上述步骤获取多组数据，做出如图乙所示的U﹣ν 图像，已知电子的电荷量为e，普朗克常量为h，则阴极材料的逸出功为 　 ，增大入射光的频率ν，U﹣ν图像的斜率 　 　 （选填“变大”、“不变”或“变小”）。 27．（2024•松江区校级三模）用光子能量为hv＝3.1eV的光照射图示光电管极板K时发生光电效应，产生光电流。若K的电势高于A的电势，且电势差为0.9V，此时光电流刚好截止。此金属的逸出功是 　 　 ，那么，当A的电势高于K的电势，且电势差也为0.9V时，光电子到达A极时的最大动能是 　 　 。 28．研究光电效应规律的实验装置如图甲所示，以频率为ν的光照射光电管电极K时，有光电子产生。光电管K、A极间所加的电压U可由图中的电压表测出，光电流I由图中电流计测出。 （1）当滑片P位于P′右侧时，电极K、A间所加电压使从电极K发出的光电子 　 　 （填“加速”或“减速”）。 （2）如果实验所得Uc﹣ν图像如图乙所示，其中U1、ν1、ν2为已知量，电子的电荷量为e，那么： ①要证实“光电效应方程”是正确的，需要从乙图中数据求出 　 值（用题中给出的已知量表示）与普朗克常量h进行比较，若在误差许可的范围内二者相等则证实“光电效应方程”是正确的。 ②该实验所用光电管的K极材料的逸出功为 　 。 29．如图甲所示，一验电器与锌板相连，在O处用的紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保持一定偏角。现使验电器指针回到零，再用相同强度的黄光照射锌板，验电器指针无偏转。 （1）甲图中锌板带 　 　 电，指针带 　 　 电（“正”、“负”、“无”）；若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针 　 　 （填“有”或“无”）偏转。 （2）某同学设计了如图乙所示的电路，图中A和K为光电管的两极，K为阴极，A为阳极。现接通电源，用光子能量为6.4eV的光照射阴极K，电流计中有示数，若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动，电流计的示数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计的示数恰好为零，读出此时电压表的示数为2.1V，则光电管阴极材料的逸出功为 　 eV，该阴极材料的截止频率为 　 Hz。（普朗克常量h＝6.63×10﹣34J•s，结果保留两位有效数字） （3）如图丙中UC为反向遏止电压，v为入射光频率，改变入射光频率（都大于该光电管的截止频率）测得如图丙直线。若用逸出功更小的光电管作阴极材料，在图丙中画出可能的图像。 30．如图甲所示，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，频率相同的a、b两束光分别照射1、2两种材料，产生光电子的最大初动能分别为Eka、Ekb，直流电源的正负极可以调节，光电流I随电压U变化关系如图乙所示，则（　　） A．a光子的能量比b光子的大 B．a光的光照强度比b光的小 C．光电子的最大初动能Eka＜Ekb D．材料1的截止频率比材料2的小 五、光子与光子的能量 31．每个光子的能量取决于光的（　　） A．振幅 B．波长 C．频率 D．速度 32．光子的能量与之成正比的是（　　） A．光速 B．光的频率 C．光的波长 D．光速的平方 33．下列关于光的说法中正确的是（　　） A．在真空中红光波长比紫光波长短 B．紫光照射某金属时有电子向外发射，红光照射该金属时一定也有电子向外发射 C．光子不可以被电场加速 D．光子的能量由光强决定，光强大，每份光子能量一定大 34．以下关于光子说的基本内容，不正确的说法是（　　） A．光子的能量跟它的频率有关 B．紫光光子的能量比红光光子的能量大 C．光子是具有质量、能量和体积的实物微粒 D．在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光子 35．利用双缝干涉测量激光的波长。已知双缝相距为d，测得双缝到光屏的距离为L，相邻两条亮纹中心间距为Δx，则光的波长λ＝ 　　 。该激光器的发光功率为P，光在真空中传播的速度为c，普朗克常量为h，则该激光器每秒发射光子的个数 　　 。 36．一灯泡的电功率为P，若消耗的电能看成以波长为λ的光波均匀地向周围辐射，设光在空气的传播速度近似为真空中的光速c．则这种光波光子的能量为　 ，在距离灯泡d处垂直于光的传播方向S面积上，单位时间内通过的光子数目为　 ． 37．γ射线是放射性物质发出的电磁波，波长在2×10﹣10m以下，是一种能量很大的光子流．一个γ光子的能量至少相当于　 个频率为3×1014Hz的红光光子的能量．在医疗上用γ射线作为“手术刀”来切除肿瘤，若γ刀输出功率为10mW，则在1s内射出的光子数至少有　 个．（普朗克常量h＝6.63×10﹣34J•s） 38.金属的逸出功是材料科学、电子工程等领域研究和应用的重要参数之一，对现代科技和生活产生着深远影响。 （1）用图（a）所示装置得到图（b），选择有效区域后得到图中的间距ΔX，已知双缝间距为d，双缝到光强分布传感器的距离为D，则激光器中的单色光波长为 　　 。 （2）分别用两束单色光a、b在图（c）中研究光电效应，得到光电流和电压的关系如图（d）所示。 ①单色光a、b的光强Ia　 　 Ib（A.＞，B.＝，C.＜）。 ②单色光a、b的频率νa　 　 νb（A.＞，B.＝，C.＜）。 ③已知元电荷e，光电子的最大初动能为 　 。 （3）若已知第9题中的光的波长为λ，则图（c）中金属板K的逸出功W＝ 　 　 。（已知普朗克常量为h，光速为c） 39．（2024秋•徐汇区校级期中）一群处于第4能级的氢原子，都回到基态能发出几种不同频率的光，将这些光分别照射到图甲电路光电管的阴极K金属上，只能测得3条电流随电压变化的图像（如图乙所示），其中a光对应图线与横轴的交点坐标为Ua＝5V，已知氢原子的能级图如图丙所示，电子电量为e＝1.6×10﹣19C。 （1）该群氢原子回到基态可发出 　 　 不同频率的光子。 A.12种 B.3种 C.6种 D.4种 （2）采用a光照射金属时，逸出光电子的最大初动能Eka＝ 　 　 。该金属逸出功W＝ 　 　 eV。 （3）（论证）若光电子运动方向始终朝向A极板，能否在光电管内加入外界匀强磁场，使得光电子在电场和磁场共同作用下匀速直线运动到A极板上？阐明理由。 （4）（计算）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＝3.2μA，若入射的光子有80%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。 40. 在对于光的认识过程中，有一系列实验起到关键作用。 （1）某同学用红、绿两种单色光源分别照射杯口的肥皂膜，观察到如图所示的纹样，其中图1（a）图为 　 　 。 A.红光照射下的干涉图样 B.红光照射下的衍射图样 C.绿光照射下的干涉图样 D.绿光照射下的衍射图样 （2）如图2所示，某同学将一束激光沿半圆形亚克力砖的半径射到它的平直面上，测得入射角和折射角分别为θ1和θ2。 ①亚克力材料的折射率为 　 　 。 ②（多选）增大入射角，可观察到 　 　 。 A.反射光增强 B.反射光减弱 C.折射光增强 D.折射光减弱 （3）在“研究光电效应”实验中，用频率分别为νA、νb的两束单色光a、b先后照射同一光电管，得到光电流强度I与光电管两端电压U的关系如图3所示。两组实验中光电子的最大初动能分别为Eka、Ekb，则 　 。 A.νa＞νb，Eka＞Ekb B.νa＜νb，Eka＞Ekb C.νa＞νb，Eka＜Ekb D.νa＜νb，Eka＜Ekb 41.（2026•奉贤区二模）光现象涵盖反射、折射、干涉、衍射、光电效应等物理行为，研究价值很高。 （1）如图（a）所示，纸面内一束单色光，由空气以入射角θ射向一圆柱形长直玻璃柱的左端面圆心O点，并恰好在玻璃柱的内侧而发生全反射。 ①该玻璃柱材料对该单色光的折射率n＝　 　 ； ②（多选）在O点施加筒谐振动，持续时间t＝3×10﹣4s后停止，产生的简谐波沿玻璃柱水平向右传播。某时刻观测到如图（b）中的实线波形，经过时间Δt后波形变为图（b）中的虚线。已知M、N两点间距离为0.9m，振动振幅为1mm。则　 　 。 A.O点起振方向向下 B.时间Δt＝3×10﹣4s C.该波在玻璃柱中的传播速度为3000m/s D.M处的玻璃质点振动的总路程为6mm （2）（多选）两束单色光a、b分别经过同一双缝干涉装置后，在光屏上测得的光强与位置x的关系如图所示，则光a　 　 。 A.波长是光b的2倍 B.光子能量是光b的2倍 C.光子动量是光b的2倍 D.比光b更容易发生明显衍射 （3）小贤研究光电效应的电路如图（a）所示，电路中真空管的阴极K为金属铯板。已知金属铯的逸出功W＝2.14eV，元电荷e＝1.6×10﹣19C，普朗克常量h＝6.626×10﹣34J•s。 ①图（b）为氢原子的能级示意图。用大量处于n＝5能级的氢原子向低能级跃迁时发出的光，照射铯极板。这些光中，能使铯极板产生光电效应的种数为　 　 ； A.5 B.6 C.7 D.8 ②用频率ν＝6.55×1014Hz的蓝光照射真空管的铯极板，闭合开关S，调节滑动变阻器的滑片P，测得电路中多组光电流I与A、K之间的电压UAK，根据数据描绘图线如图（c）。 ⅰ.为测得图（c）中的纵轴截距和横轴截距，滑片P应分别置于图（a）中的　 　 和　 　 （均选填：A.Oa之间、B.O点、C.Ob之间）。 ⅱ.（计算）求图（c）中Uc的值（结果保留2位有效数字）。 42．（2025•奉贤区二模）激光具有单色性佳、相干性强、方向性好、能量集中等特点，广泛应用于多个领域。 （1）利用激光和平面镜观察光的干涉现象，光路原理如图甲所示。用激光和单缝获得线光源S，S发出的光直接照射在竖直光屏上，与通过水平平面镜反射的光叠加产生干涉条纹。测得S到平面镜、光屏的垂直距离分别为a、L（a≪L），光屏上相邻明条纹的中心间距为Δx，则激光的波长λ＝ 　 　 ；将平面镜略微向下平移，其它条件不变，干涉条纹的间距将 　 　 （选填：A.变大；B.变小；C.不变）。 （2）玻璃三棱柱的横截面如图乙中△PMN所示。现有一束激光从O点以a角入射，经MN面折射后，依次在PM、PN面发生反射，最终垂直于MN面射出。已知该三棱柱对该激光的折射率为n＝1.31。 ①补全三棱柱内的光路示意图。 ②（计算）求α角的大小（结果保留2位有效数字）。 ③在三棱柱的PM、PN面上 　 　 。 A.仅PM面有光线射出 B.两个面均有光线射出 C.仅PN面有光线射出 D.两个面均无光线射出 （3）一种利用光电效应原理工作的电源，简化结构如图丙所示。A电极为有小缺口的无色透明导电球壳，K电极为放置在球壳中心的金属球，K电极的引线与球壳缺口之间不接触、不放电。现用频率为ν的激光照射装置，仅K电极表面有电子逸出并向A电极运动。忽略光电子的重力及之间的相互作用。已知激光穿过A电极时光子频率不变，K电极金属材料的逸出功为W，电子电荷量为﹣e，光速为c，普朗克常量为h。 ①入射激光的一个光子动量p＝ 　 。 ②两电极K、A之间的最大电压UKAm＝ 　 。 43.（2024•闵行区二模）金属的逸出功是材料科学、电子工程等领域研究和应用的重要参数之一，对现代科技和生活产生着深远影响。 （1）用图（a）所示装置得到图（b），选择有效区域后得到图中的间距ΔX，已知双缝间距为d，双缝到光强分布传感器的距离为D，则激光器中的单色光波长为 　 　 。 （2）分别用两束单色光a、b在图（c）中研究光电效应，得到光电流和电压的关系如图（d）所示。 ①判断单色光a、b的光强I和频率ν的大小关系 　 　 。 A．频率νa＞νb，光强Ia＞Ib B．频率νa＝νb，光强Ia＞Ib C．频率νa＞νb，光强Ia＝Ib ②已知元电荷e，光电子的最大初出动能为 。 （3）若第2题中的光束来自第1题中的激光器，则图（c）中金属板K的逸出功W＝　 。（已知普朗克常量为h，光速为c）。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 1． 光电效应 光子说 目录 【攻核心·技能提升】 1 一、 光电效应现象及物理意义 1 二、 光电子的产生、本质和数量 4 三、 光电效应的截止频率 5 四、 爱因斯坦光电效应方程 7 五、光子与光子的能量 14 【拓思维·重难突破】 16 【链高考·精准破局】 19 1、 光电效应现象及物理意义 1．在光电效应现象中，物体表面发射出的粒子是（　　） A．光子 B．质子 C．中子 D．电子 【答案】D 【解答】解：在光电效应现象中，物体表面发射出的粒子是电子。故ABC错误，D正确 2．爱因斯坦提出光子说，是为了解释（　　） A．光电效应现象 B．光的衍射现象 C．光的干涉现象 D．光的反射现象 【答案】A 【解答】解：爱因斯坦提出了光子说，是为了解释光电效应现象，故A正确，BCD错误。 3．用单色光照射某种金属表面，有没有光电子逸出取决于入射光的（　　） A．频率 B．强度 C．照射时间 D．光子数目 【答案】A 【解答】解：发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，由公式EK＝hf﹣W知，W为逸出功不变，所以光电子的最大初动能取决于入射光的频率，A正确，BCD错误。 4．能说明光的粒子性的实验是（　　） A．干涉现象 B．衍射现象 C．光电效应 D．色散现象 【答案】C 【解答】解：A、光的干涉是波特有的现象，不能说明粒子性，故A错误； B、光的衍射是波特有的现象，不能说明粒子性，故B错误； C、光电效应说明光具有粒子性。故C正确； D、色散是波特有的现象，不能说明粒子性，故D错误。 5．当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，这时（　　） A．锌板带负电 B．有电子从锌板逸出 C．有正离子从锌板逸山 D．锌板会吸附空气中的正离子 【答案】B 【解答】解：紫外线照射锌板，发生光电效应，此时锌板中有电子逸出，锌板失去电子带正电。故B正确，A、C、D错误。 6．光电效应的四条规律中，波动说仅能解释的一条规律是（　　） A．入射光的频率必须大于或等于被照金属的极限频率才能产生光电效应 B．发生光电效应时，光电流的强度与入射光的强度成正比 C．光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大 D．光电效应发生的时间极短，一般不超过10﹣9s 【答案】B 【解答】解：A、入射光的频率必须大于或等于被照金属的极限频率才能产生光电效应，这说明光具有粒子性，电子吸收能量是成分吸收的，故A错误； B、当发生光电效应时，光电流的强度与入射光的强度成正比，这说明光具有波动性，故B正确； C、根据光电效应方程可知光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，这说明光的粒子性，故C错误； D、光电效应发生的时间极短，说明照射到金属上电子吸收能量不能积累，说明光具有粒子性，故D错误。 7．用某单色光照射金属表面，金属表面有光电子飞出．若照射光的频率增大，强度减弱，则单位时间内飞出金属表面的光电子的（　　） A．能量增大，数量增多 B．能量减小，数量减少 C．能量增大，数量减小 D．能量减小，数量增多 【答案】C 【解答】解：根据E＝hν知，照射光的频率增大，则光子能量增大，光的强度减弱，单位时间内发出光电子的数目减少。故C正确，ABD错误。 8．如图紫外线照射锌板，验电器金属箔发生了偏转，金属箔（　　） A．带负电 B．带正电 C．不带电 D．无法确定 【答案】B 【解答】解：紫外线照射锌板时，发生了光电效应，此时锌板中有电子逸出，锌板原来是中性，失去电子后带正电，因此验电器内的金属箔带正电，故ACD错误，B正确。 9．在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图所示，这时（　　） A．锌板带正电，指针带负电 B．锌板带正电，指针带正电 C．锌板带负电，指针带正电 D．锌板带负电，指针带负电 【答案】B 【解答】解：锌板在弧光灯照射下，发生光电效应，有光电子逸出，锌板失去电子带正电，验电器与锌板相连，导致指针带正电。故B正确，A、C、D错误。 10．如图，用导线将验电器与某种金属板连接，用弧光照射金属板，验电器指针发生明显偏转，在这个过程中（　　） A．金属板上的电子转移到验电器上 B．金属板上光子转移到验电器上 C．金属板上光电子转移到验电器上 D．验电器上电子转移到金属板上 【答案】D 【解答】解：因为发生光电效应时，锌板失去电子带正电，用验电器与锌板接触，则验电器也带正电。 验电器带正电，所以验电器上的电子转移到金属板上。故ABC错误，D正确。 11．图示为光电管的工作电路，要使电路中形成较强的光电流，须在A、K两电极间加一直流电压，则（　　） A．电源正极应接在P点，光电子从电极K发出 B．电源正极应接在Q点，光电子从电极K发出 C．电源正极应接在P点，光电子从电极A发出 D．电源正极应接在Q点，光电子从电极A发出 【答案】A 【解答】解：光照射到阴极K，产生光电子，需加速到达阳极，则A点接正极，即电源的正极接在P点。故A正确，B、C、D错误。 2、 光电子的产生、本质和数量 12．入射光照射到某一金属表面而发生了光电效应．将入射光的强度减弱而保持其频率不变，则（　　） A．从光照射至金属表面到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加 B．电子所能够吸收到的光子能量将明显减小 C．可能难以产生光电效应 D．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减小 【答案】D 【解答】解：A、发生光电效应的时间是瞬时的，谈不上时间间隔。故A错误。 B、入射光的频率不变，则光子能量不变。故B错误。 C、能否发生光电效应与入射光的频率有关，知仍然能发生光电效应。故C错误。 D、光的强度影响单位时间内发出光电子的数目，入射光的强度减弱，则单位时间内从金属表面逸出的光电子数目减小。故D正确。 13．入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，下列说法中正确的是（　　） A．有可能不发生光电效应 B．从光照射至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加 C．逸出的光电子的最大初动能将减小 D．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少 【答案】D 【解答】解：A、入射光的频率不变，则仍然能发生光电效应。故A错误。 B、光的强弱影响的是单位时间内发出光电子的数目，不影响发射出光电子的时间间隔。故B错误，D正确。 C、根据光电效应方程知，EKM＝hγ﹣W0知，入射光的频率不变，则最大初动能不变。故C错误。 14．用某单色光照射金属表面，金属表面有光电子飞出．下列说法正确的是（　　） A．若照射光的频率减小，则可能不再有光电子飞出 B．若照射光的频率减小，则单位时间飞出的光电子数目可能会减少 C．若照射光的强度减弱，则光电子飞出的时间可能会变短 D．若照射光的强度减弱，则可能不再有光电子飞出 【答案】A 【解答】解：A、发生光电效应的条件是入射光的频率大于截止频率。若入射光的频率减小，有可能不能发生光电效应，不会影响光电子的数目。故A正确，B错误。 C、光的强弱不影响光电子的能量，只影响单位时间内发出光电子的数目。故C、D错误。 15．用某种色光照射到金属表面时，金属表面有光电子飞出，如果光的强度减弱而频率不变，则（　　） A．单位时间内入射的光子数目不变 B．光的强度减弱到某一最低数值时，就没有光电子飞出 C．单位时间内逸出的光电子数目减小 D．逸出的光电子的最大初动能减小 【答案】C 【解答】解：A、入射光的强度影响单位时间内发出光电子的数目，光的强度减弱，单位时间内发出光电子数目减少。故A错误，C正确。 B、光电效应的条件是入射光的频率大于极限频率，与光的强度无关。故B错误。 D、根据光电效应方程Ekm＝hγ﹣W0得，光强度不影响光电子的最大初动能，光电子的最大初动能与入射光的频率有关。故D错误。 3、 光电效应的截止频率 16．用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措施是（　　） A．改用频率更小的光照射 B．改用频率更大的光照射 C．改用强度更大的原紫外线照射 D．延长原紫外线的照射时间 【答案】B 【解答】解：用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，知紫外线的频率小于金属的极限频率，要能发生光电效应，需改用频率更大的光照射。能否发生光电效应与入射光的强度和照射时间无关。故B正确，A、C、D错误。 17．用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属发生光电效应的措施是（　　） A．改用频率更小的紫外线照射 B．改用X射线照射 C．改用强度更大的原紫外线照射 D．延长原紫外线的照射时间 【答案】B 【解答】解：用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，知紫外线的频率小于金属的极限频率，要能发生光电效应，需改用频率更大的光照射，比如：改用X射线照射；能否发生光电效应与入射光的强度和照射时间无关，故B正确，A、C、D错误。 18．关于光电效应现象，下列说法中正确的是（　　） A．在光电效应现象中，入射光的强度越大，光电子的最大初动能越大 B．在光电效应现象中，光电子的最大初动能与照射光的频率成正比 C．对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于此波长，才能产生光电效应 D．对于某种金属，只要入射光的强度足够大，就会发生光电效应 【答案】C 【解答】解：AD、只有入射光的频率大于金属的极限频率，才能产生光电效应，当入射频率越高时，则光电子的最大初动能越大，与入射光的强度无关。故AD错误。 B、根据光电效应方程Ekm＝hv﹣W0，入射光的频率越大，光电子的最大初动能越大，但光电子的最大初动能与照射光的频率并不成正比。故B错误 C、只有入射光的频率大于金属的极限频率，才能产生光电效应，而频率越高的，波长越短。故C正确。 19．如图所示，用导线将验电器与洁净锌板连接，触摸锌板使验电器指示归零．用紫外线照射锌板，验电器指针发生明显偏转，接着用毛皮摩擦过的橡胶棒接触锌板，发现验电器指针张角减小，此现象说明锌板带 　 　 电（选填写“正”或“负”）；若改用红外线重复上述实验，结果发现验电器指针根本不会发生偏转，说明金属锌的极限频率 　 　 红外线（选填“大于”或“小于”）． 【答案】正，大于 【解答】解：用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电，当其接触锌板时发现验电器指针张角减小，这说明锌板带电量减小，故锌板一定带正电，部分电量被橡胶棒所带负电中和；若用红外线照射，发现验电器指针根本不会发生偏转，这说明没有发生光电效应，故金属锌的极限频率大于红外线的频率． 4、 爱因斯坦光电效应方程 20．（多选）如图所示，电路中所有元件完好，但光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过，其原因可能是（　　） A．入射光太弱 B．入射光波长太长 C．光照时间短 D．电源正负极接反 【答案】BD 【解答】解： A、光电管能否产生光电效应与入射光的强度没有关系。故A错误。 B、若入射光波长太长，大于金属的极限波长时，金属不能产生光电效应，灵敏电流计中没有电流通过。故B正确。 C、光电管能否产生光电效应与光照时间没有关系。故C错误。 D、电源正负极接反时，光电管加上反向电压，光电子做减速运动，可能不能到达阳极，电路中不能形成电流。故D正确。 21．（多选）如图在研究光电效应的实验中，发现用一定频率的A单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，而用另一频率的B单色光照射时不发生光电效应，则下列说法正确的是（　　） A．A光的频率大于B光的频率 B．A光的频率小于B光的频率 C．A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是a流向b D．A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是b流向a 【答案】AC 【解答】解：A、因为A色光照射能发生光电效应，B色光照射不能发生光电效应，则A光的频率大于B光的频率。故A正确，B错误。 C、发出的光电子从阴极移动到阳极，则流过电流表的电流方向为a流向b。故C正确，D错误。 22．如图所示为光电效应实验中某金属的遏止电压Uc与入射光的频率v的关系图像。仅根据该图像（即不知道电子的电荷量）能得出的是（　　） A．饱和光电流 B．该金属的逸出功 C．普朗克常量 D．该金属的截止频率 【答案】D 【解答】解：A、由图中信息无法计算饱和光电流，故A错误； BC、设金属的逸出功为W0，截止频率为νc，则有：W0＝hνc 光电子的最大初动能Ekm与遏止电压Uc的关系是：Ekm＝eUc 光电效应方程为：Ekm＝hν﹣W0 联立两式可得：Ucν 故Uc与v图象的斜率为，从而解得普朗克常量与逸出功，但不知道电子的电荷量，故BC错误； D、当Uc＝0时，可解得：ν＝νc 此时读图可知：ν≈4.27×1014Hz，即金属的截止频率约为4.27×1014Hz，故D正确。 23．强激光的出现丰富了人们对光电效应的认识，用强激光照射金属，一个电子极短时间内能吸收到多个光子而从金属表面逸出，如图为实验室进行光电效应实验装置。用频率为ν的普通光源照射阴极k，没有发生光电效应，换同样频率为ν的强激光照射阴极k，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压，在k、A之间就形成了使光电子减速的电场，逐渐增大反向电压，当电压为U时，光电流恰好减小到零。（其中W0为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电量）下列说法正确的是（　　） A．用频率为ν的普通光源照射阴极k，只要时间足够长也有光电子从k表面逸出 B．阴极k的截止频率小于ν C．电子的最大初动能可能为2hν﹣W0 D．遏止电压U可能为 【答案】C 【解答】解：AB．用频率为ν的普通光源照射阴极k，没有发生光电效应，说明入射光的频率过低，阴极k的截止频率大于v，即使照射时间足够长也不会有光电子从k表面逸出，故AB错误； C．若阴极吸收2个光子发生光电效应，根据光电效应方程，则电子的最大初动能为Ekm＝2hν﹣W0，故C正确； D．若阴极吸收n个光子发生光电效应，根据光电效应方程和动能定理Ekm＝eUC＝nhν﹣W0 遏止电压 因为n取整数，则遏止电压UC不可能为，故D错误。 24．（多选）某实验小组用如图甲所示的实验装置探究不同金属发生光电效应时的实验规律，当用频率为ν的入射光照射金属K1时电流表示数不为零，向右调节滑动变阻器的滑片P，直到电流表的示数刚好为零，此时电压表的示数为Uc，该电压称为遏止电压，该实验小组得到Uc与v的关系如图乙中的①所示，则下列有关说法中正确的是（　　） A．实验时电源的右端为正极 B．分别用从氢原子能级2到1和能级3到1辐射的光照射金属K1得到遏止电压Uc1和Uc2，则Uc1＞Uc2 C．换用不同的光照射逸出功更大的金属K2时，得到的Uc﹣ν关系可能如图乙中的②所示 D．当滑片P向左滑动的过程中电流表的示数先增加后不变 【答案】AD 【解答】解：A、根据题意，入射光照射金属K1时电流表示数不为零，向右调节滑动变阻器的滑片P，直到电流表的示数刚好为零，则可知，逸出的光电子在调节滑动变阻器于适当位置时不能到达A极板，即光电子的动能在到达极板A时减为零，光电子在A、K之间所受电场力对光电子做负功，由此可知电源的右端为正极，故A正确； C、根据eUc＝hν﹣hνc可得： 换用不同的光照射逸出功更大的金属K2时，所得Uc﹣ν的图像与横轴的截距大于图线①与横轴的截距，但是两条直线斜率相同，故C错误； B、氢原子从能级2跃迁到能级1辐射出的光子能量小于从能级3跃迁到能级1辐射出的光子能量，根据E＝hν可知，氢原子从能级2跃迁到能级1辐射出的光子频率小于从能级3跃迁到能级1辐射出的光子频率，而根据爱因斯坦的光电效应方程Ek＝hν﹣W0 可知，氢原子从能级2跃迁到能级1辐射出的光子照射金属K1后逸出的光电子的动能小于从能级3跃迁到能级1辐射出的光子照射金属K1后逸出的光电子的动能，而根据遏止电压与光电子动能之间的关系eUc＝Ek可知：Uc1＜Uc2，故B错误； D、p初始位置应该是在中间 此时加在光电管上的电压为零 P左滑的过程中，AK之间的电势差变大，形成的光电流逐渐增大，当滑片P滑至最左端时，随着正向电压增加，电流增加，当达到饱和电流后电流不再变，因此可知，电流表的示数先增加后不变，故D正确。 25．光电烟雾报警器的原理图和电路图如图（a）、（b）所示，光源S持续发出波长λ＝900nm的光。当有烟雾进入探测器时，光被烟雾散射进入光电管C，照射到金属表面发生光电效应，如果光电流I＝8×10﹣9A，报警系统恰被触发。已知元电荷e＝1.6×10﹣19C，真空光速c＝3×108m/s，普朗克常量h＝6.63×10﹣34J•s。要使该报警器正常工作，光电管内金属的逸出功W0至多为 　 　 eV（保留两位小数），烟雾报警器发出警报时，每秒需要产生的光电子数至少为 　 个（保留一位有效数字）。保持其它条件不变，为了提高光电烟雾报警器的灵敏度，请写出一种可行操作：　 　 。 【答案】1.38；5×1010；可以增大光源的发射功率。 【解答】解：要发生光电效应，则入射光的极限波长小于金属的极限波长，则金属逸出功的最大值WJ＝2.21×10﹣19J≈1.38eV 光电流8×10﹣9A对应每秒产生的光电子数n个＝5×1010个。 保持其它条件不变，为了提高光电烟雾报警器的灵敏度，可以增大每秒产生的光电子数，可以增大光源发射光子的个数，即可以增大光源的发射功率。 26．如图甲是某校兴趣小组用光电效应测阴极材料逸出功的电路图，实验中调节滑动变阻器滑片的位置使电流表示数恰好为零，记录下此时入射光的频率ν和电压表示数U。改变入射光的频率，重复上述步骤获取多组数据，做出如图乙所示的U﹣ν 图像，已知电子的电荷量为e，普朗克常量为h，则阴极材料的逸出功为 　 ，增大入射光的频率ν，U﹣ν图像的斜率 　 　 （选填“变大”、“不变”或“变小”）。 【答案】hν0，不变。 【解答】解：根据eU＝Ek＝hν﹣W0，得Uν，当U＝0时，W0＝hν0，U﹣ν图像的斜率k，可知增大入射光的频率ν，U﹣ν图像的斜率不变。 27．（2024•松江区校级三模）用光子能量为hv＝3.1eV的光照射图示光电管极板K时发生光电效应，产生光电流。若K的电势高于A的电势，且电势差为0.9V，此时光电流刚好截止。此金属的逸出功是 　 　 ，那么，当A的电势高于K的电势，且电势差也为0.9V时，光电子到达A极时的最大动能是 　 　 。 【答案】2.2eV，1.8eV 【解答】解：若K的电势高于A的电势，且电势差为0.9V，光电流刚好截止，即遏止电压Uc＝0.9V 根据动能定理结合光电效应方程得：eUc＝Ek＝hν﹣W0，代入数据解得金属的逸出功W0＝2.2eV； 当A的电势高于K的电势且电势差U＝0.9V时，根据动能定理得：eU＝EkA﹣Ek，代入数据解得：EkA＝1.8eV 28．研究光电效应规律的实验装置如图甲所示，以频率为ν的光照射光电管电极K时，有光电子产生。光电管K、A极间所加的电压U可由图中的电压表测出，光电流I由图中电流计测出。 （1）当滑片P位于P′右侧时，电极K、A间所加电压使从电极K发出的光电子 　 　 （填“加速”或“减速”）。 （2）如果实验所得Uc﹣ν图像如图乙所示，其中U1、ν1、ν2为已知量，电子的电荷量为e，那么： ①要证实“光电效应方程”是正确的，需要从乙图中数据求出 　 值（用题中给出的已知量表示）与普朗克常量h进行比较，若在误差许可的范围内二者相等则证实“光电效应方程”是正确的。 ②该实验所用光电管的K极材料的逸出功为 　 。 【答案】（1）加速；（2）①；②hν0或者•ν0。 【解答】解：（1）当滑片P位于P′右侧时，则P点电势高于P′点电势，故电极K、A间所加电压使从电极K发出的光电子加速； （2）①根据光电效应方程eUc＝hν﹣W0，即Ucνν0，要证实“光电效应方程”是正确的，需要从乙图中数据求出斜率k，得与普朗克常量h进行比较，若在误差许可的范围内二者相等则证实“光电效应方程”是正确的。 ②根据题意，该实验所用光电管的K极材料的逸出功为hν0或者•ν0。 29．如图甲所示，一验电器与锌板相连，在O处用的紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保持一定偏角。现使验电器指针回到零，再用相同强度的黄光照射锌板，验电器指针无偏转。 （1）甲图中锌板带 　 　 电，指针带 　 　 电（“正”、“负”、“无”）；若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针 　 　 （填“有”或“无”）偏转。 （2）某同学设计了如图乙所示的电路，图中A和K为光电管的两极，K为阴极，A为阳极。现接通电源，用光子能量为6.4eV的光照射阴极K，电流计中有示数，若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动，电流计的示数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计的示数恰好为零，读出此时电压表的示数为2.1V，则光电管阴极材料的逸出功为 　 eV，该阴极材料的截止频率为 　 Hz。（普朗克常量h＝6.63×10﹣34J•s，结果保留两位有效数字） （3）如图丙中UC为反向遏止电压，v为入射光频率，改变入射光频率（都大于该光电管的截止频率）测得如图丙直线。若用逸出功更小的光电管作阴极材料，在图丙中画出可能的图像。 【答案】（1）正，正，无；（2）4.3，1.0×1015；（3）图像如下所示： 【解答】解：（1）在处用一紫外线灯照射锌板，锌板发生光电效应，光电子射出后，锌板带正电，验电器与锌板连接，所以指针带正电，改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针无偏转，因为红外线不能使锌板发生光电效应。 （2）当滑至某一位置时电流计的示数恰好为零，读出此时电压表的示数为2.1V，可知，遏止电压 Uc＝2.1V，根据eUc＝hv﹣W0，解得电管阴极材料的逸出功为：W0＝4.3eV 该阴极材料的截止频率为 代入数值解得 （3）根据eUc＝hv﹣W0整理得： 所以用逸出功更小的光电管作阴极材料，图像斜率不变，相互平行，但纵截距不同，如下 30．如图甲所示，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，频率相同的a、b两束光分别照射1、2两种材料，产生光电子的最大初动能分别为Eka、Ekb，直流电源的正负极可以调节，光电流I随电压U变化关系如图乙所示，则（　　） A．a光子的能量比b光子的大 B．a光的光照强度比b光的小 C．光电子的最大初动能Eka＜Ekb D．材料1的截止频率比材料2的小 【答案】C 【解答】解：A．a、b两束光的频率相同，根据E＝hν可知a、b两束光子的能量相同，故A错误； B．因a光的饱和光电流较大，可知a光的光照强度较大，故B错误； CD．根据eUc＝Ekm＝hν﹣W0，因b光的遏止电压Uc较大，可知b光照射材料2产生光电子的光电子的最大初动能较大，即Eka＜Ekb； a光照射材料1产生光电子的光电子的最大初动能较小，则材料1的逸出功W0较大，由hνc＝W0，可知材料1的截止频率νc比材料2的大。故C正确，D错误。 五、光子与光子的能量 31．每个光子的能量取决于光的（　　） A．振幅 B．波长 C．频率 D．速度 【答案】C 【解答】解：光是在空间传播时是不连续的，是一份一份的，每一份都具有能量，每一份叫做一个光子，它的本质是一种电磁波， 根据E＝hγ可判断出光子的能量只与光子的频率因素有关，与振幅、波长和速度均无关。故ABD错误，C正确。 32．光子的能量与之成正比的是（　　） A．光速 B．光的频率 C．光的波长 D．光速的平方 【答案】B 【解答】解：由爱因斯坦的光子说：光在空间传播时，是不连续的，是一份一份的，每一份光叫做一个光子， 根据E＝hγ，可知：光子的能量与光的频率成正比，而与光波长成反比，对于光速是不变，故ACD错误，B正确； 33．下列关于光的说法中正确的是（　　） A．在真空中红光波长比紫光波长短 B．紫光照射某金属时有电子向外发射，红光照射该金属时一定也有电子向外发射 C．光子不可以被电场加速 D．光子的能量由光强决定，光强大，每份光子能量一定大 【答案】C 【解答】解：A、在真空中红光波长比紫光波长长。故A错误。 B、紫光的频率大于红色光的频率，根据光电效应发生的条件可知，当紫光照射某金属时有电子向外发射，红光照射该金属时不一定有电子向外发射，故B错误； C、光子不带电，在电场中不受力，故不能被电场加速，故C正确； D、根据E＝hγ判断出光子的能量与光子的频率因素有关，与光强无关。故D错误。 34．以下关于光子说的基本内容，不正确的说法是（　　） A．光子的能量跟它的频率有关 B．紫光光子的能量比红光光子的能量大 C．光子是具有质量、能量和体积的实物微粒 D．在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光子 【答案】C 【解答】解：A、根据E＝hν判断出光子的能量与光子的频率因素成正比关系。故A正确； B、在可见光的范围内，紫光的频率最大，而红光的频率最小，根据公式E＝hν可得：紫光的能量大。故B正确； C、光子具有能量，但没有静止质量，也没有具体的体积，它不是实物粒子。故C错误； D、光是在空间传播的电磁波，是不连续的，是一份一份的能量，每一份叫做一个光子。故D正确 35．利用双缝干涉测量激光的波长。已知双缝相距为d，测得双缝到光屏的距离为L，相邻两条亮纹中心间距为Δx，则光的波长λ＝ 　　 。该激光器的发光功率为P，光在真空中传播的速度为c，普朗克常量为h，则该激光器每秒发射光子的个数 　　 。 【答案】； 【解答】解：根据条纹间距公式知 解得 该激光器时间t内发射光子的总能量为E总＝Pt 每个光子的能量为 故该激光器每秒发射光子的个数为 36．一灯泡的电功率为P，若消耗的电能看成以波长为λ的光波均匀地向周围辐射，设光在空气的传播速度近似为真空中的光速c．则这种光波光子的能量为　 ，在距离灯泡d处垂直于光的传播方向S面积上，单位时间内通过的光子数目为　 ． 【答案】， 【解答】解：由光子的能量E＝hγ，光速公式c＝γλ得E 单位时间内灯泡发出的总的光子数为N 由于从光源发出的所有光子在相同时间内到达以光源为球心的同一球面上，则在距离灯泡d处垂直于光的传播方向S面积上，单位时间内通过的光子数目为nN 37．γ射线是放射性物质发出的电磁波，波长在2×10﹣10m以下，是一种能量很大的光子流．一个γ光子的能量至少相当于　 个频率为3×1014Hz的红光光子的能量．在医疗上用γ射线作为“手术刀”来切除肿瘤，若γ刀输出功率为10mW，则在1s内射出的光子数至少有　 个．（普朗克常量h＝6.63×10﹣34J•s） 【解答】解：由光子的能量为E＝hγ，真空中光速c＝λγ，则E＝h 由题有：hnhγ 得n5×103． 设若γ刀输出功率为10mW，则在1s内射出的光子数至少有N个． 则有 N1.0×1013 38.金属的逸出功是材料科学、电子工程等领域研究和应用的重要参数之一，对现代科技和生活产生着深远影响。 （1）用图（a）所示装置得到图（b），选择有效区域后得到图中的间距ΔX，已知双缝间距为d，双缝到光强分布传感器的距离为D，则激光器中的单色光波长为 　　 。 （2）分别用两束单色光a、b在图（c）中研究光电效应，得到光电流和电压的关系如图（d）所示。 ①单色光a、b的光强Ia　 　 Ib（A.＞，B.＝，C.＜）。 ②单色光a、b的频率νa　 　 νb（A.＞，B.＝，C.＜）。 ③已知元电荷e，光电子的最大初动能为 　 。 （3）若已知第9题中的光的波长为λ，则图（c）中金属板K的逸出功W＝ 　 　 。（已知普朗克常量为h，光速为c） 【答案】（1）； （2）A，B，eUc； （3）； 【解答】解：（1）由图（b）可知，双缝干涉相邻明条纹的间距为Δx， 根据 Δx解得λ。 （2）①由图（d）可知，单色光a的饱和电流较大，所以单色光a的光强较大，故A正确，BC错误； 【答案】A； ②单色光a、b的遏止电压相同，根据eUc＝hν﹣W，可知二者频率相同，故B正确，AC错误； 【答案】B。 ③光电子的最大初动能为Ekm＝hν﹣W＝eUc； （3）根据ν，联立解得W＝hν﹣eUc； 39．（2024秋•徐汇区校级期中）一群处于第4能级的氢原子，都回到基态能发出几种不同频率的光，将这些光分别照射到图甲电路光电管的阴极K金属上，只能测得3条电流随电压变化的图像（如图乙所示），其中a光对应图线与横轴的交点坐标为Ua＝5V，已知氢原子的能级图如图丙所示，电子电量为e＝1.6×10﹣19C。 （1）该群氢原子回到基态可发出 　 　 不同频率的光子。 A.12种 B.3种 C.6种 D.4种 （2）采用a光照射金属时，逸出光电子的最大初动能Eka＝ 　 　 。该金属逸出功W＝ 　 　 eV。 （3）（论证）若光电子运动方向始终朝向A极板，能否在光电管内加入外界匀强磁场，使得光电子在电场和磁场共同作用下匀速直线运动到A极板上？阐明理由。 （4）（计算）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＝3.2μA，若入射的光子有80%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。 【答案】（1）C （2）5eV，7.75eV （3）见解析 （4） 【解答】解：（1）该群氢原子回到基态可发出6种不同频率的光子，故C正确，ABD错误。 （2）采用a光照射金属时，逸出光电子的最大初动能为Eka＝eUa＝5eV，该群氢原子回到基态过程中，代入图中各能级的能量值计算，发出6种频率的光子能量分别为E4﹣E1＝12.75eV，E4﹣E2＝2.55eV，E4﹣E3＝0.66eV，E3﹣E1＝12.09eV，E3﹣E2＝1.89eV，E2﹣E1＝10.2eV，由乙图可知，三种光子的能量分别为Ea＝12.75eV，Eb＝12.09eV，Ec＝10.2eV，根据爱因斯坦光电效应方程可知，该金属逸出功为W＝Ea﹣Eka＝12.75eV﹣5eV＝7.75eV （3）由题意可知，光电子受到的电场力方向沿水平方向；若加匀强磁场后，光电子做匀速直线运动，则电场力与磁场力等到反向，即洛伦兹力也要沿水平方向，根据左手定则可知，洛伦兹力一定与光电子的运动方向垂直，不可能与光电子的运动方向共线。所以不能在光电管内加入外界匀强磁场，使得光电子在电场和磁场共同作用下匀速直线运动到A极板上。 （4）根据I可知，每秒钟通过的电荷量为q＝It＝3.2×10﹣6×1C＝3.2×10﹣6C，则光电效应每秒钟产生的光电子数目为个，每秒钟照射到阴极K的光子的数目为个，则此时每秒钟照射到阴极K的光子总能量为。 40. 在对于光的认识过程中，有一系列实验起到关键作用。 （1）某同学用红、绿两种单色光源分别照射杯口的肥皂膜，观察到如图所示的纹样，其中图1（a）图为 　 　 。 A.红光照射下的干涉图样 B.红光照射下的衍射图样 C.绿光照射下的干涉图样 D.绿光照射下的衍射图样 （2）如图2所示，某同学将一束激光沿半圆形亚克力砖的半径射到它的平直面上，测得入射角和折射角分别为θ1和θ2。 ①亚克力材料的折射率为 　 　 。 ②（多选）增大入射角，可观察到 　 　 。 A.反射光增强 B.反射光减弱 C.折射光增强 D.折射光减弱 （3）在“研究光电效应”实验中，用频率分别为νA、νb的两束单色光a、b先后照射同一光电管，得到光电流强度I与光电管两端电压U的关系如图3所示。两组实验中光电子的最大初动能分别为Eka、Ekb，则 　 。 A.νa＞νb，Eka＞Ekb B.νa＜νb，Eka＞Ekb C.νa＞νb，Eka＜Ekb D.νa＜νb，Eka＜Ekb 【答案】（1）A （2）① ②AD （3）D 【解答】解：（1）用红、绿两种单色光源分别照射杯口的肥皂膜，发生干涉现象，红光的波长大于绿光，红光的条纹间距大于绿光的条纹间距，可得（a）图为红光照射下的干涉图样，故A正确，BCD错误。 （2）①将一束激光沿半圆形亚克力砖的半径射到它的平直面上，根据折射定律可得亚克力材料的折射率为。 ②增大入射角，可得θ2增大，折射光减弱，直至消失，反射光增强，故AD正确，BC错误。 （3）遏止电压Uc与最大初动能的关系：Ekm＝eUc从图3可知，b光的遏止电压绝对值更大，说明Ekb＞Eka， 根据爱因斯坦光电效应方程：Ekm＝hν﹣W0，频率越高，最大初动能越大，因此νb＞νa，故D正确，ABC错误。 41.（2026•奉贤区二模）光现象涵盖反射、折射、干涉、衍射、光电效应等物理行为，研究价值很高。 （1）如图（a）所示，纸面内一束单色光，由空气以入射角θ射向一圆柱形长直玻璃柱的左端面圆心O点，并恰好在玻璃柱的内侧而发生全反射。 ①该玻璃柱材料对该单色光的折射率n＝　 　 ； ②（多选）在O点施加筒谐振动，持续时间t＝3×10﹣4s后停止，产生的简谐波沿玻璃柱水平向右传播。某时刻观测到如图（b）中的实线波形，经过时间Δt后波形变为图（b）中的虚线。已知M、N两点间距离为0.9m，振动振幅为1mm。则　 　 。 A.O点起振方向向下 B.时间Δt＝3×10﹣4s C.该波在玻璃柱中的传播速度为3000m/s D.M处的玻璃质点振动的总路程为6mm （2）（多选）两束单色光a、b分别经过同一双缝干涉装置后，在光屏上测得的光强与位置x的关系如图所示，则光a　 　 。 A.波长是光b的2倍 B.光子能量是光b的2倍 C.光子动量是光b的2倍 D.比光b更容易发生明显衍射 （3）小贤研究光电效应的电路如图（a）所示，电路中真空管的阴极K为金属铯板。已知金属铯的逸出功W＝2.14eV，元电荷e＝1.6×10﹣19C，普朗克常量h＝6.626×10﹣34J•s。 ①图（b）为氢原子的能级示意图。用大量处于n＝5能级的氢原子向低能级跃迁时发出的光，照射铯极板。这些光中，能使铯极板产生光电效应的种数为　 　 ； A.5 B.6 C.7 D.8 ②用频率ν＝6.55×1014Hz的蓝光照射真空管的铯极板，闭合开关S，调节滑动变阻器的滑片P，测得电路中多组光电流I与A、K之间的电压UAK，根据数据描绘图线如图（c）。 ⅰ.为测得图（c）中的纵轴截距和横轴截距，滑片P应分别置于图（a）中的　 　 和　 　 （均选填：A.Oa之间、B.O点、C.Ob之间）。 ⅱ.（计算）求图（c）中Uc的值（结果保留2位有效数字）。 【答案】（1）①；②ACD；（2）BC；（3）①B；②ⅰ.B；A；ⅱ.Uc＝0.57V。 【解答】解：（1）①全反射临界角与介质折射率的关系为，折射定律为，由几何关系可知，折射角，则，又因为sin2C+cos2C＝1，联立解得； ②A、波向右传播，根据微平移法，将实线波形向右微移一小段，可判断波前上的质点的振动方向向下，由于所有质点的起振方向与波源（O点）一致，所以O点起振方向向下，故A正确； B、由于t＝3×10﹣4s内，简谐波传播了0.9m，相当于1.5个波长，所以λ＝0.6m，T＝2×10﹣4s，实线波形与虚线波形之间相差半个波长，则，故B错误； C、波速，故C正确； D、由（b）图可知，M处的玻璃质点振动的总路程等于6个振幅，则s＝6mm，故D正确。 （2）A、双缝干涉相邻两条亮条纹的中心间距，由于a光的相邻亮条纹距离是b光的一半，所以a光的波长是b光的一半，故A错误； B、光的频率与波长的关系为，光子能量的表达式为E＝hν，联立可得，即，由于a光的波长是b光的一半，则a光的光子能量是b光的2倍，故B正确； C、光子动量的表达式为，由于a光的波长是b光的一半，则a光的光子动量是b光的2倍，故C正确； D、a光的波长小于b光的波长，因为波长越长，越容易发生明显衍射，所以b光更容易发生明显衍射，故D错误。 （3）①大量处于n＝5能级的氢原子向低能级跃迁时，共能发出种频率的光，通过跃迁前后两个能级的能量差可以算出光子能量，当光子能量大于逸出功时，能使铯极板产生光电效应，经计算，跃迁前后能级分别为5→1、4→1、3→1、2→1、5→2、4→2的6种光子符合要求，故ACD错误，B正确。 ②ⅰ.分析光电效应电路图，当滑片P置于O点时，电压UAK＝0V；当滑片P置于Oa之间时，φK＞φA，UAK＜0V；当滑片P置于Ob之间时，φK＜φA，UAK＞0V。 故测纵轴截距时，UAK＝0V，B正确，测横轴截距时，UAK＜0V，A正确。 ⅱ.当UAK＝﹣UC时，对具有最大初动能的光电子由K到A的运动过程，应用动能定理可得，（﹣e）（﹣UAK）＝0﹣Ekm，即eUc＝Ekm，由爱因斯坦光电效应方程hν＝W+Ekm，联立可得，，代入数据可得，Uc＝0.57V，即遏止电压Uc为0.57V。 42．（2025•奉贤区二模）激光具有单色性佳、相干性强、方向性好、能量集中等特点，广泛应用于多个领域。 （1）利用激光和平面镜观察光的干涉现象，光路原理如图甲所示。用激光和单缝获得线光源S，S发出的光直接照射在竖直光屏上，与通过水平平面镜反射的光叠加产生干涉条纹。测得S到平面镜、光屏的垂直距离分别为a、L（a≪L），光屏上相邻明条纹的中心间距为Δx，则激光的波长λ＝ 　 　 ；将平面镜略微向下平移，其它条件不变，干涉条纹的间距将 　 　 （选填：A.变大；B.变小；C.不变）。 （2）玻璃三棱柱的横截面如图乙中△PMN所示。现有一束激光从O点以a角入射，经MN面折射后，依次在PM、PN面发生反射，最终垂直于MN面射出。已知该三棱柱对该激光的折射率为n＝1.31。 ①补全三棱柱内的光路示意图。 ②（计算）求α角的大小（结果保留2位有效数字）。 ③在三棱柱的PM、PN面上 　 　 。 A.仅PM面有光线射出 B.两个面均有光线射出 C.仅PN面有光线射出 D.两个面均无光线射出 （3）一种利用光电效应原理工作的电源，简化结构如图丙所示。A电极为有小缺口的无色透明导电球壳，K电极为放置在球壳中心的金属球，K电极的引线与球壳缺口之间不接触、不放电。现用频率为ν的激光照射装置，仅K电极表面有电子逸出并向A电极运动。忽略光电子的重力及之间的相互作用。已知激光穿过A电极时光子频率不变，K电极金属材料的逸出功为W，电子电荷量为﹣e，光速为c，普朗克常量为h。 ①入射激光的一个光子动量p＝ 　 。 ②两电极K、A之间的最大电压UKAm＝ 　 。 【解答】解：（1）从S发出的光经过平面镜反射后射到屏上的光，相当于从S关于平面镜的像点D发出的光射到屏上，也就相当于一个间距为2a的双缝，根据双缝干涉相邻条纹之间的距离公式，所以相邻两条亮纹间距离。则波长为； 将平面镜略微向下平移，其它条件不变，则a变大，干涉条纹的间距将变小，选填：B。 （2）①②玻璃临界角为，可得C＞45°， 由三棱柱内光路图中的几何关系可知激光射入MN面后的折射角i＝（180﹣30﹣30﹣90）°＝30°，由数学知识可得PM面入射角为60°，PM面入射角为45°，光路如右图所示 根据折射定律 可得sinα＝nsini＝1.31×0.5＝0.655，解得α＝41°； ③由以上分析可知两个面均无光线射出。 （3）①根据德布罗意波长公式p和可知，入射光子的动量为； ②随着K电极逸出的光电子运动到A电极，A、K之间的电压逐渐增大，当K电极正指A电极逸出的动能最大的光电子恰好运动不到A电极时，两极之间的电压达到最大，对动能最大的光电子的运动过程由动能定理有：﹣eUKAm＝0﹣Ek，由爱因斯坦光电效应方程有：Ek＝hν﹣W0，则两极间最大的电压UKAm。 43.（2024•闵行区二模）金属的逸出功是材料科学、电子工程等领域研究和应用的重要参数之一，对现代科技和生活产生着深远影响。 （1）用图（a）所示装置得到图（b），选择有效区域后得到图中的间距ΔX，已知双缝间距为d，双缝到光强分布传感器的距离为D，则激光器中的单色光波长为 　 　 。 （2）分别用两束单色光a、b在图（c）中研究光电效应，得到光电流和电压的关系如图（d）所示。 ①判断单色光a、b的光强I和频率ν的大小关系 　 　 。 A．频率νa＞νb，光强Ia＞Ib B．频率νa＝νb，光强Ia＞Ib C．频率νa＞νb，光强Ia＝Ib ②已知元电荷e，光电子的最大初出动能为 。 （3）若第2题中的光束来自第1题中的激光器，则图（c）中金属板K的逸出功W＝　 。（已知普朗克常量为h，光速为c）。 【解答】解：（1）根据图（b）结合条纹间距公式可得：相邻的条纹间距Δx，解得：λ （2）①当光电流为零时，光电管两端加的电压为遏止电压，对应的光的频率为截止频率，根据光电效应方程和动能定理可得：eUc＝hν﹣W0，两光对应的遏止电压UC相等，则νa＝νb； a光对应的饱和电流大，因此a光束照射时单位时间内产生的光电子数量最多，a光的光强大于b光的光强，故B正确，AC错误； ②根据动能定理可得：﹣eUc＝0﹣Ek，可得光电子的最大初动能Ek＝eUc （3）根据光电效应方程结合动能定理可得：eUc＝hν﹣W0，解得金属的逸出功W0eUc / 学科网（北京）股份有限公司 $