15.1光电效应 波粒二象性 专项训练-2027届高考物理一轮复习

**基本信息** 2027届高考物理一轮复习光电效应与波粒二象性专项训练，以题载知构建“现象-原理-应用”逻辑链，强化物理观念与科学思维。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |概念辨析|单选1-7/多选8-10|以验电器、双缝干涉等情境考查光电效应条件、物质波本质|从光电效应现象（紫外线/红外线对比）到波粒二象性认知（电子干涉实验）| |实验探究|实验11-12|结合氖泡发光、光电管I-U图像考查实验操作与数据处理|实验原理（爱因斯坦方程）→实验现象（饱和电流/遏止电压）→结论分析| |综合计算|解答13-15|关联太阳X射线、仓储传感器等实际问题，需综合能量公式与能级跃迁|光子能量/动量计算→光电子最大初动能推导→氢原子能级应用|

15.1光电效应 波粒二象性项训练 2027届高考物理一轮复习 一、单选题 1．将锌板与验电器相连，验电器指针闭合。用紫外线灯照射锌板，验电器指针张开一定张角，如图所示。移去紫外线灯，验电器张角保持稳定。随后用红外线灯照射锌板，验电器指针张角保持不变。下列说法正确的是（     ） A．紫外线灯照射后，验电器带负电 B．延长红外线照射时间，验电器指针张角将增大 C．增大红外线光照强度，验电器指针张角将增大 D．用丝绸摩擦的玻璃棒靠近锌板，验电器指针张角将增大 2．如图所示，金属极板M受到紫外线照射会发射电子，射出的电子沿不同方向且速度大小在间变化。正对M放置金属网N，并按图示在M、N之间加恒定电压。已知M、N间距为（远小于板长），电子的质量为，电荷量为，则（     ） A．M、N间距增大时电子到达N的动能也增大 B．电子从M到N过程中方向位移大小最大为 C．若不沿方向发射的电子到达N时最大动能大于 D．M、N间加反向电压（正负极反向）时电流表示数恰好为零 3．电子双缝干涉实验是近代证实物质波存在的实验。如图所示，电子枪持续发射动量大小为P的电子，然后让它们通过双缝打到屏上。已知电子质量为m，普朗克常量为h，下列说法正确的是（     ） A．电子的物质波波长 B．仅增大电子的动量，干涉条纹的间距减小 C．电子的动能 D．该实验说明电子也是一种电磁波 4．氢原子能级跃迁可以帮助我们更好地理解宇宙的结构，并从中得到很多有价值的信息。大量氢原子处于能级上，其能级图如图所示。下列关于这些氢原子能级跃迁过程中所发出的三种光的说法正确的是（     ） A．光光子的动量最大 B．光光子的频率最低 C．光光子的波长最长 D．用光照射处于能级的氢原子，氢原子可以发生电离 5．如图1所示，阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极，阴极K在受到光照时能够发射光电子，阴极K与阳极A之间电压U可以调节，闭合开关后，在电路中形成光电流I。利用a、b、c三束单色光分别照射图1装置的阴极K，调节电压U进行多次实验，通过收集的实验数据得到如图2所示的图像。下列说法正确的是（　　） A．a单色光的频率大于b单色光的频率 B．a单色光的强度小于c单色光的强度 C．三束光分别照射阴极K发生光电效应，其中a单色光照射发生光电效应产生的光电子的最大初动能最大 D．相同时间内c单色光比a单色光照射到阴极K上的光子数少 6．某同学在实验室利用氢原子光谱研究光电效应。实验装置如图所示，大量处于激发态的氢原子向低能级跃迁，发出多种光子，照射到光电效应实验装置的阴极金属上，阴极金属的逸出功。关于该实验，下列说法正确的是（ 　　） A．若一个氢原子从跃迁到低能级，最多可以产生6种不同频率的光 B．氢原子从到跃迁发出的光，可以使该金属发生光电效应 C．入射光强度越大，光电子的最大初动能越大 D．这些光子中能使该金属发生光电效应的共有4种 7．用同一种单色光分别照射、两个光电管，、两个光电管中金属的逸出功分别为、：由、两个光电管逸出的光电子具有最大初动能分别为，对应的物质波波长分别为；已知，则下列判断正确的是（　　） A． B． C． D． 二、多选题 8．如图甲所示的光电传感器，若光线被挡住，电流发生变化，工作电路立即报警。如图乙所示，光线发射器内大量处于激发态的氢原子向低能级跃迁时，辐射出的光只有、两种可以使该光电管阴极逸出光电子，图丙所示为、光单独照射光电管时产生的光电流与光电管两端电压的关系图线。已知光电管阴极材料的逸出功为，下列说法正确的是（    ） A．光为氢原子从能级跃迁到能级时发出的光 B．光电管中光电子飞出阴极时的最大初动能为 C．若部分光线被遮挡，光电子飞出阴极时的最大初动能不变，但光电流减小 D．通过增大电源提供的正向电压一定可以使光电流增大 9．如图甲所示是一款烟雾探测装置的原理图。当有烟雾进入时，来自光源S的光被烟雾散射后进入光电管C，光射到光电管中的钠表面时会产生光电流。如果产生的光电流大于，便会触发报警系统。金属钠的遏止电压随入射光频率的变化规律如图乙所示，已知普朗克常量h，光速，，则下列说法正确的是（　　） A．图乙中图像斜率的物理意义为h B．图乙中图像斜率的物理意义为 C．要使该探测器正常工作，光源S发出的光波波长不能大于 D．触发报警系统时钠表面每秒释放出的光电子数最少是个 10．美国物理学家康普顿在研究石墨对射线的散射时，发现在散射的射线中，除了与入射波长相同的成分外，还有波长不等于入射波长的成分，这种现象被称为康普顿效应。如图为康普顿效应发生的图景，入射光子与静止的电子发生斜碰，碰撞后散射光的散射角为。已知入射光的波长为，散射光的波长为，普朗克常量为，真空中光速为，下列说法正确的是（    ） A．散射光的波长 B．散射光的波长 C．碰撞后电子的动能为 D．碰撞后电子速度方向与入射光方向间夹角的正切值为 三、实验题 11．氖泡可用于指示和保护电路。在玻璃管中有两个相同的板状金属电极，充入低压氖气，在两极间接入电压使氖气导电，如果金属电极发出的电子在电场作用下获得足够的能量，就能使氖气发光。实验中将氖泡、保护电阻和电压可调的电源按如图所示的电路连接。氖泡用黑纸包住，黑纸上留出一条狭缝使光可以照射到氖泡。（已知普朗克常量为，电子电荷量为） （1）在没有光照的暗室中，当电源电压调为时，氖泡恰能发光。 （2）当电源电压为时，氖泡不发光，但同时用频率为（未知）的紫光照射氖泡，氖泡也恰能发光。两次实验中，氖泡恰能发光时回路中的电流相等。 （3）通过实验可知，紫光的光子能量为______。 （4）实验中若保持电压不变，用黄光照射氖泡，氖泡______（填“能”或“不能”）发光。 （5）要出现上述两次实验现象，______（填“能”或“不能”）采用可调交流电源。 12．实验小组研究光电效应相关规律，按照如图甲所示电路图连接仪器。 (1)没有光照射光电管的情况下，给光电管加上正向电压，且增大电压时_____（填“没有”或“有”）光电流产生。 (2)用蓝光照射光电管，逐渐增大光电管上的正反向电压时，观察光电流的变化。当正向电压增大，光电流逐渐增大，光电管存在着_____；当反向电压增大，光电流逐渐减小，光电管存在着_____。（选填“遏止电压”或“饱和电流”） (3)用蓝光照射光电管，以光电管所加电压为横坐标，以光电流为纵坐标，如图乙所示，研究光电流随所加电压变化的关系为图线；现增大蓝光强度，再次研究光电流随所加电压变化的关系应是_____（选填“图线”或“图线”）。 (4)换用紫光进行实验，如图丙所示，研究光电流随所加电压变化的关系应是_____（选填“图线”或“图线”）。若已知蓝光频率为，则金属的逸出功为_____，紫光频率为_____（已知普朗克常数为，电子电荷量为）。 四、解答题 13．“夸父一号”太阳探测卫星可以观测太阳辐射的硬X射线。硬X射线是波长很短的光子，设波长为。已知普朗克常量为h，光速为c，求： (1)求该硬X射线每个光子的动量p和能量E； (2)如图所示，K、A是密封在真空玻璃管中的两个电极。K受到光照能发射电子，电子的电荷量为e。现用X射线照射K极，若K极金属的逸出功为，A与K之间的电势差，求光电子到达A极的最大动能。 14．某智能仓储系统采用光电管传感器对传送带上的包裹进行自动计数，该系统核心部件光电管的电路结构示意图如图甲所示。当用波长的光照射阴极K时，光电管工作并产生光电流。实验测得流过灵敏电流计G的电流与A、K之间的电势差满足如图乙所示的规律。普朗克常量，元电荷，真空中的光速，阴极K的遏止电压，饱和光电流对应的最大电流值。求：（结果采用科学计数法，保留两位有效数字） (1)光电子射出阴极K时的最大初动能； (2)该阴极材料的截止频率。 15．用频率为的光照射某种金属发生光电效应，测出光电流随电压的变化图像如图所示，已知普朗克常量为，电子的质量，带电量为。图中所标字母为已知量。求： (1)每秒内最多逸出的光电子数； (2)逸出光电子的最大初动能和光物质波的最短波长； (3)该频率为的光子是氢原子核外电子从能级跃迁到基态放出来的，求基态氢原子的能级值。（已知） 参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 D B B D D D B BC CD ACD 11． 不能 能 12．(1)没有 (2) 饱和电流 遏止电压 (3)图线 (4) 图线 13．(1)， (2) 【详解】（1）根据德布罗意波长关系 得光子动量 光子的频率满足，可得 光子能量公式为 代入得 （2）根据爱因斯坦光电效应方程，光电子逸出K极时的最大初动能为 已知，A极电势高于K极，带负电的光电子从K到A运动过程中，电场力做正功，由动能定理可得 整理得 14．(1) (2) 【详解】（1）光电子的最大初动能 解得 （2）根据光电效应方程有 又有 又 联立解得 15．(1) (2)， (3) 【详解】（1）由图可知，饱和光电流为，由电流定义式有，其中， 得每秒内逸出的光电子数 （2）由图可知，遏止电压为，由动能定理有 得光电子的最大初动能 由物质波的波长公式为，且 得逸出光电子的物质波的最短波长为 （3）根据能级跃迁知识有，而 得基态氢原子的能级值 学科网（北京）股份有限公司 $