第40讲 能量量子化 光电效应 课时作业 -2027届高三物理一轮复习

**基本信息** 聚焦能量量子化与光电效应，通过基础巩固与综合提升两级训练，系统构建从概念辨析到实验应用的解题方法体系，强化物理观念与科学思维。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |基础巩固练|10题（9选择+1计算）|光电效应条件判断、E_k-ν图像斜率截距分析、遏止电压计算|从黑体辐射规律引入量子概念，通过逸出功比较建立光电效应发生条件，结合实验电路分析光电流影响因素| |综合提升练|4题（3选择+1计算）|光子功率计算、伏安特性曲线应用、多金属光电效应比较|深化光电效应方程定量应用，关联能量观念与科学推理，通过天体观测等情境实现知识迁移|

第40讲 能量量子化 光电效应 课时作业 基础巩固练 一．选择题： 1．(2025·广西卷)已知金属铷、钾、钠、钙的逸出功分别为2．13 eV、2．25 eV、2．29 eV、3．20 eV。用光子能量为2．20 eV的单色光照射这些金属的表面，能逸出光电子的金属是(　　) A．铷 B．钾 C．钠 D．钙 2．黑体辐射的研究表明：辐射强度、波长分布与辐射体的温度有密切关系。此研究对冶金工业的迅速发展有巨大贡献。如图所示，图中画出了四种温度下黑体辐射的强度与波长的关系，从中可以看出(　　) A．温度越高，辐射电磁波的波长越短 B．温度越低，辐射电磁波的波长越长 C．同一波长的辐射强度随着温度的升高而增强 D．不同温度时辐射强度的最大值变化无规律可循 3．(2025·广东卷)有甲、乙两种金属，甲的逸出功小于乙的逸出功。使用某频率的光分别照射这两种金属，只有甲发射光电子，其最大初动能为Ek，下列说法正确的是(　　) A．使用频率更小的光，可能使乙也发射光电子 B．使用频率更小的光，若仍能使甲发射光电子，则其最大初动能小于Ek C．频率不变，减弱光强，可能使乙也发射光电子 D．频率不变，减弱光强，若仍能使甲发射光电子，则其最大初动能小于Ek 4．如图所示为研究光电效应现象的电路图，当用绿光照射到阴极K时，电路中有光电流，下列说法正确的是(　　) A．若只减弱绿光的光照强度，光电流会减小 B．若换用红光照射阴极K时，一定也有光电流 C．若将电源的极性反接，电路中一定没有光电流 D．如果不断增大光电管两端的电压，电路中光电流会一直增大 5．用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子的最大初动能Ek随入射光频率ν变化的Ek­ν图像。已知钨的逸出功是4．54 eV，锌的逸出功是3．34 eV，若将二者的图线画在同一个Ek­ν坐标系中，用实线表示钨、虚线表示锌，则下列正确反映这一过程的图是(　　) 6．可见光的波长的大致范围是400～760 nm。下表给出了几种金属发生光电效应的极限波长，下列说法正确的是(　　) 金属 钨 钙 钠 钾 极限波长(nm) 274 388 542 551 A．表中所列金属，钾的逸出功最大 B．只要光照时间足够长或强度足够大，所有波长的可见光都可以使钠发生光电效应 C．用波长为760 nm的光照射金属钠、钾，则钠逸出的光电子的最大初动能较大 D．用波长为400 nm的光照射金属钠、钾，则钾逸出的光电子的最大初动能较大 7．(2026·天津市滨海新区高三上月考)如图甲为研究光电效应的实验装置，用频率为ν的单色光照射光电管的阴极K，得到光电流I与光电管两端电压U的关系图线如图乙所示，已知电子电荷量的绝对值为e，普朗克常量为h，则(　　) A．电子逸出的初动能大小一定为eUc B．只增大光照强度时，图乙中Uc的值会增大 C．只增大光照强度时，图乙中I0的值会减小 D．阴极K所用材料的极限频率为 8．(多选)用如图的装置研究光电效应现象，当用光子能量为2．5 eV的光照射到光电管上时，电流表的读数为0．2 mA，移动变阻器的滑片C，当电压表的示数大于或等于0．7 V时，电流表读数为0。则(　　) A．光电管阴极的逸出功为1．8 eV B．开关S断开后，没有电流流过电流表 C．光电子的最大初动能为0．7 eV D．改用能量为1．5 eV的光子照射，电流表也有电流，但电流较小 9.(多选)X射线光电子能谱仪是利用X光照射材料表面激发出光电子，并对光电子进行分析的科研仪器。用某一频率的X光照射某种金属表面，逸出了光电子，若增加此X光的强度，则(　　) A．该金属的逸出功增大 B．X光的光子能量不变 C．逸出的光电子最大初动能增大 D．单位时间逸出的光电子数增多 二．计算题：(计算要有必要的文字说明和解题步骤，有数值的要注明单位) 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0．1 W的功率均匀地向各个方向发射波长为530 nm的绿光，眼睛最远在多大距离处能够看到这个光源？假设瞳孔在暗处的直径为4 mm，且不计空气对光的吸收。 综合提升练 一．选择题： 11．被誉为“中国天眼”的大口径球面射电望远镜已发现660余颗新脉冲星，领先世界。天眼对距地球为L的天体进行观测，其接收光子的横截面半径为R。若天体射向天眼的辐射光子中，有η(η<1)倍被天眼接收，天眼每秒接收到该天体发出的频率为ν的N个光子。普朗克常量为h，则该天体发射频率为ν光子的功率为(　　) A． B． C． D． 12．如图所示，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，其截止频率ν1<ν2，保持入射光不变，则光电子到达A极时动能的最大值Ekm随电压U变化关系的图像是(　　) 13．(多选)如图所示为探究光电效应的实验装置，已知阴极K的逸出功为3．1 eV，现用光子能量为6 eV的单色光照射阴极K，下列说法正确的是(　　) A．此单色光对应的遏止电压为2．9 V B．若换用光子能量为12 eV的单色光照射阴极K，遏止电压会变为原来的两倍 C．若保持光的强度不变，改用频率更高的单色光照射，单位时间内逸出的光电子数一定增多 D．若保持光的强度不变，改用频率更高的单色光照射，单位时间内逸出的光电子数一定减少 二．计算题：(计算要有必要的文字说明和解题步骤，有数值的要注明单位) 14．图甲为利用光电管研究光电效应的电路图，其中光电管阴极K的材料是钾，钾的逸出功为W0＝3．6×10－19 J。图乙为实验中用某一频率的光照射光电管时，测量得到的光电管的伏安特性曲线，当U＝－2．5 V时，光电流刚好为0。已知普朗克常量h＝6．6×10－34 J·s，电子电荷量e＝1．6×10－19 C。求：(结果均保留两位有效数字) (1)本次实验入射光的频率是多少？ (2)每秒射到光电管阴极K的光子至少为多少个？ 参考答案： 1.答案：A解析：光电效应发生的条件，是照射金属的单色光的光子能量等于或大于金属的逸出功，故能逸出光电子的金属是铷，A正确，B、C、D错误。 2.答案：C解析：无论温度高低，黑体都会辐射各种波长的电磁波，故A、B错误；同一波长的辐射强度随着温度的升高而增强，故C正确；温度升高，辐射强度的极大值向波长短、频率高的方向移动，故D错误。 3.答案：B解析：当使用某频率的光分别照射甲、乙时，只有甲发射光电子，则该光的频率大于甲的极限频率，小于乙的极限频率。使用频率更小的光，或频率不变，减弱光强，则光的频率仍小于乙的极限频率，乙肯定不会发射光电子，A、C错误。由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，使用频率更小的光，若仍能使甲发射光电子，则其最大初动能小于Ek；同理，频率不变，减弱光强，若仍能使甲发射光电子，则其最大初动能不变，仍为Ek，B正确，D错误。 4.答案：A解析：若只减弱绿光的光照强度，则单位时间内产生的光电子减少，故光电流会减小，A正确；红光的频率低于绿光的频率，所以用红光照射阴极K时不一定能发生光电效应，故B错误；若将电源的极性反接，只要光电管两端的电压小于遏止电压，则电路中还会有光电流，故C错误；如果不断增大光电管两端的电压，电路中光电流不会一直增大，因为存在饱和电流，故D错误。 5.答案：B解析：依据光电效应方程Ek＝hν－W0可知，Ek­ν图线的斜率代表普朗克常量h，因此钨和锌的Ek­ν图线应该平行；图线的横轴截距代表截止频率ν0，而ν0＝，因此钨的截止频率大些。综上所述，B正确，A、C、D错误。 6.答案：D解析：根据W0＝hνc＝可知，表中所列金属，钾的极限波长λc最大，则钾的逸出功W0最小，A错误；能否发生光电效应，与光照的时间和强度无关，只与入射光的频率有关，B错误；用波长为760 nm的光照射金属钠、钾，由于入射光的波长均大于两金属的极限波长，根据光电效应的产生条件可知，钠、钾都不能发生光电效应，C错误；当用波长为400 nm的光照射金属钠、钾时，钠、钾都可以发生光电效应，钾的逸出功最小，根据Ek＝hν－W0，钾逸出的光电子的最大初动能较大，D正确。 7.答案：D解析：电子逸出的最大初动能为eUc，但并非所有电子逸出的初动能都为eUc，故A错误；由动能定理得－eUc＝0－Ek，由爱因斯坦光电效应方程有Ek＝hν－W0，可知图乙中Uc的值与光照强度无关，故B错误；图乙中I0的值表示饱和光电流，只增大光照强度时，饱和光电流增大，故C错误；由－eUc＝0－Ek和Ek＝hν－W0可得W0＝hν－eUc，则阴极K所用材料的极限频率为ν0＝＝，故D正确。 8.答案：AC解析：由题图可知，光电管两端所加的电压为反向电压，由电压表的示数大于或等于0．7 V时，电流表示数为0，可知光电子的最大初动能为0．7 eV，根据光电效应方程Ek＝hν－W0，可得W0＝1．8 eV，故A、C正确；开关S断开后，用光子能量为2．5 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，有光电子逸出，则有电流流过电流表，故B错误；改用能量为1．5 eV的光子照射，由于光子的能量小于逸出功，不能发生光电效应，无光电流，故D错误。 9.答案：BD解析：金属的逸出功仅与金属自身有关，增加此X光的强度，该金属的逸出功不变，故A错误；增加此X光的强度，单位时间照射到该金属表面的光子数增多，则单位时间逸出的光电子数增多，但X光的光子频率不变，根据光子能量公式ε＝hν可知，X光的光子能量不变，根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，逸出的光电子最大初动能不变，故B、D正确，C错误。 10.答案：211 km 解析：绿光的频率ν＝ 每个绿光光子的能量ε＝hν 每秒射入瞳孔引起视觉所需的绿光的最低能量E＝6ε 瞳孔面积S0＝d2 设眼睛最远在r处能够看到这个光源，则E＝S0 联立并代入数据解得r＝211 km。 11.答案：A解析：设该天体发射频率为ν光子的功率为P，由题意可知Pt××η＝Nhνt，解得P＝，故选A。 12.答案：C解析：光电管所加电压为正向电压，则根据爱因斯坦光电效应方程及动能定理可知光电子到达A极时动能的最大值Ekm＝eU＋hν－hν截止，可知Ekm­U图像的斜率相同，均为e；截止频率越大，则图像在纵轴上的截距越小，因ν1<ν2，则图像C正确，A、B、D错误。 13.答案：AD解析：根据爱因斯坦光电效应方程可得逸出的电子最大初动能为Ek＝hν－W0＝6 eV－3．1 eV＝2．9 eV，根据动能定理可得－eUc＝0－Ek，解得此单色光对应的遏止电压为Uc＝2．9 V，故A正确；若换用光子能量为12 eV的单色光照射阴极K，则有Ek′＝12 eV－3．1 eV＝8．9 eV，根据动能定理可得－eUc′＝0－Ek′，解得遏止电压为Uc′＝8．9 V≠2Uc，故B错误；若保持光的强度不变，改用频率更高的单色光照射，光子频率增大，仍能发生光电效应，根据I＝nhν，单位时间内照射到阴极K的光子数减少，则单位时间内逸出的光电子数一定减少，C错误，D正确。 14.答案：(1)1．2×1015 Hz　(2)2．2×1014 解析：(1)由题图乙可知遏止电压为Uc＝2．5 V 根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0 且－eUc＝0－Ek 联立解得本次实验入射光的频率为ν＝1．2×1015 Hz。 (2)由题图乙知饱和电流Im＝35．0 μA 则t＝1 s时间内到达A极的电子数 n＝＝2．2×1014 因此每秒射到光电管阴极K的光子数至少为n′＝n＝2．2×1014个。 学科网（北京）股份有限公司 $