高中物理-专题光电效应(非选择题)

2023年高考物理100考点最模拟题千题精练〔选修3-5〕第六局部原子物理专题6.5 光电效应〔非选择题〕非选择题1.〔北京市海淀区2023届高三查缺补漏物理试题〕在玻尔的原子构造理论中，氢原子由高能态向低能态跃迁时能发出一系列不同频率的光，波长可以用巴耳末—1R(11λ为波长， k2 n2R为里德伯常量，n、k分别表示氢原子跃迁前和跃迁后所处状态的量子数，对于每一个kn=k+1、k+2、k+3….n>1k=1n>2k=2的轨道时向外辐射光子形成的.SA+电源c如下图的装置中，K为一金属板，A为金属电极，都密封在真空的玻璃管中，S为石英片封盖的窗口，单色光可通过石英片射到金属板K上.试验中：当滑动变阻器的滑片位于最左端，用某种频率的单色光K时，电流计G指针发生偏转；向右滑动滑片，当AKU〔遏止电压〕时，电流c计G指针恰好指向零.1 现用氢原子发出的光照耀某种金属进展光电效应试验.假设用赖曼系中波长最长的光照耀时，遏止电压的大小Un=4的光照耀金属时，遏止电压的大小为U1 金属外表层内存在一种力，阻碍电子的逃逸.电子要从金属中摆脱出来，必需抑制这种阻碍做功.使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功.ecR.试求：a．赖曼系中波长最长的光对应的频率ν1；bhW0.光子除了有能量，还有动量，动量的表达式为p=h〔h为普朗克常量〕.λp=h；λn=2v0k=1v0相反的方向辐射一个光子.辐射光子前后，可认为氢原子的质量为M不变.v〔h、R、Mv0表示〕.〔1〕an=2k=1，对应光的波长最长，波长为1

.则有1R(1 1

1)22

所以 1

4 所以c3R 1 1

3cR4b．在巴耳末系中，氢原子由n=4k=2，对应光的波长为

.1

R(1

1) c设、1

E

、km1

2Ekm2.依据光电效应方程有E

2 22 42 2 ,2 2,Ekm1

1

W E,0,

km2

h W2 0,依据动能定理有eU0E eU 0E,1 km1 2 km2联立解得h16e(U1U2)W

9cR

0 3 1 2 .〔2〕a．依据质能方程有Emc2又由于Ehhc ,

pmc,ph.bp

h3hR 4依据动量守恒定律有Mv Mvp03hR4M.2.〔2023·4月模拟〕l的频率等物理量间的关系.K、A是密封在真空玻璃管中的两个电极，K受到光照时能够放射电子.KA之间的电压大小可以调整，电源的正、负极也可以对调.〔1〕a1所示的方式连接，且将滑动变阻器中的滑片置于中心位置四周.K放射出的电子由KA的运动是加速运动还是减速运动?bKeU加速后到达A极板.求电子到达A极板时的动能Ek.在图lU2Uc叫遏止电压.试验说明，对于肯定频率的光，无论光的强弱如何，遏止电压都是一样的.“肯定频率的光，无论光的强弱如何，遏止电压都是一样的”做出解释.美国物理学家密立根为了检验爱因斯坦光电效应方程的正确性，设计试验并测量了某金属的遏止电压Uc与入射光的频率.依据他的方法获得的试验数据绘制成如图3所示的图线.电子的电量e=1.6xl0-19C，求普朗克常量h.〔将运算结果保存l位有效数字.〕【思路点拨U ~c图像找到Uc

的关系函数.~【解析】(1)a.由于A为电源正极，K为电源负极，故光电子在A、K间做加速运动.b.由动能定理得Ek=eU.爱因斯坦光电效应方程Ek

hW0遏止电压对应为具有最大初动能的光电子由K极板运动到A极板时动能减为0的电压,依据动能定理有:Ek=eUchWhe联立解得Uc=e 0e可见,对于确定的金属来说,肯定频率的光,无论光的强弱如何,遏止电压都是一样的.h=h

W0，可知斜率为普朗克常量与元电荷之比ek=4×10-15V·s故普朗克常量h=ke=4×10-15×1.6×10-19J·s=6×10-34 J·s.【核心素养解读】此题从光电效应的本质属性、内在规律及相互关系的生疏上建构抱负的功能关系模型，科学思维”质疑创等要素，表达了学科核心素养.10g103m/s的速度运动，则它们的德布罗意波的波长分别是多少？(1.67×10－27kg)2 p1＝m1v，p＝mv2 由公式λ h＝知，中子和子弹的德布罗意波长分别为pλ ＝h和λ ＝h，中 p1 子 p2因此可得到λ ＝h，λ

＝h，代入数据得：中λ ＝4.0×10－10m中

m1v

子 m2vλ ＝6.63×10－35m。子答案4.0×10－10m 6.63×10－35m0 图所示是争论光电管产生的电流的电路图，A、K是光电管的两个电极，该光电管阴极的极限νν(ν)0 是阴极，阴极材料的逸出功等于 。加在A、K间的正向电压为U时，到达阳极的光电子的最大动能为 ，将A、K间的正向电压从零开头渐渐增加，电流表的示数的变化状况是 。为了阻挡光电子到达阳极，在A、K间应加上U ＝ 的反向电压。反以下方法肯定能够增加饱和光电流的是A．照耀光频率不变，增加光强B．照耀光强度不变，增加光的频率CA、K电极间的电压DA、K电极间的电压【参考答案】(1)K hν00(2)hν－hν＋eU 渐渐增大，直至保持不变0hν－hν0(3) e (4)Ak某光源能发出波长λ＝0.60μm的可见光，用它照耀某金属可发生光电效应，产生光电子的最大初E＝4.0×10－20Jh＝6.63×10－34J·sc＝3.0×108m/s求：(计算结果保存两位有效数字)k该可见光中每个光子的能量；该金属的逸出功。cλ【名师解析】E＝h＝3.3×10－19J。λk(2)W＝E－E＝2.9×10－19J。k答案(1)3.3×10－19J (2)2.9×10－19J如图甲所示是争论光电效应规律的光电管。用波长λ＝0.50μmK，试验测得流过GIAKUAKh＝6.63×10－34J·s。结合图象，求：(结果保存两位有效数字)每秒钟阴极放射的光电子数和光电子飞出阴极K时的最大动能；(2)该阴极材料的极限波长。【名师解析】(1)光电流到达饱和时，阴极放射的光电子全部到达阳极A，阴极每秒钟放射的光电子的个数I 0.64×10－6＝＝n m＝＝e 1.6×10－19

个＝4.0×1012个光电子的最大初动能为：E km

＝1.6×10－19C×0.6V＝9.6×10－20J。0c c00设阴极材料的极限波长为λ0，依据爱因斯坦光电效应方程：Ekm＝hλ－hλ0

，代入数据得λ0＝0.66μm。答案(1)4.0×1012个9.6×10－20J (2)0.66μm(10分)(2023·杭州市期末)光电倍增管是用来将光信号转化为电信号并加以放大的装置，其主要构造为多个一样且平行的倍增极．为简洁起见，现只争论其第1223所示．两个倍增极平行且长度均为2a，几何位置如下图(图中长度数据)．当频率为ν的入射光照耀到第1倍增极上外表时，从极板上逸出的光电子最大速率为v.1倍增极逸出的局部光电子打m到第2倍增极上外表，从而激发出更多的电子，实现信号放大．元电荷为e，电子质量为m，普朗克常h，只考虑电子在纸面内的运动，无视相对论效应，不计重力．2301W.02ABE2倍增极的电子的最大动能是多少？52v5假设仅在纸面内加上垂直纸面的匀强磁场时，觉察速度为2倍增极上外表．无视粒子间相互作用，试求：B的大小和方向；

m垂直第1倍增极出射的电子恰能全部到达②关闭光源后多长时间仍有光电子到达2sin15°＝0.26，sin37°＝0.60.)1 1【参考答案】．(1)hν－mv2 (2)mv2＋eE2 m 2 mmv(3)5m，方向垂直纸面对里ea323a②36vm1【名师解析】(1)依据光电效应方程：mv2＝E ＝hν－W，2 m km 01所以金属材料的逸出功：W＝hν－mv2.0 2 m电子在电场中加速的过程中电场力做功，由动能定理可得到达第2.mv2＋eE.m

1倍增极的电子的最大动能：Ek＝21倍增极射出的电子向上运动，由左手定则可知，磁场方向垂直纸面对里．当垂直第12倍增极相应位置时，出射的电子全部被下一倍增极收集到，如图，依据几何关系有：r2＝a2＋[(2＋3)a－r]2r＝2a.vm·2v电子在磁场中做匀速圆周运动的过程中的半径：r＝mv

5meB ，eaB＝5m.ea2倍增极上外表的时间即全部光电子中到达第2倍增极的最长时间．全部电子运动周期均一样，圆心角最大的粒子时间越长．假设电子从第1M2倍增NMNθR2倍增极相切时圆心R－a角最大．又图中sinα＝R ，当R越大，α越大，圆心角θ越大，故在全部轨迹和第2倍增极相切的电子中，半径越大圆心角越大．12倍增极相切时，圆心角最大，mveB如下图．此时：r′＝m＝5a，eBr′－acosθ＝r′ ＝0.8θ＝37°，360°－37°

360° ·T2πm 323πaT＝eB

，得t＝36v .m光电效应现象中逸出的光电子的最大初动能不简洁直接测量，可以利用转换测量量的方法进展测量。如图0所示为争论某光电管发生光电效应的电路图，当用频率为νK时，通过调整UI1I-U图象。依据图象求光电子的最大初EkmKW。电子所带电荷量为eUc、Iνhm均为量。有争论者设计了如下的测量光电子最大初动能的方法。争论装置如图2所示，真空中放置的两个平行正对金属板可以作为光电转换装置。用频率肯定的细激光束照耀A板中心O，板中心O点四周将有大量的电子吸取光子的能量而逸出。B板上涂有特别材料，当电子打在B板上时会在落点处留有可观看的痕迹。假设认为全部逸出的电子都以同样大小的速度从O点逸出，且沿各个不同的方向均匀分布，金属板的正对面积足够大〔保证全部逸出的电子都不会射出两极板所围的区域，光照条件保持不变。、B两极板间de，电子所受重力及它们之间的相互作用力均可无视不计。A、B两极板间加上肯定的电压，A板接电源的负极，由O点逸出的电子打在B板上的最大区域范围为一个圆形，且圆形的半径随A、B两极板间的电压变化而转变。通过试验测出了一系A、BUBr3所示r2-1/Uk。请依据图象，通过分析计算，求出电子从A板逸出时的初动能；②假设将A板换为另一种金属材料，且将其与可调稳压电源的正极连接，B板与该电源的负极连接，当两极U0B板上的最大区域范围仍为一个圆，测得圆的半径为R。转变两极板间的电压BB板上没有电子落点的痕迹，试通过计算分析两金属板间的电压需满足什么条件？【参考答案】.〔1〕W=hν-eUc

〔2〕①Ek

ke4d2

②U>U

10

R24d2【名师解析】eUkm由题中图1可知光电效应的反向截止电压为Uc依据动能定理可得光电子的最大初动能 E = ceUkm依据爱因斯坦光电效应方程可知，金属KW=hν-eUc①打在电子分布区域边缘的电子，其初速度方向平行于A板外表，做匀变速曲线〔类平抛〕运动。设两板间的电压为U，电子的质量为m，初速度为v0，在两板间运动的加速度大小为a1，飞行时间为t1，则依据牛顿定律有：a1

eUdm1对于垂直于极板方向的运动有d电子分布圆形区域的半径为r=v0t14d21

at22 11联立上述三式可解得r2

eU2

mv204d2E 1 4d2Er2

k ，所以r2-1/U图象中的k ke U e因此初动能Ek

ke4d2eU②电子在两极板间运动的加速度a 02 dmy Ovv，电子t2BBy 沿垂直极板方向上有vy2=2a2dvy=a2t2沿平行极板方向上有R=vxt2，v2v2x ymv2v2x ym

1 R24E

=2mv2eU14d km m

0 2eUkm设沿垂直极板方向射出的电子刚好不能到达B板时两板间的电压为Um，依据动能定理有E = meUkm1 R21mUUm

0 4d2为使B板上没有电子落点的痕迹，则两金属板间的电压应满足的条件是1 R21U>U 0 4d209．(12分)dA、BUλ的细激BB板发生光电效应，普朗克常量为hBW，电子质量为0me.求：BAA板时的动能；BA板时所需的最长时间．【名师解析】(1)E＝hν－W，k 0光子的频率为ν c＝λ，E

hc＝－W，k λ 0A板的光电子，是初动能最大且垂直于板面离开BA板的动能为k1 Ek1，由动能定理，得eU＝E －Ek1 E

hc＝eU＋－W．k1 λ 0(2)AB板时的初速度为零或运动方向平行于B板的光电子．1 Uet2 2md＝2at2＝2dmt＝d

Ue．答案(1) hc (2)d 2meU＋λ－W0 UeA A、B两种光子的能量之比为2∶1，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子最大初动E、EA、BA 【名师解析】光子能量ε＝hν

h ν cεp

∶p＝2∶1

p＝λ，且＝λc A BAE＝ε－W。A A 00同理，EB＝εB－W0W＝E0

A－2EB。答案2∶1 W＝E－2E0 A B用频率为ν的光照耀光电管阴极时，