2023年高三物理二轮练习26 光电效应、玻尔原子模型（解析版）

2023年高三物理二轮高频考点冲刺突破

专题26光电效应、玻尔原子模型

专练目标______________________________专练内容______________________________

目标1高考真题（IT—4T）

目标2有关光电管的问题（5T—8T）

目标3有关光电效应的图像问题（9T—12T）

目标4波尔原子模型（13T—16T）

【典例专练】

一、高考真题

1.如图为氢原子的能级示意图。已知蓝光光子的能量范围为2.53~2.76eV,紫光光子的能量范围为2.76~

若使处于基态的氢原子被激发后，可辐射蓝光，不辐射紫光，则激发氢原子的光子能量为（）

3.10eVo

n£7eV

∞---------------------0

5----------------------0.54

4----------------------0.85

3----------------------1.51

2----------------------3.40

1------------------------13.60

A.10.20eVB.12.09eVC.12.75eVD.13.O6eV

【答案】C

【详解】由题知使处于基态的氢原子被激发后，可辐射蓝光，不辐射紫光，则由蓝光光子能量范围可知从

氢原子从〃=4能级向低能级跃迁可辐射蓝光，不辐射紫光（即从〃=4,跃迁到〃=2辐射蓝光），则需激

发氢原子到π=4能级，则激发氢原子的光子能量为4E=ELE∣=12.75eV故选C-

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4与入射光频率U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心由图像可知（）

A.钠的逸出功为牝.B.钠的截止频率为8.5x10“HZ

C.图中直线的斜率为普朗克常量4D.遏止电压S与入射光频率U成正比

【答案】A

【详解】A.根据遏止电压与最大初动能的关系有=线2根据电效应方程有EkM=M-%

当结合图像可知，当S为。时，解得%=/匕，A正确；

B.钠的截止频率为，，根据图像可知，截止频率小于&5xl0"Hz，B错误；

c.结合遏止电压与光电效应方程可解得=2hγ-W-可知，图中直线的斜率表示h2,C错误；

eee

D.根据遏止电压与入射光的频率关系式可知，遏止电压s与入射光频率U成线性关系，不是成正比，D错

误。故选A。

3.不同波长的电磁波具有不同的特性，在科研、生产和生活中有广泛的应用。a、b两单色光在电磁波谱中

的位置如图所示。下列说法正确的是（）

a光b光

长波短波微波红外线紫外线X射线7射线

A.若°、&光均由氢原子能级跃迁产生，产生”光的能级能量差大

B.若a、6光分别照射同一小孔发生衍射，。光的衍射现象更明显

C.若a、b光分别照射同一光电管发生光电效应，。光的遏止电压高

D.若“、6光分别作为同一双缝干涉装置光源时，α光的干涉条纹间距大

【答案】BD

【详解】由图中4、b两单色光在电磁波谱中的位置，判断出4光的波长片大于b光的波长儿，“光的频率

匕小于b光的频率以。

A.若°、6光均由氢原子能级跃迁产生，根据玻尔原子理论的频率条件扪=En-M可知产生α光的能级能

量差小，故A错误；

B.若a、6光分别照射同一小孔发生衍射，根据发生明显衍射现象的条件，。光的衍射现象更明显，故B

正确；

C.在分别照射同•光电管发生光电效应时，根据爱因斯坦光电效应方程eU,=&=尿-%可知。光的遏止

电压低，故C错误；

D.4、b光分别作为同一双缝干涉装置光源时，相邻两条亮纹或暗纹的中心间距■=可知。光的干涉条

纹间距大，故D正确。故选BD。

4.一群处于”=4激发态的氢原子跃迁向外辐射出不同频率的光子，则（）

A.需要向外吸收能量

B.共能放出6种不同频率的光子

C.〃=4向〃=3跃迁发出的光子频率最大

D.〃=4向”=1跃迁发出的光子频率最大

【答案】BD

【详解】A.高能级向低能级跃迁向外放出能量，以光子形式释放出去，故A错误；

B.最多能放不同频率光子的种数为C：=6故B正确；

CD.从最高能级向最低能级跃迁释放的光子能量最大，对应的频率最大，波长最小，则〃=4向”=1跃迁发

出的光子频率最大，故D正确，C错误。故选BD。

二、有关光电管的问题

5.图甲为研究光电效应的电路，K极为金属钠（截止频率为5.53X10∣4HZ,逸出功为2.29eV）∙图乙为氢原

子能级图。氢原子光谱中有四种可见光，分别是从〃=6、5、4、3能级跃迁到〃=2能级产生的。下列说法

正确的是（）

A.氢原子光谱中有三种可见光能够让图甲K极金属发生光电效应

B.大量处于〃=5能级的氢原子最多能辐射出8种不同频率的光

C.仅将图甲中P向右滑动，电流计示数一定变大

D.仅将图甲中电源的正负极颠倒，电流计示数一定为O

【答案】A

【详解】A.从〃=6、5、4、3能级跃迁到w=2能级产生的光的能量分别为3.02eV、2.86eV、2.55eV,、1.89

eV,大于2.29eV的跃迁有三种，即氢原子光谱中有三种可见光能够让图甲K极金属发生光电效应，选项A

正确；

B.大量处于〃=5能级的氢原子最多能辐射出C；=10种不同频率的光，选项B错误：

C.仅将图甲中尸向右滑动，正向电压变大，则开始阶段电流计示数变大，当达到饱和光电流时，电流不再

增加，选项C错误；

D.仅将图甲中电源的正负极颠倒，光电管加反向电压，仍有光电子到达A极，即电流计示数不一定为0,

选项D错误。故选A。

6.如图所示电路可研究光电效应规律。用光子能量为2.75eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，电流

表G的示数不为零，移动变阻器的触点c,发现当电压表的示数大于或等于1.7V时，电流表示数为零。则

下列说法正确的是（）

A.光电子的最大初动能始终为1.05eV

B.光电管阴极的逸出功为1.7eV

C.当滑动触头向α端滑动时，反向电压增大，电流增大

D.改用能量为2.5eV的光子照射，移动变阻器的触点c,电流表G中可能有电流

【答案】D

［详解）AB.由电压表的示数大于或等于1.7V时，电流表示数为零可知,光电子的最大初动能&=eU=1.7eV

同种金属的逸出功相同，所以光电子的最大初动能始终为L7eV,由爱因斯坦光电效应方程线=加-%

可得光电管阴极的逸出功为％=L05eV故AB错误；

C.当滑动触头向。端滑动时，反向电压增大，电流变小，故C错误；

D.改用能量为2.5eV的光子照射时，光电子的最大初动能1=E-%=1.45eV这时遏止电压为

E'

U'=l=l∙45V所以移动滑动变阻器的触点c,电流表G中也可能有电流，故D正确。故选D。

e

7.光照射金属时逸出电子的现象称为光电效应，如图所示是用来研究光电效应实验规律的实验电路图，关

于光电效应实验规律、实验电路图和理论解释，下列说法正确的有（）

A.S,κ>0时，电压越大将会有更多乃至全部光电子到达/

B.时，光照越强时电压越大才能阻止光电子到达N

C.只要光照强度足够大，一定能够使K板逸出光电子

D.逸出的光电子能否到达/只取决于照射光频率的大小

【答案】A

【详解】A.当光的频率大于阴极K的极限频率时，会发生光电效应，正向电压越大，在未达到饱和电流之

前就能吸引更多的光电子落到Z极板上，甚至单位时间内逸出的光电子全部到达4极板上，此时就达到了

饱和电流，故A正确；

B.反向电压增大到直射4极板的光电子刚好未能到达4时的电压，称之为遏止电压，遏止电压的大小取决

于照射光的频率，跟光照强度无关，故B错误；

C.是否发生光电效应取决于照射光的频率与K的极限频率大小，与光照强度无关，故C错误；

D.逸出的光电子能否到达人除了与照射光频率的大小有关外，还取决于电子逸出方向、U/K的大小，故

D错误。故选A。

8.现用某一频率为丫的光照射在阴极K上，阴极材料极限频率为％,如图所示，调节滑动变阻器滑片的位

置，当电压表V示数为。时，电流表G示数恰好为零。电子电荷量的大小为e,普朗克常量为力，下列说法

正确的是（）

A.若入射光频率变为原来的2倍，则遏止电压为2U+如

e

B.若入射光频率变为原来的3倍，则光电子的最大初动能为2机

C.保持滑动变阻器滑片位置不变，若入射光频率变为原来的3倍，则电子到达A极的最大动能为2机

D.入射光频率为u,若改变电路，加大小为U的正向电压，电子到达A极的最大动能为2eU

【答案】ACD

【详解】A.根据光电效应方程可得Ekm=切-加。当电压表V示数为。时，电流表G示数恰好为零，根据动

能定理可得eU=Ekm若入射光频率变为原来的2倍，则有琢n=2尿-和。设遏止电压变为U',则有e。'=耳

联立解得U'=2U+组故A正确；

e

B.若入射光频率变为原来的3倍，则有EM=3∕〃-∕∕%=2∕^+eU故B错误；

C.保持滑动变阻器滑片位置不变，若入射光频率变为原来的3倍，则电子到达A极的最大动能为

Ek=EIL-eU=2hv+eU-eU=Ihv故C正确；

D.入射光频率为u,若改变电路，加大小为U的正向电压，电子到达A极的最大动能为耳=Ekm+eU=2eU

故D正确。故选ACD。

三、有关光电效应的图像问题

9.1916年密立根测量金属的遏止电压4（即图甲所示电路中电流表G的读数减小到零时加在电极K、A之

间的反向电压）与入射光频率V的对应关系，实验中推导计算出普朗克常量心图乙为某光电管发生光电效

应时遏止电压UC与入射光频率V的关系图像，已知光电子的电荷量为e,下列说法正确的是（）

a

B.普朗克常量〃=?

b

C.电极K的金属材料逸出功随入射光频率的增大而减小

D.光电子最大初动能与入射光频率成正比

【答案】B

hW

【详解】A.根据qe=∙-%可知Ue=2叱-%因此当S=O时取得截止频率为从故A错误；

ee

B.图像斜率表示2=：因此普朗克常量力=与故B正确；

ebb

C.逸出功只与金属材本身类有关，故C错误：

D.根据Ek=加-%可知，光电子最大初动能与入射光频率成一次函数关系，故D错误。故选B。

10.在某次光电效应实验中，得到光电子最大初动能反，"与入射光频率V的关系如图所示，金属材料甲、乙

的图线与横、纵轴的交点坐标分别为.、6、-C和"，普朗克常量为人由图可知（）

A.金属材料甲发生光电效应的条件是入射光的频率

C

B.金属材料甲的逸出功为C

C.在最大初动能后,“与入射光频率V的关系图线中，甲和乙不可能平行

D.用频率v>6的光分别照射甲、乙两金属，逸出的光电子的最大初动能相同

【答案】B

【详解】由光电效应方程及-%由图可得图线的斜率为普朗克常量人=£=即两图线平行；由

BC.Eknl=g,

图可知金属材料甲、乙的逸出功分别为C和"，故B正确，故C错误；

A.金属材料甲发生光电效应的条件是入射光的频率u≥α,而α=f,可得u≥?;故A错误；

hh

由光电效应方程可知，用频率的光分别照射甲、乙两金属，甲逸出的光电子的最大初动

D.Ebn%V-%UNb

能大，故D项错误；故选B。

11.图甲、乙、丙、丁均为关于光电效应的四幅图像。下列说法正确的是（）

A.若电子的电荷量为e,则由图甲可得普朗克常量〃=三

B.由图乙可知，虚线对应金属的逸出功比实线对应金属的逸出功大

C.由图丙可知，在光的频率不变（即颜色不变）的情况下，入射光越强，饱和光电流越大

D.由图丁可知，光电管两端的电压越高，光电流一定越大

【答案】AC

【详解】根据爱因斯坦光电效应方程纥=丘-切。结合动能定理（有=扪

A.Me=Efoneq

整理得（=±,-L%结合题图甲有A=或=二解得〃=拄故A正确；

B.根据爱因斯坦光电效应方程Ek=加-少可知，Ek-U图像横截距的绝对值表示极逸出功，因此实线对应

金属的逸出功比虚线对应金属的逸出功大，故B错误：

C.当入射光的频率一定时，饱和光电流由入射光的强度决定，即在入射光的颜色不变的情况下，入射光越

强，光子数越多，饱和光电流越大，故C正确；

D.分析题图丁可知，当达到饱和光电流以后，增大光电管两端的电压，光电流不变，故D错误。

故选D。

12.如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线，直线与横轴的

交点坐标（4.27,0）,与纵轴交点坐标为（5.5,0.5）.,由图可知（）

A.该金属的截止频率为4.27x1014Hz

B.该金属的截止频率为5.5xl0i4Hz

C.该图线的斜率表示普朗克常量

D.该金属的逸出功为0.5eV

【答案】AC

【详解】AB.由光电效应方程Et=加一廊可知，图中横轴的截距为该金属的截止频率。故A正确；B错误;

C.图线的斜率表示普朗克常量瓦故C正确；

D.该金属的逸出功阅=6o=6.63xlO34χ4.27xlθMj=1.77eV故D错误。故选AC。

四、波尔原子模型

13.如图所示为氢原子能级图，现有大量处于〃=4能级的氢原子向低能级跃迁，使它们发出的光照射到金

属钠上，金属钠产生的所有光电子中初动能的最大值为10.46eV,在这些氢原子发出的光中，频率低于钠的

截止频率的种数有()

V

〃C

£0/

∞

554

4-0.85

3-07.51

24O

-3.

1------------------------13.6

A.0B.2种C.4种D.6种

【答案】B

【详解】这些光子中自〃=4能级向〃=1能级跃迁的光子能量最大，即EmaX=H).85-(T3.6)]eV=12.75eV

由光电效应方程得，钠的逸出功叫=/「耳=(12.75-10.46把丫=2.296丫，〃=4能级向"=3能级、〃=3能

级向"=2能级跃迁产生的光子的能量小于钠的逸出功，因此在这些氢原子发出的光中，低于钠的截止频率

的光子种数有2种。故选B。

14.He+、Li?+等离子具有与氢原子类似的原子结构模型，又称为“类氢离子"。He+从能级N跃迁到能级M,

释放频率为匕的光子，从能级P跃迁到能级"，吸收频率为乙的光子，且匕>匕，则它从能级N跃迁到能

级产时()

A.吸收频率为匕+匕的光子

B.释放频率为匕+匕的光子

C.吸收频率为匕-匕的光子

D.释放频率为匕-匕的光子

【答案】B

【详解】He'从能级N跃迁到能级〃，释放频率为匕的光子，说明能级N的能量大于能级”的能量，且两

能级能量差为=人匕同理能级P的能量小于能级的能量，且两能级能量差为-Ep=他所以

EN-EMMgu

与V-与=〃匕+4匕从能级N跃迁到能级P释放光子，且光子的频率为匕+匕，B正确。故选B。

15.如图所示为氢原子的能级图，则下列说法正确的是()

EIeN

O

-0.54eV

-0.85eV

-1.51eV

2--------------------3.40eV

1----------------------T3.6eV

A.若已知可见光的光子能量范围为1.62eV〜3.11eV,则处于第4能级状态的氢原子，辐射光的谱线在可见

光范围内的有2条

B.当氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时，氢原子的电势能增加，电子的动能减小

处于第能级状态的氢原子，辐射出三种波长分别为入、入、的三条谱线，则入入+入

C.312λ3(λl>λ2>λ3)I=23

D.若处于第2能级状态的氢原子向基态跃迁时辐射出的光能使某金属板发生光电效应，则从第5能级跃迁

到第2能级时辐射出的光也一定能使此金属板发生光电效应

【答案】A

【详解】A.若已知可见光的光子能量范围为1.62eV〜3.11eV,则处于第4能级状态的氢原子，辐射光的谱

线，对应的能量分别为AE/=-0.85eV-(-1.5IeV)=O.66eV;A&=-0.85eV-(-3.4eV)=2.55eV

AEs=-0.85eV-(—13.6eV)=12.75eV;AE4=一1.51eV-(-3.4eV)=1.89eV;

Δf5=-1.51eV-(-13.6eV)=12.09eV;ΔEtf=-3.4eV-(-13.6eV)=10.2eV

在可见光范围内的有2条，故A正确：

B.当氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时，运动半径减小，则氢原子的电势能减小，而根据

名=4可知’电子的动能增加’故B错误；

C.处于第3能级状态的氢原子，辐射出三种波长分别为人1、入2、入3(λ