专题76光电效应波尔理论（原卷版）

2024年高考物理一轮大单元综合复习导学练专题76光电效应、波尔理论导练目标导练内容目标1光电效应目标2光电效应的四类图像目标3原子波尔理论【知识导学与典例导练】光电效应1.与光电效应有关的五组概念对比(1)光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子。光子是因，光电子是果。(2)光电子的动能与光电子的最大初动能：只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能。(3)光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。(4)入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，而光子能量E＝hν。(5)光的强度与饱和光电流：频率相同的光照射金属产生光电效应，入射光越强，饱和光电流越大，但不是简单的正比关系。2．光电效应的研究思路(1)两条线索：(2)两条对应关系：入射光强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。3.三个定量关系式（1）爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0.（2）最大初动能与遏止电压的关系：Ek＝eUc.（3）逸出功与截止频率的关系：W0＝hνc.4.光电管上加正向与反向电压情况分析(1)光电管加正向电压时的情况①P右移时,参与导电的光电子数增加;②P移到某一位置时,所有逸出的光电子恰好都参与了导电,光电流恰好达到最大值;③P再右移时,光电流不再增大。(2)光电管加反向电压时的情况①P右移时,参与导电的光电子数减少;②P移到某一位置时,所有逸出的光电子恰好都不参与导电,光电流恰好为0,此时光电管两端加的电压为遏止电压;③P再右移时,光电流始终为0。【例1】现用波长为λ的光照射某金属，已知该金属的极限波长为，普朗克常量为h，光在真空中的传播速度为c，电子的电荷量为e，下列说法正确的是（）A．该金属的逸出功为B．用波长为λ的光照射该金属材料，不能发生光电效应C．用波长为λ的光照射该金属材料，逸出的光电子的最大初动能为D．此种情况下对应的遏止电压为【例2】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v的入射光照射金属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，该电压称为遏止电压，该实验小组得到与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．实验时电源的左端为正极B．分别用从氢原子能级2到1和能级3到1辐射的光照射金属得到遏止电压和，则C．换用不同的光照射逸出功更大的金属时，得到的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光电效应的四类图像图像名称图线形状读取信息最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线①截止频率(极限频率)：横轴截距②逸出功：纵轴截距的绝对值W0＝|－E|＝E③普朗克常量：图线的斜率k＝h遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线①截止频率νc：横轴截距②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系①遏止电压Uc：横轴截距②饱和光电流Im：电流的最大值③最大初动能：Ekm＝eUc颜色不同时，光电流与电压的关系①遏止电压Uc1、Uc2②饱和光电流③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2【例3】为了研究大量处于能级的氢原子跃迁时的发光特点，现利用大量此种氢原子跃迁时产生的三种单色光照射同一个光电管，如图甲所示，移动滑动变阻器的滑片调节光电管两端电压，分别得到三种光照射时光电流与光电管两端电压的关系，如图乙所示，则对于a、b、c三种光，下列说法正确的是（）A．三种光的频率最大的是cB．a、b、c三种光从同一种介质射向真空中，发生全反射的临界角最大的是cC．用a光照射另外某种金属能发生光电效应，则用c光照射也一定能发生D．通过同一个单缝装置进行单缝衍射实验，中央条纹宽度a光最宽【例4】如图甲所示为某实验小组成员研究某金属发生光电效应的遏止电压随照射光频率变化关系的实验原理图，图乙为实验得到的遏止电压随照射光频率变化的关系图像，电子的电荷量，则下列说法正确的是（）A．由图乙可知，该金属的极限频率为B．图甲中入射光的频率为时，滑动变阻器的滑片移到最左端，电流计G的示数不为零C．图甲中入射光的频率为逸出的光电子的最大初动能为D．由图乙可得，其斜率为普朗克常量【例5】某种金属发生光电效应时逸出光电子的最大初动能Ek与入射光频率v的关系如图，图线与横轴的交点为v0，图线的延长线与纵轴的交点为E，下列说法正确的是（

）A．若入射光的频率为，则光电子的最大初动能为B．普朗克常量为C．该金属的逸出功随入射光的频率的增大而减小D．入射光的频率越大，单位时间逸出的光电子数越多波尔理论2．玻尔理论(1)三个基本假设①能级假设：氢原子能级En＝eq\f(E1,n2)(n＝1,2,3，…)，n为量子数．②跃迁假设：hν＝Em－En(m>n)．③轨道量子化假设：氢原子的电子轨道半径rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，n为量子数．(2)氢原子能级跃迁①从低能级(n)eq\o(→,\s\up7(跃迁))高能级(m)：动能减少，势能增加，原子能量增加，吸收能量，hν＝Em－En.②从高能级(m)eq\o(→,\s\up7(跃迁))低能级(n)：动能增加，势能减少，原子能量减少，放出能量，hν＝Em－En.(3)三点注意①原子跃迁时，所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差．②原子电离时，所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值，剩余能量为自由电子的动能．③一群原子的核外电子向基态跃迁时发射光子的种类：。④一个原子的核外电子向基态跃迁时发射最多光子的种类：。【例6】城市夜景因绽放的霓虹灯变得多姿多彩。霓虹灯发光原理是不同气体原子从高能级向低能级跃迁时发出能量各异的光子而呈现五颜六色，如图为氢原子的能级示意图，已知可见光光子能量范围为，若一群氢原子处于能级，则下列说法正确的是（）A．这群氢原子自发跃迁时能辐射出4种不同频率的光B．这群氢原子从高能级向低能级跃迁时可能辐射出射线C．氢原子从能级向能级跃迁过程中发出的光为可见光D．这群氢原子自发跃迁时能辐射出3种不同频率的可见光【例7】用实物粒子撞击氢原子时，由于撞击前瞬间不同氢原子的核外电子所处状态不同，所以氢原子可能部分也可能全部吸收入射粒子的动能，当氢原子吸收的能量恰好为当前能级与上方某能级之差时，可实现能级跃迁。氢原子能级示意图如图所示，下列说法正确的是（

）A．用动能为的大量电子射向处于基态的一群氢原子，则能使一些氢原子跃迁到的能级B．一个处于能级的氢原子向基态跃迁过程中最多可辐射出6种频率的光子C．可见光的光子能量范围为若处于能级的氢原子向基态跃迁，放出的光为可见光D．基态氢原子可以吸收一个能量为的光子，从而跃迁到的能级【综合提升专练】1．如图所示，一个波长为λ的单色点光源以功率P向四周均匀地发射能量。在离光源距离足够远R处放置一小锌板，锌板表面有电子逸出。已知电子质量为m、电量为e，光速为c，普朗克常量为h，锌的逸出功W。假设入射光的能量是连续平稳地垂直传给锌板，且锌板完全吸收所有照射到它上面的能量。下列说法正确的是（

）A．光子的动量B．逸出电子的最大动能C．若换用波长更短的单色光源照射，锌板表面一定也有电子逸出D．锌板单位面积上受到光的平均压力2．如图所示，这是一个研究光电效应的电路图，下列叙述中正确的是（）A．只调换电源的极性（同时调整电压表），移动滑片P，当电流表示数为零时，电压表示数为遏止电压Uc的数值B．保持光照条件不变，滑片P向右滑动的过程中，电流表示数可能不变C．不改变光束颜色和电路，增大入射光束强度，电流表示数会增大D．阴极K需要预热，光束照射后需要一定的时间才会有光电流3．用某单色光照射金属钛表面，发生光电效应，从钛表面放出光电子的最大初动能与入射光频率的关系如图，则下列说法正确的是（）A．钛的逸出功为B．钛的极限频率为C．光电子的最大初动能为D．由图线可求得普朗克常量为E．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比4．如图，A和B两单色光，以适当的角度向半圆形玻璃砖射入，出射光线都从圆心O沿方向射出，且这两种光照射同种金属，都能发生光电效应。那么在光电效应实验中，先后用不同光强的这两束光照射同一个光电管。若实验a中所用的A光的光强大于实验b中所用的B光的光强，实验所得光电流I与光电管两端所加电压U间的关系曲线分别以a、b表示，则下列4图中可能正确的是哪些？（）A． B．C． D．5．在光电效应实验中，两个实验小组分别在各自的实验室，约定用相同频率的单色光，分别照射锌和银的表面，结果都能发生光电效应，如图甲，并记录相关数据。对于这两组实验，下列判断正确的是（  ）A．饱和光电流一定不同B．因为材料不同逸出功不同，所以遏止电压Uc不同C．光电子的最大初动能不同D．因为光强不确定，所以单位时间逸出的光电子数可能相同E．分别用不同频率的光照射之后绘制Uc～图像（为照射光频率，图乙为其中一小组绘制的图像），图像的斜率可能不同6．某实验小组的同学利用如下所示的实验研究光的波粒二象性。利用甲图所示的电路研究阴极K的遏止电压与照射光频率的关系。若实验测得钠（Na）的遏止电压Uc与照射光频率的关系图像如图乙所示，已知钠的极限频率为，钙的极限频率为，则下列说法中正确的是（）A．需将单刀双掷开关S置于a端B．需将单刀双掷开关S置于b端C．钙的遏止电压与照射光的频率的关系图线应该是①D．钙的遏止电压与照射光的频率的关系图线应该是②7．如图甲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像（直线与横轴的交点的横坐标为4.29，与纵轴的交点的纵坐标为0.5），如图乙所示是氢原子的能级图，下列说法正确的是（）A．根据该图像能求出普朗克常量B．该金属的逸出功为1.82eVC．该金属的极限频率为5.50×1014HzD．用n=4能级的氢原子跃迁到n=2能级时所辐射的光照射该金属能使该金属发生光电效应8．如图甲所示为光电效应实验装置，图乙为a、b、c三种光分别照射图甲装置得到的电流表与电压表读数的关系曲线，图丙为氢原子能级图，图丁是几种金属的逸出功和极限频率。已知c光子能量为2.81eV。则（

）几种金属逸出功和极限频率金属W0/eVv/1014Hz钠2.295.33钾2.255.44铷2.135.15A．若b为绿光，a不可能是紫光B．若a为绿光，c可能是紫光C．用c照射大量n=2激发态氢原子可产生6种不同频率光D．用c照射铷阴极产生的光电子撞击大量n=3激发态氢原子可产生6种不同频率光9．氢原子的能级图如图甲所示，若第3能级的氢原子向基态跃迁辐射光子，用这些光子照射图乙电路中光电管的阴极金属K，电流表A有电流流过。上述实验材料、设备均不变，图乙电路也不变的情况下，下列说法正确的是（）A．大量处于第4能级的氢原子最多能辐射出6种不同频率的光B．第2能级向基态跃迁辐射的光子照射K，电流表中一定有电流流过C．第5能级向基态跃迁辐射的光子照射K，电流表中一定有电流流过D．仅将图乙中电源的正负极交换，电流表示数一定为零10．左图是研究光电效应的实验装置图，右图是玻尔氢原子模型中的能级图，已知右图巴尔末系中波长最长的四种光为可见光，用其中频率最高的可见光照射左图中的光电管能发生光电效应。下列说法正确的是（）A．帕邢系中有可能存在紫外线B．用赖曼系中的任意光照射左图光电管都能发生光电效应C．利用左图装置研究光电管遏止电压应该变换电源的正负极D．左图中向右移动变阻器滑片时微安表中的电流一定会增大11．如图所示，两个电源的电动势均为E，内阻不计。K是光电管的阴极，A是光电管的阳极，它们都是半径为r圆形金属板。两圆心间距离为l，两圆心连线与两板垂直，当两板间存在电压时，板间的电场可视为匀强电场（不计边缘效应）。R为滑动变阻器，长度。电压表V（0刻度在表盘中间）和灵敏电流计G均为理想表。频率为的细激光束照射到K的中心O上，使阴极发射光电子。合上开关S，当滑动变阻器的滑动触头P从c向左滑动到达b处时，灵敏电流计G读数刚好为0；当滑动变阻器的滑动触头P从c向右滑动到d后，再向f滑动的过程中，电压表V读数增大而灵敏电流计G的读数保持不变。不计光电子之间的相互作用和重力。普朗克常量为h、电子带电量为e（e为元电荷），电子质量为m，下列说法正确的是（）A．光电子的最大初动能为B．阴极K的金属材料的逸出功为C．阳极A的半径不小于D．换用光强更大的同种激光照射阴极K，滑动变阻器的滑动触头P从c向右滑动到d后，再向f滑动的过程中，电压表V读数增大、灵敏电流计G的读数也增大12．氢原子的能级图如图所示，锌、钠、铯的逸出功分别为3.38eV、2.29eV、1.89eV，则下列说法正确的是（）A．一个处于能级的氢原子向低能级跃迁最多能辐射出3种不同频率的光子B．氢原子从能级向能级跃迁时辐射出的光子比从能级向能级跃迁时辐射出的光子的波长短C．一群氢原子从能级直接向能级跃迁时辐射出的光都能使锌、钠、铯产生光电效应D．氢原子从能级直接向能级跃迁时辐射出的光照射到钠上逸出光电子的最大初动能为0.26eV13．氢原子的能级图如图所示，关于大量氢原子的能