五年高考真题精编——专题52光电效应

2019高考物理演示实验：光电效应物理实验题在高考中所占比例很大，因此做好物理实验题很有必要。

查字典物理网为大家整理的2019高考物理演示实验：光电效应，希望可以对你有帮助。

一.实验目的1.了解光电效应的基本规律，加深对光量子性的理解。

2.了解光电管的结构和性能，并测定其基本特性曲线。

3.验证爱因斯坦光电效应方程，测定普朗克常数。

二.实验仪器光电管、光源、滤色片、微电流计、电压表、滑线电阻、直流电源、开关和导线等。

三.实验原理1.光电效应及其规律在一定频率的光的照射下，电子从金属(或金属化合物)表面逸出的现象称为光电效应，从金属(或金属化合物)表面逸出的电子称为光电子。

研究光电效应的电路图如图3-19-1所示。

实验表明光电效应有如下规律：(1)只有当入射光频率大于某一定值时，才会有光电子产生，若光的频率低于这个值，则无论光强度多大，照射时间多长，都不会有光电子产生。

即光电效应存在一个频率阈值0，称为截止频率。

(2)光电子的多少与光的强度有关，即饱和光电流IH与入射光的光强成正比。

如图3-19-2所示，I～U曲线称为光电管伏安特性曲线，曲线(2)的光强是曲线(1)光强的一半。

光电管福安特性曲线(3)光电子的动能(光电子的动能)与入射光的频率成正比，与光强无关。

实验中反映初动能大小的是遏止电位差Ua。

在图3-19-1电路中，将光电管阳极与阴极连线对调，即在光电管两极间加反向电压，则K、A间的电场将对阴极逸出的电子起减速作用，若反向电压增加，则光电流I减小，当反向电压达到Ua时，光电流为零(如图3-19-2所示)，此时电场力对光电子所作的功eUa等于光电子的初动能光电子的初动能，Ua称为遏止电位差。

以不同频率的光照射时，Ua～关系曲线为一直线，如图3-19-3所示。

遏制电压与入射光频率的关系曲线光电效应的这些实验规律，用光的电磁波理论不能作出圆满的解释。

1905年爱因斯坦提出了一个著名的理论光量子理论，成功地解释了光电效应现象。

光电效应规律和光电效应方程一、选择题1．下列关于光电效应实验结论的说法正确的是()A．对于某种金属，无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应B．对于某种金属，无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应C．对于某种金属，超过极限频率的入射光强度越大，所产生的光电子的最大初动能就越大D．对于某种金属，发生光电效应所产生的光电子，最大初动能与入射光的频率成正比【解析】选A. 发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，与入射光的强度、光照时间无关，所以光的频率小于极限频率就不能产生光电效应，故A正确，B错误．根据光电效应方程E k＝hν－W0，可知入射光的频率大于极限频率时，频率越高，光电子的最大初动能越大，与入射光强度无关，故C错误．根据光电效应方程E k＝hν－W0，可知光电子的最大初动能与入射光的频率是一次函数关系，故D错误．2．在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是()A．增大入射光的强度，光电流增大B．减小入射光的强度，光电效应现象消失C．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大【解析】选AD.增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积的光电子数增加，则光电流将增大，故选项A正确；光电效应是否发生取决于照射光的频率，而与照射强度无关，故选项B错误；用频率为ν的光照射光电管阴极，发生光电效应，用频率较小的光照射时，若光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，选项C错误；根据hν－W0＝21mv2可知，增加照射光频率，光电子的最大初动能也增大，故选项D正确．3．在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开了一个角度，如图所示，这时()A．锌板带正电，指针带负电B．锌板带正电，指针带正电C．锌板带负电，指针带正电D．锌板带负电，指针带负电【解析】选B.弧光灯照射锌板发生光电效应，锌板上有电子逸出，锌板带正电，验电器指针也带正电，故B正确4．关于光电效应有如下几种叙述，其中叙述正确的是()A．金属的逸出功与入射光的频率成正比ssB ．饱和光电流与入射光强度有关C ．用不可见光照射金属一定比可见光照射金属产生的光电子的最大初动能要大D ．光电效应几乎是瞬时发生的【解析】选BD.金属的逸出功取决于金属本身，故A 错误；逸出的光电子数与入射光的强度有关，即饱和光电流与入射光的强度有关，故B 正确；由光电效应方程E k ＝hν－W 0 可知，入射光的频率越大，光电子的最大初动能越大，红外线的频率小于可见光的频率，所以用红外线照射金属产生的光电子的最大初动能较小，C 错误；光电效应几乎是瞬时发生的，D 正确．5．硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能．若有N 个频率为ν的光子打在光电池极板上，这些光子的总能量为(h 为普朗克常量)( )A ．hν B.21Nhν C ．Nhν D ．2Nhν 【解析】选C. 据光子说可知，光子能量与频率有关，一个光子能量为ε＝hν ( h 为普朗克常量)，N 个光子的能量为Nhν，所以选项C 正确．6．用绿光照射一光电管，产生了光电效应，欲使光电子从阴极逸出时的最大初动能增加，下列做法可取的是( ) A ．改用红光照射 B ．增大绿光的强度C ．增大光电管上的加速电压D ．改用紫光照射【解析】选D.由爱因斯坦光电效应方程hν＝W 0+21mv 2，在逸出功一定时，只 有增大光的频率，才能增加最大初动能，与光的强度无关，D 对．7．在光电效应实验中，用单色光照射某种金属表面，有光电子逸出，则光电子的最大初动能取决于入射光的( ) A ．频率 B ．强度 C ．照射时间 D ．光子数目【解析】选A.由爱因斯坦光电效应方程程E k ＝hν－W 0 可知：Ek 只与频率ν有关，故选项B 、C 、D 错误，选项A 正确8．在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面，都能发生光电效应现象．对于这两个过程，下列四个物理量中，一定不同的是( )A ．单位时间内逸出的光电子数B ．反向截止电压C ．饱和光电流D ．光电子的最大初动能【解析】选BD.单位时间内逸出的光电子数以及饱和电流由光照强度决定，所以可能相同，故A 、C 错误；用同一种单色光照射，光电子的能量相同，不同金属的逸出功不同，根据光电效应方程E k ＝hν－W 0 可得光电子的最大初动能一定不同，D 正确；再根据E k ＝eU c 知，反向截止电压一定不同，B 正确9．研究光电效应的电路如图所示．用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A 吸收，在电路中形成光电流．下列光电流I 与A 、K 之间的电压U AK 的关系图象中，正确的是( )【解析】选C. 虽然入射光强度不同，但光的频率相同，所以遏止电压相同；又因当入射光强时，单位时间逸出的光电子多，饱和光电流大，所以选C.10．在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为U a和U b、光电子的最大初动能分别为E ka和E kb。

高中物理考题精选（120）——光电效应光子1、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，与纵轴交点坐标0.5）。

由图可知普朗克常量为___________Js，金属的极限频率为Hz（均保留两位有效数字）答案 6.5×10-34 （2分） 4.3×10-14 （2分）2、如图所示，N为钨板，M为金属网，它们分别和电池两极相连，各电池的极性和电动势在图中标出。

钨的逸出功为4.5eV。

现分别用能量不同的光子照射钨板（各光子的能量在图上标出）。

那么，下列图中有光电子到达金属网的是（）A．①②③ B．②③ C．③④ D．①②答案 B3、(1)下列说法中正确的有________。

A．光电效应实验中，只要入射光足够强，就能产生光电流B．卢瑟福的α粒子散射实验结果表明电子是原子的组成部分，原子不可再分的观念被打破C．天然放射现象中的γ射线是原子核受激发产生的D．放射性元素的半衰期由其原子核内部结构决定，与外界因素无关E．氢原子从高能级向低能级跃迁时，放出光子，电势能减少(2)科学家用质子轰击锂核的实验来验证“爱因斯坦质能方程”，已知质子轰击锂核Li能产生两个α粒子，mLi ＝7.016u，mH＝1.0078u，mHe＝4.0026u,1u相当于931.5MeV，则此核反应的方程式为________，此核反应释放的核能为________MeV(保留3位有效数字)。

答案 (1)CDE (2)H＋Li→2He 17.3[解析] (1) 在光电效应实验中，若照射光的频率小于极限频率，无论光照时间多长，光照强度多大，都不能产生光电流，A错；汤姆孙发现电子，打破了原子不可再分的观念，B错；γ射线是原子核受激发而产生的，C对；放射性元素的半衰期与温度以及化合状态等无关，由核本身的性质决定，D对；氢原子从高能级向低能级跃迁时，放出光子，电势能减少，E对。

【繁體轉換簡體方法】打開文檔---功能表列---審閱---繁轉簡---轉換完成【簡體轉換繁體方法】打開文檔---功能表列---審閱---簡轉繁---轉換完成31 光電效應【專題導航】目錄熱點題型一光電效應現象和光電效應方程的應用............................................................... 错误!未定义书签。

熱點題型二光電效應的圖象問題 .......................................................................................... 错误!未定义书签。

（一）對E k－ν圖象的理解............................................................................................... 错误!未定义书签。

（二）對I－U圖象的理解 ................................................................................................ 错误!未定义书签。

（三）對Uc－ν圖象的理解.............................................................................................. 错误!未定义书签。

熱點題型三對光的波粒二象性的理解 .................................................................................. 错误!未定义书签。

【題型演練】 .............................................................................................................................. 错误!未定义书签。

高二物理光电效应试题1.用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而发生光电效应，可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率ν变化的Ek－ν图象．已知钨的逸出功是3.28 eV，锌的逸出功是3.34 eV，若将二者的图线画在同一个坐标图中，用实线表示钨，虚线表示锌，则能正确反映这一过程的是下图中的【答案】A【解析】由光电效应方程知，对金属钨，对金属锌，所以图象的斜率相同，图线应平行．又有，则图线与横轴的截距点越大，金属的极限频率越大，故A 正确。

【考点】考查了光电效应2.如图所示，当开关S断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零．合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零．（1）求此时光电子的最大初动能的大小．（2）求该阴极材料的逸出功．【答案】（1）0.60 eV（2）1.90 eV【解析】（1）光子能量为2.5 eV时，设光电子的最大初动能为mv2，由题意知，当反向电压达到0.60 V以后，具有最大初动能的光电子恰好不能达到阳极，即遏止电压UC＝0.60 V，因此－eUC＝0－mv2mv2＝eUC＝0.60 eV（2）由光电效应方程mv2＝hν－W0解得W＝1.90 eV.【考点】光电效应爱因斯坦光电效应方程3.在做光电效应实验中，某金属被光照射发生了光电效应，实验测出了光电子的最大初动能Ek与入射光的频率的关系如图所示，A、C两点坐标已知，由图象可求( )A．该金属的逸出功 B．该金属的极限频率C．单位时间内逸出的光电子数 D．普朗克常量【答案】ABD【解析】根据光电效应方程知，图线的斜率表示普朗克常量，根据图线斜率可得出普朗克常量．横轴截距表示最大初动能为零时的入射光频率，此时的频率等于金属的极限频率，根据可求出逸出功．单位时间内逸出的光电子数无法从图象中获知，故A、B、D 正确，C错误。

2021年高考物理100考点最新模拟题千题精练（选修3-5）第六部分原子物理专题6.4 光电效应与量子论（能力篇）一．选择题1．（2020年3月武汉质检）硅光电池是一种直接把光能转换成电能的半导体器件，它的工作原理与光电效应类似：当光照射硅光电池，回路里就会产生电流。

关于光电效应，下列说法正确的是A．任意频率的光照射到金属上，只要光照时间足够长就能产生光电流B．只要吸收了光子能量，电子一定能从金属表面逸出C．逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率有关D．超过截止频率的入射光光强越强，所产生的光电子的最大初动能就越大【参考答案】.C【命题意图】本题以直接把光能转换成电能的硅光电池为情景，考查对光电效应规律的理解及其相关知识点，考查的核心素养是能量的观点。

【解题思路】根据光电效应规律，只有频率大于极限频率的光照射到金属上，才会发生光电效应，所以选项A错误；若吸收光子的能量小于金属中电子的逸出功，额电子不能从金属表面逸出，选项B错误；根据爱因斯坦光电效应方程，逸出的光电子的最大初动能Ek=hv-W，即逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率有关，选项C正确；根据光电效应规律，超过截止频率的入射光光强越强，所产生的光电子的数目就越大，光电子的最大初动能不变，选项D错误。

【易错警示】解答此题常见错误主要有：一是对截止频率、光电效应规律理解掌握不到位；二是对爱因斯坦光电效应方程理解掌握不到位。

2（2020天津和平区质检）光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流。

表中给出了6次实验的结果，由表中数据得出的论断中正确的是（）A．甲、乙两组实验所用的金属板材质相同B．甲组实验所采用的入射光波长更长C．甲组实验若入射光子的能量为5.0 eV，逸出光电子的最大动能为2.2 eVD．乙组实验若入射光子的能量为5.0 eV，相对光强越强，光电流越大【参考答案】BCD【名师解析】根据爱因斯坦光电效应方程，E k=hv-W，可知甲组同学实验所用的金属板材质的逸出功为W甲=2.8eV，乙组同学实验所用的金属板材质的逸出功为W乙=3.1eV，所以甲、乙两组实验所用的金属板材质不相同，选项A错误；由E=hc/λ可知甲组实验所采用的入射光波长更长，选项B正确；甲组实验若入射光子的能量为hv =5.0 eV，由爱因斯坦光电效应方程，E k=hv-W甲，可知逸出光电子的最大动能为E k=2.2 eV，选项C正确；乙组实验若入射光子的能量为5.0 eV，大于逸出功W乙=3.1eV，相对光强越强，逸出的光电子越多，所以光电流越大，选项D正确。

高二物理光电效应试题1.用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而发生光电效应，可得到光电子最大初动能E随入k－ν图象．已知钨的逸出功是3.28 eV，锌的逸出功是3.34 eV，若将二者的射光频率ν变化的Ek图线画在同一个坐标图中，用实线表示钨，虚线表示锌，则能正确反映这一过程的是下图中的【答案】A【解析】由光电效应方程知，对金属钨，对金属锌，所以图象的斜率相同，图线应平行．又有，则图线与横轴的截距点越大，金属的极限频率越大，故A 正确。

【考点】考查了光电效应与2.在做光电效应实验中，某金属被光照射发生了光电效应，实验测出了光电子的最大初动能Ek入射光的频率的关系如图所示，A、C两点坐标已知，由图象可求( )A．该金属的逸出功 B．该金属的极限频率C．单位时间内逸出的光电子数 D．普朗克常量【答案】ABD【解析】根据光电效应方程知，图线的斜率表示普朗克常量，根据图线斜率可得出普朗克常量．横轴截距表示最大初动能为零时的入射光频率，此时的频率等于金属的极限频率，根据可求出逸出功．单位时间内逸出的光电子数无法从图象中获知，故A、B、D 正确，C错误。

【考点】考查了光电效应3.用一束紫光照射某金属时不能产生光电效应，下列可能使该金属产生光电效应的措施是A．改用紫外线照射B．改用红外线照射C．延长紫光的照射时间D．增大紫光的照射强度【答案】A【解析】根据光电效应的条件，要产生光电效应，必须用能量更大，即频率更高的粒子．能否发生光电效应与光的强度和照射时间无关．故A正确。

【考点】考查了光电效应4.（6分）在光电效应实验中，某金属的截止频率相应的波长为λ。

已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h。

①该金属的逸出功为________；②若用波长为λ（λ<λ）的单色光做该实验，则其遏止电压为．【答案】①②【解析】①若金属的截止频率相应的波长为，该金属的逸出功为：若用波长为的单色光做该实验，则逸出光电子的最大初动能为：其遏制电压满足解得：【考点】本题考查光电效应。

光电效应习题（有答案）黑体辐射和能量子的理解、基础知识1能量子(1) 普朗克认为，带电微粒辐射或者吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值的整数倍.即能量的辐射或者吸收只能是一份一份的.这个不可再分的最小能量值￡叫做能量子.⑵能量子的大小：尸h v其中V是电磁波的频率，h称为普朗克常量.h= 6.63X 10「34 J s：2、光子说：(1) 定义：爱因斯坦提出的大胆假设。

内容是：空间传播的光的能量是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子.光子的能量为尸hv,其中h是普朗克常量，其值为 6.63X 10一34 J s：二、练习1、下列可以被电场加速的是(BA .光子B .光电子2、关于光的本性，下列说法中不正确的是(A .光电效应反映光的粒子性B. 光子的能量由光的强度所决定C. 光子的能量与光的频率成正比)C. X射线 D .无线电波B )D. 光在空间传播时，是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子对光电效应实验的理解、基础知识(用光电管研究光电效应的规律)1常见电路(如图所示)2、两条线索(1) 通过频率分析：光子频率高T光子能量大T产生光电子的最大初动能大.(2) 通过光的强度分析：入射光强度大T光子数目多T产生的光电子多T光电流大.3、遏止电压与截止频率(1) 遏止电压：使光电流减小到零的反向电压U c.(2) 截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率).不同的金属对应着不同的极限频率.(3) 逸出功：电子从金属中逸出所需做功的最小值，叫做该金属的逸出功.、练习1、如图所示，当开关S断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P,发现电流表读数不为零.合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零.(1)求此时光电子的最大初动能的大小；⑵求该阴极材料的逸出功.答案(1)0.6 eV (2)1.9 eV解析设用光子能量为2.5 eV的光照射时，光电子的最大初动能为E km,阴极材料逸出功为W o当反向电压达到U0= 0.60 V以后，具有最大初动能的光电子达不到阳极，因此eU0 = 由光电效应方程知E km = hb W彳I- 吩—由以上—式得E km = 0.6 eV, W0= 1.9 eV.2、如图所示是光电管的原理图，已知当有波长为?o的光照到阴极K上时，电路中有光电流，则(说明：右侧为正极)A ?若换用波长为0(0> 0)的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流B .若换用波长为0( 0< 0)的光照射阴极K时，电路中一定有光电流C.增加电路中电源电压，电路中光电流一定增大D ?若将电源极性反接，电路中一定没有光电流产生答案Bc解析用波长为0的光照射阴极K，电路中有光电流，说明入射光的频率=0大于金属的极限频率，换用波长为0的光照射阴极K，因为0> 0,根据v= ￡可知，波长为0的光的频率不一定大于金属的极限频率，因此不一定能发生光电效应现象，A错误；同理可以判断，B正确；光电流的大小与入射光的强度有关，在一定频率与强度的光照射下，光电流与电压之间的关系为：开始时，光电流随电压U的增加而增大，当U增大到一定程度时，光电流达到饱和值，这时即使再增大U ,在单位时间内也不可能有更多的光电子定向移动，光电流也就不会再增加，即饱和光电流是在一定频率与强度的光照射下的最大光电流，增大电源电压，若光电流达到饱和值，则光电流也不会增大，C错误；将电源极性反接，若光电子的最大初动能大于光电管两极间电场力做的功，电路中仍有光电流产生，D错误.3、(双选)如图所示,在研究光电效应的实验中，发现用一定频率的A单色光照射光电管时电流指针会发生偏转，而用另一频率的B单色光照射时不发生光电效应(AC )表A.A光的频率大于B光的频率B.B光的频率大于A光的频率4、如图所示，当电键 K 断开时，用光子能量为 2.5 eV 的一束光照射阴极P ,发现电流表读数不为零。

光电效应1. 知识详解：知识点1 光电效应和波粒二象性1．光电效应的实验规律(1)存在着饱和电流：对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多，饱和光电流越大．(2)存在着遏止电压和截止频率：光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关．当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应．使光电流减小到零的反向电压叫遏止电压．(3)光电效应具有瞬时性：当频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，几乎在照到金属时立即产生光电流，时间不超过10－9s.2．光子说爱因斯坦提出：空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，光子具有的能量ε＝h ν，其中h ＝6.63×10－34J ·s.3．光电效应方程(1)表达式：h ν＝E k ＋W 0或E k ＝h ν－W 0.(2)物理意义：金属中的电子吸收一个光子获得的能量是h ν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W 0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能E k ＝12mv 2.4．光的波粒二象性(1)波动性：光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性． (2)粒子性：光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性． (3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性．5．物质波(1)概率波光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波． (2)物质波任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长λ＝h p，p 为运动物体的动量，h 为普朗克常量．易错判断(1)光子说中的光子，指的是光电子．(×)(2)只要光足够强，照射时间足够长，就一定能发生光电效应．(×) (3)极限频率越大的金属材料逸出功越大．(√)知识点2 α粒子散射实验与核式结构模型1．实验现象绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子甚至被撞了回来．如图所示．α粒子散射实验的分析图2．原子的核式结构模型在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转．易错判断(1)原子核集中了原子全部的正电荷和质量．(×) (2)原子中绝大部分是空的，原子核很小．(√)(3)核式结构学说是卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出的．(√)知识点3 氢原子光谱和玻尔理论1．光谱(1)光谱：用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱． (2)光谱分类：①线状谱光谱是一条条的亮线． ②连续谱光谱是连在一起的光带．(3)氢原子光谱的实验规律：巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式1λ＝R ⎝ ⎛⎭⎪⎫122－1n 2(n ＝3,4,5，…)，R 是里德伯常量，R ＝1.10×107 m －1，n 为量子数． 2．玻尔理论(1)定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量．(2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即h ν＝E m －E n (h 是普朗克常量，h ＝6.63×10－34J ·s)． (3)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应．原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的．3．氢原子的能级、能级公式(1)氢原子的能级图能级图如图所示． (2)氢原子的能级公式E n ＝1n 2E 1(n ＝1,2,3，…)，其中E 1为基态能量，其数值为E 1＝－13.6_eV.(3)氢原子的半径公式r n ＝n 2r 1(n ＝1,2,3，…)，其中r 1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r 1＝0.53×10－10 m.易错判断(1)在玻尔模型中，原子的状态是不连续的．(√) (2)发射光谱可能是连续光谱，也可能是线状谱．(√)(3)玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，也成功地解释了氦原子光谱．(×)2.题型分析：一、对光电效应的理解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．(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．2．两条对应关系：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．例1．关于光电效应和康普顿效应的规律，下列说法正确的是( )A．光电效应中，金属板向外发射的光电子又可以叫作光子B．康普顿效应说明光具有波动性C．对于同种金属而言，遏止电压与入射光的频率无关D．石墨对X射线散射时，部分X射线的散射光波长会变长，这个现象称为康普顿效应D[光电效应中，金属板向外发射的电子叫光电子，光子是光量子的简称，A错误；根据光电效应方程hν＝W0＋eU c可知，对于同种金属而言(逸出功一样)，入射光的频率越大，遏止电压也越大，即遏止电压与入射光的频率有关，C错误；在石墨对X射线散射时，部分X射线的散射光波长会变长的现象称为康普顿效应，康普顿效应说明光具有粒子性，B错误，D正确．]例2．(多选)光电效应的实验结论是：对某种金属( )A．无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应B．无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应C．超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小D．超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大AD[每种金属都有它的极限频率ν0，只有入射光子的频率大于极限频率ν0时，才会发生光电效应，选项A正确，B错误；光电子的初动能与入射光的强度无关，随入射光频率的增加而增大，选项D正确，C错误．][反思总结] 两点提醒1能否发生光电效应取决于入射光的频率而不是入射光的强度.2光电子的最大初动能随入射光子频率的增大而增大，但二者不是正比关系.二、爱因斯坦的光电效应方程及应用1．三个关系(1)爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－W0.(2)光电子的最大初动能E k可以利用光电管用实验的方法测得，即E k＝eU c，其中U c是遏止电压．(3)光电效应方程中的W0为逸出功，它与极限频率νc的关系是W0＝hνc.2．四类图象图象名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量例3．(多选)(2017·全国Ⅲ卷)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为U a和U b、光电子的最大初动能分别为E k a和E k b.h 为普朗克常量．下列说法正确的是( )A．若νa>νb，则一定有U a＜U bB．若νa>νb，则一定有E k a＞E k bC．若U a＜U b，则一定有E k a＜E k bD．若νa>νb，则一定有hνa－E k a＞hνb－E k b[题眼点拨]①“照射同种金属”，说明两种情况下的逸出功相同；②用E k＝hν－W0分析E k的大小，用qU＝E k分析遏止电压的大小．BC [光电效应中遏止电压与最大初动能之间的关系为eU ＝E k ，根据光电效应方程可知E k ＝h ν－W 0，若νa ＞νb ，则E k a ＞E k b ，U a ＞U b ，选项A 错误，选项B 正确； 若U a ＜U b ，则E k a ＜E k b ，选项C 正确；由光电效应方程可得W 0＝h ν－E k ，则h νa －E k a ＝h νb －E k b ，选项D 错误．]例4．(多选)在探究光电效应现象时，某小组的同学分别用波长为λ、2λ的单色光照射某金属，逸出的光电子最大速度之比为2∶1，普朗克常量用h 表示，光在真空中的速度用c 表示．则( )A ．光电子的最大初动能之比为2∶1B ．该金属的截止频率为c3λC ．该金属的截止频率为c λD ．用波长为52λ的单色光照射该金属时能发生光电效应BD [由于两种单色光照射下，逸出的光电子的最大速度之比为2∶1，由E k ＝12mv 2可知，光电子的最大初动能之比为4∶1，A 错误；又由h ν＝W ＋E k 知，h c λ＝W ＋12mv 21，h c2λ＝W ＋12mv 22，又v 1＝2v 2，解得W ＝h c 3λ，则该金属的截止频率为c3λ，B 正确，C 错误；光的波长小于或等于3λ时才能发生光电效应，D 正确．] [反思总结] 应用光电效应方程时的注意事项 1每种金属都有一个截止频率，入射光频率大于这个截止频率时才能发生光电效应. 2截止频率是发生光电效应的最小频率，对应着光的极限波长和金属的逸出功，即.3应用光电效应方程E k＝hν－W0时，注意能量单位电子伏和焦耳的换算 1 eV＝1.6×10－19 J.考向2 与光电效应有关的图象问题例5．(2018·南昌模拟)如图甲所示是研究光电效应的电路图．某同学利用该装置在不同实验条件下得到了三条光电流I与A、K两极之间的电压U AK的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图乙所示．则下列说法正确的是( )甲乙A．甲光照射光电管发出光电子的初动能一定小于丙光照射光电管发出光电子的初动能B．单位时间内甲光照射光电管发出光电子比乙光的少C．用强度相同的甲、丙光照射该光电管，则单位时间内逸出的光电子数相等D．对于不同种金属，若照射光频率不变，则逸出光电子的最大初动能与金属的逸出功为线性关系【自主思考】(1)在题图乙中，U c1和U c2的意义是什么？由此能否得出，甲、乙、丙三种光的频率关系？[提示]U c表示光电流为零时的反向电压，也就是遏止电压．此时eU c＝12mev2c，又因12mev2c＝hν－W.由以上两式得U c大的光的ν大，所以甲、乙、丙三种光的频率关系为ν丙>ν甲＝ν乙(2)光强相同的两种色光，如何比较单位时间内照射到单位面积上的光子数的多少？[提示]频率大的光子能量大，在光强相同时，单位时间内照射到单位面积上的光子数就少．D[当光照射到K极时，如果入射光的频率足够大(大于K极金属的极限频率)，就会从K极发出光电子．当反向电压增加到某一值时，电流表A中电流就会变为零，此时12mev2c＝eU c，式中v c表示光电子的最大初速度，e为电子的电荷量，U c为遏止电压，根据爱因斯坦光电效应方程可知丙光的最大初动能较大，故丙光的频率较大，但丙光照射光电管发出光电子的初动能不一定比甲光照射光电管发出光电子的初动能大，所以A错误．对于甲、乙两束频率相同的光来说，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多，所以B错误．对甲、丙两束不同频率的光来说，光强相同是单位时间内照射到光电管单位面积上的光子的总能量相等，由于丙光的光子频率较高，每个光子的能量较大，所以单位时间内照射到光电管单位面积上的光子数就较少，所以单位时间内发出的光电子数就较少，因此C错误．对于不同金属，若照射光频率不变，根据爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W，知E k与金属的逸出功为线性关系，D正确．]例6. 研究光电效应规律的实验装置如图所示，用频率为ν的光照射光电管阴极K时，有光电子产生．由于光电管K、A间加的是反向电压，光电子从阴极K发射后将向阳极A做减速运动．光电流i由图中电流计G测出，反向电压U由电压表V测出．当电流计的示数恰好为零时，电压表的示数称为反向截止电压U c，在下列表示光电效应实验规律的图象中，错误的是( )B[由光电效应规律可知，光电流的强度与光强成正比，光射到金属上时，光电子的发射是瞬时的，不需要时间积累，故A、D图象正确；从金属中发出的光电子，在反向电压作用下做减速运动，随着反向电压的增大，到达阳极的光电子数减少，故C图象正确；由光电效应方程可知：hν＝hν0＋E km，而eU c＝E km，所以有hν＝hν0＋eU c，由此可知，B图象错误．][反思总结] 光电效应问题中的五个决定关系1逸出功W0一定时，入射光的频率决定着能否产生光电效应以及光电子的最大初动能.2入射光的频率一定时，入射光的强度决定着单位时间内发射出来的光电子数.3爱因斯坦光电效应方程：E k＝hν－W0.4最大初动能与遏止电压的关系：E k＝eU c.5逸出功与极限频率、极限波长的关系：W0＝hνc＝h.例7. (2017·抚州模拟)人们发现光电效应具有瞬时性和对各种金属都存在极限频率的规律．请问谁提出了何种学说很好地解释了上述规律？已知锌的逸出功为3.34 eV，用某单色紫外线照射锌板时，逸出光电子的最大速度为106 m/s，求该紫外线的波长λ.(电子质量M e＝9.11×10－31 kg，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s,1 eV＝1.60×10－19 J)[解析]爱因斯坦提出的光子说很好地解释了光电效应现象．由爱因斯坦光电效应方程：E k ＝h ν－W 0 ①光速、波长、频率之间关系：c ＝λν② 联立①②得紫外线的波长为λ＝hc W 0＋12mv 2m＝ 6.63×10－34×3×1083.34×1.6×10－19＋12×9.11×10－31×1012m≈2.009×10－7 m.[答案] 爱因斯坦的光子说很好地解释了光电效应 2．009×10－7 m例8. (多选)(2017·武威模拟)如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能E k 与入射光频率ν的关系图象．由图象可知( )A ．该金属的逸出功等于EB ．该金属的逸出功等于h ν0C ．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为ED ．入射光的频率为ν02时，产生的光电子的最大初动能为E2ABC [由爱因斯坦的光电效应方程：E k ＝h ν－W 0，对应图线可得，该金属的逸出功W 0＝E ＝h ν0，A 、B 均正确；若入射光的频率为2ν0，则产生的光电子的最大初动能E k ＝2h ν0－W 0＝h ν0＝E ，故C 正确；入射光的频率为ν02时，该金属不发生光电效应，D 错误．]例9. 某光电管的阴极是用金属钾制成的，它的逸出功为2.21 eV ，用波长为2.5×10－7 m 的紫外线照射阴极．已知真空中光速为3.0×108 m/s ，元电荷为1.6×10－19 C ，普朗克常量为 6.63×10－34J ·s ，求得钾的极限频率和该光电管发射的光电子的最大初动能应分别是( )A ．5.3×1014 Hz,2.2 JB ．5.3×1014 Hz,4.4×10－19 JC ．3.3×1033 Hz,2.2 JD ．3.3×1033 Hz,4.4×10－19 J B [由W ＝h ν0得极限频率ν0＝W 0h ＝2.21×1.6×10－196.63×10－34Hz ＝5.3×1014Hz 由光电效应方程h ν＝W 0＋E km 得E km ＝h ν－W 0＝h cλ－W 0＝⎝ ⎛⎭⎪⎫6.63×10－34×3.0×1082.5×10－7－2.21×1.6×10－19 J ＝4.4×10－19 J]三、对波粒二象性的理解1．对光的波动性和粒子性的进一步理解2.(1)大量光子易显示出波动性，而少量光子易显示出粒子性．(2)波长长(频率低)的光波动性强，而波长短(频率高)的光粒子性强．(3)光子说并未否定波动说，E＝hν＝hcλ中，ν和λ就是波的概念．(4)波和粒子在宏观世界是不能统一的，而在微观世界却是统一的．例10．(2018·济南模拟)关于波粒二象性，下列说法中正确的是( )甲乙丙丁A．图甲中紫光照射到锌板上可以发生光电效应，则其他可见光照射到锌板上也一定可以发生光电效应B ．图乙中入射光的强度越大，则在阴极板上产生的光电子的最大初动能越大C ．图丙说明光子既有粒子性也有波动性D ．戴维孙和汤姆孙利用图丁证明了电子具有波动性D [在可见光中，紫光的频率最大，故紫光光子的能量最大，紫光照射到锌板上可以发生光电效应，但其他可见光照射到锌板上不一定发生光电效应，A 错误；入射光的强度只能改变单位时间内逸出光电子的数量，但不能增大逸出光电子的最大初动能，B 错误；光的散射揭示了光的粒子性，没有揭示光的波动性，C 错误；衍射是波特有的现象，故电子束衍射实验证明了电子具有波动性，D 正确．]例11．(2017·北京高考)2017年年初，我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100 nm(1 nm ＝10－9m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲，“大连光源”因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用．一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎．据此判断，能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h ＝6.6×10－34 J ·s ，真空光速c ＝3×108 m/s)( ) A ．10－21 J B ．10－18 J C ．10－15 JD ．10－12 JB [一个处于极紫外波段的光子所具有的能量E ＝h ν＝h c λ＝6.6×10－34×3×10810－7 J ≈10－18 J ，选项B 正确．]四、氢原子能级和能级跃迁1．两类能级跃迁(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子． 光子的频率ν＝ΔE h ＝E 高－E 低h.(2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量．①光照(吸收光子)：光子的能量必须恰等于能级差hν＝ΔE.②碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E外≥ΔE.③大于电离能的光子被吸收，将原子电离．2．电离电离态与电离能电离态：n＝∞，E＝0基态→电离态：E吸＝0－(－13.6 eV)＝13.6 eV电离能．n＝2→电离态：E吸＝0－E2＝3.4 eV如吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能．3．谱线条数的确定方法(1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1)．(2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法．①用数学中的组合知识求解：.②利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加．例12．(多选)氢原子光谱在可见光部分只有四条谱线，它们分别是从n为3、4、5、6的能级直接向n＝2能级跃迁时产生的．四条谱线中，一条红色、一条蓝色、两条紫色，则下列说法正确的是( )A．红色光谱是氢原子从n＝3能级向n＝2能级跃迁时产生的B．蓝色光谱是氢原子从n＝6能级或n＝5能级直接向n＝2能级跃迁时产生的C．若氢原子从n＝6能级直接向n＝1能级跃迁，则能够产生红外线D．若氢原子从n＝6能级直接向n＝3能级跃迁时辐射的光子不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n＝6能级直接向n＝2能级跃迁时辐射的光子将可能使该金属发生光电效应AD[从n为3、4、5、6的能级直接向n＝2能级跃迁时，从n＝3跃迁到n＝2能级辐射的光子频率最小，波长最大，可知为红色光谱，A正确；蓝光光子频率大于红光光子频率，小于紫光光子频率，可知是从n＝4跃迁到n＝2能级辐射的光子，B错误；氢原子从n＝6能级直接向n＝1能级跃迁，辐射的光子频率大于从n＝6跃迁到n＝2能级时辐射的紫光光子频率，即产生紫外线，C错误；从n＝6跃迁到n＝2能级辐射的光子频率大于从n＝6跃迁到n＝3能级辐射的光子频率，由氢原子从n＝6能级直接向n＝3能级跃迁时辐射的光子不能使某金属发生光电效应，但从n＝6跃迁到n＝2能级跃迁时辐射的光子可能使该金属发生光电效应，D正确．]例13. (2018·海口模拟)如图所示为氢原子能级图，氢原子中的电子从n＝4能级跃迁到n＝1能级可产生a光；从n＝3能级跃迁到n＝1能级可产生b光，a光和b光的波长分别为λa 和λb，a、b两光照射逸出功为4.5 eV的金属钨表面均可产生光电效应，遏止电压分别为U和U b，则( )aA．λa>λbB．U a<U bC．a光的光子能量为12.55 eVD．b光照射金属钨产生的光电子的最大初动能E k b＝7.59 eVD[氢原子中的电子从n＝4能级跃迁到n＝1能级产生a光，a光的光子能量hνa＝E a ＝E4－E1＝12.75 eV，氢原子中的电子从n＝3能级跃迁到n＝1能级产生b光，b光的光子能量hνb＝E b＝E3－E1＝12.09 eV，a光的光子能量高，则a光的频率大，波长小，即λa<λb，A、C项错误；由光电效应方程E k＝hν－W0和E k＝eU c可知，频率越大，对应遏止电压U c越大，即U a>U b，B项错误；E k b＝hνb－W0＝7.59 eV，D项正确．][反思总结] 1一个区别一个氢原子和一群氢原子能级跃迁的可能性.2两点提醒①原子能级之间跃迁时吸收或放出的光子能量一定等于两能级之间的差值.②要使氢原子发生电离，原子吸收的能量可以是大于原子该能级值的任意值.例14：氢原子跃迁时，由n＝3的激发态跃迁到基态所释放的光子可以使某金属刚好发生光电效应，则下列说法正确的是( )A．氢原子由n＝3的激发态跃迁到基态时，电子的动能减少B．氢原子由n＝3的激发态跃迁到基态时，原子的能量增加C．增加由n＝3的激发态跃迁到基态的氢原子的数量，从该金属表面逸出的光电子的最大初动能不变D．氢原子由n＝2的激发态跃迁到基态所释放的光子照射该金属足够长时间，该金属也会发生光电效应C[氢原子由激发态跃迁到基态时，释放光子，原子的能量减少，电子的动能增加，A、B错；增加跃迁氢原子的数量，不能改变释放出的光子的频率，从该金属表面逸出的光电子的最大初动能不变，C对；从n＝2的激发态跃迁到基态的氢原子，其释放的光子的频率较小，不能使该金属发生光电效应，D错．]3.小练：考查点：光的波粒二象性1．(多选)下列说法中正确的是( )A．光的波粒二象性学说彻底推翻了麦克斯韦的光的电磁说B．在光的双缝干涉实验中，暗条纹的地方是光子永远不能到达的地方C．光的双缝干涉实验中，大量光子打在光屏上的落点是有规律的，暗纹处落下光子的概率小D．单个光子具有粒子性，大量光子具有波动性[答案]CD考查点：光电效应规律2．(多选)在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是( )A．增大入射光的强度，光电流增大B．减小入射光的强度，光电效应现象消失C．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大[答案]AD考查点：玻尔理论3．氢原子由n＝1的状态激发到n＝4的状态，在它回到n＝1的状态的过程中，有以下说法：①可能激发的能量不同的光子只有3种②可能发出6种不同频率的光子③可能发出的光子的最大能量为12.75 eV④可能发出光子的最小能量为0.85 eV其中正确的说法是( )A．①③B．②④C．①④D．②③[答案]D考查点：α粒子散射实验4．(多选)在α粒子散射实验中，如果两个具有相同能量的α粒子以不同的角度散射出来，则散射角度大的这个α粒子( )A．更接近原子核B．更远离原子核C．受到一个以上的原子核作用D．受到原子核较大的冲量作用[答案]AD4.巩固提升：光子说光电效应现象1．2016年8月16日01时40分，由我国研制的世界首颗量子科学试验卫星“墨子号”在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功发射升空．它的成功发射和在轨运行，不仅将有助于我国广域量子通信网络的构建，服务于国家信息安全，它将开展对量子力学基本问题的空间尺度试验检验，加深人类对量子力学自身的理解，关于量子和量子化，下列说法错误的是( )A．玻尔在研究原子结构中引进了量子化的概念B．普朗克把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念C．光子的概念是爱因斯坦提出的D．光电效应实验中的光电子，也就是光子D[由玻尔理论可知，在研究原子结构时，引进了量子化的概念，故A正确；普朗克在1900年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念，提出量子化理论，故B正确；为解释光电效应现象，爱因斯坦提出了光子说，引入了光子的概念，故C正确；光电子就是在光电效应中产生的电子，本质是金属板的电子，故D错误．]2．用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属发生光电效应的措施是( )A．改用频率更小的紫外线照射B．改用X射线照射C．改用强度更大的原紫外线照射D．延长原紫外线的照射时间选B 某种金属能否发生光电效应取决于入射光的频率，与入射光的强度和照射时间无关。