2023年高三物理二轮练习34 有关光电效应、比结合能的图像问题（解析版）

2023年高三物理二轮高频考点冲刺突破

专题34有关光电效应、比结合能的图像问题

专练目标专练内容

目标1高考真题（IT—4T）

目标2光电流LU图像（5T—8T）

目标3最大初动能Eli-υ图像（9T—12T）

目标4遏止电压Uc-υ图像（13T—16T）

目标5比结合能图像（17T—20T）

【典例专练】

一、高考真题

1.如图是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压α与入射光频率Y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/匕B.钠的截止频率为8.5xl0∣4HZ

C.图中直线的斜率为普朗克常量/7D.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e4=EkM根据电效应方程有EkM=

当结合图像可知，当“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8.5xl0"Hz,B错误；

c.结合遏止电压与光电效应方程可解得&=白丫-"可知，图中直线的斜率表示2,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a与入射光频率U成线性关系，不是成正比，D错

误。故选A。

2.如图所示，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，其截止频率匕<匕，保持入射光不变，则光

电子到达N极时动能的最大值&,“随电压U变化关系的图像是（）

【答案】C

【详解】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可知光电子到达/极时动能的最大值

&„=*+时-〃％#可知&-U图像的斜率相同，均为e：截止频率越大，则图像在纵轴匕的截距越小，因

V,<V2,则图像C正确，ABD错误。故选C。

3.研究光电效应电路如图所示。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/与A、K之间的电压UAK的关系图象

中，正确的是.

光束

B.

强光

弱光D.

OUAK

【答案】C

【详解】遏止电压不会随光的强弱而变化，光的强弱会影响饱和电流的大小，光照越强，饱和电流越大;

故C正确，ABD错误。

故选Co

4.对于钠和钙两种金属，其遏止电压S与入射光频率V的关系如图所示.用h、e分别表示普朗克常量和

电子电荷量，则（）

A.钠的逸出功小于钙的逸出功

B.图中直线的斜率为4

e

C.在得到这两条直线时，必须保证入射光的光强相同

D.若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较高

【答案】AB

【详解】根据Qe=%选出功，即t∕c=Δv-⅛L,则由图像可知钠的逸出功小于钙的逸出功，

2ee

选项A正确；图中直线的斜率为2,选项B正确；在得到这两条直线时，与入射光的强度无关，选项C错

e

误；根据町若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较

Tmd=SI11M,

低，选项D错误.

二、光电流I-U图像

5.如图所示，图甲为氢原子的能级图，大量处于〃=4激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光子,

其中频率最高的光子照射到图乙电路中光电管阴极K上时，电路中电流随电压变化的图像如图丙所示。下

列说法不正确的是（）

nE/eV

OO----------------0

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

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

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

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

甲

A.光电管阴极K金属材料的逸出功为5.75eV

B.这些氢原子跃迁时共发出6种频率的光

C.若调节滑动变阻器滑片能使光电流为零，则可判断图乙中电源右侧为正极

D.氢原子从〃=4能级跃迁到〃=2能级时，氢原子能量减小，核外电子动能增加

【答案】C

【详解】A.由图甲可知光子的能量为E=-0.85eV-(T3.6eV)=ɪ2.75eV由图内可知遏止电压为7V,所以光

电子的初动能为Elt=eU=7eV所以金属材料的逸出功为力=E-Ek=5.75eV故A止确，不符合题意；

B.这些氢原子跃迁时共发出C：=6种频率的光，故B正确，不符合题意；

C.光电子由阴极K向对面的极板运动，形成的电流在图乙中从右向左流动，要阻止该电流，需要施加反向

电压，即电源左侧应该为正极，故C错误，符合题意；

D.氢原子从〃=4能级跃迁到〃=2能级时，氢原子能量减小，库仑力做正功，核外电子动能增加，故D正

确，不符合题意。故选C。

6.某同学利用图甲所示的电路图研究光电效应，他先后用三种不同的光进行实验，得到图乙的结果，其中

横轴为电压表的测量值，纵轴为电流表的测量值。下列说法正确的是()

A.测量遏止电压时开关应接6B.通过电流表的电流是由C到"

C.光线3的频率最低D.光线3照射阴极单位时间发射的光电子数最少

【答案】D

【详解】A.由于电子从K极发射，测量遏止电压时，K极应与电源的正极连接，A错误：

B.电子从K到A,电流的方向与电子运动的方向相反，因此通过电流表的电流是由，/到c,B错误；

C.由图乙可知，光线3照射到金属时，光电子的遏止电压最大，即电子的最大初动能以最大，根据光电效

应方程的-力=Ek可知光线3的频率最高，C错误；

D.由图乙可知，光线3照射到金属上时，饱和电流最小，因此单位时间发射的光电子数最少，D正确。

故选D。

7.如图为b、C三种光在同一光电效应装置中测的光电流和电压的关系.由。、6、C组成的复色光通

过三棱镜时，下述光路图中正确的是（）

【答案】C

hvW

【详解】由光电效应的方程E*=加-%，动能定理eU=&,两式联立可得U=U-一，故截止电压越大说

ee

明光的频率越大，则有三种光的频率%＞匕＞匕，则可知三种光的折射率的关系为%因此光穿过

三棱镜时b光偏折最大，c光次之，a光最小，故选C,ABD错误.

8.用氢原子由〃八〃能级跃迁到基态释放的光子，分别照射同一光电管时，测得的光电流与电压的关系图

像如图中1、2两条曲线所示，己知〃?、〃能级对应的原子能量分别为EQE11,电子电荷量的绝对值为e,

则下列说法正确的是()

ʃ2

2-。1OU

A.Em一定大于En

B.1、2两种情况下单位时间内逸出的光电子数之比为

C.1、2两种情况下产生的光电子最大初动能之比为a：&

D.氢原子吸收能量为e(4-a)的光子可由m能级跃迁到〃能级

【答案】CD

【详解】A.因为图线2对应的截止电压大，可逸出光电子的最大初动能较大，射到光电管的光子能量较大,

则”能级对应的原子能量较大，即Em一定小于En,选项A错误；

B.因在。=O的情况下逸出的光电子不一定都能到达阳极形成光电流，可知1、2两种情况下单位时间内逸

出的光电子数之比为不等于，：A，选项B错误；

C.根据el/,.=；加就可知，1、2两种情况下产生的光电子最大初动能之比为G：02,选项C正确；

D.因Ertl-EI=牝=；mv^+Wu=eUl+%同理En-EI=hv2=∣wv^12+lV0=eU2+lV0∏J^En-Em^e(U2-U^

即氢原子吸收能量为e(5-α)的光子可由用能级跃迁到〃能级，选项D正确。故选CD。

三、最大初动能Ek-I)图像

9.用如图甲所示的装置研究光电效应现象。闭合开关S,用频率为〃的光照射光电管时发生了光电效应。

图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能Ek与入射光频率卜的关系图象，图线与横轴的交点坐

标为QO),与纵轴的交点坐标为(0,4),下列说法中正确的是()

A.普朗克常量为〃=一

a

B.断开开关S后，电流表G的示数不为零

C.仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大

D.保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表G的示数保持不变

【答案】B

【详解】A.根据ElM=6-%得，纵轴截距的绝对值等于金属的逸出功，等于6,当最大初动能为零时，入射

光的频率等于截止频率，所以金属的截止频率为山尸”,那么普朗克常量为〃=2故A错误；

a

B.电键S断开后，因光电效应现象中，光电子存在最大初动能，因此电流表G的示数不为零，故B正确；

C.根据光电效应方程可知，入射光的频率与最大初动能有关，与光的强度无关，故C错误；

D.若保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，则光子数目减小，单位时间通过电流表的电荷量减小，故电

流表G的示数会变小，故D错误。故选B。

10.用不同频率的紫外线分别照射铝和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子的最大初动能耳随入射光

频率口变化的《一u图像。已知铝的逸出功是3.28eV,锌的逸出功是3.34eV,若将二者的图线画在同一个

与一u坐标系中，用实线表示鸨、虚线表示锌，则下列正确反映这一过程的图是（）

【详解】依据光电效应方程瓦=加一%可知，耳一u图线的斜率代表普朗克常量万，因此铛和锌的县一丫图

线应该平行：图线的横轴截距代表截止频率%,而%=乎因此铝的截止频率小些，综上所述，A正确，BCD

h

错误。故选A。

11.实验得到金属钙的光电子的最大初动能及与入射光频率V的关系如图所示。下表中列出了几种金属的截

止频率和逸出功，参照下表可以确定的是（）

金属鸽钙钠

截止频率为/（xlO"Hz）10.957.735.53

逸出功W"eV4.543.202.29

A.如用金属鸨做实验得到的V图线也是一条直线，其斜率比图中直线的斜率大

B.三种金属原子的动能相同，金属鸨原子的德布罗意波长最大

C.如用金属鸨做实验，当入射光的频率vV之时，可能会有光电子逸出

D.如用金属钠做实验得到的反一丫图线也是一条直线，设其延长线与纵轴交点的坐标为（0,-⅛）,则以2

＜Ekl

【答案】D

【详解】A.由光电效应方程：EknI=和-匕=和-4%可知，Ekm-V图线的斜率表示普朗克常量，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，也可能知道极限波长，根据％=牝

可求出逸出功.普朗克常量与金属的性质、与光子的最大初动能、入射光的频率无关，如用金属鸨做实验得

到的Ekm-U图线也是一条直线，其斜率与图中直线的斜率相等，故A错误；

L____h

B.德布罗意波长为彳=,乂P="7V=√^面解得2=石济动能相等，鸨的质量m最大，则鸽的德布罗意

波长最小，选项B错误；

C.如用金属鸨做实验，当入射光的频率丫＜%时，不可能会有光电子逸出，故C错误：

D.如用金属钠做实验得到的Ekin-U图线也是一条直线，设其延长线与纵轴交点的坐标为（0,-Ek2）,由

于钠的逸出功小于钙的逸出功，则々2＜纥一故D正确。故选D。

12.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如图，普朗克常量

A=6.63×10-34JS-电子电荷量e=1.6χlθ",由图可知（）

A.该金属的截止频率为4.27x10“HZ

B.该金属的截止频率为5.5xl0∣4HZ

C.该图线的斜率表示普朗克常量

D.该金属的逸出功约为1.77eV

【答案】ACD

【详解】AB.由光电效应方程Ek=加-%可知图线的横截距表示该金属的截止频率，则匕=4∙27xlO∣4Hz故

A正确，B错误；

C.由光电效应方程Ek=江-%可知，该图线的斜率表示普朗克常量，故C正确；

D.该金属的逸出功％=牝=6-63xl；；j*7χlO,ev≈i.77eV故D正确。故选ACD.

四、遏止电压UC-I）图像

13.从1907年起，美国物理学家密立根就开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量。他通过如

图甲所示的实验装置测量某金属的遏止电压上与入射光频率u,作出图乙所示的（-丫图象，由此算出普

朗克常量/7,并与普朗克根据黑体辐射测出的〃相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性。已知电子

的电荷量为e,则下列普朗克常量〃的表达式正确的是（）

AJO

%一匕

C二匕一

e(UiJ

【答案】A

hW

【详解】根据爱因斯坦光电效应方程Ek=加-%及动能定理eq=耳，得q∕~tι

所以图象的斜率左=%ξ%=";4=也二④故选A。

匕一匕ev2-vl

14.12.美国物理学家密立根利用图甲所示的电路研究金属的遏止电压UC与入射光频率U的关系，描绘出

图乙中的图象，由此算出普朗克常量〃电子电量用e表示，下列说法正确的是（）

光NJy⅛√v

T光木耳^^⅛

,l——©——γ

/I叫Z

NI

甲乙

A.入射光的频率增大，为了测遏止电压，则滑动变阻器的滑片P应向M端移动

B.增大入射光的强度，光电子的最大初动能也增大

C.由UCw图象可求普朗克常量表达式为〃="■

匕-匕

D.当电流表A中存在电流时，电流的方向通过电流表向上

【答案】C

【详解】A.入射光的频率增大，出射光电子的初动能增大，为了测遏止电压，则滑动变阻器的滑片P应向

N端移动，才能使加在光电管上的反向电压增大，A错误;

B.根据光电效应方程〃匕-沙=纥①可知，光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与入射光的强度

无关，因此增大入射光的强度，光电子的最大初动能不变，B错误;

Ue

C.根据动能定理4=Ge②而逸出功匹=/?匕③由①②③联立可得〃=士，C正确;

IC

D.由于从金属板内逸出的是电子，因此当回路有电流时，电流方向通过电流表向下流动，D错误。

故选Co

15.科学探究小组使用如图甲所示的电路图研究光电效应，图乙为光电管发生光电效应时遏止电压。与入

射光频率V的关系图像，已知光电子的电荷为e。下列说法正确的是（)

A.单刀双掷开关S空掷时，即使能发生光电效应，电流传感器的示数仍然为零

B.为得到图乙的图像，单刀双掷开关S应掷于1处

C.光电管中金属材料的逸出功为改

D.普朗克常量〃

b

【答案】C

【详解】A.单刀双掷开关S空掷时，光电管两端无电压，则若能发生光电效应，光电子也能从K极到达A

极形成光电流，即电流传感器的示数不为零，选项A错误；

B.若单刀双掷开关S掷于1,则光电管两端的电压为正向电压，不会得到图乙的图像，选项B错误；

CD.根据Qe=（机片=*-%wa可得q=4l∕-∙⅛i由图像可知4=：；∙‰l=α即光电管中金属材料

2eeebe

的逸出功为纥出动=四普朗克常量〃=华选项C正确，D错误。故选C。

O

16.如图是某金属光电效应的遏止电压人.与入射光频率V的实验图线。已知电子的电荷量，由此图像和爱

因斯坦光电效应方程可知（）

A.该金属的逸出功

B.该金属的逸出功与入射光频率无关

C.图中直线的斜率为普朗克常量

D.遏止电压Uc与入射光频率V成正比

【答案】AB

【详解】B.该金属的逸出功由金属自身决定，与入射光频率无关，故B正确；

C.由eUc=Ak匕可得UC=”图中直线的斜率为左=白故C错误；

eee

hW

D.由UC=与-区可知

ee

止电压UC与入射光频率V成一次函数关系，不是正比关系，故D错误；

A.当UC=O时，可得该金属的逸出功%=牝=屉此时读图可知八4.25xlOMHz故可求出该金属的逸出功,

故A正确。故选AB。

五、比结合能图像

17.原子核的比结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断中正确的有（)

A.；He核的结合能约为14MeV

B.；He核比；Li核结合能大

C.两个;H核结合成；He核时释放能量

D.肾U核中核子的平均结合能比叫Kr核中的大

【答案】C

【详解】A.根据图像可知；He核的比结合能约为7MeV,所以结合能约为4χ7MeV=28MeV,A错误；

B.由题图可知;Li核的比结合能约为5.5MeV,所以结合能约为6χ5.5MeV=33MeV贝叱He核比;Li核结合能

小，B错误；

C.两个；H核结合成；He核时，生成物的总结合能大于反应物的总结合能，所以会释放能量，C正确；

D.由题图可知室U核中核子的平均结合能比MKr核中的小，D错误。故选C.

18.如图是原子核的比结合能与质量数的关系图像，通过该图像可以得出一些原子核的比结合能，如［C的

核子比结合能约为7.6MeV,；He的核子比结合能约为7Mev,根据该图像判断，下到说法正确的是（）

A.随着原子质量数的增加，原子核的比结合能增大

B.；：Fe核的结合能最大

C.把［0分成8个质子和8个中子，会发生质量亏损

D.3个;He核结合成1个黑核，释