第一节 光电效应和波粒二象性-2023年高考物理一轮系统复习学思用

【能力提高练】第一节光电效应和波粒二象性

1.（2022•高考河北卷）如图是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压U,与

入射光频率丫的实验曲线，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爪由图像可知（）

UN

3.5一’

3.0L

5V,678910II12v/10MHz

A.钠的逸出功为/匕B.钠的截止频率为8.5X1（THZ

C.图中直线的斜率为普朗克常量〃D.遏止电压U,与入射光频率U成正

比

【解析】A.根据遏止电压与最大初动能的关系有eU,=Ekm”，根据电效应方程有

线,3=和一“），当结合图像可知，当U,为。时，解得％=力匕,，A正确；

B.钠的截止频率为乙,根据图像可知，截止频率小于8.5x1（）14Hz,B错误；

C.结合遏止电压与光电效应方程可解得U,=2»/-夙，可知，图中直线的斜率表示2,

eee

C错误；

D.根据遏止电压与入射光的频率关系式可知，遏止电压U,与入射光频率u成线性关

系，不是成正比，D错误。故选A。

【答案】A

2.（多选）（2022•湖南省长沙市第一中学高三第九次月考）用如图所示的装置研究光电效

应现象，光电管阴极K与滑动变阻器的中心抽头c相连，光电管阳极与滑动变阻器的滑片P

相连，初始时滑片P与抽头c正对，电压表的示数为0（电压表0刻线在表盘中央）。在移动

滑片尸的过程中，光电流/随电压表示数U变化的图像如图所示，已知入射光的光子能量

为1.6eV。下列说法正确的是（）

-0.6O0.8UN

A.当滑片P与c正对时，电路中有光电流

B.当U=-0.6V时，滑片P位于a、c之间

C.阴极材料的逸出功为LOeV

D.当U=0.8V时，到达阳极的光电子的最大动能为2.4eV

【解析】A.当滑片P与c正对时，光电管两端无电压，由题中右图可以看出光电流不

为零，故A正确；

B.由图可知，当。=0.6V时，光电流为0即为遏制电压，即光电管两端接反向电压，

则阴极电势应更高，滑片P位于氏c之间，故B错误；

C.由光电效应方程有&=/?u-叱），由图可知，当U=0.6V时，光电流为0即为遏制

电压，则有—0.6eV=0—Ek,联立解得叱）=L0eV,故C正确；

D.光电子逸出时的最大初动能为线0==0&V，当U=0.8V时由动能定理得

eU=E「Eko,得或=6。+50=（0・8+0.6）6丫=1.4€丫，故D错误。故选AC。

【答案】AC

3.（多选）（2022•陕西省西安中学高三（下）四模）研究光电效应现象的实验装置如图（a）所

示，用光强相同的紫光和蓝光照射光电管阴极K时，测得相应的遏止电压分别为Ui和S,

产生的光电流/随光电管两端电压U的变化规律如图S）所示。已知电子的质量为“，电荷

量为-e,紫光和蓝光的频率分别为9和%,且匕〉则下列判断正确的是（）

/单色光

OU

(b)

A.Ui>U2

B.图g）中的乙线是对应蓝光照射

C.根据题述条件无法算出阴极K金属的极限频率

D.用蓝光照射时，光电子的最大初动能为eS

【解析】AB.根据光电效应方程则有/=叱+琢”，在光电管中，遏止电压满足

hW

eq=/1n，联立方程有Uc=2u—L•，因为匕＞%，所以对于同光电管和金属

ee

紫光对应的遏止电压大，则图S）中的乙线是对应紫光照射，A正确，B错误；

hhvhhv

C.金属的极限频率满足为匕=叱），则。1=—匕一一U2=-V2一一联立两式解

得匕=空二£1%，c错误;

U「U\

D.由上述分析可知用蓝光照射时，光电子的最大初动能为D正确。故选AD。

【答案】AD

4.（2022•云南省昆明市第一中学高三（上）第四次联考）某同学用图甲所示的装置研究光

电效应现象。闭合开关S,用领率为v的单色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反与入射光频率v的关系图像，图线与横轴的交

点坐标为3,0）,与纵轴的交点坐标为（0,4），下列说法中正确的是（）

A.若断开开关S,电流表G的示数将变为零

B.普朗克常量为人=3

b

C.仅减小照射光的强度，光电子的最大初动能将减小

D.保持照射光频率不变，仅提高照射光强度，电流表G的示数增大

【解析】A.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A错误；

B.根据Ekm=/?V-Wo,可得，纵轴截距的绝对值等于金属的逸出功，等于b;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那么普朗克常量

为〃=2,故B错误；

a

C.根据光电效应方程Ekm=/w-Wo,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.保持照射光频率不变，仅增加照射光强度，则光子数目增多，那么电流表G的示数

变大，故D正确。故选D。

【答案】D

5.（多选）（2022•湖南省雅礼中学高三（下）第七次月考）真空中放置的平行金属板可以作为

光电转换装置，如图所示，光照前两板都不带电。以光照射A板，则板中的电子可能吸收

光的能量而逸出。假设所有逸出的电子都垂直于A板向B板运动，忽略电子之间的相互作

用。保持光照条件不变，〃和匕为接线柱。已知单位时间内从A板逸出的电子数为N,电子

逸出时的最大初动能为Ekm，元电荷为e。图示装置可看作直流电源。下列说法正确的是（）

A.A板和B板之间的最大电势差为U,“=里

mNe

B.该电源的电动势为E=%

e

C.该电源的内阻为r=4

Ne

D.在。和6之间连接一个外电阻时，外电阻上的消耗电功率设为尸，单位时间内到达

B板的电子在从A板运动到B板的过程中损失的动能之和设为。则「=△5

【解析】AB.根据动能定理可得心“=qU,"=eU,"，解得。,“=刍”，当断路时，

e

电源电动势等于断路时的路端电压，即E=U〃,=空出，A错误，B正确；

e

C.短路时，所行逸出电子都到达B板，故短路电流为/短=Ne,则电源内阻为

r=E=

一/短一收C错误;

D.在〃和人之间连接一个外电阻时，外电阻上的消耗电功率设为尸，单位时间内到达

B板的电子在从A板运动到B板的过程中损失的动能之和设为八线，由于损失的动能一部

分还被电源内阻消耗，故可得尸<八线，D错误。故选B。

【答案】B

6.（2022•湖南省雅礼中学高三（上）第五次月考）如图所示，真空中有一平行板电容器，

电容为C,两极板M.N分别由银和钠（其极限频率分别为H和也）制成，板间距离为4现

用频率为v（v2<v<vi）的单色光持续照射两极板内表面，设电子的电荷量为e,则电容器两

个极板最终带电情况是（）

MN

A.N极板带负电，带电荷量为。”"一"）

e

B.N极板带正电，带电荷量为。'"一彩）

e

C.M极板带负电，带电荷量为J

e

D.M极板带正电，带电荷量为二"）

【解析】AD.现用频率为v（V2〈iV也）的单色光持续照射两板内表面，根据光电效应

的条件，知单色光只有照射钠板才能发生光电效应.可知N极板将带正电，M极板带负电,

选项AD错误；

BC.通过光电效应方程知，光电子的最大初动能取=/”-/?也.临界状态是电子减速到负

极板时速度刚好减速为零.根据动能定理有：eU=E^hv-hv2,平行板电容器的电容为C,

由8CU,所以Q=彩）.两个极板的带电量是相等的.选项B正确，C错误.

e

【答案】B

7.（2022•广东肇庆市高三（下）三模）如图甲所示，阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管

中的两个电极，阴极K在受到光照时能够发射光电子。阴极K与阳极A之间电压U的大小

可以调整，电源的正负极也可以对调。闭合开关后，阳极A吸收阴极K发出的光电子，在

电路中形成光电流.现分别用蓝光、弱黄光、强黄光照射阴极K,形成的光电流与电压的关

系图像如图乙示，图中a、b、c光依次为（）

A.蓝光、弱黄光、强黄光B.弱黄光、蓝光、强黄光

C.强黄光、蓝光、弱黄光D.蓝光、强黄光、弱黄光

【解析】设遏止电压为由动能定理eU『=Ek=力丫一叱,，可知，对于同一种金

属叱）不变，遏止电压与入射光的频率有关。对于一定频率的光，无论光的强弱如何，截止

电压都是一样的，故a、c是同种颜色的光，在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和

电流越大，〃为强黄光，c为弱黄光。b的遏止电压最大，故b光的频率最大，为蓝光。故

选C。

【答案】C

8.（多选）（2022•河北石家庄市高三（下）二模）如图为光电倍增管的原理图，管内由一个阴

极K、一个阳极A和K、A间若干对倍增电极构成。使用时在阴极K、各倍增电极和阳极A

间加上电压，使阴极K、各倍增电极到阳极A的电势依次升高。当满足一定条件的光照射

阴极K时，就会有电子射出，在加速电场作用下，电子以较大的动能撞击到第一个倍增电

极上，电子能从这个倍增电极上激发出更多电子，最后阴极A收集到的电子数比最初从阴

极发射的电子数增加了很多倍。下列说法正确的是（）

A.光电倍增管适用于各种频率的光

B.保持入射光不变，增大各级间电压，阳极收集到的电子数可能增多

C.增大入射光的频率，阴极K发射出的所有光电子的初动能都会增大

D.保持入射光频率和各级间电压不变，增大入射光光强不影响阳极收集到的电子数

【解析】A.只有满足一定频率的光照射时才能发生光电效应，从而逸出光电子，可

知光电倍增管并不是适用于各种频率的光，选项A错误；

B.保持入射光不变，增大各级间电压，则打到倍增极的光电子的动能变大，则可能有

更多的光电子从倍增极逸出，则阳极收集到的电子数可能增多，选项B正确；

C.增大入射光的频率，阴极K发射出的光电子的最大初动能变大，并不是所有光电子

的初动能都会增大，选项C错误；

D.保持入射光频率和各级间电压不变，增大入射光光强，则单位时间逸出光电子的数

目会增加，则阳极收集到的电子数会增加，选项D错误。故选B。

【答案】B

9.（2022•湖北省七市高三（下）三月调研）波长为入的单色光可使某金属发生光电效应，

己知逸出的光电子的最大初动能为E,普朗克常量为h,光速为c,则该金属的逸出功为（）

A.h二+E,B.hE,C.—D.瓦

AA2AA

【解析】根据光电效应方程耳=*一叫，频率和波长关系〃=£,联立解得

4

%=h--E,故ACD错误，B正确。故选B。

Ak

【答案】B

10.（2022•山东济南市高三（下）一模）光电管是一种利用光照产生电流的装置，当入射光

照在管中金属板上时，可以形成光电流。下表中记录了某同学进行光电管实验时的数据。

次入射光子的能量/eV相对光强饱和光电流大小/mA逸出光电子的最大初动能/eV

14.0弱290.8

24.0中430.8

34.0强600.8

由表中数据得出的以下论断中正确的是（）

A.三次实验采用了不同频率的入射光

B.三次实验光电管中的金属板材质不同

C.若入射光子的能量为5.0eV,不论光强多大，饱和光电流一定大于60mA

D.若入射光子的能量为5.0eV,逸出光电子的最大初动能为1.8eV

【解析】A.入射光子的能量相同，根据£=可知二:次实验采用了相同频率的入

射光，故A错误;

B.根据线=加-叱），可知，最大初动能相同，则逸出功相同，因此金属板材质相同，

故B错误；

C.饱和光电流，只与光照强度有关，故C错误；

D.根据Eki=Sl-Wa,Ek2=2一吗，代入数据得耳2=L8eV,故D正确。故选D。

【答案】D

11.（2022•湖北八市高三（下）二模）下列说法正确的是（）

A.在光电效应实验中，遏止电压与入射光的频率有关

B.结合能越大的原子核核子平均质量越小

C.汤姆孙通过研究阴极射线精确测定出电子所带的电荷量

D.泊松亮斑说明光具有粒子性

【解析】A.根据光电效应方程,机丫：,根据动能定理得—eU,=0-’相年，