光電效應(yīng)（解析版）-2023屆高考物理一輪復(fù)習(xí)知識(shí)點(diǎn)講義與真題模擬題練習(xí)

2023高考一輪知識(shí)點(diǎn)精講和最新高考題模擬題同步訓(xùn)練

第二十章原子物理

專題119光電效應(yīng)與波粒二象性

第一部分知識(shí)點(diǎn)精講

黑柴秘射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律：黑體啟射電磁液的我度按流長(zhǎng)的分布只

生黑體的③遇度有關(guān)

能?量量子化

能量于：8■④hv

存在故止假率

存在施和電流

實(shí)臉規(guī)律

存在遏止電壓

光電效應(yīng)一

波粒二象性l??*M

先的Ii子性愛因斯坦光電效應(yīng)方程：EJ⑤=hv?W°L

康?普Mi效應(yīng)

光的波粒二象在Α

依布羅意波：選長(zhǎng)公式ANSi方

粒子的流動(dòng)性

物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：電子的折肥和干涉

量子力學(xué)的或立和應(yīng)用

一、黑體輻射

1.黑體輻射的維恩和瑞利理論解釋

（I）建立理論的基礎(chǔ)：依據(jù)熱學(xué)和電磁學(xué)的知識(shí)尋求黑體輻射的理論解釋。

（2）維恩公式：在短波區(qū)與實(shí)驗(yàn)非常接近，在長(zhǎng)波區(qū)則與實(shí)驗(yàn)偏離較大。

（3）瑞利公式：在長(zhǎng)波區(qū)與實(shí)驗(yàn)基本一致，但在短波區(qū)與實(shí)驗(yàn)嚴(yán)重不符，由瑞利公式得出

的荒謬結(jié)果被稱為“紫外災(zāi)難”。

2.能量子的理解

（1）組成黑體的振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值￡的整數(shù)值。例如，可能

是￡或2隊(duì)3ε……把這個(gè)不可再分的最小能量值￡叫作能量子。

（2）能量子公式:￡=捫，其中V是電磁波的頻率,九稱為普朗克常量。/i=6.626XIO-34J?s。

（3）能量的量子化：微觀粒子的能量是量子化的，或者說(shuō)微觀粒子的能量是分立的。

3.黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律

(1)溫度一定時(shí)，黑體輻射強(qiáng)度隨波長(zhǎng)的分布有一個(gè)極大值。

(2)隨著溫度的升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加；輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方

向移動(dòng)。

(3)普朗克能量量子化假設(shè)對(duì)黑體輻射的解釋：

在能量量子化假設(shè)的基礎(chǔ)上，普朗克得出了黑體輻射的強(qiáng)度按照波長(zhǎng)分布的公式，根據(jù)公式

得出的理論結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全相符。如圖所示，曲線是根據(jù)普朗克公式得出黑體輻射強(qiáng)度

按照波長(zhǎng)分布的函數(shù)圖像，小圓圈代表黑體輻射的實(shí)驗(yàn)值。從圖像看出，兩者吻合的非常完

美。

普朗克公式與實(shí)貌增果的比較

4.能量量子化假說(shuō)的意義

普朗克的量子化假設(shè)把人類對(duì)微觀世界的認(rèn)識(shí)推到了一個(gè)新的高度，對(duì)現(xiàn)代物理學(xué)的

發(fā)展產(chǎn)生了革命性的影響。普朗克常量力是自然界中最基本的常量之一，它展現(xiàn)了微觀世界

的基本特征，架起了電磁波的波動(dòng)性與粒子性的橋梁。

二'光電效應(yīng)

1.光電效應(yīng)現(xiàn)象：在光的照射下金屬中的電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象，稱為光電效應(yīng)，

發(fā)射出來(lái)的電子稱為光蚯。

【特別提醒】光電子的本質(zhì)是電子，而不是光子。

2.光電效應(yīng)的四個(gè)規(guī)律

(1)每種金屬都有一個(gè)極限頻率。

【特別提醒】每種金屬都有一個(gè)極限頻率，入射光的頻率不低于這個(gè)極限頻率才能使

金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)。

(2)光照射到金屬表面時(shí)，光電子的發(fā)射幾乎是典的。

(3)光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，只隨入射光的頻率增大而增大。

(4)光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比。

【特別提醒】光照強(qiáng)度決定著每秒鐘光源發(fā)射的光子數(shù)，頻率決定著每個(gè)光子的能量。

3.遏止電壓與截止頻率

(1)遏止電壓使光電流減小到零的反向電壓。

（2）截止頻率Ve：能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的最小頻率叫做該種金屬的截止頻率（又叫

極限頻率）。不同的金屬對(duì)應(yīng)著不同的極限頻率。

4.光電效應(yīng)規(guī)律的理解

（1）“光電子的動(dòng)能''可以是介于O?Ekm的任意值，只有從金屬表面逸出的光電子才具有最

大初動(dòng)能，且隨入射光頻率增大而增大。

（2）光電效應(yīng)是單個(gè)光子和單個(gè)電子之間的相互作用產(chǎn)生的，金屬中的某個(gè)電子只能吸收

一個(gè)光子的能量，只有當(dāng)電子吸收的能量足夠克服原子核的引力而逸出時(shí)，才能產(chǎn)生光電效

應(yīng)。

（3）“入射光強(qiáng)度”指的是單位時(shí)間內(nèi)入射到金屬表面單位面積上的光子的總能量，在入射

光頻率V不變時(shí)，光強(qiáng)正比于單位時(shí)間內(nèi)照到金屬表面單位面積上的光子數(shù)。若入射光頻率

不同，即使光強(qiáng)相同，單位時(shí)間內(nèi)照到金屬表面單位面積上的光子數(shù)也不相同，因而從金屬

表面逸出的光電子數(shù)也不相同（形成的光電流也不相同）。

（4）“飽和電流”對(duì)應(yīng)從陰極發(fā)射出的電子全部被“拉向”陽(yáng)極的狀態(tài)，即使電壓再增大，電

流也不會(huì)增大。當(dāng)光電流達(dá)到飽和值之前，其大小不僅與入射光的強(qiáng)度有關(guān)，還與光電管兩

極間的電壓有關(guān)，只有在光電流達(dá)到飽和值以后才和入射光的強(qiáng)度成正比。

5.愛因斯坦光電效應(yīng)方程

（1）.愛因斯坦的光子說(shuō)

在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個(gè)光的能量子，簡(jiǎn)稱光

子，光子的能量￡=近。其中%=6.63X1（Γ34Js。（稱為普朗克常量）

（2）.逸出功WO

使電子脫離某種金屬所做功的最小值。

【溫馨提示】金屬越活躍，逸出功越小，越容易發(fā)生光電效應(yīng)。

（3）.光電子的最大初動(dòng)能

發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，金屬表面上的電壬吸收光子后克服原子核的引力逸出時(shí)所具有的動(dòng)

能的最大值。

【特別提醒】光電子的初動(dòng)能介于0?Ekm之間。

（4）.愛因斯坦光電效應(yīng)方程

（1）表達(dá)式：Ek=Λv-?o

光電效應(yīng)方程表明，光電子最大初動(dòng)能與入射光的頻率V呈線性關(guān)系但不是成正比，與光強(qiáng)

無(wú)關(guān)。只有當(dāng)/n∕>%時(shí)，才有光電子逸出。

（2）物理意義：金屬表面的電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是hv,這些能量的一部分用

2

來(lái)克服金屬的逸出功Wo,剩下的表現(xiàn)為逸出后光電子的最大初動(dòng)能Ek=^mcv.

6.光電效應(yīng)的應(yīng)用

(1)明確兩個(gè)決定關(guān)系

①逸出功％一定時(shí)，入射光的頻率決定著能否產(chǎn)生光電效應(yīng)以及光電子的最大初動(dòng)能。

②入射光的頻率一定時(shí)，入射光的強(qiáng)度決定著單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射出來(lái)的光電子數(shù)。

(2)常見物理量的計(jì)算

物理量求解方法

最大初動(dòng)能EkE[=hv-W,V=7

i0A

遏止電壓UC

eUc=Ek≥=∣~~

截止頻率%%

VC=K

遷移應(yīng)用

三、光的波粒二象性

1.光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有波動(dòng)性。

2.光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)說(shuō)明光具有粒壬性。

3.光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，稱為光的波粒二象性。

4.光的波粒二象性的理解

分析角度波動(dòng)性與粒子性的表現(xiàn)

從頻率上頻率越低波動(dòng)性越顯著，越容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象；頻率越高粒子性越顯

看著，越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象，貫穿本領(lǐng)越強(qiáng)

從數(shù)量上個(gè)別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性；大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動(dòng)性

看

從傳播與光在傳播過(guò)程中往往表現(xiàn)出波動(dòng)性；在與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)往往表現(xiàn)出粒子性

作用上看

波動(dòng)性與由光子的能量￡=/IV、光子的動(dòng)量表達(dá)式p=g也可以看出，光的波動(dòng)性和粒子

粒子性的

性并不矛盾，表示粒子性的能量和動(dòng)量的計(jì)算式中都含有表示波的特征的物理量

統(tǒng)一

——頻率V和波長(zhǎng)λ

四、德布羅意波

實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性①,即每一個(gè)運(yùn)動(dòng)的粒子都與一個(gè)對(duì)應(yīng)的波相聯(lián)系。粒子的能量

￡和動(dòng)量P跟它所對(duì)應(yīng)的波的頻率V和波長(zhǎng)大之間，遵從如下關(guān)系：V=2,λ=?這種與實(shí)

物粒子相聯(lián)系的波稱為德布羅意波，也叫作物質(zhì)波。

1.物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

（I）實(shí)驗(yàn)探究思路：干涉、衍射是波特有的現(xiàn)象，如果實(shí)物粒子具有波動(dòng)性，則在一定條

件下，也應(yīng)該發(fā)生干涉或衍射現(xiàn)象。

（2）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：1927年戴維森和湯姆孫分別利用晶體做了電子束衍射實(shí)驗(yàn)，得到了電子的

衍射圖樣，證實(shí)了電子的波動(dòng)性。

（3）人們陸續(xù)證實(shí)了質(zhì)子、中子以及原子、分子的波動(dòng)性。對(duì)于這些粒子，德布羅意給出

的V=?和；I=*關(guān)系同樣正確。

?P

（4）宏觀物體的質(zhì)量比微觀粒子大得多，運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)量很大，對(duì)應(yīng)的德布羅意波的波長(zhǎng)很

小，根本無(wú)法觀察到它的波動(dòng)性。

2.對(duì)物質(zhì)波的理解

（1）任何運(yùn)動(dòng)的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽(yáng)，都與一個(gè)對(duì)應(yīng)的物質(zhì)波相聯(lián)系，

我們之所以觀察不到宏觀物體的波動(dòng)性，是因?yàn)楹暧^物體對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)太小的緣故。

（2）粒子在空間各處出現(xiàn)的概率受統(tǒng)計(jì)規(guī)律支配，不能以宏觀觀點(diǎn)中的波來(lái)理解。

（3）德布羅意假說(shuō)是光子的波粒二象性的一種推廣，包括了所有的物質(zhì)粒子，即光子與實(shí)

物粒子都具有粒子性，又都具有波動(dòng)性，與光子對(duì)應(yīng)的波是電磁波，與實(shí)物粒子對(duì)應(yīng)的波是

物質(zhì)波。

3.粒子波動(dòng)性的理解

（1）一切運(yùn)動(dòng)著的物體都具有波動(dòng)性，宏觀物體觀察不到其波動(dòng)性，但并不否定其具有波

動(dòng)性。

（2）電子、質(zhì)子等實(shí)物粒子，具有能量和動(dòng)量，當(dāng)和其他物質(zhì)相互作用時(shí)，粒子性起主導(dǎo)

作用。

（3）在宏觀世界中，波與粒子是對(duì)立的概念：在微觀世界中，波與粒子可以統(tǒng)一。

五.量子力學(xué)與牛頓經(jīng)典力學(xué)的比較

比較內(nèi)牛頓經(jīng)典力學(xué)量子力學(xué)

容

粒子的物質(zhì)是由粒子組成的，粒子是一粒子是波，波是無(wú)邊無(wú)際的

特征個(gè)實(shí)體

研究對(duì)研究對(duì)象分成幾部分，可以對(duì)每不能把微觀體系看成是由可以分開的幾部分組成

象一部分進(jìn)行研究的，因?yàn)閮蓚€(gè)粒子從波的角度來(lái)看，它們是糾纏在

一起的

軌跡描可以同時(shí)用質(zhì)點(diǎn)的位置和動(dòng)量精不可能同時(shí)準(zhǔn)確地知道粒子的位置和動(dòng)量，不能用

述確地描述它的運(yùn)動(dòng)，軌跡可以確軌跡描述運(yùn)動(dòng)

定

運(yùn)動(dòng)預(yù)如果知道了加速度，可以預(yù)言質(zhì)自然界在微觀層次上是由隨機(jī)性和機(jī)遇支配的，不

.?.

點(diǎn)在以后任意時(shí)刻的位置和動(dòng)量能預(yù)言粒子的位置和動(dòng)量

自然界自然界的變化是連續(xù)的自然界的變化是不連續(xù)的

的變化

第二部分最新高考題精選

I.（2022高考河北）如圖是密立根于1916年發(fā)表的納金屬光電效應(yīng)的遏止電壓UC與入射

光頻率*z的實(shí)驗(yàn)曲線，該實(shí)驗(yàn)直接證明了愛因斯坦光電效應(yīng)方程，并且第一次利用光電效

A.鈉的逸出功為力匕.

B.鈉的截止頻率為8.5χlOhtHZ

C.圖中直線的斜率為普朗克常量/?

D.遏止電壓U,與入射光頻率V成正比

【參考答案】A

【命題意圖】本題考查光電效應(yīng)、對(duì)遏止電壓4與入射光頻率丫的實(shí)驗(yàn)曲線的理解及其相

關(guān)知識(shí)點(diǎn)。

【名師解析】

根據(jù)遏止電壓與最大初動(dòng)能的關(guān)系有eUt.=EkmaX

根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程有EkmaX=WO

當(dāng)結(jié)合圖像可知，當(dāng)上為0時(shí)，解得嗎="喙，選項(xiàng)A正確；

鈉的截止頻率為〃，根據(jù)圖像可知，截止頻率小「8.5X10"Hz，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；

結(jié)合遏止電壓與光電效應(yīng)方程可解得U,-吆，對(duì)比遏止電壓U,與入射光頻率V的

ee

實(shí)驗(yàn)曲線可知，圖中直線的斜率表示選項(xiàng)C錯(cuò)誤；根據(jù)遏止電壓與入射光的頻率關(guān)系

e

式可知，遏止電壓上與入射光頻率丫成線性關(guān)系，不是成正比，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。

2.(2022?全國(guó)理綜乙卷?17)一點(diǎn)光源以113W的功率向周圍所有方向均勻地輻射波長(zhǎng)

約為6X10-7m的光,在離點(diǎn)光源距離為R處每秒垂直通過(guò)每平方米的光子數(shù)為3X10∣4個(gè)。

普朗克常量為〃=6.63X10-34j.s.R約為()

?.1X102mB.3×102m

C.6×102mD,9×102m

【參考答案】B

【名師解析】由E=初。=加

可得一■個(gè)光子的能量為E=hc∕λ

PDl

光源每秒發(fā)出的光子的個(gè)數(shù)為九=——=——

hvhe

P為光源的功率，光子以球面波的形式傳播，那么以光源為原點(diǎn)的球面上的光子數(shù)相同，此

時(shí)距光源的距離為R處，每秒垂直通過(guò)每平方米的光子數(shù)為3X10∣4個(gè)，那么此處的球面的

表面積為S=4τrR2

則4=3X10P(

S

聯(lián)立以上各式解得R≈3X102m,選項(xiàng)B正確。

3.（2021高考新課程∏卷海南卷）某金屬在一束單色光的照射下發(fā)生光電效應(yīng)，光電子的

最大初動(dòng)能為E.已知該金屬的逸出功為叫，普朗克常量為/?.根據(jù)愛因斯坦的光電效應(yīng)

理論，該單色光的頻率U為（）

A."B.C?9D.9

hhhh

【參考答案】D

【名師解析】由愛因斯坦光電效應(yīng)方程，解得選項(xiàng)正確。

Ek=hv-W0,V=紇+*>，D

h

4.（2021新高考天津卷）光刻機(jī)是制造芯片的核心裝備，利用光源發(fā)出的紫外線，將精細(xì)

圖投影在硅片上，再經(jīng)技術(shù)處理制成芯片.為提高光刻機(jī)清晰投影最小圖像的能力，在透鏡

組和硅片之間充有液體.紫外線進(jìn)入液體后與其在真空中相比（）

A.波長(zhǎng)變短B.光子能量增加C.頻率降低D.傳播速度增大

【參考答案】D

【解題思路】紫外線進(jìn)入液體后，頻率不變，光子能量不變，波長(zhǎng)變短，傳播速度變小，選

項(xiàng)A正確BCD錯(cuò)誤。

5.（2021年6月浙江選考物理）據(jù)《自然》雜志2021年5月17日?qǐng)?bào)道，中國(guó)科學(xué)家在稻

城“拉索”基地（如圖）探測(cè)到迄今為止最高能量的/射線，能量值為1.40X10"eV，即（）

A.1.40×IO15VB.2.24×10^4C

C.2.24×10^4WD.2.24×10^4J

【參考答案】D

【名師解析】根據(jù)IeV=I.6xl0∣9j可得

1.40×10'5eV=1.40×10'5×1.6×10~l9J=2.24×10^J.故選D。

【名師點(diǎn)評(píng)】本題以《自然》雜志2021年5月17日?qǐng)?bào)道的中國(guó)科學(xué)家在稻城“拉索”基地

探測(cè)到迄今為止最高能量的Y射線能量值切入，考查“電子伏特''這一單位的物理含義,

6.（2021高考江蘇物理卷）如圖所示，分別用1、2兩種材料作K極進(jìn)行光電效應(yīng)探究,

其截止頻率V,<V2,保持入射光不變，則光電子到達(dá)A極時(shí)動(dòng)能的最大值EKM隨電壓U變

化關(guān)系的圖像是（）

【參考答案】C

【命題意圖】本題考查光電效應(yīng)及其相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。

【解題思路】根據(jù)動(dòng)能定理，eU=Em-E,根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程，&=hv-Wo,W0=hv0,

可得Ekm-eU+hv-IIVQO由于截止頻率vlVV2，所以圖像正確的是C<,

7.（2021年6月浙江選考物理）已知普朗克常量∕z=6.63xl（）-34j.s,電子的質(zhì)量為

9.11×10^'kg,一個(gè)電子和一滴直徑約為4μm的油滴具有相同動(dòng)能，則電子與油滴的德布

羅意波長(zhǎng)之比的數(shù)量級(jí)為（）

A.10^8B.IO6C.IO8D.IO16

【參考答案】C

【名師解析】根據(jù)德布羅意波長(zhǎng)公式4="^,由p=12mEk,解得4=7白=。由題意

P?JZmHk

可知，電子與油滴動(dòng)能相同，則其波長(zhǎng)與質(zhì)量的二次方根成反比，所以有冬

Am√z?

而加油=0,乃d3=08χl（）3χLχ3.]4x（4xl（Γi）'=2.7xl0T4kg,代入數(shù)據(jù)解得

66v7

組=J2?7X1067X]08,所以C正確；ABD錯(cuò)誤。

4V9.11×10^31

[一題多解】直徑約為4μm的油滴質(zhì)量約為m2=pv=p4乃R3=25xl0"fikg,由2=

32nτ1

2可得：電子與油滴的動(dòng)量之比為=I—=6×109,由德布羅意物質(zhì)波公式λ=h∕p,

匹PL.H

2m2PlVm2

可得電子與油滴的德布羅意物質(zhì)波波長(zhǎng)之比為==1.7x108,選項(xiàng)C正確。

4Pi

ΛPl

8.（2021年1月浙江選考）下列說(shuō)法正確的是

A.光的波動(dòng)性是光子之間相互作用的結(jié)果

B.玻爾第一次將“量子”入原子領(lǐng)域，提出了定態(tài)和躍遷的概念

C.光電效應(yīng)揭示了光的粒子性，證明了光子除了能量之外還具有動(dòng)量

D.α射線經(jīng)過(guò)置于空氣中帶正電驗(yàn)電器金屬小球的上方，驗(yàn)電器金屬箔的張角會(huì)

變大

【參考答案】.B

【解題思路】光的波動(dòng)性是由于微觀粒子的特性決定的，不是光子之間相互作用的結(jié)果，選

項(xiàng)A錯(cuò)誤；波爾第一次將“量子”引入原子領(lǐng)域，提出了定態(tài)和躍遷到概念，選項(xiàng)B正確；

光電效應(yīng)揭示了光的粒子性，證明了光子具有能量，康普頓效應(yīng)證明了光子具有動(dòng)量，選項(xiàng)

C錯(cuò)誤；a射線經(jīng)過(guò)置于空氣中帶正電驗(yàn)電器金屬小球的上方，由于a射線的電離作用強(qiáng),

可以使空氣電離，產(chǎn)生的電子運(yùn)動(dòng)到驗(yàn)電器金屬球，中和帶正電的驗(yàn)電器，所以驗(yàn)電器金屬

箔的張角會(huì)變小，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。

9.（2022年1月浙江選考）如圖為研究光電效應(yīng)的裝置示意圖，該裝置可用于分析光子的

信息。在XO），平面（紙面）內(nèi)，垂直紙面的金屬薄板M、N與），軸平行放置，板N中間有一

小孔。。有一由X軸、y軸和以。為圓心、圓心角為90°的半徑不同的兩條圓弧所圍的區(qū)域

I,整個(gè)區(qū)域1內(nèi)存在大小可調(diào)、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)電場(chǎng)和磁感應(yīng)強(qiáng)度大小恒為3、

磁感線與圓弧平行且逆時(shí)針方向的磁場(chǎng)。區(qū)域I右側(cè)還有一左邊界與y軸平行且相距為/、

下邊界與X軸重合的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域∏,其寬度為。，長(zhǎng)度足夠長(zhǎng)，其中的磁場(chǎng)方向垂直紙面

向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小可調(diào)。光電子從板M逸出后經(jīng)極板間電壓U加速（板間電場(chǎng)視為勻

強(qiáng)電場(chǎng)），調(diào)節(jié)區(qū)域I的電場(chǎng)強(qiáng)度和區(qū)域H的磁感應(yīng)強(qiáng)度，使電子恰好打在坐標(biāo)為（a+2∕,

0）的點(diǎn)上，被置于該處的探測(cè)器接收。已知電子質(zhì)量為〃八電荷量為e,板M的逸出功為

Wo,普朗克常量為肌忽略電子的重力及電子間的作用力。當(dāng)頻率為V的光照射板M時(shí)有

光電子逸出，

（1）求逸出光電子的最大初動(dòng)能Ekm,并求光電子從。點(diǎn)射入?yún)^(qū)域I時(shí)的速度物的大小范

圍；

半,區(qū)域II的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小

（2）若區(qū)域I的電場(chǎng)強(qiáng)度大小E=BdB2求

被探測(cè)到的電子剛從板M逸出時(shí)速度VM的大小及與X軸的夾角β；

（3）為「使從。點(diǎn)以各種大小和方向的速度射向區(qū)域I的電子都能被探測(cè)到，需要調(diào)節(jié)區(qū)

域I的電場(chǎng)強(qiáng)度E和區(qū)域∏的磁感應(yīng)強(qiáng)度B1,求E的最大值和&的最大值。

2(hv+eU-W{))

m

2(M∕+eU-%)_2BU2m(hv-WO)

⑶Emil；H=

m2ea

必備知識(shí)：帶電粒子在洛倫茲力作用下的圓周運(yùn)動(dòng)

關(guān)鍵能力：推理、論證及空間思維能力

【難點(diǎn)分析】：（2）中要用到平行于板間的分速度不變建立聯(lián)系，從而求出電

子從M板離開時(shí)與X軸的夾角夕，這對(duì)考生邏輯推理的能力要求高，是考生在

考試的有限時(shí)間內(nèi)不易想到的。

（3）中對(duì)于磁感應(yīng)強(qiáng)度打的最大值的求解中其難點(diǎn)是怎樣確定B2=sin.

ae

中％sinα的最大值，同樣抓?。?）中的平行于板的分速度最大，即光電子打出

時(shí)的動(dòng)能最大，旦速度方向剛好與板平行。這是思維中的難點(diǎn)，對(duì)考生的推理、

論證能力要求高。

【名師解析】（1）光電效應(yīng)方程，逸出光電子的最大初動(dòng)能

Ekm=hv-W0

?mvg=Ek+eU；(0≤Ek≤WO)

?2^J<H<[2(∕n∕+eUMJ

mm

（2）速度選擇器

如圖所示，幾何關(guān)系

β=30

（3）由上述表達(dá)式可得

2(Zn∕+eU-叱))

EmaX=Bl

m

mv.a

由——?0s?nor=一

eB22

%sinα≤B,隹且

Vm

可得

ea

第三部分最新模擬題精選

1.（2022河南三市一模）波粒二象性是微觀世界的基本特征，以下說(shuō)法正確的為（）

A.電子束通過(guò)雙縫后形成的干涉圖樣可用電子的粒子性解釋

B.光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)

C.康普頓效應(yīng)說(shuō)明光具有波動(dòng)性

D.黑體既不反射電磁波，也不向外輻射電磁波

【參考答案】B

【名師解析】電子束通過(guò)雙縫后形成的干涉圖樣可用電子的波動(dòng)性解釋，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；

光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，選項(xiàng)B

正確；

康普頓效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；

自然界的任何物體都向外輻射電磁波，黑體是一個(gè)理想化了的物體，它能吸收各種電磁波而

不反射電磁波的物體，故D錯(cuò)誤：

2.（2022洛陽(yáng)聯(lián)考）黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律如圖所示,由圖可知（）

A.隨溫度升高,各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增大

B.隨溫度降低,各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增大

C.隨溫度升高,輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)

D.隨溫度降低,輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較長(zhǎng)的方向移動(dòng)

【參考答案】ACD

【名師解析】由題圖可知,隨溫度升高,各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增大,且輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較

短的方向移動(dòng),當(dāng)溫度降低時(shí),上述變化都將反過(guò)來(lái)。

3（2022山西太原二模）在研究光電效應(yīng)中電子的發(fā)射情況與照射光的強(qiáng)弱、光的顏色的關(guān)

系時(shí)，將a、b、C三束光照射到同一光電管的陰極上，得到的光電流與電壓的關(guān)系如圖所示，

可知（）

Ua%0U

A.a光的頻率高于C光的頻率

B.C光的頻率高于b光的頻率

C.單位時(shí)間內(nèi)，c光入射光子數(shù)大于b光入射的光子數(shù)

D.a光照射時(shí)逸出光電子的最大初動(dòng)能可能比b光照射時(shí)的大

【參考答案】C

【名師解析】

由愛因斯坦光電效應(yīng)方程得耳=加-叱〉,其中Ek=eUc

可以看出遏止電壓與頻率呈線性關(guān)系，頻率越大，遏止電壓越大，所以由圖像可知，a光的

頻率等于C光的頻率，C光的頻率低于b光的頻率，故AB錯(cuò)誤；

C.由圖可得，c光對(duì)應(yīng)飽和光電流大于b光對(duì)應(yīng)的飽和光電流，因?yàn)轱柡凸怆娏髟酱?，?/p>

位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)越多，且逸出的光電子數(shù)等于入射的光子數(shù)，所以單位時(shí)間內(nèi)C

光入射的光子數(shù)大于b光入射的光子數(shù)，故C正確；因?yàn)樽畲蟪鮿?dòng)能為Ek=eUt=,所以a

光照射時(shí)逸出光電子的最大初動(dòng)能一定比b光照射時(shí)的小，故D錯(cuò)誤。

4.（2022北京朝陽(yáng)二模）筑泡可用于指示和保護(hù)電路。在玻璃管中有兩個(gè)相同的板狀金屬

電極，并充入低壓就氣，在兩極間接入電壓使就氣導(dǎo)電，如果金屬電極發(fā)出的電子在電場(chǎng)作

用下獲得足夠的能量，就能使氣氣發(fā)光。將氟泡、保護(hù)電阻和電壓可調(diào)的電源按如圖所示的

電路連接。窗泡用黑紙包住，黑紙上留出一條狹縫使光可以照射到覆泡。發(fā)現(xiàn)在沒有光照的

暗室中，當(dāng)電源電壓為UO時(shí)，氟泡恰能發(fā)光；當(dāng)電源電壓為Ul（G<u°）時(shí)，敏泡不發(fā)

光，但同時(shí)用頻率為％的紫光照射就泡，然泡也恰能發(fā)光。兩次實(shí)驗(yàn)中，氟泡恰能發(fā)光時(shí)

回路中的電流可認(rèn)為相等。已知普朗克常量為/?,電子電荷量為e。下列說(shuō)法正確的是（）

電壓可調(diào)

的電源

A.若保持電壓Ul不變，用黃光照射就泡，頰泡也能發(fā)光

B.通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知，紫光的光子能量牝=eU0-eU∣

C.通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知，電極中的電子脫離金屬至少需要eU°的能量

D.實(shí)驗(yàn)中必須使用直流電源才能觀察到上述現(xiàn)象

【參考答案】B

【名師解析】

如果金屬電極發(fā)出的電子在電場(chǎng)作用下獲得足夠的能量，就能使氮?dú)獍l(fā)光，假設(shè)恰好能讓氣

氣發(fā)光的電子動(dòng)能為Ek,電極中的電子脫離金屬至少需要的能量為叱,，在沒有光照的暗室

中，當(dāng)電源電壓為Uo時(shí)，就泡恰能發(fā)光，設(shè)發(fā)光時(shí)電路電流為/，保護(hù)電阻為R，則有

e（U0-IR）=Ek+W0

當(dāng)電源電壓為q（G<u°）時(shí)，同時(shí)用頻率為〃的紫光照射就泡，斑泡也恰能發(fā)光，則

有

Av1+e(Ul-IR)=Ek+W0,聯(lián)立解得牝=eUf,-eU1,B正確;

若保持電壓α不變，用黃光照射氟泡，由于黃光的頻率小于紫光的頻率，則黃光光子能量

小于紫光光子能量，可知位泡不能發(fā)光，A錯(cuò)誤；

通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知，電極中的電子脫離金屬需要的能量小于eUo,C錯(cuò)誤；

實(shí)驗(yàn)中如果采用交流電源，當(dāng)電壓到達(dá)一定數(shù)值時(shí)，也能觀察到上述現(xiàn)象，D錯(cuò)誤：

5.（2022四川成都三模）如圖（a）,陰極K和陽(yáng)極A是密封在真空玻璃管中的兩個(gè)電極，K

受光照時(shí)能夠發(fā)射出光電子，滑動(dòng)變阻器可調(diào)節(jié)K、A之間的電壓。分別用藍(lán)光、弱黃光、

強(qiáng)黃光照射K時(shí)，形成的光電流/（G表示數(shù)）與電壓U（V表示數(shù)）的關(guān)系如圖（b）,則

B.弱黃光、藍(lán)光、強(qiáng)黃光

C.強(qiáng)黃光、藍(lán)光、弱黃光

D藍(lán)光、強(qiáng)黃光、弱黃光

【參考答案】C

【名師解析】藍(lán)光的頻率大于黃光的頻率，由〃卜一叱）=￡八結(jié)合6^4=紇

可得UC="一%,可知頻率較大的光,遏止電壓大，可知。光為藍(lán)光，根據(jù)光照強(qiáng)度越大，

e

飽和光電流越大，可知。光為強(qiáng)黃光，則C光為弱黃光，故C正確，ABD錯(cuò)誤。

6.（2022天津南開二模）新冠病毒疫情防控工作中，體溫槍被廣泛使用，成為重要的防疫裝備

之一。某一種體溫槍的工作原理是：任何物體溫度高于絕對(duì)零度（-273。C）時(shí)都會(huì)向外發(fā)

出紅外線，紅外線照射到體溫槍的溫度傳感器，發(fā)生光電效應(yīng)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，從

而顯示出物體的溫度。已知人的體溫正常時(shí)能輻射波長(zhǎng)為l（）μm的紅外線，如圖甲所示，用

該紅外光線照射光電管的陰極K時(shí)，電路中有光電流產(chǎn)生，光電流隨電壓變化的圖像如圖

乙所示，已知真空中的光速C=3xlθ8m∕s,則（）

Λ.波長(zhǎng)10μm紅外線在真空中的頻率為3xlO^Hz

B.將圖甲中的電源正負(fù)極反接，則一定不會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)

C.光電子的最大初動(dòng)能為0.02eV

D.若人體溫度升高，輻射紅外線的強(qiáng)度增強(qiáng)，則光電管轉(zhuǎn)換成的光電流增大

【參考答案】CD

8

cQxIf）

【名師解析】波長(zhǎng)10μm的紅外線在真空中的頻率為∕=B=3L?HZ=3X10∣3HZ,A

1λ10×10^6

錯(cuò)誤；將圖甲中的電源正負(fù)極反接，當(dāng)反向電壓小于遏止電壓時(shí)，電路中仍有光電流產(chǎn)生，

仍會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)，B錯(cuò)誤；由圖乙可知，遏止電壓為a，=2x10-2V,根據(jù)動(dòng)能定理可得光

電子的最大初動(dòng)能為Ekm=ef4=0?02eV,c正確；若人體溫度升高，輻射紅外線的強(qiáng)度增

強(qiáng)，單位時(shí)間從陰極溢出的光電子數(shù)增加，則光電管轉(zhuǎn)換成的光電流增大，D正確。

7..（2022廣東湛江模擬）如圖甲所示,陰極K和陽(yáng)極A是密封在真空玻璃管中的兩個(gè)電極，

陰極K在受到光照時(shí)能夠發(fā)射光電子?陰極K與陽(yáng)極A之間電壓U的大小可以調(diào)整，電源

的正負(fù)極也可以對(duì)調(diào)。閉合開關(guān)后，陽(yáng)極A吸收陰極K發(fā)出的光電子，在電路中形成光電

流。現(xiàn)分別用藍(lán)光、弱黃光、強(qiáng)黃光照射陰極K,形成的光電流與電壓的關(guān)系圖像如圖乙示，

圖中a、b、C光依次為（）

光束，^鹵口

A藍(lán)光、弱黃光、強(qiáng)黃光B.弱黃光、藍(lán)光、強(qiáng)黃光

C.強(qiáng)黃光、藍(lán)光、弱黃光D.藍(lán)光、強(qiáng)黃光、弱黃光

【參考答案】C

【名師解析】設(shè)遏止電壓為由動(dòng)能定理=-叱）

可知，對(duì)于同一種金屬％不變，遏止電壓與入射光的頻率有關(guān)。對(duì)于一定頻率的光，無(wú)論

光的強(qiáng)弱如何，截止電壓都是一樣的，故a、C是同種顏色的光，在光的頻率不變的情況下，

入射光越強(qiáng)，飽和電流越大，。為強(qiáng)黃光，C為弱黃光。6的遏止電壓最大，故6光的頻率最

大，為藍(lán)光。選項(xiàng)C正確。

8.（2022湖北武漢4月調(diào)研）在研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，用a、b兩束光分別照射同一光電

管的陰極，得到兩條光電流隨電壓變化的關(guān)系圖線，如圖所示a、b兩光比較（）

A.a光的頻率大

B.a光照射時(shí)陰極的逸出功大

C.a光照射時(shí)產(chǎn)生的飽和光電流大

D.a光照射時(shí)產(chǎn)生的光電子最大初動(dòng)能大

【參考答案】C

【名師解析】

1,

由圖可知，a光的遏止電壓小，根據(jù)eUc=-τmr,可知a光的最大初動(dòng)能小，根據(jù)光電效

2

應(yīng)方程Ekm=力。一叱），可知a光的頻率小，故AD錯(cuò)誤；同種金屬的逸出功相同，與照射

的光無(wú)關(guān)，故B錯(cuò)誤；

由圖可知，a光照射時(shí)產(chǎn)生的飽和光電流大，故C正確。

9.（2022安徽巢湖一中等十校聯(lián)盟最后一卷）像增強(qiáng)器是微光夜視儀的核心器件。像增強(qiáng)

器的簡(jiǎn)化原理如下：微光照射光電管陰極時(shí)，由于光電效應(yīng)而產(chǎn)生光電子，光電子經(jīng)過(guò)相同

電壓加速，最后到達(dá)熒光屏上，引起熒光材料發(fā)光，形成圖像。根據(jù)以上信息和所學(xué)知識(shí)判

斷下列說(shuō)法正確的是（）

A.射到光電管陰極的微光都能使陰極金屬發(fā)生光電效應(yīng)

B.因?yàn)槭俏⒐?，所以發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象需要更長(zhǎng)的時(shí)間

C.同一種光使陰極發(fā)生光電效應(yīng)，產(chǎn)生的光電子到達(dá)熒光屏?xí)r的動(dòng)能都相等

D.同一種光照射光電管，陰極材料的逸出功越小，越容易發(fā)生光電效應(yīng)

【參考答案】D

【名師解析】

只有當(dāng)〃M＞網(wǎng)時(shí)，光電子才可以從金屬中逸出，即產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件是微光的頻率要大

于金屬的截止頻率，故A錯(cuò)誤；電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時(shí)間，

光電流幾乎是瞬時(shí)產(chǎn)生的，B錯(cuò)誤；同一種光使陰極發(fā)生光電效應(yīng)后，逸出光電子的最大初

動(dòng)能相等，但不一定所有光電子的初動(dòng)能都相等，所以光電子最后到達(dá)熒光屏?xí)r的動(dòng)能也不

一定相等，故C錯(cuò)誤；同一種光照射光電管，陰極材料的逸出功越小，越容易發(fā)生光電效

應(yīng)。D正確。

10.（2022河北唐山三模）用頻率分別為U和2l∕的光照射某種金屬材料，兩種情況下測(cè)得

的該金屬材料發(fā)生光電效應(yīng)的遏止電壓之比為1:4,已知普朗克常量為"，則該金屬的逸出

功為（）

4211

A.—hvB.-hvC.-hvD.—hv

3332

【參考答案】B

【名師解析】

設(shè)該金屬的逸出功為Wo,根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程以及動(dòng)能定理有

Eki=hv-W0^eUcl

Ek2^2hv-W0^eUc2

(c2

由題意可知=4

2

聯(lián)立以上各式解得嗎=]∕n/,故選B。

11.（2022江西南昌八一中學(xué)三模）一群處于第4能級(jí)的氫原子，向低能級(jí)躍遷過(guò)程中能發(fā)

出6種不同頻率的光，將這些光分別照射到圖甲電路陰極K的金屬上，只能測(cè)得3條電流隨

電壓變化的圖象如圖乙所示，已知?dú)湓拥哪芗?jí)圖如圖丙所示，則下列推斷正確的是

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

2--------------------------3.4

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

丙

A.圖乙中的C光是氫原子由第2能級(jí)向基態(tài)躍遷發(fā)出的

B.圖乙中。光光子能量為10.2eV

C.動(dòng)能為1eV的電子不能使處于第4能級(jí)的氫原子電離

D.陰極金屬的逸出功可能為WO=6.75eV

【參考答案】AD

【名師解析】

第4能級(jí)的氫原子，向低能級(jí)躍遷過(guò)程中可能的情況為：/7=4—/?=!,H=4--Π=3,n=4-*n=2,

〃=3-?"=2,〃=3-?"=1,"=2-"=l,能發(fā)出6種不同頻率的光，能量值的大小關(guān)系排列從大

到小為："=4fa=l,n=3-n=l,n=2-n=l,n=4-n=2,n=3-n=2,n=4-n≈3;由圖乙可知,

。的遏止電壓最大，其次為匕和c,貝IJa為“=4—"=1,6為n=3-l,。為〃=2-〃=1；

由以上的分析可知，C,的遏止電壓最小，在三種光中頻率最小，故C光是從氫原子由第2能

級(jí)向

基態(tài)躍遷發(fā)出的，故A正確；由以上的分析可知，匕為〃=3-〃=1輻射的光子，其能量值：

E6=E3-E1=(-1.51eV)-(-13.6eV)=12.09eV,故B錯(cuò)誤；.由圖丙可知，第4能級(jí)的能

量值為-O.85eV,由玻爾理論可知，動(dòng)能為IeV的電子能使處于第4能級(jí)的氫原子電離，故C

錯(cuò)誤；.由能級(jí)2到1輻射的光子的能量值：Ec=E2-El=(-3.4eV)-(-13.6eV)=10.2eV;

能量值第4大的光子的能量值：E42=F4-E2=(-O.85eV)-(-3.4eV)=2.55eV,由于只

能測(cè)得3條電流隨電壓變化的圖象，即只有三種光子能發(fā)生光電效應(yīng)，則該金屬的逸出功大

于2.55eV,小于等于10.2eV,可以等于6.75eV,故D正確.

12.(2022天津河西區(qū)二模)兩種單色光。和A。光照射某金屬時(shí)有光電子逸出，6光照射該

金屬時(shí)沒有光電子逸出，則()

A.。光的傳播速度較大

B.“光的波長(zhǎng)較短

C.6光光子能量較大

D.6光的頻率較低

【參考答案】BD

【名師解析】

。光照射某金屬時(shí)有光電子逸出，人光照射該金屬時(shí)沒有光電子逸出，可知a光的頻率大于

金屬的極限頻率,方光的頻率小于金屬的極限頻率,則a光的頻率大于b光的頻率,根據(jù)ε=hv

可知，“光的光子能量大于b光的光子能量，根據(jù)c=4l∕

可知“光的波長(zhǎng)小于6光的波長(zhǎng)，故BD正確，C錯(cuò)誤；

α光的頻率大，則折射率大，根據(jù)U=',可知。光在介質(zhì)中的速度小于b光在介質(zhì)中的速

n

度，故A錯(cuò)誤。

13.(2021鄭州三模)用某種頻率的光照射鋅板，使其發(fā)出光電子。為了增大光電子的最大初

動(dòng)能，下列措施可行的是

A.增大入射光的強(qiáng)度

B.增加入射光的照射時(shí)間

C.換用波長(zhǎng)更長(zhǎng)的人射光照射鋅板

D.換用頻率更高的入射光照射鋅板

【參考答案】D

【命題意圖】本題考查對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的理解及其相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。

【解題思路】根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律和愛因斯坦光電效應(yīng)方程，為了增大光電子的最大初動(dòng)能，

需要換用波長(zhǎng)更短的人射光照射鋅板，或換用頻率更高的入射光照射鋅板，選項(xiàng)D正確C

錯(cuò)誤；而增大入射光的強(qiáng)度，增加入射光的照射時(shí)間都不能增大光電子的最大初動(dòng)能，選項(xiàng)

AB錯(cuò)誤。

14.（2022江蘇南通二模）（8分）處于邀發(fā)態(tài)的氫原子可以向低能級(jí)躍遷，發(fā)出光子；處

于基態(tài)的氫原子可以吸收光子的能量，發(fā)生能級(jí)躍遷.已知基態(tài)的氫原子能量為紇，普朗

克常量為〃，光在真空中速度為c,電子的質(zhì)量為相，氫原子的能級(jí)公式

En=與5=1,2,3,…）.

（1）一群處于〃=4能級(jí)的氫原子發(fā)出的光子，能使逸出功為乂的某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，

求光電子的最大初動(dòng)能々；

（2）用波長(zhǎng)為/1的光子照射基態(tài)氫原子，可以使其電離，求電子電離后的德布羅意波的波

長(zhǎng)/1'.

【名師解析】.（8分）（1）光子能量E=E4-g（1分）

E

&=消（1分）

光電效應(yīng)方程Ek=E-叱）（1分）

15E

解得Ek=----L一叱）（1分）

16

（2）動(dòng)能瑪=∕ι--（-El）（1分）

λ

動(dòng)量〃=y∣2mEli（1分）

波長(zhǎng)∕=αZza分）

P

解得/=--------------（1分）

柯gEI

15.（2022北京石景山一模）如圖是研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，某同學(xué)進(jìn)行了如下操作。用

頻率為叨的光照射光電管，此時(shí)電流表中有電流。調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使微安表示數(shù)恰好變

為0,記下此時(shí)電壓表的示數(shù)UK用頻率為吸的光照射光電管，重復(fù)上述操作，記下電壓

表的示數(shù)U2。

（1）實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器的滑片P應(yīng)該向“端移動(dòng)還是向6端移動(dòng)？

（2）已知電子的電荷量為e,請(qǐng)根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)，推導(dǎo)普朗克常量實(shí)驗(yàn)測(cè)定值的計(jì)算式。

（3）大功率微波對(duì)人和其他生物有一定的殺傷作用。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)人體單位面積接收的微

波功率達(dá)到250W∕m2時(shí)會(huì)引起神經(jīng)混亂。有一微波武器，其發(fā)射功率P為3xl（）7w。若發(fā)

射的微波可視為球面波，請(qǐng)估算引起神經(jīng)混亂的有效攻擊的最遠(yuǎn)距離。（估算中取π≈3）

jeUI-eU）

【參考答案】（1）α端；（2）〃=---------；（3）R=IOOm

匕一彩

【名師解析】（1）由于調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使微安表示數(shù)恰好變?yōu)?,光電管的電壓對(duì)電子

減速，即K電勢(shì)高，則滑片P向。端移動(dòng)。

（2）設(shè)材料逸出功為W,據(jù)光電效應(yīng)方程

eUi=Λvl-W

eU2=hv2-W

解得

h=eU「eU1

匕一Κ

（3）設(shè)有效攻擊的最遠(yuǎn)距離為凡單位面積接收的功率為尸°,則有

一4萬(wàn)R?

解得

R=IOOm

16(2022北京西城一模)世紀(jì)末、20世紀(jì)初，通過(guò)對(duì)光電效應(yīng)的研究，加深了對(duì)光的本性

的認(rèn)識(shí)?？茖W(xué)家利用如圖所示的電路研究光電效應(yīng)，圖中KA是密封在真空玻璃管中的兩

個(gè)電極，K極受到光照時(shí)可能發(fā)射電子。已知電子電荷量為e,普朗克常量為九

(1)當(dāng)有光照射K極，電流表的示數(shù)為/,求經(jīng)過(guò)時(shí)間，到達(dá)4極的電子數(shù)日

(2)使用普通光源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，電子在極短時(shí)間內(nèi)只能吸收一個(gè)光子的能量。用頻率為%

的普通光源照射K極，可以發(fā)生光電效應(yīng)。此時(shí)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片，當(dāng)電壓表的示數(shù)

為U時(shí)，電流表的示數(shù)減小為0。

隨著科技的發(fā)展，強(qiáng)激光的出現(xiàn)豐富了人們對(duì)光電效應(yīng)的認(rèn)識(shí)，用強(qiáng)激光照射金屬，一個(gè)電

子在極短時(shí)間內(nèi)吸收到多個(gè)光子成為可能。若用強(qiáng)激光照射K極時(shí)，一個(gè)電子在極短時(shí)間

內(nèi)能吸收〃個(gè)光子，求能使K極發(fā)生光電效應(yīng)的強(qiáng)激光的最低頻率〃O

(3)某同學(xué)為了解為什么使用普通光源進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí)一個(gè)電子在極短時(shí)間內(nèi)不能吸

收多個(gè)光子，他查閱資料獲得以下信息：原子半徑大小數(shù)量級(jí)為10-'?;若普通光源的發(fā)光

頻率為6X10∣4HZ,其在IS內(nèi)垂直照射到lm2面積上的光的能量約為106j；若電子吸收第一

個(gè)光子能量不足以脫離金屬表面時(shí)，在不超過(guò)IO,S的時(shí)間內(nèi)電子將該能量釋放給周圍原子

而恢復(fù)到原狀態(tài)。為了進(jìn)一步分析，他建構(gòu)了簡(jiǎn)單模型：假定原子間沒有縫隙，一個(gè)原子范

圍內(nèi)只有一個(gè)電子，且電子可以吸收一個(gè)原子范圍內(nèi)的光子。請(qǐng)利用以上資料，解決以下問

題。

a.普朗克常量取6.6xl0-34js,估算人內(nèi)照射到一個(gè)原子范圍的光子個(gè)數(shù)；

b.分析一個(gè)電子在極短時(shí)間內(nèi)不能吸收多個(gè)光子的原因。

窗口

光束

eU

（3）a.√=3.17×105;b.見解析

nh

【名師解析】

(I)經(jīng)過(guò)時(shí)間t到達(dá)A極的電荷量為

q-It

到達(dá)A極的電子數(shù)

qIt

n---——

ee

(2)根據(jù)題意可得

eU^hv0-W

nhv=W

則能使K極發(fā)生光電效應(yīng)的強(qiáng)激光的最低頻率

IZ=匕*

nnh

(3)a.普通光子的能量為

E1=hvt=3.96xl()T9j

在IS內(nèi)垂直照射到原子上的光的能量約為

6023

E2=EOSt=IOX4π×(1O^')×1J=1.256×10^'J

則IS內(nèi)照射到一個(gè)原子范圍的光子個(gè)數(shù)

"=蛋=3.17xl()5

b.電子吸收第一個(gè)光子能量不足以脫離金屬表面時(shí)，在不超過(guò)10%的時(shí)間內(nèi)電子將該能量

釋放給周圍原子而恢復(fù)到原狀態(tài)，而原子吸收一個(gè)光子能量需要的時(shí)間為

z0=-=3.15×10^s

n

所以一個(gè)電子在極短時(shí)間內(nèi)不能吸收多個(gè)光子。

17.（2022北京石景山一模）如圖是研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，某同學(xué)進(jìn)行了如下操作。用頻

率為0的光照射光電管，此時(shí)電流表中有電流。調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使微安表示數(shù)恰好變?yōu)?/p>

0,記下此時(shí)電壓表的示數(shù)Ui；用頻率為電的光照射光電管，重復(fù)上述操作，記下電壓表

的示數(shù)5。

（1）實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器的滑片P應(yīng)該向4端移動(dòng)還是向b端移動(dòng)？

（2）已知電子的電荷量為e,請(qǐng)根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)，推導(dǎo)普朗克常量實(shí)驗(yàn)測(cè)定值的計(jì)算式。

（3）大功率微波對(duì)人和其他生物有一定的殺傷作用。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)人體單位面積接收的微

波功率達(dá)到2