專題38光電效應- 三年（2022-2024）高考物理真題分類匯編（全國）

專題39光電效應考點三年考情（2022-2024）命題趨勢考點1光電效應（5年4考）2024年高考海南卷：研究光電效應。2024年1月高考浙江卷：金屬極板M受到紫外線照射會逸出光電子。2022年高考河北卷：密立根于1916年發(fā)表的納金屬光電效應的遏止電壓與入射光頻率的實驗曲線。2022年1月浙江選考：研究光電效應的裝置可用于分析光子的信息。1.光電效應是高考考查頻率較高的知識，命題一般是以光電效應實驗裝置、圖像等切入，重點考查靈活運用知識的能力。2.波粒二象性的知識點主要有：光子的能量、動量及其與波長、頻率的關(guān)系，德布羅意物質(zhì)波假設(shè)及其相關(guān)知識點；命題一般圍繞這些知識點，重點考查對這些知識點的理解和掌握。考點2波粒二象性（5年2考）2024年高考湖南卷）量子技術(shù)是當前物理學應用研究的熱點。2024年高考新課程卷：三位科學家由于在發(fā)現(xiàn)和合成量子點方面的突出貢獻，榮獲了2023年諾貝爾化學獎。2023年6月高考浙江選考科目）有一種新型光電效應量子材料。2022·全國理綜乙卷·17：一點光源以113W的功率向周圍所有方向均勻地輻射光。2023年高考海南卷：激光發(fā)射器功率為，發(fā)射波長為的光。考點01光電效應1.（2024年高考海南卷）利用如圖所示的裝置研究光電效應，閉合單刀雙擲開關(guān)，用頻率為的光照射光電管，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電流表的示數(shù)剛好為0，此時電壓表的示數(shù)為，已知電子電荷量為e，普朗克常量為h，下列說法正確的是（）A.其他條件不變，增大光強，電壓表示數(shù)增大B.改用比更大頻率的光照射，調(diào)整電流表的示數(shù)為零，此時電壓表示數(shù)仍為UC.其他條件不變，使開關(guān)接，電流表示數(shù)仍為零D.光電管陰極材料的截止頻率【答案】D【解析】當開關(guān)S接1時，由愛因斯坦光電效應方程故其他條件不變時，增大光強，電壓表的示數(shù)不變，故A錯誤；若改用比更大頻率的光照射時，調(diào)整電流表的示數(shù)為零，而金屬的逸出功不變，故遏止電壓變大，即此時電壓表示數(shù)大于U，故B錯誤；其他條件不變時，使開關(guān)S接2，此時可發(fā)生光電效應，故電流表示數(shù)不為零，故C錯誤；根據(jù)愛因斯坦光電效應方程其中聯(lián)立解得，光電管陰極材料的截止頻率為故D正確。11.（2024年1月高考浙江卷）如圖所示，金屬極板M受到紫外線照射會逸出光電子，最大速率為。正對M放置一金屬網(wǎng)N，在M、N之間加恒定電壓U。己知M、N間距為d（遠小于板長），電子的質(zhì)量為m，電荷量為e，則（）A.M、N間距離增大時電子到達N的動能也增大B.只有沿x方向逸出的電子到達N時才有最大動能C.電子從M到N過程中y方向位移大小最大為D.M、N間加反向電壓時電流表示數(shù)恰好為零【答案】C【解析】根據(jù)動能定理，從金屬板M上逸出的光電子到到達N板時則到達N板時的動能為與兩極板間距無關(guān)，與電子從金屬板中逸出的方向無關(guān)，選項AB錯誤；平行極板M射出的電子到達N板時在y方向的位移最大，則電子從M到N過程中y方向最大位移為解得選項C正確；M、N間加反向電壓電流表示數(shù)恰好為零時，則解得選項D錯誤。2.（2022年高考河北卷）如圖是密立根于1916年發(fā)表的納金屬光電效應的遏止電壓與入射光頻率的實驗曲線，該實驗直接證明了愛因斯坦光電效應方程，并且第一次利用光電效應實驗測定了普朗克常量h。由圖像可知（）

A.鈉的逸出功為 B.鈉的截止頻率為C.圖中直線的斜率為普朗克常量h D.遏止電壓與入射光頻率成正比【參考答案】A【命題意圖】本題考查光電效應、對遏止電壓與入射光頻率的實驗曲線的理解及其相關(guān)知識點?！久麕熃馕觥扛鶕?jù)遏止電壓與最大初動能的關(guān)系有根據(jù)愛因斯坦光電效應方程有當結(jié)合圖像可知，當為0時，解得，選項A正確；鈉的截止頻率為，根據(jù)圖像可知，截止頻率小于，選項B錯誤；結(jié)合遏止電壓與光電效應方程可解得，對比遏止電壓與入射光頻率的實驗曲線可知，圖中直線的斜率表示，選項C錯誤；根據(jù)遏止電壓與入射光的頻率關(guān)系式可知，遏止電壓與入射光頻率成線性關(guān)系，不是成正比，選項D錯誤。3.（2022年1月浙江選考）如圖為研究光電效應的裝置示意圖，該裝置可用于分析光子的信息。在xOy平面（紙面）內(nèi)，垂直紙面的金屬薄板M、N與y軸平行放置，板N中間有一小孔O。有一由x軸、y軸和以O(shè)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，整個區(qū)域Ⅰ內(nèi)存在大小可調(diào)、方向垂直紙面向里的勻強電場和磁感應強度大小恒為B1、磁感線與圓弧平行且逆時針方向的磁場。區(qū)域Ⅰ右側(cè)還有一左邊界與y軸平行且相距為l、下邊界與x軸重合的勻強磁場區(qū)域Ⅱ，其寬度為a，長度足夠長，其中的磁場方向垂直紙面向里，磁感應強度大小可調(diào)。光電子從板M逸出后經(jīng)極板間電壓U加速（板間電場視為勻強電場），調(diào)節(jié)區(qū)域Ⅰ的電場強度和區(qū)域Ⅱ的磁感應強度，使電子恰好打在坐標為（a+2l，0）的點上，被置于該處的探測器接收。已知電子質(zhì)量為m、電荷量為e，板M的逸出功為W0，普朗克常量為h。忽略電子的重力及電子間的作用力。當頻率為ν的光照射板M時有光電子逸出，（1）求逸出光電子的最大初動能Ekm，并求光電子從O點射入?yún)^(qū)域Ⅰ時的速度v0的大小范圍；（2）若區(qū)域Ⅰ的電場強度大小，區(qū)域Ⅱ的磁感應強度大小，求被探測到的電子剛從板M逸出時速度vM的大小及與x軸的夾角；（3）為了使從O點以各種大小和方向的速度射向區(qū)域Ⅰ的電子都能被探測到，需要調(diào)節(jié)區(qū)域Ⅰ的電場強度E和區(qū)域Ⅱ的磁感應強度B2，求E的最大值和B2的最大值。

【參考答案】（1）；；（2）；；（3）；必備知識：帶電粒子在洛倫茲力作用下的圓周運動關(guān)鍵能力：推理、論證及空間思維能力【難點分析】：（2）中要用到平行于板間的分速度不變建立聯(lián)系，從而求出電子從板離開時與軸的夾角，這對考生邏輯推理的能力要求高，是考生在考試的有限時間內(nèi)不易想到的。（3）中對于磁感應強度的最大值的求解中其難點是怎樣確定中的最大值，同樣抓?。?）中的平行于板的分速度最大，即光電子打出時的動能最大，且速度方向剛好與板平行。這是思維中的難點，對考生的推理、論證能力要求高?！久麕熃馕觥浚?）光電效應方程，逸出光電子的最大初動能；（2）速度選擇器如圖所示，幾何關(guān)系

（3）由上述表達式可得由可得考點02波粒二象性1.（2024年高考湖南卷）量子技術(shù)是當前物理學應用研究的熱點，下列關(guān)于量子論的說法正確的是（）A.普朗克認為黑體輻射的能量是連續(xù)的B.光電效應實驗中，紅光照射可以讓電子從某金屬表面逸出，若改用紫光照射也可以讓電子從該金屬表面逸出C.康普頓研究石墨對X射線散射時，發(fā)現(xiàn)散射后僅有波長小于原波長的射線成分D.德布羅意認為質(zhì)子具有波動性，而電子不具有波動性【答案】B【解析】普朗克認為黑體輻射的能量是一份一份的，是量子化的，故A錯誤；產(chǎn)生光電效應的條件是照射光的頻率大于金屬的極限頻率，紫光的頻率大于紅光，若紅光能使金屬發(fā)生光電效應，可知紫光也能使該金屬發(fā)生光電效應，故B正確；石墨對X射線的散射過程遵循動量守恒，光子和電子碰撞后，電子獲得一定的動量，導致光子動量變小，根據(jù)可知波長變長，故C錯誤；德布羅意認為物質(zhì)都具有波動性，包括質(zhì)子和電子，都具有波動性,故D錯誤。2.（2024年高考新課程卷）三位科學家由于在發(fā)現(xiàn)和合成量子點方面的突出貢獻，榮獲了2023年諾貝爾化學獎。不同尺寸的量子點會發(fā)出不同顏色的光?，F(xiàn)有兩種量子點分別發(fā)出藍光和紅光，下列說法正確的是（）A.藍光光子的能量大于紅光光子的能量B.藍光光子的動量小于紅光光子的動量C.在玻璃中傳播時，藍光的速度大于紅光的速度D.藍光在玻璃中傳播時的頻率小于它在空氣中傳播時的頻率【答案】A【解析】由于紅光的頻率小于藍光的頻率，則紅光的波長大于藍光的波長，根據(jù)可知藍光光子的能量大于紅光光子的能量；根據(jù)可知藍光光子的動量大于紅光光子的動量，故A正確，B錯誤；由于紅光的折射率小于藍光，根據(jù)可知在玻璃中傳播時，藍光的速度小于紅光的速度，故C錯誤；光從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)中頻率不變，故D錯誤。3.（2024年1月浙江選考·14）下列說法正確的是（）A.相同溫度下，黑體吸收能力最強，但輻射能力最弱B.具有相同動能的中子和電子，其德布羅意波長相同C.電磁場是真實存在的物質(zhì)，電磁波具有動量和能量D.自然光經(jīng)玻璃表面反射后，透過偏振片觀察，轉(zhuǎn)動偏振片時可觀察到明暗變化【參考答案】CD【名師解析】相同溫度下，黑體吸收和輻射能力最強，故A錯誤；根據(jù)德布羅意公式，物質(zhì)波波長具有相同動能的中子和電子，電子質(zhì)量較小，德布羅意波長較長，故B錯誤；電磁場是真實存在的物質(zhì)，電磁波具有動量和能量，故C正確；自然光在玻璃、水面等表面反射時，反射光可視為偏振光，透過偏振片觀察，轉(zhuǎn)動偏振片時能觀察到明暗變化，故D正確。4．（2023年6月高考浙江選考科目）有一種新型光電效應量子材料，其逸出功為W0。當紫外光照射該材料時，只產(chǎn)生動能和動量單一的相干光電子束。用該電子束照射間距為d的雙縫，在與縫相距為L的觀測屏上形成干涉條紋，測得條紋間距為?x。已知電子質(zhì)量為m，普朗克常量為h，光速為c，則（）A．電子的動量B．電子的動能C．光子的能量D．光子的動量【參考答案】.AD【名師解析】根據(jù)雙縫干涉條紋間隔公式△x=Lλ/d，可得λ=d△x/L。電子動量p=h/λ=，A正確；電子動能Ek===，B錯誤；根據(jù)愛因斯坦光電效應方程，Ek=E-W0，解得光子能量E=W0+，C錯誤；由E=cp可得光子動量p=W0/c+，D正確。5.（2022新高考江蘇卷）上海光源通過電子-光子散射使光子能量增加，光子能量增加后（）A.頻率減小 B.波長減小 C.動量減小 D.速度減小【參考答案】B【命題意圖】本題考查光子能量、動量及其相關(guān)知識點?！窘忸}思路】根據(jù)光子能量公式E=hν，可知光子的能量增加后，光子的頻率ν增加，A錯誤；根據(jù)波長與頻率成反比，，可知光子波長減小，選項A錯誤，B正確；根據(jù)光子動量公式，，可知光子的動量p增加，選項C錯誤；根據(jù)愛因斯坦狹義相對論的假設(shè)，真空中光速不變，選項D錯誤。6.（2022·全國理綜乙卷·17）一點光源以113W的功率向周圍所有方向均勻地輻射波長約為6×10-7m的光，在離點光源距離為R處每秒垂直通過每平方米的光子數(shù)為3×1014個。普朗克常量為h=6.63×10-34Js。R約為（）A.1×102m B.3×102m C.6×102m D.9×102m【參考答案】B【名師解析】由E=hν和c=λν可得一個光子的能量為E=hc/λ光源每秒發(fā)出的光子的個數(shù)為P為光源的功率，光子以球面波的形式傳播，那么以光源為原點的球面上的光子數(shù)相同，此時距光源的距離為R處，每秒垂直通過每平方米的光子數(shù)為3×1014個，那么此處的球面的表面積為S=4πR2則聯(lián)立以上各式解得R≈3×102m，選項B正確。7.（2023高考海南卷）已知一個激光發(fā)射器功率為，發(fā)射波長為的光，光速為，普朗克常量為，則（）A.光的頻率為 B.光子的能量為C.光子的動量為 D.在時間內(nèi)激光器發(fā)射的光子數(shù)為【參考答案】AC【名師解析】光的頻率，選項A正確；光子的能量，選項B錯誤；光子的動量，選項C正確；在時間t內(nèi)激光器發(fā)射的光子數(shù)，選項D錯誤。14.（2022天津?qū)W業(yè)水平選擇性考試）不同波長的電磁波具有不同的特性，在科研、生產(chǎn)和生活中有廣泛的應用。a、b兩單色光在電磁波譜中的位置如圖所示。下列說法正確的是（）A.若a、b光均由氫原子能級躍遷產(chǎn)生，產(chǎn)生a光的能級能量差大B.若a、b光分別照射同一小孔發(fā)生衍射，a光的衍射現(xiàn)象更明顯C.若a、b光分別照射同一光電管發(fā)生光電效應，a光的遏止電壓高D.若a、b光分別作為同一雙縫干涉裝置光源時，a光的干涉條紋間距大【參考答案】BD【命題意圖】本題以電磁波譜切入，考查能級、光電效應、雙縫干涉、光的衍射及其相關(guān)知識點?！久麕熃馕觥坑蓤D中a、b兩單色光在電磁波譜中的位置，判斷出a光的波長大于b光的波長，a光的頻率小于b光的頻率。若a、b光均由氫原子能級躍遷產(chǎn)生，根據(jù)玻爾原子理論的頻率條件可知產(chǎn)生a光的能級能量差小，故A錯誤；若a、b光分別照射同一小孔發(fā)生衍射，根據(jù)發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件，a光的衍射現(xiàn)象更明顯，故B正確；在分別照射同一光電管發(fā)生光電效應時，根據(jù)愛因斯坦光電效應方程可知a光的遏止電壓低，故C錯誤；a、b光分別作為同一雙縫干涉裝置光源時，相鄰兩條亮紋或暗紋的中心間距可知a光的干涉條紋間距大，故D正確。15.（2022天津?qū)W業(yè)水平選擇性考試）從夸父逐日到羲和探日，中華民族對太陽求知探索從未停歇。2021年10月，我國第一顆太陽探測科學技術(shù)試驗衛(wèi)星“羲和號”順利升空。太陽的能量由核反應提供，其中一種反應序列包含核反應：，下列說法正確的是（）A.X是中子 B.該反應有質(zhì)量虧損C.比的質(zhì)子數(shù)多 D.該反應是裂變反應【參考答案】B【命題意圖】本題考查核反應及其相關(guān)知識點?！久麕熃馕觥扛鶕?jù)核反應過程滿足質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，X的質(zhì)量數(shù)為1，電荷數(shù)為1，可知X是質(zhì)子，故A錯誤；兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，核反應屬于聚變反應，反應過程存在質(zhì)量虧損，釋放能量，故B正確，D錯誤；與的質(zhì)子數(shù)相同，均為2個質(zhì)子，故C錯誤。16.（2022新高考福建卷）2011年3月，日本發(fā)生的大地震造成了福島核電站核泄漏。在泄露的污染物中含有大量放射性元素，其衰變方程為，半衰期為8天，已知，，，則下列說法正確的是（）A.衰變產(chǎn)生的射線來自于原子的核外電子B.該反應前后質(zhì)量虧損C.放射性元素發(fā)生的衰變?yōu)樗プ僁.經(jīng)過16天，75%的原子核發(fā)生了衰變【參考答案】D【命題意圖】此題考查放射性元素衰變、質(zhì)量虧損、半衰期及其相關(guān)知識點。【名師解析】根據(jù)題述，放射性元素的衰變方程為，釋放出的是電子，所以放射性元素發(fā)生的衰變?yōu)樗プ?，選項C錯誤；發(fā)射β衰變時，原子核內(nèi)中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子，大量電子從原子核釋放出來形成射線，選項A錯誤；該反應前后質(zhì)量虧損為，選項B錯誤；由于半衰期為8天，可知經(jīng)過16天，即經(jīng)過兩個半衰期，沒有衰變的放射性元素只剩下1/4,即75%的原子核發(fā)生了衰變，故D正確。17.（2023高考江蘇學業(yè)水平選擇性考試）“夸父一號”太陽探測衛(wèi)星可以觀測太陽輻射的硬X射線。硬X射線是波長很短的光子，設(shè)波長為。若太陽均勻地向各個方向輻射硬X射線，衛(wèi)星探測儀鏡頭正對著太陽，每秒接收到N個該種光子。已知探測儀鏡頭面積為S，衛(wèi)星離太陽中心的距離為R，普朗克常量為h，光速為c，求：（1）每個光子的動量p和能量E；（2）太陽輻射硬X射線的總功率P?！緟⒖即鸢浮浚?），；（2）【名師解析】（1）由題意可知每個光子的動量為每個光子的能量為（2）太陽均勻地向各個方向輻射硬X射線，根據(jù)題意設(shè)t秒發(fā)射總光子數(shù)為n，則可得所以t秒輻射光子的總能量太陽輻射硬X射線的總功率18．（2023高考北京卷）在發(fā)現(xiàn)新的物理現(xiàn)象后，人們往往試圖用不同的理論方法來解釋，比如，當發(fā)現(xiàn)光在地球附近的重力場中傳播時其頻率會發(fā)生變化這種現(xiàn)象后，科學家分別用兩種方法做出了解釋．現(xiàn)象：從地面P點向上發(fā)出一束頻率為的光，射向離地面高為H（遠小于地球半徑）的Q點處的接收器上，接收器接收到的光的頻率為．方法一：根據(jù)光子能量（式中h為普朗克常量，m為光子的等效質(zhì)量，c為真空中的光速）和重力場中能量守恒定律，可得接收器接收到的光的頻率．方法二：根據(jù)廣義相對論，光在有萬有引力的空間中運動時，其頻率會發(fā)生變化，將該理論應用于地球附近，可得接收器接收到的光的頻率，式中G為引力常量，M為地球質(zhì)量，R為地球半徑．下列說法正確的是（）A．由方法一得到，g為地球表面附近的重力加速度B．由方法二可知，接收器接收到的光的波長大于發(fā)出時光的波長C．若從Q點發(fā)出一束光照射到P點，從以上兩種方法均可知，其頻率會變小D．通過類比，可知太陽表面發(fā)出的光的頻率在傳播過程中變大【參考答案】B【名師解析】方法一中，由能量守恒定律，hν0=mgH+hν，解得v=ν0（1-），A錯誤；根據(jù)方法二接收器接收到的光的頻率公式，可知，接收到的光的頻率小于發(fā)出時光的頻率，利用波長與頻率成反比可知，接收器接收到的光的波長大于發(fā)出時光的波長，B正確；若從Q點發(fā)出一束光折射到P點，從以上兩種方法均可知，其頻率會變大，C錯誤；通過類比，可知，由于太陽質(zhì)量遠大于地球質(zhì)量，太陽表面發(fā)出的光的頻率在傳播過程中需要克服太陽引力做功，所以太陽表面發(fā)出的光的頻率在傳播過程中變小，D錯誤。19．（2023高考北京卷）下列核反應方程中括號內(nèi)的粒子為中子的是（）A．B．C．D．【參考答案】A【名師解析】根據(jù)核反應方程遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可知A選項括號中為2個中子，B選項括號中為氦核，C選項括號中為質(zhì)子，D選項括號中為電子，A正確。1．（2023廣東卷）理論認為，大質(zhì)量恒星塌縮成黑洞的過程，受核反應的影響．下列說法正確的是（）A．Y是粒子，射線穿透能力比射線強B．Y是粒子，射線電離能力比射線強C．Y是粒子，射線穿透能力比射線強D．Y是粒子，射線電離能力比射線強【參考答案】D【名師解析】根據(jù)核反應方程遵循的質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知Y是粒子，由于α粒子帶兩個正電荷，所以射線射線電離能力比射線強，D正確。3.（2023天津卷）關(guān)于太陽上進行的核聚變，下列說法正確的是