2025高考物理步步高同步練習(xí)選修3第四章　原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性普朗克黑體輻射理論含答案

2025高考物理步步高同步練習(xí)選修3第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性1普朗克黑體輻射理論[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.了解黑體和黑體輻射的概念，了解黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律.2.了解能量子的概念，了解宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點(diǎn)．一、黑體與黑體輻射1．黑體：某種物體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就是絕對黑體，簡稱黑體．2．黑體輻射(1)定義：黑體雖然不反射電磁波，卻可以向外輻射電磁波，這樣的輻射叫作黑體輻射．(2)黑體輻射特點(diǎn)：黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)．二、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律1．隨著溫度的升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加．2．隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動．三、能量子1．定義：組成黑體的振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍，這個不可再分的最小能量值ε叫作能量子．2．表達(dá)式：ε＝hν.其中ν是帶電微粒的振動頻率，即帶電微粒吸收或輻射電磁波的頻率．h稱為普朗克常量．h＝6.62607015×10－34J·s.3．能量的量子化：微觀粒子的能量是量子化的，或者說微觀粒子的能量是分立的．1．判斷下列說法的正誤．(1)黑體一定是黑色的物體．(×)(2)能吸收各種電磁波而不反射電磁波的物體叫黑體．(√)(3)溫度越高，黑體輻射電磁波的強(qiáng)度越大．(√)(4)能量子的能量不是任意的，其大小與帶電微粒的振動頻率成正比．(√)(5)黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)，與材料的種類及表面狀況無關(guān)．(√)2．可見光波長的大致范圍為400～760nm，波長為500nm的能量子ε＝________J．(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)答案3.98×10－19一、黑體與黑體輻射1．對黑體的理解(1)黑體是一個理想化的物理模型．(2)黑體看上去不一定是黑的，有些可看成黑體的物體由于自身有較強(qiáng)的輻射，看起來還會很明亮．2．一般物體與黑體的比較熱輻射特點(diǎn)吸收、反射特點(diǎn)一般物體輻射電磁波的情況與溫度、材料的種類及表面狀況有關(guān)既吸收又反射，其能力與材料的種類及入射波長等因素有關(guān)黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)完全吸收各種入射電磁波，不反射3.黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(1)溫度一定時，黑體輻射強(qiáng)度隨波長的分布有一個極大值．(2)隨著溫度的升高①各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加；②輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動，如圖所示．例1(2021·常州市第二中學(xué)高二期中)關(guān)于黑體、熱輻射和黑體輻射，下列說法中正確的是()A．一般物體的熱輻射強(qiáng)度只與物體的溫度有關(guān)B．黑體輻射的強(qiáng)度按波長的分布除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類及表面狀態(tài)有關(guān)C．黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，所以黑體一定是黑的D．一定溫度下，黑體輻射強(qiáng)度隨波長的分布有一個極大值答案D解析一般物體的熱輻射強(qiáng)度除了與溫度有關(guān)外，還與材料的種類及表面狀況有關(guān)，故A錯誤；黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長分布只與溫度有關(guān)，故B錯誤；黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，但黑體不一定是黑的，故C錯誤；根據(jù)黑體輻射規(guī)律可以知道，一定溫度下，黑體輻射強(qiáng)度隨波長的分布有一個極大值，故D正確．例2(2021·蘇州大學(xué)附屬中學(xué)高二期中)在實(shí)驗(yàn)室或工廠的高溫爐子上開一個小孔，小孔可看作黑體，由小孔的熱輻射特性，就可以確定爐內(nèi)的溫度．如圖所示是黑體的輻射強(qiáng)度與其輻射光波長的關(guān)系圖像，下列說法正確的是()A．T1＜T2B．在同一溫度下，波長越短的電磁波輻射強(qiáng)度越大C．隨著溫度的升高，黑體的輻射強(qiáng)度都有所降低D．隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短方向移動答案D解析不同溫度的黑體向外輻射的電磁波的波長范圍是不同的，溫度越高，向外輻射的能量中波長短的波越多，所以T1>T2，故A錯誤；由題圖可知，同一溫度下，輻射強(qiáng)度最大的電磁波波長不是最大的，也不是最小的，而是處在最大與最小波長之間，故B錯誤；由題圖可知，隨著溫度的升高，黑體的輻射強(qiáng)度都會增加，同時最大輻射強(qiáng)度向左側(cè)移動，即向波長較短的方向移動，故C錯誤，D正確．針對訓(xùn)練(2021·江蘇蘇州相城高中高二期中)在抗擊新冠病毒的戰(zhàn)役中，非接觸式溫度計在公共場所被廣泛應(yīng)用，其測溫原理是基于黑體輻射規(guī)律．下列描繪兩種溫度下黑體輻射強(qiáng)度與波長關(guān)系的圖中，符合黑體輻射規(guī)律的是()答案B解析黑體輻射以電磁波的形式向外輻射能量，溫度越高，輻射強(qiáng)度越大，故A、D錯誤；黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)，隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動，故B正確，C錯誤．二、能量子1．普朗克的量子化假設(shè)(1)能量子振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍，例如可能是ε或2ε、3ε……當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時，也是以這個最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收的．這個不可再分的最小能量值ε叫作能量子．(2)能量子表達(dá)式：ε＝hνν是帶電微粒的振動頻率，h是一個常量，后人稱之為普朗克常量，其值為h＝6.62607015×10－34J·s.(3)能量的量子化在微觀世界中能量不能連續(xù)變化，只能取分立值，這種現(xiàn)象叫作能量的量子化．2．對能量量子化的理解(1)物體在發(fā)射或接收能量的時候，只能從某一狀態(tài)“飛躍”地過渡到另一狀態(tài)，而不可能停留在不符合這些能量的任何一個中間狀態(tài)．(2)在宏觀尺度內(nèi)研究物體的運(yùn)動時我們可以認(rèn)為：物體的運(yùn)動是連續(xù)的，能量變化是連續(xù)的，不必考慮量子化；在研究微觀粒子時必須考慮能量量子化．例31900年德國物理學(xué)家普朗克在研究黑體輻射時提出了一個大膽的假說，即能量子假說，下列關(guān)于能量子假說內(nèi)容不正確的是()A．物質(zhì)發(fā)射(或吸收)能量時，能量不是連續(xù)的，而是一份一份進(jìn)行的B．能量子假說中將每一份最小能量單位，稱為“能量子”C．能量子假說中的能量子的能量ε＝hν，ν為帶電微粒的振動頻率，h為普朗克常量D．能量子假說認(rèn)為能量是連續(xù)的，是不可分割的答案D解析能量子假說認(rèn)為，物質(zhì)發(fā)射(或吸收)能量時，能量不是連續(xù)的，而是一份一份進(jìn)行的，每一份最小能量單位，稱為“能量子”，能量子的能量ε＝hν，ν為帶電微粒的振動頻率，h為普朗克常量，A、B、C正確，D錯誤．s，光速c＝3×108m/s.計算結(jié)果保留一位有效數(shù)字)答案5×1016個解析光子能量ε＝eq\f(hc,λ)光子數(shù)目n＝eq\f(E,ε)代入數(shù)據(jù)得n≈5×1016個．例5(2022·江蘇常州三中高二月考)一盞電燈的發(fā)光功率為100W，假設(shè)它發(fā)出的光向四周均勻輻射，光的平均波長為λ＝6.0×10－7m，普朗克常量為6.63×10－34J·s，光速為3×108m/s，在距電燈10m遠(yuǎn)處，以電燈為球心的球面上，1m2的面積每秒通過的光子(能量子)數(shù)約為()A．2.4×1017個 B．2.4×1016個C．2.4×1015個 D．2.4×1010個答案A解析光是電磁波，輻射能量也是一份一份進(jìn)行的，100W的燈泡每秒產(chǎn)生光能E＝100J，設(shè)燈泡每秒發(fā)出的光子數(shù)為n，則E＝nhν＝nheq\f(c,λ)，在以電燈為球心的球面上，1m2的面積每秒通過的光子數(shù)n′＝eq\f(n,4πr2)＝eq\f(Eλ,4πr2hc)≈2.4×1017個，故選A.考點(diǎn)一黑體黑體輻射1．(2022·江蘇學(xué)業(yè)考試練習(xí))對黑體輻射電磁波強(qiáng)度按波長的分布的影響因素是()A．溫度 B．材料C．表面狀況 D．以上都正確答案A解析黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)，A對．2．關(guān)于黑體及黑體輻射，下列說法正確的是()A．黑體是真實(shí)存在的B．普朗克引入能量子的概念，得出黑體輻射的強(qiáng)度按波長分布的公式，與實(shí)驗(yàn)符合得非常好，并由此開創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元C．隨著溫度升高，黑體輻射的各種波長的強(qiáng)度有些會增強(qiáng)，有些會減弱D．黑體輻射無任何實(shí)驗(yàn)依據(jù)答案B解析黑體并不是真實(shí)存在的，故A錯誤；普朗克引入能量子的概念，得出黑體輻射的強(qiáng)度按波長分布的公式，與實(shí)驗(yàn)符合得非常好，并由此開創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元，故B正確；隨著3．關(guān)于黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律敘述正確的是()A．隨著溫度的升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都有所增加B．隨著溫度的升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都有所降低C．隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較長的方向移動D．黑體輻射的強(qiáng)度與波長無關(guān)答案A解析黑體輻射規(guī)律為隨著溫度的升高各種波長的輻射強(qiáng)度都增加，同時輻射強(qiáng)度的極大值隨溫度的升高向波長較短的方向移動，A正確，B、C、D錯誤．4.關(guān)于黑體輻射圖像如圖，下列判斷正確的是()A．T1<T2<T3<T4B．T1>T2>T3>T4C．T1＝T2＝T3＝T4D．測量某黑體任一波長的光的輻射強(qiáng)度可以得知其溫度答案B考點(diǎn)二能量子5．為了解釋黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，提出了能量子假設(shè)的科學(xué)家是()A．安培 B．普朗克C．奧斯特 D．愛因斯坦答案B6．(2021·無錫市第一中學(xué)質(zhì)檢)下列宏觀概念中，是“量子化”的有()A．人的身高 B．物體的質(zhì)量C．汽車的速度 D．大象的頭數(shù)答案D解析能一份份地選取，且只能取整數(shù)，不能取小數(shù)的量均可以看作“量子化”，如大象的頭數(shù)，學(xué)生個數(shù)等，故選項(xiàng)D正確．7．(2021·江蘇阜寧實(shí)驗(yàn)高中高二學(xué)業(yè)考試)下列關(guān)于能量量子化的說法，正確的是()A．能量子與電磁波的頻率成反比B．電磁波波長越長，其能量子越大C．微觀粒子的能量是不連續(xù)(分立)的D．這一假說與現(xiàn)實(shí)世界相矛盾，因而是錯誤的答案C解析由ε＝hν可知，能量子與電磁波的頻率成正比，故A錯誤；由ε＝hν＝eq\f(hc,λ)可知，電磁波波長越長，其能量子越小，故B錯誤；普朗克提出了量子假設(shè)，他認(rèn)為，物質(zhì)輻射(或吸收)的能量都是不連續(xù)的，是一份一份進(jìn)行的，故C正確，D錯誤．8．太陽光含有紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七種色光，對這七種色光的認(rèn)識正確的是()A．紫光的波長最長B．紅光的能量子最強(qiáng)C．七種色光的能量均相同D．紫光的能量子最強(qiáng)答案D解析由電磁波譜可知，紫光的波長最短，A錯誤；由ε＝hν可知，光的頻率越大光子的能量越強(qiáng)，因七種色光中，紫光的頻率最大，則紫光的能量子最強(qiáng)，B、C錯誤，D正確．9．兩束能量相同的色光，都垂直地照射到同一物體表面，第一束光在某段時間內(nèi)打在物體表面的光子數(shù)與第二束光在相同時間內(nèi)打到物體表面的光子數(shù)之比為5∶4，則這兩束光的光子能量之比和波長之比分別為()A．4∶54∶5 B．5∶44∶5C．5∶45∶4 D．4∶55∶4答案D解析兩束能量相同的色光，都垂直地照射到物體表面，在相同時間內(nèi)打到物體表面的光子數(shù)之比為5∶4，根據(jù)E＝Nε，因?yàn)镋相同，可得光子能量之比為4∶5；再根據(jù)ε＝hν＝eq\f(hc,λ)，光子能量與波長成反比，故光子波長之比為5∶4，故選D.10．(2020·江蘇卷)“測溫槍”(學(xué)名“紅外線輻射測溫儀”)具有響應(yīng)快、非接觸和操作方便等優(yōu)點(diǎn)．它是根據(jù)黑體輻射規(guī)律設(shè)計出來的，能將接收到的人體熱輻射轉(zhuǎn)換成溫度顯示．若人體溫度升高，則人體熱輻射強(qiáng)度I及其極大值對應(yīng)的波長λ的變化情況是()A．I增大，λ增大 B．I增大，λ減小C．I減小，λ增大 D．I減小，λ減小答案B解析若人體溫度升高，則人體的熱輻射強(qiáng)度I變大，由ε＝hν，故對應(yīng)的頻率ν變大，由c＝λν知對應(yīng)的波長λ變小，選項(xiàng)B正確．11．(2021·安徽宿州高二期中)某半導(dǎo)體激光器發(fā)射波長為1.5×10－6m，功率為5.0×10－3W的連續(xù)激光．已知可見光波長的數(shù)量級為10－7m，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3×108m/s，該激光器發(fā)出的()A．是紫外線B．是紅外線C．光子能量約為1.3×10－13JD．光子數(shù)約為每秒3.8×1017個答案B解析該激光的波長比可見光的波長長，屬于紅外線，故A錯誤，B正確；光子能量ε＝heq\f(c,λ)＝6.63×10－34×eq\f(3×108,1.5×10－6)J＝1.326×10－19J，故C錯誤；每秒發(fā)出的光子數(shù)n＝eq\f(Pt,ε)＝eq\f(5.0×10－3×1,1.326×10－19)個≈3.8×1016個，故D錯誤．12．(2021·福州第一中學(xué)校級檢測)某廣播電臺的發(fā)射功率為10kW，該電臺發(fā)射的電磁波在空氣中的波長為187.5m．(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3×108m/s)(1)該電臺每秒從天線發(fā)射多少個光子？(2)若四面八方發(fā)射的光子視為均勻的，求在離天線2.5km處，直徑為2m的環(huán)狀天線每秒接收的光子個數(shù)以及接收功率．答案(1)9.4×1030(2)3.76×10234×10－4W解析(1)每個光子的能量ε＝hν＝eq\f(hc,λ)≈1.06×10－27J，則每秒電臺發(fā)射的光子數(shù)N＝eq\f(Pt,ε)≈9.4×1030.－4W.2光電效應(yīng)第1課時光電效應(yīng)[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.知道光電效應(yīng)現(xiàn)象，了解光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律.2.知道光電效應(yīng)與電磁理論的矛盾.3.理解愛因斯坦光子說及對光電效應(yīng)的解釋，會用愛因斯坦光電效應(yīng)方程解決一些簡單問題．一、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律1．光電效應(yīng)：照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象．2．光電子：光電效應(yīng)中發(fā)射出來的電子．3光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(1)存在截止頻率：當(dāng)入射光的頻率低于截止頻率時不(填“能”或“不”)發(fā)生光電效應(yīng)．(2)存在飽和電流：在光的頻率不變的情況下，入射光越強(qiáng)，飽和電流越大．(3)存在遏止電壓：使光電流減小到0的反向電壓Uc，且滿足eq\f(1,2)mevc2＝eUc.(4)光電效應(yīng)具有瞬時性：光電效應(yīng)幾乎是瞬時發(fā)生的．二、光電效應(yīng)經(jīng)典解釋中的疑難1．逸出功：使電子脫離某種金屬，外界對它做功的最小值，用W0表示．不同種類的金屬，其逸出功的大小不相同(填“相同”或“不相同”)．2．光電效應(yīng)經(jīng)典解釋(1)不應(yīng)存在截止頻率．(2)遏止電壓Uc應(yīng)該與光的強(qiáng)弱有關(guān)．(3)電子獲得逸出表面所需的能量需要的時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生光電流的時間．三、愛因斯坦的光電效應(yīng)理論1．光子：光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的，頻率為ν的光的能量子為hν，其中h為普朗克常量．這些能量子后來稱為光子．2．愛因斯坦光電效應(yīng)方程(1)表達(dá)式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0.(2)物理意義：金屬中電子吸收一個光子獲得的能量是hν，在這些能量中，一部分大小為W0的能量被電子用來脫離金屬，剩下的是逸出后電子的初動能Ek.(3)Uc與ν、W0的關(guān)系①表達(dá)式：Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e).②圖像：Uc－ν圖像是一條斜率為eq\f(h,e)的直線．1．判斷下列說法的正誤．(1)任何頻率的光照射到金屬表面都可以發(fā)生光電效應(yīng)．(×)(2)金屬表面是否發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的強(qiáng)弱有關(guān)．(×)(3)“光子”就是“光電子”的簡稱．(×)(4)逸出功的大小與入射光無關(guān)．(√)(5)光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比．(×)2．某金屬的逸出功為W0，則這種金屬的截止頻率νc＝____，用波長為λ的光照射該金屬的表面，光電子的最大初動能Ek＝________.(已知普朗克常量為h，光速為c)答案eq\f(W0,h)heq\f(c,λ)－W0一、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律經(jīng)典解釋中的疑難導(dǎo)學(xué)探究如圖是研究光電效應(yīng)的電路圖．(1)閉合開關(guān)后，當(dāng)電壓表的示數(shù)為0時，電流表的示數(shù)不是0，說明了什么？(2)閉合開關(guān)，將滑動變阻器的滑片向右移動，會觀察到什么現(xiàn)象？說明了什么？(3)若將電源的正負(fù)極對調(diào)，閉合開關(guān)，滑動變阻器的滑片向右移動時，又會觀察到什么現(xiàn)象？說明了什么？答案(1)說明發(fā)生了光電效應(yīng)現(xiàn)象．(2)電壓表、電流表的示數(shù)均增大，當(dāng)電流增大到一定值后，滑動變阻器的滑片再向右移動，電流也不再增大．說明存在飽和電流．(3)電壓表示數(shù)增大，電流表示數(shù)減小，最后電流表的示數(shù)可能減小到0.說明存在遏止電壓．知識深化1．光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(1)任何一種金屬都有一個截止頻率，入射光的頻率必須大于等于這個截止頻率才能發(fā)生光電效應(yīng)，低于這個截止頻率則不能發(fā)生光電效應(yīng)．(2)發(fā)生光電效應(yīng)時，光電子的最大初動能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，隨入射光頻率的增大而增大．(3)大于截止頻率的光照射金屬時，光電流(反映單位時間內(nèi)發(fā)射出的光電子數(shù)的多少)與入射光強(qiáng)度成正比．(4)光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時的，產(chǎn)生電流的時間不超過10－9s.2．光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)相關(guān)概念的理解(1)光電子：光電效應(yīng)中發(fā)射出來的光電子，其本質(zhì)還是電子．(2)飽和電流金屬板飛出的光電子到達(dá)陽極，回路中便產(chǎn)生光電流，隨著所加正向電壓的增大，光電流趨于一個飽和值，這個飽和值是飽和電流，在一定條件下，飽和電流與所加電壓大小無關(guān)，只與入射光的強(qiáng)度有關(guān)．入射光越強(qiáng)，飽和電流越大．即：入射光越強(qiáng)，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多．(3)遏止電壓、截止頻率與逸出功①遏止電壓：使光電流減小到零的反向電壓．用符號Uc表示．計算方法：－eUc＝0－Ek遏止電壓與入射光的頻率有關(guān)．入射光的頻率不變，遏止電壓不變，入射光的頻率改變，遏止電壓改變．這表明對于同一種金屬光電子的能量只與入射光的頻率有關(guān)．②截止頻率：能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的入射光的最小頻率叫作該種金屬的截止頻率．不同的金屬對應(yīng)著不同的截止頻率．③逸出功：電子從金屬中掙脫出來，要克服金屬表面層的一種力做功，電子脫離某種金屬所需做功的最小值叫作這種金屬的逸出功．不同金屬的逸出功不同．3．光電效應(yīng)與經(jīng)典電磁理論的矛盾按光的電磁理論，應(yīng)有：(1)不存在截止頻率，任何頻率的光都能產(chǎn)生光電效應(yīng)．(2)光越強(qiáng)，光電子的初動能越大，遏止電壓與光的強(qiáng)弱有關(guān)．(3)在光很弱時，放出電子的時間應(yīng)遠(yuǎn)大于10－9s.顯然這三條與光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律相矛盾．例1(2022·洛陽市月考)如圖所示，在演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)分別用a、b兩種單色光照射鋅板．發(fā)現(xiàn)用a光照射時與鋅板連接的驗(yàn)電器的指針張開一定角度；用b光照射時與鋅板連接的驗(yàn)電器的指針不動．下列說法正確的是()A．增大b光的照射強(qiáng)度，驗(yàn)電器的指針有可能張開一定角度B．增大a光的照射強(qiáng)度，光電子的最大初動能增加C．a(chǎn)光的頻率大于b光的頻率D．若用b光照射另一種金屬能發(fā)生光電效應(yīng)，則用a光照射該金屬時可能不會發(fā)生光電效應(yīng)答案C解析根據(jù)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律可知，增大b光的照射強(qiáng)度，仍不會發(fā)生光電效應(yīng)；增大a光的照射強(qiáng)度，光電子的最大初動能保持不變，故A、B錯誤；根據(jù)a光照射鋅板能夠發(fā)生光電效應(yīng)可知，a光的頻率大于鋅板的極限頻率，根據(jù)b光照射鋅板不能發(fā)生光電效應(yīng)可知，b光的頻率小于鋅板的極限頻率，則a光的頻率大于b光的頻率，故C正確；根據(jù)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律可知，若用b光照射另一種金屬能發(fā)生光電效應(yīng)，則用a光照射該金屬時一定能發(fā)生光電效應(yīng)，故D錯誤．例2(2021·北京師大二附中高二月考)用如圖所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，當(dāng)用某種頻率的光照射到光電管上時，電流表的讀數(shù)為I.則()A．將開關(guān)S斷開，也會有電流通過電流表B．將滑動變阻器的觸點(diǎn)c向a移動，光電子到達(dá)陽極時的速度必將變小C．如果減小入射光的光強(qiáng)，光電管中可能不會有光電子產(chǎn)生D．如果將電池極性反轉(zhuǎn)，光電管中可能不會有光電子產(chǎn)生答案A解析開關(guān)S斷開，由于仍能發(fā)生光電效應(yīng)，光電子仍能到達(dá)陽極，故也會有電流通過電流表，故A正確；將滑動變阻器的觸點(diǎn)c向a移動，所加正向電壓增大，則光電子到達(dá)陽極時的速度必將變大，故B錯誤；只要光的頻率不變，就能發(fā)生光電效應(yīng)，即光電管中有光電子產(chǎn)生，故C錯誤；將電池極性反轉(zhuǎn)，光電管中仍然有光電子產(chǎn)生，只是電流表讀數(shù)可能為零，故D錯誤．二、愛因斯坦的光電效應(yīng)理論1．光子說：光子說的提出說明了光是由光子組成的．光子的能量ε＝hν，取決于光的頻率．光的強(qiáng)度與光子的數(shù)目有關(guān)，在頻率一定的情況下，光越強(qiáng)，單位時間內(nèi)單位面積上的光子數(shù)越多．2．光電效應(yīng)方程：Ek＝hν－W0(1)式中的Ek是光電子的最大初動能，就某個光電子而言，其離開金屬時剩余動能大小可以是0～Ek范圍內(nèi)的任何數(shù)值．(2)光電效應(yīng)方程實(shí)質(zhì)上是能量守恒方程．①能量為ε＝hν的光子被電子吸收，電子把這些能量的一部分用來克服金屬表面對它的吸引，另一部分就是電子離開金屬表面時的初動能．②如果克服吸引力做功最少為W0，則電子離開金屬表面時動能最大為Ek，根據(jù)能量守恒定律可知：Ek＝hν－W0.3．光子說對光電效應(yīng)的解釋(1)飽和電流與光照強(qiáng)度的關(guān)系：同種頻率的光，光照強(qiáng)度越大，包含的光子數(shù)越多，照射金屬時產(chǎn)生的光電子越多，因而飽和電流越大．(2)存在截止頻率和遏止電壓：①由愛因斯坦光電效應(yīng)方程知，光電子的最大初動能與入射光頻率有關(guān)，與光照強(qiáng)度無關(guān)，所以遏止電壓由入射光頻率決定，與光照強(qiáng)度無關(guān)．②若發(fā)生光電效應(yīng)，則光電子的最大初動能必大于零，即Ek＝hν－W0>0，亦即hν>W0，ν>eq\f(W0,h)＝νc，而νc＝eq\f(W0,h)恰好是光電效應(yīng)的截止頻率．例3(2022·江蘇響水中學(xué)高二期中)用如圖所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，當(dāng)用光子能量為3.6eV的光照射到光電管上時，電流表G有讀數(shù)．移動滑動變阻器的觸點(diǎn)c，當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于0.9V時，電流表讀數(shù)為0，則以下說法正確的是()A．光電子的初動能可能為0.8eVB．光電管陰極的逸出功為0.9eVC．開關(guān)S斷開后，電流表G示數(shù)為0D．改用能量為2eV的光子照射，電流表G有電流，但電流較小答案A解析當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于0.9V時，電流表的示數(shù)為0，可知遏止電壓為0.9V，根據(jù)eUc＝Ekm，則光電子的最大初動能為0.9eV，則光電子的初動能可能為0.8eV，A正確；根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0則逸出功為W0＝hν－Ekm＝3.6eV－0.9eV＝2.7eV，B錯誤；光電管接的是反向電壓，當(dāng)開關(guān)斷開后，光電管兩端的電壓為0，逸出的光電子能夠到達(dá)另一端，則仍然有電流流過電流表G，C錯誤；改用能量為2eV的光子照射，因光子能量小于逸出功，則不會發(fā)生光電效應(yīng)，D錯誤．針對訓(xùn)練在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照射到同種金屬上，測得相應(yīng)的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子的最大初動能分別為Eka和Ekb.h為普朗克常量．下列說法正確的是()A．若νa＞νb，則一定有Ua＜UbB．若νa＞νb，則一定有Eka＞EkbC．若Ua＜Ub，則一定有Eka＞EkbD．若νa＞νb，則一定有hνa－Eka＞hνb－Ekb答案B解析由愛因斯坦光電效應(yīng)方程得，Ek＝hν－W0，由動能定理得，Ek＝eU，若用a、b單色光照射同種金屬，逸出功W0相同．當(dāng)νa＞νb時，一定有Eka＞Ekb，Ua＞Ub，故選項(xiàng)A錯誤，B正確；若Ua＜Ub，則一定有Eka＜Ekb，故選項(xiàng)C錯誤；因逸出功相同，有W0＝hνa－Eka＝hνb－Ekb，故選項(xiàng)D錯誤．例4(2021·安徽師大附中期中)A、B兩種光子的能量之比為2∶1，它們都能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，且所產(chǎn)生的光電子的最大初動能分別為EkA、EkB，普朗克常量為h，則下列說法正確的是()A．A、B兩種光子的頻率之比為1∶2B．所產(chǎn)生光電子的最大初動能之比為2∶1C．該金屬的逸出功W0＝EkA－2EkBD．該金屬的截止頻率νc＝eq\f(EkA－EkB,h)答案C解析由ε＝hν知，光子的能量與頻率成正比，則A、B兩種光子的頻率之比為2∶1，故A錯誤；EkA＝hνA－W0，EkB＝hνB－W0，解得eq\f(EkA,EkB)＝eq\f(hνA－W0,hνB－W0)≠eq\f(2,1)，W0＝EkA－2EkB，故B錯誤，C正確；該金屬的截止頻率為νc＝eq\f(W0,h)＝eq\f(EkA－2EkB,h)，故D錯誤．考點(diǎn)一光電效應(yīng)現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)規(guī)律1.不帶電的鋅板和驗(yàn)電器用導(dǎo)線相連．若用甲燈照射鋅板，驗(yàn)電器的金屬箔片不張開；若用乙燈照射鋅板，驗(yàn)電器的金屬箔片張開，如圖所示，則與甲燈相比，乙燈發(fā)出的光()A．頻率更高 B．波長更大C．光照強(qiáng)度更強(qiáng) D．速度更大答案A解析由題意可知，甲燈沒有使鋅板產(chǎn)生光電效應(yīng)，但乙燈使鋅板發(fā)生了光電效應(yīng)，故乙燈發(fā)出的光頻率更高，波長更短，光電效應(yīng)發(fā)生與否與光照強(qiáng)度無關(guān)，同種介質(zhì)中光的傳播速度相同，故A正確，B、C、D錯誤．2．(2021·吉林江城中學(xué)高二期中)某單色光照射某金屬時不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，則下述措施中，可能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的是()A．延長光照時間B．增大光的強(qiáng)度C．換用頻率更高的光照射D．換用波長更長的光照射答案C解析某單色光照射某金屬時不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，說明該單色光的頻率較低，光子能量較??；通過延長光照時間、增大光的強(qiáng)度，都不能產(chǎn)生光電效應(yīng)；只有換用頻率更高(或者波長更短)的光照射，才有可能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)．故選C.3．(2021·江蘇吳江平望中學(xué)高二期中)用如圖所示的光電管研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，用某種頻率的單色光a照射光電管陰極K，電流計G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)．而用另一頻率的單色光b照射光電管陰極K時，電流計G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，那么()A．a(chǎn)光的波長一定大于b光的波長B．增加b光的強(qiáng)度可能使電流計G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)C．用a光照射光電管陰極K時通過電流計G的電流是由d到cD．只增加a光的強(qiáng)度可使通過電流計G的電流增大答案D解析用一定頻率的a單色光照射光電管時，電流計指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，知νa>νb，a光的波長小于b光的波長，A錯誤；發(fā)生光電效應(yīng)的條件：ν≥νc，增加b光的強(qiáng)度不能使電流計G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，B錯誤；發(fā)生光電效應(yīng)時，電子從光電管左端運(yùn)動到右端，而電流的方向與電子定向移動的方向相反，所以流過電流計G的電流是由c到d，C錯誤；增加a光的強(qiáng)度可使光子數(shù)增多，因此溢出的光電子數(shù)目增加，通過電流計G的電流增大，D正確．4.利用光電管研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)電路如圖所示，用頻率為ν的可見光照射陰極K，電流表中有電流通過，則()A．用紫外線照射，電流表不一定有電流通過B．用紅外線照射，電流表一定無電流通過C．用頻率為ν的可見光照射陰極K，當(dāng)滑動變阻器的滑動觸頭P移到A端時，電流表中一定無電流通過D．用頻率為ν的可見光照射陰極K，當(dāng)滑動變阻器的滑動觸頭P向B端滑動時，電流表示數(shù)可能不變答案D解析因紫外線的頻率比可見光的頻率高，所以用紫外線照射時，電流表中一定有電流通過，選項(xiàng)A錯誤；因不知陰極K的截止頻率，所以用紅外線照射時，也可能發(fā)生光電效應(yīng)，電流表中可能有電流通過，選項(xiàng)B錯誤；即使UAK＝0，電流表中也會有電流通過，選項(xiàng)C錯誤；當(dāng)滑動觸頭P向B端滑動時，UAK增大，光電流會增大，當(dāng)所有光電子都能到達(dá)陽極A時，光電流達(dá)到最大，即達(dá)到飽和電流；若在滑動前，光電流已經(jīng)達(dá)到飽和電流，那么即使增大UAK，光電流也不會增大，選項(xiàng)D正確．考點(diǎn)二愛因斯坦的光電效應(yīng)理論5．(2021·三明市模擬)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，用某一頻率的光照射光電管陰極，發(fā)生了光電效應(yīng)，下列方法可使光電子的最大初動能變大的是()A．僅增大入射光的強(qiáng)度 B．僅延長照射時間C．僅增大入射光的頻率 D．僅增大入射光的波長答案C解析當(dāng)發(fā)生光電效應(yīng)時，增大入射光的強(qiáng)度，則入射光的光子數(shù)目增大，根據(jù)Ek＝hν－W0，光電子的最大初動能不會變大，故A錯誤；根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0知，僅延長照射時間光電子的最大初動能不會變大，故B錯誤；在光電效應(yīng)中，根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0知，改用頻率更大的光照射，光電子的最大初動能變大，故C正確；根據(jù)ν＝eq\f(c,λ)，增大入射光的波長，頻率變小，光電子的最大初動能變小，故D錯誤．6．用波長為300nm的光照射鋅板，電子逸出鋅板表面的最大初動能為1.28×10－19J．已知普朗克常量為6.63×10－34J·s，真空中的光速為3.00×108m·s－1.能使鋅產(chǎn)生光電效應(yīng)的單色光的最低頻率約為()A．1×1014Hz B．8×1014HzC．2×1015Hz D．8×1015Hz答案B解析設(shè)單色光的最低頻率為ν0，由Ek＝hν－W0知Ek＝hν1－W0,0＝hν0－W0，又知ν1＝eq\f(c,λ)整理得ν0＝eq\f(c,λ)－eq\f(Ek,h)，解得ν0≈8×1014Hz.7.用如圖所示裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，當(dāng)用光子能量為3.0eV的光照射到光電管上時，電流表G的讀數(shù)為0.2mA，移動變阻器的觸點(diǎn)c，當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于0.7V時，電流表讀數(shù)為0，則()A．開關(guān)K斷開后，沒有電流流過電流表GB．所有光電子的初動能均為0.7eVC．光電管陰極的逸出功為2.3eVD．改用能量為1.5eV的光子照射，電流表G也有電流，但電流較小答案C解析光電管兩端接的是反向電壓，當(dāng)開關(guān)K斷開后，光電管兩端的電壓為零，逸出的光電V時，電流表的讀數(shù)為0，可知遏止電壓為0.7V，根據(jù)動能定理得eUc＝Ek，則光電子的最大初動能為0.7eV，故B錯誤；根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，解得逸出功W0＝2.3eV，故C正確；改用能量為1.5eV的光子照射，因?yàn)楣庾幽芰啃∮诠怆姽荜帢O的逸出功，則不會發(fā)生光電效應(yīng)，沒有光電流，故D錯誤．8．(2021·江蘇常熟中學(xué)高二階段練習(xí))如圖甲所示，合上開關(guān)，用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極K，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零．調(diào)節(jié)滑動變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.6V時，電流表讀數(shù)仍不為零，當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.6V時，電流表讀數(shù)為零．把電路改為圖乙，當(dāng)電壓表讀數(shù)為2V時，逸出功及電子到達(dá)陽極時的最大動能為()A．0.6eV1.9eV B．1.7eV1.9eVC．1.9eV2.6eV D．3.1eV4.5eV答案C解析題圖甲中所加的電壓為反向電壓，根據(jù)題意可知，遏止電壓為0.6V，根據(jù)Ekm＝eUc知，光電子的最大初動能Ekm＝0.60eV根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0逸出功W0＝hν－Ekm＝2.5eV－0.60eV＝1.9eV題圖乙中所加的電壓為正向電壓，根據(jù)動能定理得eU＝Ekm′－Ekm解得電子到達(dá)陽極的最大動能Ekm′＝eU＋Ekm＝2eV＋0.6eV＝2.6eV，故選C.9．(2021·江蘇金陵中學(xué)高二期中)如圖所示，用某一頻率的光照射光電管的陰極，陰極材料的逸出功為W，光電子的最大初動能為Ek.將開關(guān)S閉合，并從滑動變阻器的最左端緩慢向右移動滑片至滑動變阻器的最右端，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)逐漸增大．已知h為普朗克常量，下列說法中正確的是()A．A端接的是電源的負(fù)極B．滑片移至滑動變阻器的最右端時，電流表中的電流一定為飽和光電流C．入射光的頻率可能為eq\f(W＋Ek,2h)D．若將電源極性顛倒，從滑動變阻器的最左端緩慢向右移動滑片，當(dāng)電流表示數(shù)剛好為零時，電壓表示數(shù)為U＝eq\f(Ek,e)答案D解析向右移動滑片，電流表示數(shù)逐漸增大，說明電子從陰極向左做加速運(yùn)動，所以極板間電場方向從左向右，與光電子的初速度方向相反，故A端接電源的正極，故A錯誤；向右移動滑片到最右端，電流逐漸增大，但不能確定最大的電流是否為飽和光電流，故B錯誤；根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W，得ν＝eq\f(Ek＋W,h)，故C錯誤；若將電源極性顛倒，光電子在極板間做減速運(yùn)動，已知電流表示數(shù)剛好為零．則有Ue＝Ek，解得U＝eq\f(Ek,e)，故D正確．10．(2021·北京師大附中高二期中)光電管是一種利用光照射產(chǎn)生電流的裝置，當(dāng)入射光照在管中金屬板上時，可能形成光電流．表中給出了6次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果．組次入射光子的能量/eV相對光強(qiáng)光電流大小/mA逸出光電子的最大動能/eV第一組1234.04．04．0弱中強(qiáng)2943600.90．90．9第二組4566.06．06．0弱中強(qiáng)2740552.92．92．9由表中數(shù)據(jù)得出的論斷中不正確的是()A．兩組實(shí)驗(yàn)采用了不同頻率的入射光B．兩組實(shí)驗(yàn)所用的金屬板材質(zhì)不同C．若入射光子的能量為5.0eV，逸出光電子的最大動能為1.9eVD．若入射光子的能量為5.0eV，相對光強(qiáng)越強(qiáng)，光電流越大答案B解析由于光子的能量E＝hν，又入射光子的能量不同，故入射光的頻率不同，A項(xiàng)正確；由愛因斯坦光電效應(yīng)方程可得hν＝W0＋Ek，可求出兩組實(shí)驗(yàn)的逸出功均為3.1eV，故兩組實(shí)驗(yàn)所用的金屬板材質(zhì)相同，B項(xiàng)錯誤；由hν＝W0＋Ek，逸出功W0＝3.1eV可知，若入射光子能量為5.0eV，則逸出光電子的最大動能為1.9eV，C項(xiàng)正確；相對光強(qiáng)越強(qiáng)，單位時間內(nèi)射出的光子數(shù)越多，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)越多，形成的光電流越大，故D項(xiàng)正確．11．(2021·江蘇揚(yáng)州高二期末)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，某實(shí)驗(yàn)小組用同種頻率的單色光，先后照射鋅和銀的表面，都能產(chǎn)生光電效應(yīng)．對這兩個過程，下列四個物理量中，可能相同的是()A．飽和光電流 B．遏止電壓C．光電子的最大初動能 D．逸出功答案A解析飽和光電流與光的強(qiáng)度有關(guān)，這個實(shí)驗(yàn)可以通過控制光的強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)飽和光電流相同，A正確；不同的金屬其逸出功