新高考物理一輪復(fù)習(xí)分層提升練習(xí)專題76 光電效應(yīng)、波爾理論（原卷版）

專題76光電效應(yīng)、波爾理論導(dǎo)練目標(biāo)導(dǎo)練內(nèi)容目標(biāo)1光電效應(yīng)目標(biāo)2光電效應(yīng)的四類圖像目標(biāo)3原子波爾理論【知識導(dǎo)學(xué)與典例導(dǎo)練】光電效應(yīng)1.與光電效應(yīng)有關(guān)的五組概念對比(1)光子與光電子：光子指光在空間傳播時(shí)的每一份能量，光子不帶電；光電子是金屬表面受到光照射時(shí)發(fā)射出來的電子，其本質(zhì)是電子。光子是因，光電子是果。(2)光電子的動(dòng)能與光電子的最大初動(dòng)能：只有金屬表面的電子直接向外飛出時(shí)，只需克服原子核的引力做功的情況，才具有最大初動(dòng)能。(3)光電流和飽和光電流：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(gè)飽和值，這個(gè)飽和值是飽和光電流，在一定的光照條件下，飽和光電流與所加電壓大小無關(guān)。(4)入射光強(qiáng)度與光子能量：入射光強(qiáng)度指單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量，而光子能量E＝hν。(5)光的強(qiáng)度與飽和光電流：頻率相同的光照射金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，入射光越強(qiáng)，飽和光電流越大，但不是簡單的正比關(guān)系。2．光電效應(yīng)的研究思路(1)兩條線索：(2)兩條對應(yīng)關(guān)系：入射光強(qiáng)度大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大；光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動(dòng)能大。3.三個(gè)定量關(guān)系式（1）愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek＝hν－W0.（2）最大初動(dòng)能與遏止電壓的關(guān)系：Ek＝eUc.（3）逸出功與截止頻率的關(guān)系：W0＝hνc.4.光電管上加正向與反向電壓情況分析(1)光電管加正向電壓時(shí)的情況①P右移時(shí),參與導(dǎo)電的光電子數(shù)增加;②P移到某一位置時(shí),所有逸出的光電子恰好都參與了導(dǎo)電,光電流恰好達(dá)到最大值;③P再右移時(shí),光電流不再增大。(2)光電管加反向電壓時(shí)的情況①P右移時(shí),參與導(dǎo)電的光電子數(shù)減少;②P移到某一位置時(shí),所有逸出的光電子恰好都不參與導(dǎo)電,光電流恰好為0,此時(shí)光電管兩端加的電壓為遏止電壓;③P再右移時(shí),光電流始終為0?！纠?】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照射光電管陰極K，電流計(jì)G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。該單色光的波長為SKIPIF1<0，金屬的極限波長為SKIPIF1<0，普朗克常量和真空中光速分別用h和c表示，那么下列說法正確的有（）A．光電子的最大初動(dòng)能為SKIPIF1<0B．SKIPIF1<0C．波長超過SKIPIF1<0的光都不能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)D．波長超過SKIPIF1<0的光都能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)【例2】某同學(xué)用如圖所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，開始時(shí)，滑動(dòng)變阻器滑片c移在最右端b點(diǎn)。用光子能量為SKIPIF1<0的光照射到光電管上，此時(shí)電流表G有讀數(shù)。向左移動(dòng)變阻器的觸點(diǎn)c，當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于1.5V時(shí)，電流表讀數(shù)為0，則以下說法正確的是（

）A．光電子最大初動(dòng)能為SKIPIF1<0B．光電管陰極的逸出功為SKIPIF1<0C．當(dāng)電流表示數(shù)為零時(shí)，斷開電鍵，電流表示數(shù)不再為零D．將電源的正負(fù)極調(diào)換，變阻器滑片從b移到a，電流表的示數(shù)一直增大光電效應(yīng)的四類圖像圖像名稱圖線形狀讀取信息最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①截止頻率(極限頻率)：橫軸截距②逸出功：縱軸截距的絕對值W0＝|－E|＝E③普朗克常量：圖線的斜率k＝h遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①截止頻率νc：橫軸截距②遏止電壓Uc：隨入射光頻率的增大而增大③普朗克常量h：等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積，即h＝ke顏色相同、強(qiáng)度不同的光，光電流與電壓的關(guān)系①遏止電壓Uc：橫軸截距②飽和光電流Im：電流的最大值③最大初動(dòng)能：Ekm＝eUc顏色不同時(shí)，光電流與電壓的關(guān)系①遏止電壓Uc1、Uc2②飽和光電流③最大初動(dòng)能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2【例3】某同學(xué)在研究某金屬的光電效應(yīng)現(xiàn)象時(shí)，發(fā)現(xiàn)該金屬逸出光電子的最大初動(dòng)能SKIPIF1<0與入射光頻率SKIPIF1<0的關(guān)系如圖所示。若圖線在橫、縱坐標(biāo)軸上的截距分別為SKIPIF1<0和SKIPIF1<0，已知電子所帶電荷量為SKIPIF1<0，由圖線可以得到（）A．該金屬的逸出功為零B．普朗克常量為SKIPIF1<0，單位為SKIPIF1<0·SKIPIF1<0C．當(dāng)入射光的頻率為SKIPIF1<0時(shí)，逸出光電子的最大初動(dòng)能為SKIPIF1<0D．當(dāng)入射光的頻率為SKIPIF1<0時(shí)，遏止電壓為SKIPIF1<0【例4】從1907年起，密立根就開始測量金屬的遏止電壓SKIPIF1<0與入射光的頻率SKIPIF1<0的關(guān)系，由此算出普朗克常量h，并與普朗克根據(jù)黑體輻射得出的h相比較，以檢驗(yàn)愛因斯坦光電效應(yīng)方程的正確性。按照密立根的方法我們利用圖1所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到了某金屬的SKIPIF1<0圖像如圖2所示。下列說法正確的是（）A．該金屬的截止頻率約為4.32×1014Hz B．該金屬的截止頻率約為5.50×1014HzC．該圖像的斜率為普朗克常量 D．這種金屬的逸出功約為1.83eV【例5】用同一光電管研究a、b兩種單色光產(chǎn)生的光電效應(yīng)，得到光電流I與光電管兩極所加電壓U的關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是（

）A．兩種光在光電管內(nèi)的波長關(guān)系為λa>λbB．照射該光電管時(shí)a光使其逸出的光電子最大初動(dòng)能大C．實(shí)驗(yàn)中a光的強(qiáng)度大于b光D．a(chǎn)光光子能量大于b光光子能量【例6】圖甲是研究光電效應(yīng)的電路圖，圖乙是光電流與電壓的關(guān)系。根據(jù)圖甲和圖乙中提供的信息，下列說法正確的是（）A．a(chǎn)光的光照強(qiáng)度等于c光的光照強(qiáng)度B．a(chǎn)光的光照強(qiáng)度小于b光的光照強(qiáng)度C．a(chǎn)光的頻率小于c光的頻率D．a(chǎn)光的頻率大于b光的頻率波爾理論2．玻爾理論(1)三個(gè)基本假設(shè)①能級假設(shè)：氫原子能級En＝eq\f(E1,n2)(n＝1,2,3，…)，n為量子數(shù)．②躍遷假設(shè)：hν＝Em－En(m>n)．③軌道量子化假設(shè)：氫原子的電子軌道半徑rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，n為量子數(shù)．(2)氫原子能級躍遷①從低能級(n)eq\o(→,\s\up7(躍遷))高能級(m)：動(dòng)能減少，勢能增加，原子能量增加，吸收能量，hν＝Em－En.②從高能級(m)eq\o(→,\s\up7(躍遷))低能級(n)：動(dòng)能增加，勢能減少，原子能量減少，放出能量，hν＝Em－En.(3)三點(diǎn)注意①原子躍遷時(shí)，所吸收或釋放的光子能量只能等于兩能級之間的能量差．②原子電離時(shí)，所吸收的能量可以大于或等于某一能級能量的絕對值，剩余能量為自由電子的動(dòng)能．③一群原子的核外電子向基態(tài)躍遷時(shí)發(fā)射光子的種類：SKIPIF1<0。④一個(gè)原子的核外電子向基態(tài)躍遷時(shí)發(fā)射最多光子的種類：SKIPIF1<0。【例7】在自然界中，一切溫度高于絕對零度的物體都在不停地向周圍空間發(fā)出紅外線輻射能量。物體的紅外線輻射能量的大小及其按波長的分布特點(diǎn)與它的表面溫度有著十分密切的關(guān)系。因此，通過對物體自身輻射的紅外線能量的測量，便能準(zhǔn)確地測定它的表面溫度，這就是紅外測溫儀（只捕捉紅外線光子）所依據(jù)的客觀基礎(chǔ)。如圖為氫原子能級示意圖，已知紅外線單個(gè)光子能量的最大值為1.62eV，要使氫原子輻射出的光子可被紅外測溫儀捕捉，最少應(yīng)給處于基態(tài)的氫原子提供的能量為（）A．10.20eV B．12.09eV C．2.55eV D．12.75eV【例8】1995年科學(xué)家“制成”了反氫原子，它是由一個(gè)反質(zhì)子和一個(gè)圍繞反質(zhì)子運(yùn)動(dòng)的正電子組成的，反質(zhì)子和質(zhì)子有相同的質(zhì)量，帶有等量異號電荷。反氫原子和氫原子有相同的能級分布，氫原子能級如圖所示，則下列說法中正確的是（）A．反氫原子光譜與氫原子光譜不相同B．一個(gè)處于n=4能級的反氫原子向低能級躍遷時(shí)，最多可以輻射出6種不同頻率的光子C．基態(tài)反氫原子能吸收11eV的光子而發(fā)生躍遷D．大量處于n=4能級的反氫原子向低能級躍遷時(shí)，有4種頻率的輻射光子能使逸出功為2.25eV的鉀發(fā)生光電效應(yīng)【多維度分層專練】1．用如圖甲所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象。用頻率為SKIPIF1<0的光照射光電管時(shí)發(fā)生了光電效應(yīng)。圖乙是該光電管發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率SKIPIF1<0的關(guān)系圖像，圖線與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為（a，0），與縱軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為（0，-b），下列說法中正確的是（）A．普朗克常量為SKIPIF1<0，與光照頻率和金屬極限頻率無關(guān)B．僅增加照射光的強(qiáng)度，光電子的最大初動(dòng)能將增大，光電子數(shù)增多C．保持照射光強(qiáng)度不變，僅提高照射光頻率，電流表G的示數(shù)減小D．甲圖中將滑片P向右移動(dòng)，有可能使電流表G的示數(shù)為零2．用陰極為金屬銣的光電管觀測光電效應(yīng)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，圖乙為金屬銣的遏止電壓SKIPIF1<0與入射光頻率v的關(guān)系圖像，圖線與橫坐標(biāo)軸交點(diǎn)坐標(biāo)為SKIPIF1<0。已知普朗克常量SKIPIF1<0，下列說法正確的是（）A．欲測遏止電壓，電源左端應(yīng)為負(fù)極B．增大入射光的強(qiáng)度，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能一定增大C．當(dāng)電源左端為正極，滑動(dòng)變阻器的滑片向右滑動(dòng)時(shí)電流表的示數(shù)一定持續(xù)增大D．如果入射光的頻率SKIPIF1<0，則光電子的最大初動(dòng)能約為SKIPIF1<03．如圖所示，用某種材料作K極進(jìn)行光電效應(yīng)探究，其截止頻率SKIPIF1<0，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)系的圖像可能是（

）A．B．C． D．4．某金屬在不同頻率光的照射下發(fā)生光電效應(yīng)，產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的圖像，如圖所示，換用其他金屬開展相同實(shí)驗(yàn)，下列圖像可能正確的是（）A．B．C．D．5．光電倍增管（PMT）是一種高靈敏度和超快時(shí)間響應(yīng)光探測器，如圖所示，它由光陰極K、倍增級和陽極A等組成，由玻璃封裝，內(nèi)部高真空，其倍增級又由一系列倍增極組成，每個(gè)倍增極工作在前級更高的電壓下。當(dāng)入射光照射光陰極，產(chǎn)生光電子，經(jīng)電場加速聚焦后，帶著更高的能量撞擊第一級倍增管，發(fā)射更多的低能量的電子，這些電子依次被加速向下級倍增極撞擊，導(dǎo)致一系列的幾何級倍增，最后，在高電位的陽極收集到放大了的光電流。下列說法正確的是（）A．只要有光入射，就能在陽極獲得放大的光電流B．入射光的頻率越高，陰極K發(fā)射出的光電子的初動(dòng)能越大C．增大倍增級間的電壓有利于提高其靈敏度D．增大光強(qiáng)不影響其靈敏度6．2021年12月31日晚中國沈陽迎春燈會(huì)在棋盤山關(guān)東影視城盛裝啟幕，為沈城市民開啟橫跨元旦、春節(jié)和元宵節(jié)三節(jié)連過的51天光影狂歡，使沈陽建設(shè)國家中心城市增添更多的文化元素。霓虹燈發(fā)光原理是不同氣體原子從高能級向低能級躍遷時(shí)發(fā)出能量各異的光子而呈現(xiàn)五顏六色，如圖為氫原子的能級示意圖，已知可見光光子能量范圍為SKIPIF1<0，若一群氫原子處于SKIPIF1<0能級，則下列說法正確的是（

）A．這群氫原子自發(fā)躍遷時(shí)能輻射出6種不同頻率的可見光B．氫原子從SKIPIF1<0能級向SKIPIF1<0能級躍遷過程中發(fā)出光為可見光C．輻射出的光中從SKIPIF1<0能級躍遷到SKIPIF1<0能級發(fā)出光的頻率最大D．氫原子從SKIPIF1<0能級向SKIPIF1<0能級躍遷過程中發(fā)出光去照射逸出功為SKIPIF1<0的金屬鈣，不能使金屬鈣發(fā)生光電效應(yīng)7．如圖所示，甲圖為演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置；乙圖為SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、SKIPIF1<0三種光照射下得到的三條電流表與電壓表讀數(shù)之間的關(guān)系曲線；丙圖為氫原子的能級圖。下列說法正確的是（）A．同一介質(zhì)中SKIPIF1<0光的波長大于SKIPIF1<0光的波長B．SKIPIF1<0光的光照強(qiáng)度小于SKIPIF1<0光的光照強(qiáng)度C．若SKIPIF1<0光光子是由處于SKIPIF1<0激發(fā)態(tài)的氫原子向SKIPIF1<0躍遷產(chǎn)生的，則SKIPIF1<0光光子也是由處于SKIPIF1<0激發(fā)態(tài)的氫原子向SKIPIF1<0躍遷產(chǎn)生的D．若SKIPIF1<0光光子能量為SKIPIF1<0，用它直接照射大量處于SKIPIF1<0激發(fā)態(tài)的氫原子，可以產(chǎn)生6種不同頻率的光8．如圖為某同學(xué)設(shè)計(jì)的一個(gè)光電煙霧探測器，光源S發(fā)出一束波長為0.8μm的紅外線，當(dāng)有煙霧進(jìn)入探測器時(shí)，來自S的紅外線會(huì)被煙霧散射進(jìn)入光電管C，當(dāng)紅外線射到光電管中的金屬表面時(shí)