专题6.2 光电效应（基础篇）-2021年高考物理100考点模拟题千题精练（选修3-2和原子物理）（解析版）

！ 2021 年高考物理 100 考点最新模拟题千题精练（选修 3-5） 第六部分 原子物理 专题 6.2 光电效应（基础篇） 一．填空题 1. （2020 江苏南通泰州一模）某同学设计了一个烟雾探测器，如图所示，S 为光源，当有烟雾进入探 测器时，S 发出的光被烟雾散射进入光电管 C.光射到光电管中的钠表面产生光电子，当光电流大于或等于 I 时，探测器触发报警系统报警．真空中光速为 c，钠的极限频率为 ν0.要使该探测器正常工作，光源 S 发出 的光波长应小于________．若入射光子中能激发出光电子的光子数占比为 η，电子的电荷量为 e，报警时， t 时间内射向光电管钠表面的光子数至少是________个． 【参考答案】c/ν0 It/eη。 【名师解析】 根据 c=λ/T=λν，那么光源 S 发出的光波最大波长：λmax=c/ν0， 即要使该探测器正常工作，光源 S 发出的光波波长小于 c/ν0； 光电流等于 I 时，t 秒产生的光电子的个数：n=It/e， t 秒射向光电管钠表面的光子最少数目：N=n/η= It/eη。 【关键点拨】根据极限频率与极限波长关系，即可求解最长波长，以及电流的定义式分析即可求解光子数。 该题属于物理知识在日常生活中的应用，解决本题的关键掌握光频率与波长关系，知道光电子的数目与入 射光的强度有关。 2. (4 分) （2020 江苏高考仿真模拟 3）利用图甲所示电路研究光电效应中金属的遏止电压 Uc 与入射光频率 ν 的关系。图中 A、K 两极间的电压大小可调，直流电源的正负极也可以对调。某金属在光的照射下产 生光电效应，其遏止电压 Uc 与入射光频率 v 的关系图象如图所示，图乙中 U、ν0 均已知，电子电荷量用 e 表示。则由图象该 可求得金 属 的 逸 出 功 W0= ， 普朗克常量 h＝______(用题中字母表示)。！ 【参考答案】(2) ， （每空 2 分） 【名师解析】根据 光 电 效 应 方 程 和 ，得 。当入 射 光 的 频 率 ν=0 时 ，遏 止 电 压 ，可 得 。知 图 线 的 斜 率 等 于 ，从 图 象 上 可 以 得 出 斜 率 的 大 小 ， 已 知 电 子 电 量 ， 可 以 求 出 普 朗 克 常 量 。 二．选择题 1．（2020年4月浙江台州质量评估）图甲为光电效应实验电路图，移动滑动变阻器滑片位置或对调电源 正负极，得到电流 表的示数 I 随电压表的示数 U 变化的规律如图乙所示。则下列说法中正确的是 A．由能量守恒定律可知，光电子的最大初动能等于入射光子的能量 B．由欧姆 定律可知，电压表的示数为零时，电流表的示数也为零 C. 保持光的颜色不变，只增加光照强度时，I-U 图像的纵截距 I0 会增大 D. 只改变光的颜色，发现 I-U 图像的横截距绝对值 Uc 增大，这种光在同一双缝干涉装置中的干涉条 纹间距比原来的光要小 【参考答案】CD 【命题意图】 本题以光电效应实验为情景，考查对爱因斯坦光电效应方程的理解、动能定理、双缝干涉 图甲 图乙 eU 0v eU 0WhvEkm −= ckm eUE = e W e hvUc 0−= UUc −= eUW =0 e hk = 0v eUh = 甲 第 14 题图 乙！ 及其相关知识点，考查的核心素养是科学思维能力。 【解题思路】由于从金属表面逸出光电子需要克服原子核的束缚，所以由能量守恒定律可知，光电子的 最大初动能等于入射光子的能量减去逸出功，选项A错误；在光电效应实验电路图中，电压表的示数为零 时，只是光电管AK两极之间所加的电压为零，而光电效应产生的光电子形成的电流不为零，电流表的示 数也不为零，选项B错误；保持光的颜色不变，只增加光照强度时，产生的光电子数目增多，光电流增大， I-U 图像的纵截距 I0 会增大，选项C正确；只改变光的颜色，发现 I-U 图像的横截距绝对值 Uc 增大，说 明截止电压增大，由动能定理可知，产生的光电子最大初动能增大，根据爱因斯坦光电效应方程可知，照射光 的频率增大，波长减小，根据双缝干涉实验条纹间隔公式可知，这种光在同一双缝干涉装置中的干涉条纹间距 比原来的光要小，选项D正确。 【知识拓展】爱因斯坦光电效应方程实质就是能量守恒定律，光电效应产生的光电子的最大初动能等于入射光子 的能量减去逸出功。 2.（2020 年 3 月贵阳调研）如图所示，为一光电管电路，滑动变阻器触头位于 ab 上某点，用黄光照射光电 管阴极，电表无偏转，要使电表指针偏转，可采取的可行措施有（ ） A．增大黄光的强度 B．换用蓝光照射 C．将 P 向 a 滑动 D．将电源正、负极对调 【参考答案】B 【名师解析】 由题意可知，电表没有偏转，是由于没有发生光电效应，发生光电效应的条件：γ＞γ0，增加黄光的强度不 能使电流计 G 的指针发生偏转，故 A 错误；换用频率高的蓝光照射，可能发生光电效应，导致电流表指针 会发生偏转，故 B 正确；当没有发生光电效应时，P 向 a 滑动，减小电压，更不会形成电流，故 C 错误； 电源正负极对调，若能发生光电效应，则出来的电子反而做减速运动，更不可能形成光电流。故 D 错误。 3．（2020 河南南阳期末）用光电管进行光电效应实验中，分别用频率不同的单色光照射到同种金属上。 下列说法正确的是（　　） A. 频率较小的入射光，需要经过足够长的时间照射才能发生光电效应！ B. 入射光的频率越大，极限频率就越大 C. 入射光的频率越大，遏止电压就越大 D. 入射光的强度越大，光电子的最大初动能就越大 【参考答案】C 【名师解析】若入射光的频率小于金属的极限频率，时间再长也可能发生光电效应，则 A 错误；同种金属 的极限频率为一定值，则 B 错误；由 eU=hγ-W0 可知射光的频率越大，遏止电压就越大，则 C 正确；最大初 动能 EK=hγ-W0，与光强无关，则 D 错误。 【关键点拨】。 发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，根据光电效应方程知，光子频率越大，光电子 的最大初动能越大，光强度会影响单位时间内逸出的光电子数目。 解决本题的关键知道光电效应的条件，以及影响光电子最大初动能的因素，知道入射光的强度影响的是单 位时间内逸出的光电子数目。入射光越强饱和光电流越大。 4.（2020 安徽阜阳期末）用频率为 v0 的单色光照射某金属表面时，产生的光电子的最大初动能为 Ekm，已知 普朗克常量为 h，光速为 c，要使此金属发生光电效应，所用入射光的波长应不大于（　　） A. B. C. D. - 【参考答案】A 【名师解析】解：用频率为 v 的光照射某种金属时会发生光电效应，且光电子最大初动能为 E， 根据光电效应方程：Ekm=hv-W，而 W=hv0， 则该金属发生光电效应的极限频率为：v0=v- ， 那么所用入射光的极限波长为：λ0= ， 因此所用入射光的波长应不大于 ，故 A 正确，BCD 错误； 【关键点拨】。 根据光电效应方程 Ekm=hv-W，而 W=hv0，从而即可求出极限频率，进而求出极限波长。 该题考查光电效应方程的内容，及理解极限频率与逸出功的关系，并掌握极限波长与极限频率的关系。 5. （2020 河南洛阳一模）用某金属研究光电效应规律时得到的光电流随电压变化的图象如图所示，用单色 光 1 和单色光 2 分别照射该金属时，逸出的光电子的最大初动能分别为 Ek1 和 Ek2 普朗克常量为 h 则，下列 说法正确的是（　　）！ A. Ek1＞Ek2 B. 单色光 1 和单色光 2 的频率之差为 C. 增大单色光 1 的强度，其遏止电压会增大 D. 单色光 1 的频率比单色光 2 的频率高 【参考答案】B 【名师解析】根据图象知单色光 1 的遏止电压绝对值小于单色光 2 的遏止电压，再根据最大初动能和遏止 电压的关系 eU=Ekm，可知 Ek1＜Ek2，故 A 错误。根据光电效应方程：Ek=hν-W，有 Ek1-Ek2=hν1-hν2，所以单 色光 1 和单色光 2 的频率之差为 ν1-ν2= ，故 B 正确。遏止电压和最大初动能成正比，和关的强度无关， 故 C 错误。根据光电效应方程：Ek=hν-W，且 Ek1＜Ek2，可知单色光 1 的频率比单色光 2 的频率低，故 D 错 误。 【关键点拨】。 由图象可以判断出单色光 1 的遏止电压绝对值小于单色光 2 的遏止电压，根据最大初动能和遏止电压的关 系式以及根据光电效应方程可以解题。本题考查了爱因斯坦光电效应方程。理解最大初动能和遏止电压的 关系式以及根据光电效应方程是解决本题的关键点。 6．（2020 江苏扬州一模）在光电效应实验中，某实验小组用同种频率的单色光，先后照射锌和银的表面， 都能产生光电效应。对这两个过程，下列四个物理量中，可能相同的是（　　） A. 饱和光电流！ B. 遏止电压 C. 光电子的最大初动能 D. 逸出功 【参考答案】A 【名师解析】 饱和光电流和光的强度有关，这个实验可以通过控制光的强度来实现饱和光电流相同，故 A 正确。、不同 的金属其逸出功是不同的，根据光电效应方程：Ek=hν-W，用同种频率的单色光，光子能量 hν 相同，光电 子的最大初动能 Ek 不同，故 CD 错误。B、根据遏止电压和最大初动能关系：eU= Ek，可知光电子的最大初 动能不同，遏止电压也不同，故 B 错误。 【关键点拨】。 饱和光电流和光的强度有关，这个实验可以通过控制光的强度来实现饱和光电流相同；根据光电效应方程 和遏止电压和最大初动能关系式可以解题。正确理解该实验的原理和光电效应方程中各个物理量的含义是 解答本题的关键。 7.用如图所示的装置研究光电效应现象。闭合开关 S，用频率为 ν 的光照射光电管时发生了光电效应。 下图是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能 Ek 与入射光频率 ν 的关系图象，图线与横轴的交点坐 标为(a,0)，与纵轴的交点坐标为(0，－b)，下列说法中正确的是 A．普朗克常量为 h＝a b B．断开开关 S 后，电流表 G 的示数不为零 C．仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大 D．保持照射光频率不变，仅提高照射光强度，电流表 G 的示数保持不变 【参考答案】B 【名师解析】 根据 Ekm＝hν－W0 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 ν0＝a，那么普朗克常量为 h＝b a，故 A 错误；开关 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 B 正确。根据光电效应方程！ 可知，最大初动能与入射光的频率有关，与光的强度无关，故 C 错误。若保持照射光频率不变，仅提高照 射光强度，则光子数目增大，那么电流表 G 的示数会增大，故 D 错误。故选 B。 8.用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流强度与照射光的强弱、频率等物理量的关系。图中 A、K 两极间的电压大小可调，电源的正负极也可以对调，分别用 a、b、c 三束单色光照射，调节 A、K 间的电压 U，得到光电流 I 与电压 U 的关系如图乙所示，由图可知 A．单色光 a 和 c 的频率相同，且 a 光更弱些，b 光频率最大 B．单色光 a 和 c 的频率相同，且 a 光更强些，b 光频率最大 C．单色光 a 和 c 的频率相同，且 a 光更弱些，b 光频率最小 D．单色光 a 和 c 的频率不同，且 a 光更强些，b 光频率最小 【参考答案】B 【名师解析】 　a、c 两光照射后遏止电压相同，根据 Ekm＝eUc，可知产生的光电子最大初动能相等，可知 a、c 两光 的频率相等，光子能量相等。由于 a 光的饱和电流较大，则 a 光的强度较大。单色光 b 照射后遏止电压较 大，根据 Ekm＝eUc，可知 b 光照射后产生的光电子最大初动能较大。根据光电效应方程 Ekm＝hν－W0 得，b 光的频率大于 a 光的频率，故 ACD 错误，B 正确；故选 B。 9. (2019·保定模拟)如图所示，在验电器上安装一个铜网，使其带电，验电器金属箔张开一定角度。用 紫外线照射铜网，验电器金属箔的张角保持不变，再将一块锌板放置在该铜网后面一定距离处，用同一紫 外线照射锌板时，发现金属箔张开角度减小。下列相关说法中立确的是(　　) A．增加紫外线的强度照射铜网，金属箔张角将变大 B．紫外线的频率大于金属锌的截止频率 C．铜网带负电！ D．改用紫光照射锌板，验电器的金属箔张角也一定减小 【参考答案】B 【名师解析】　根据用紫外线照射铜网，验电器金属箔的张角保持不变；再将一块锌板放置在该铜网 后面一定距离处，用同一紫外线照射锌板时，发现金属箔张开角度减小，说明逸出的光电子跑到铜网上， 导致其电量减小，当增加紫外线的强度照射铜网，金属箔张角将变更小，由此可知，铜网带正电，故 A，C 项错误；只有紫外线的频率大于金属锌的截止频率，才会发生光电效应，故 B 项正确；根据光电效应产生 条件，当改用紫光照射，则紫光频率小于紫外线，因此可能不发生光电效应现象，则验电器金属箔不一定 张开，故 D 项错误。 10. （2019 云南二模）某金属发生光电效应，光电子的最大初动能 Ek 与入射光频率 ν 之间的关系如图所示。 已知 h 为普朗克常量，e 为电子电荷量的绝对值，结合图象所给信息，下列说法正确的是 A．入射光的频率小于 ν0 也可能发生光电效应现象 B．该金属的逸出功随入射光频率的增大而增大 C．若用频率是 2ν0 的光照射该金属，则遏止电压为 D．遏止电压与入射光的频率无关 【参考答案】. C 【命题意图】本题考查光电效应及其相关知识点。 【解题思路】图像中横轴的截距 v0 为发生光电效应的极限频率，根据光电效应产生条件，入射光的频率大 于极限频率 v0 才能发生光电效应现象，选项 A 错误；金属的逸出功是一常数，不随入射光的频率增大而变 化，选项 B 错误；若用频率为 2v0 的光照射该金属，由爱因斯坦光电效应方程，Ek=2hv0-W，W= hv0，Ek =eU，联立解得 U= hv0/e，选项 C 正确；由 Ek=2hv0-W，W= hv0，Ek =eU，可知入射光频率越大，遏止电压 越大，即遏止电压与入射光的频率有关，选项 D 错误。 【方法归纳】发生光电效应的光电子的最大初动能 Ek 与入射光频率 v 之间的关系图像，其斜率表示普朗克 e h 0ν！ 常数，在横轴的截距表示金属发生光电效应的极限频率，图线延长线与纵轴的交点坐标的绝对值等于该金 属的逸出功。 11．现有 a、b、c 三束单色光，其波长关系为 λa∶λb∶λc＝1∶2∶3。当用 a 光束照射某种金属板时能发生 光电效应，逸出的光电子最大初动能为 Ek；若改用 b 光束照射该金属板时也能发生光电效应，逸出的光电 子最大初动能为 1 3Ek，当改用 c 光束照射该金属板时(　　) A．能发生光电效应，逸出的光电子最大初动能为 1 6Ek B．能发生光电效应，逸出的光电子最大初动能为 1 9Ek C．能发生光电效应，逸出的光电子最大初动能为 1 12Ek D．由于 c 光束光子能量较小，不会发生光电效应 【参考答案】B 【名师解析】　对 a、b、c 三束光，由光电效应方程有hc λa－W0＝Ek， hc 2λa－W0＝1 3Ek，由以上两式可得hc λa ＝4 3Ek，逸出功 W0＝1 3Ek。c 光光子的能量 E＝hc λc ＝4 9Ek>W0，故用 c 光束照射该金属板时能发生光电效应， 且 c 光束照射该金属板时，逸出的光电子的最大初动能 Ek′＝ hc 3λa－W0＝4 9Ek－1 3Ek＝1 9Ek，选项 B 正确。 12．（6 分）（2019 广西桂林、崇左二模）如图所示，电路中所有原件完好，当光照射到光电管上时，灵敏 电流计中没有电流通过，可能的原因是（　　） A．入射光强较弱 B．入射光频率太高 C．电源正负极接反 D．光照射时间太短 【参考答案】C 【命题意图】本题考查光电效应及其相关知识点。 【解题思路】光电管能否产生光电效应只与入射光的频率有关，与入射光的强度没有关系，选项 A 错误；！ 若入射光频率太高，则一定大于金属的极限频率，故一定可以发生光电效应，电流计中有电流通过，选 项 B 错误；电源正负极接反时，光电管加上反向电压，虽然发生光电效应产生光电子，但是在反向电压 作用下，光电子做减速运动，可能不能到达阳极，电路中不能形成电流，选项 C 正确；光电管能否产生 光电效应与光照时间没有关系，选项 D 错误。 13.(2019·广西桂林、百色和崇左市第三次联考)金属在光的照射下产生光电效应，其遏止电压 Uc 与入射光频 率 ν 的关系图象如图所示.则由图象可知(　　) A.入射光频率越大，该金属的逸出功越大 B.入射光的频率越大，则遏止电压越大(ν>ν0) C.由图可求出普朗克常量 h＝U ν0 D.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 【参考答案】　B 【名师解析】　当遏止电压为零时，最大初动能为零，则入射光的能量等于逸出功，所以 W0＝hν0，逸出功 与入射光频率无关，是由金属材料决定的，故 A 错误；根据光电效应方程 Ekm＝hν－W0 和 eUc＝Ekm 得：Uc ＝hν e －W0 e ，当入射光的频率大于等于极限频率时，入射光的频率越大，则遏止电压越大，故 B 正确；由 Uc ＝hν e －W0 e ，知图线的斜率等于h e，由题图可以得出斜率的大小，则普朗克常量为 h＝eU ν0 ，故 C 错误；根据光 电效应方程 Ekm＝hν－W0，得光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系，不是成正比，故 D 错误. 14.(2019·四川二模)(多选)利用如图所示的电路研究光电效应，其中电极 K 由金属钾制成，已 知钾的逸出功为 2.25 eV。用某一频率的光照射电极 K 时，逸出的光电子的最大初动能为 1.50 eV，电流表 的示数为 I。已知普朗克常量 h＝6.6×10－34 J·s，下列说法正确的是(　　) A．金属钾的截止频率约为 5.5×1014 Hz B．若入射光频率加倍，光电子的最大初动能变为 3.00 eV！ C．若入射光的强度不变、频率加倍，电流表的示数变为 2I D．若入射光频率加倍，遏止电压的大小将变为 5.25 V 【参考答案】　AD 【名师解析】　由 W0＝hνc，解得金属钾的截止频率约为 νc＝5.5×1014 Hz，选项 A 正确；若入射光的频 率加倍，W0 不变，由爱因斯坦光电效应方程 Ek＝hν－W0，可知光电子的最大初动能并不加倍，选项 B 错误； 若入射光的频率加倍、强度不变，则单位时间内入射光的光子数减半，即电极 K 表面逸出的光电子数量减 半，电流表的示数变为I 2，选项 C 错误；由 Ek＝hν－W0 知入射光的能量为 hν＝3.75 eV，若入射光的频率加 倍，则 Ek′＝2hν－W0＝5.25 eV，而 eUc＝Ek′，所以遏止电压 Uc＝5.25 V，选项 D 正确。 15．(2019·南宁模拟)某同学采用如图甲所示的装置研究光电效应现象，分别用 a、b、c 三束单色光照 射图甲中的光电管的阴极，得到光电管两端的电压与相应的光电流的关系如图乙所示，其中 a、c 两束光照 射时对应的遏止电压相同，均为 Ua，则下列论述正确的是(　　) A．a、c 两束光的光强相同 B．a、c 两束光的频率相同 C．b 光束光子的能量最小 D．b 光束的波长最长，遏止电压最大 【参考答案】　B 【名师解析】　由图可知，a 的饱和电流最大，因此 a 光束照射时单位时间内产生的光电子数量大，光 强大，故 A 项错误；当光电流为零时，光电管两端加的电压为遏止电压，对应的光的频率为截止频率，根 据 eU＝hν－W，入射光的频率越高，对应的遏止电压 U 越大。a 光、c 光的遏止电压相等，所以 a 光、c 光 的频率相等，而 b 光的频率大，能量大，且对应的波长最小，故 B 项正确，C，D 项错误。 16．(多选)如图所示，N 为铝板，M 为金属网，它们分别和电池两极相连，各电池的极性和电动势在图 中标出，铝的逸出功为 4.2 eV。现分别用能量不同的光子照射铝板(各光子的能量在图上标出)，那么，下列 图中有光电子到达金属网的是(　　)！ 【参考答案】　BC 【名师解析】　 入射光的光子能量小于逸出功，则不能发生光电效应，故 A 错误。入射光的光子能量大于逸出功，能发生 光电效应；电场对光电子加速，故有光电子到达金属网，故 B 正确。入射光的光子能量大于逸出功，能发 生光电效应，根据光电效应方程 Ekm＝hν－W0＝3.8 eV，因为所加的电压为反向电压，反向电压为 2 V，光 电子能到达金属网，故 C 正确。入射光的光子能量大于逸出功，能发生光电效应，根据光电效应方程 Ekm＝ hν－W0＝3.8 eV，所加的反向电压为 4 V，根据动能定理知，光电子不能到达金属网，故 D 错误。