热点49 光电效应 --高考物理50热点冲刺精练（名师解析）

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2024高考物理50热点冲刺训练
热点49 光电效应
1. （2024江苏泰州3月调研）小明用同一光电管在不同实验条件下做光电效应实验，得到了三条光电流与电压之间的关系曲线，如图所示。关于本实验，下列说法中正确的是（　　）
A. 甲光的频率比乙光的频率大
B. 乙光的波长比丙光的波长大
C. 乙光所对应的截止频率与丙光所对应的截止频率一样大
D. 甲光所产生光电子的最大初动能比丙光所产生光电子的最大初动能大
【参考答案】C
【名师解析】根据图像可知，甲、丙光的遏止电压相等，小于乙光的遏止电压，根据动能定理， ，由此可知，甲光所产生光电子的最大初动能与丙光所产生光电子的最大初动能相等，D错误；
根据逸出功与截止频率的关系有：，由于逸出功与截止频率均由金属材料本身决定，实验中小明用的是同一光电管，则乙光所对应的截止频率与丙光所对应的截止频率一样大，C正确；根据爱因斯坦光电效应方程，有，解得：。
由于甲的遏止电压小于乙的遏止电压，由可知甲光的频率比乙光的频率小，A错误；由可知，乙光的频率比丙光的频率大，根据，解得。由可知，乙光的波长比丙光的波长小，B错误。
2. （2024河北五市联考）图像可以直观地反映物理量之间的关系，如图所示，是光电效应实验中a、b两种单色光的光电流与电压的关系图像，下列说法正确的是（　　）
A. 在同一介质中a光的波长大于b光的波长
B. a光单个光子的能量比b光单个光子的能量大
C. 若正向电压不断升高，则光电流不断增大
D. 若增大光强，则反向遏止电压增大
【参考答案】B
【名师解析】
由图可知，a光的截止电压大，根据
可知，a光频率大，a光单个光子的能量比b光单个光子的能量大，由公式可知，a光波长短，故A错误，B正确；
由于有饱和光电流存在，光电流不能不断增大，故C错误；
由AB分析可知，反向遏止电压与光强无关，故D错误。
3．（2024重庆名校2月质检）Cs和Ca两种金属发生光电效应时，其对应的截止电压与入射光频率的关系如图所示，已知Cs的逸出功小于Ca，则（ ）
A．图像中①对应的是Cs，②对应的是Ca
B．两条图像的斜率不同
C．若同频率的光照射两种金属均发生光电效应，Cs产生的光电子的最大初动能较大
D．光电效应说明光具有波动性
【参考答案】AC
【名师解析】由图可知，①的截止频率较低，逸出功W与截止频率的关系为，故①的逸出功hW较小，为Cs；由光电效应方程和电场力做功的关系式可得，得，两直线的斜率均为；由于Cs的逸出功较小，故同频率的光照射时光电子的最大初动能较大：光电效应说明光具有粒子性，故选AC．
4. （2024山东威海期末）下列对光电效应规律的理解正确的是（　　）
A. 遏止电压与入射光频率成正比
B. 极限频率是能发生光电效应的最小频率
C. 饱和电流大小由入射光频率决定，与光照强度无关
D. 所有光电子的初动能都等于光电子的最大初动能
【参考答案】B
【名师解析】
根据光电效应方程
又有
得
可知遏止电压与入射光频率成线性关系，不成正比。故A错误；
极限频率是能发生光电效应的最小频率，故B正确；
光的频率一定时，入射光越强，单位时间内逸出的光电子数越多，饱和光电流越大，故C错误；
光照射到金属表面时，电子吸收光子的能量,就可能向各个方向运动，运动过程中要克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量,剩余部分能量转化为光电子的初动能.所以金属表面的电子，只需克服原子核的引力做功就能从金属表面逸出，那么这些光电子具有最大初动能。而不从金属表面发射的光电子，在逸出的过程中损失的能量会更多，所以此时光电子的动能小于最大初动能 。所以一般情况下光电子的动能小于等于最大初动能。故D错误。
5. （2024河南高考适应性考试）某光源包含不同频率的光，光的强度与频率的关系如图所示。表中给出了一些金属的截止频率，用该光源照射这些金属。则（　　）
金属
铯 4.69
钠 5.53
锌 806
钨 10.95
A. 仅铯能产生光电子 B. 仅铯、钠能产生光电子
C. 仅铯、钠、锌能产生光电子 D. 都能产生光电子
【参考答案】C
【名师解析】根据爱因斯坦光电效应方程，，可知金属的逸出功为 ，
由题给的光的强度与频率的关系图可知光源中光的频率范围为，该频率范围中最大频率小于钨的截止频率，大于铯、钠、锌的截止频率，根据发生光电效应的条件可知，用该光源照射钨，不能发生光电效应，产生光电子，而照射铯、钠、锌，均能发生光电效应产生光电子，所以C正确。
6．(2024安徽”江南十校”3月联考)光电管是应用光电效应原理制成的光电转换器件，在有声电影、自动计数、自动报警等方面有着广泛的应用。现有含光电管的电路如图（a）所示，图（b）是用甲、乙、丙三束光分别照射光电管得到的I-U图线，、表示遏止电压。下列说法中正确的是（ ）
A．甲、乙、丙三束光的光子动量
B．甲光照射时比丙光照射时产生的光电子的最大初动能小
C．分别用甲光、丙光照射同一双缝干涉实验装置，甲光照射比丙光照射形成的干涉条纹间距窄
D．甲、乙是相同颜色的光，甲光束比乙光束的光强度弱
【参考答案】B
【名师解析】根据光电效应方程
再根据动能定理
联立可得
利用图像遏止电压的值可知
而光子动量
因此光子动量之间的关系为，A错误；
B．光电效应中
利用图像遏止电压的值可知
所以B正确；
C．光的双缝干涉实验中，相邻干涉条纹的宽度为
由
又
得
所以分别用甲光、丙光照射同一双缝干涉实验装置，甲光形成的干涉条纹间距比丙光的宽，所以C错误；
由题图可知，甲光和乙光频率相同，但是甲光比乙光的饱和电流大，即甲光的光强大于乙光，所以D错误。
7．（2024河北强基联盟联考）某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能E 与入射光频率ν的关系图像如图所示。由图像可知（ ）
A．该金属的逸出功等于E
B．由该图像可得出普朗克常量
C．入射光的频率为时，产生的光电子的最大初动能为2E
D．入射光的频率为时，由该金属做成的光电管的遏止电压为
【参考答案】A
【名师解析】：根据爱因斯坦的光电效应方程，光电子的最大初动能，图像的纵轴截距即为逸出功，故A正确；图像的斜率即为普朗克常量，，故B错误；由图像可知，入射光的频率为时，产生的光子的最大初动能为E，故C错误；根据动能定理，遏止电压，故D错误。
8．（2024广东百日冲刺联合检测）如图所示是氢原子的能级图，一群氢原子处于量子数的激发态，这些氢原子能够自发地跃迁到较低的能量状态，并向外辐射多种频率的光，用辐射出的光照射图乙光电管的阴极K，已知阴极K的逸出功为，则（　　）
A．波长最短的光是原子从激发态跃迁产生的
B．波长最长的光是原子从激发态跃迁到基态时产生的
C．阴极逸出光电子的最大初动能为
D．阴极K逸出光电子的最大初动能与阴极K的逸出功相等
【参考答案】C
【名师解析】．由可知，波长越长，频率越小，光子的能量越小，波长最长的光是原子从激发态跃迁到时产生的，波长最短的光是从激发态跃迁到产生的，AB错误；
氢原子从到基态跃迁，释放的光子能量最大
阴极K逸出光电子的最大初动能为
C正确，D错误。
9. （2024海南海口市质检）光电效应实验电路如图甲所示。用a、b两种单色光分别照射光电管的阴极K，实验中得到的光电流I与光电管两端电压U的关系如图乙所示。则（　　）
A. 研究图乙中的规律时甲图开关需打在2上
B. 开关打在2上触头P左移时，微安表示数增大
C. a光照射产生光电子的最大初动能比b的小
D. 电压为图乙中时，a光照射时单位时间到达A极的光电子个数比b的少
【参考答案】C
【名师解析】
研究图乙中的规律时，光电管加反向电压，此时图甲开关需要打在1上，故A项错误；
开关打在2上时加在光电管上的电压为正向电压，当滑片P向左移时，光电管两端的电压减小，所以微安表示数减小，故B项错误；
由图像可知，a光的截止电压较小，根据
可知，a光照射产生光电子的最大初动能比b的小，a光的频率比b光的小，故C项正确；
由题图可知，电压为时，a光的电流多，即a光照射时单位时间到达A极的光电子个数多，故D项错误。
10. （2024黑龙江牡丹江市第二共同体期末联考）在如图所示的光电管的实验中（电源正负极可以对调），用同一光电管得到了三条可见光的光电流与电压之间的关系曲线（图二中的甲光、乙光、丙光）。下列说法中正确的有（　　）
A. 同一光电管对不同颜色的单色光有各自不同的截止频率
B. 图二中如果乙光是黄光，则丙光可能是红光
C. 由图二可判断，丙光激发的光电子的最大初动能最大
D. 在图一中电流表G的电流方向可以是b流向a
【参考答案】C
【名师解析】
光电管的截止频率由光电管本身决定，与入射光的颜色无关，故A错误；
三种光中，当丙光照射光电管，遏止电压最大，即光电子的最大初动能较大，根据光电效应方程
知丙光的频率最大，如果乙光是黄光，则丙光不可能是红光，丙光激发的光电子的最大初动能最大，故B错误，C正确；
光电子从光电管的右端逸出，流过电流表G的电流方向为a到b，故D错误。
11. （2024陕西渭南一模） 2022年10月，我国自主研发的“夸父一号”太阳探测卫星成功发射。“夸父一号”太阳探测卫星可以观测太阳辐射的硬X射线。硬X射线是波长很短的光子，设波长为λ。若太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，卫星探测仪镜头正对着太阳，每秒接收到N个该种光子。已知探测仪镜头面积为S，卫星离太阳中心的距离为R，普朗克常量为h，光速为c，则太阳辐射硬X射线的总功率P为（　　）
A. B. C. D.
【参考答案】C
【名师解析】
每个光子的能量为
太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，根据题意设t秒发射总光子数为n，则
可得
所以t秒辐射光子的总能量
太阳辐射硬X射线的总功率
故选C。
12. （2024江苏南京27中期末）如下左图是用于研究光电效应的实验装置，右图是氢原子的能级结构。实验发现跃迁到时发出的某种光照射左图实验装置的阴极时，发现电流表示数不为零，慢慢移动滑动变阻器触点c，发现电压表读数大于等于时，电流表读数为零，下列说法正确的是（ ）
A. 跃迁到的光电子动能为
B. 滑动变阻器触点c向a侧慢慢移动时，电流表读数会增大
C. 其他条件不变，一群氢原子处于能级跃迁发出的光，总共有3种光可以发生光电效应
D. 用不同频率的光子照射该实验装置，记录电流表恰好读数为零的电压表读数，根据频率和电压关系可以精确测量普朗克常数
【参考答案】D
【名师解析】
跃迁到的光子能量为，当电压大于等于时，溢出来最大动能的光电子被截止，说明光电子最大初动能为。根据光电效应方程
可知该材料的逸出功
故A错误；
滑动变阻器触点c慢慢向a端移动，增加反向截止电压，电流表读数会减小，甚至有可能出现电流读数为零，故B错误；
从向下跃迁，一共可以发射出种光，其中跃迁到的光子能量小于逸出功，所以总共5种光可以发生光电效应，故C错误；
根据光电效应方程
可知只要记录光子频率、截止电压就能精确测量普朗克常数，故D正确。
13. （2024江苏扬州宝应县期末）用一种单色光照射某金属，产生光电子的最大初动能为Ek，单位时间内发射光电子数量为n，若减少该入射光的强度，则（ ）
A. Ek减少，n减少 B. Ek减少，n不变
C. Ek不变，n不变 D. Ek不变，n减少
【参考答案】D
【名师解析】根据光电效应方程Ek = hv W0，可知，初动能与光的频率有关，与光照强度无关。光电子的最大初动能与入射光的强度无关，其随入射光频率的增大而增大，大于极限频率的光照射金属时，光电流强度（反映单位时间内发射出的光电子数的多少）与入射光强度成正比。故选D。
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