高考物理一轮复习：光电效应
一、选择题
1．（2024高三下·河北模拟） 经研究证明，光子和电子相互作用发生光电效应还是康普顿效应，取决于电子的“自由”度。当光子能量和逸出功在同一数量级时，电子吸收光子，发生光电效应；当光子能量较大时，电子的逸出功几乎可以忽略，可看做是“自由”的，则发生康普顿效应，下列说法正确的是（ ）
A．光电效应方程是从能量守恒的角度解释了光的粒子性
B．康普顿效应说明光具有波动性
C．光电效应说明了能量守恒，康普顿效应则解释了动量守恒，二者是矛盾的
D．金属只要被光照射的时间足够长，一定会发生光电效应
【答案】A
【知识点】光电效应；康普顿效应
【解析】【解答】A、光电效应方程是爱因斯坦根据光量子假说和能量守恒定律得到的，故A正确；
B、康普顿效应是光子与电子的碰撞，体现了光的粒子性，但并未说明电子的波动性，故B错误；
C、根据题中说法，光电效应是在电子自由度较小的情况下，表现出的吸收特性，动量并不是不守恒，而是表现不出来，而康普顿效应是基于能量较大的光子与电子的碰撞，既体现动量守恒又体现能量守恒，二者并不矛盾，故C错误；
D、电子对光子的吸收并不能累积，一次只能吸收一个光子，若吸收的光子能量小于金属逸出功，即不能发生光电效应，故D错误。
故答案为：A。
【分析】熟练掌握各物理学史及其对物理研究的物理意义及价值。熟练掌握光电效应现象产生的条件。康普顿效应是光子与电子的碰撞，体现了光的粒子性。
2．（2024·新课标）三位科学家由于在发现和合成量子点方面的突出贡献，荣获了2023年诺贝尔化学奖。不同尺寸的量子点会发出不同颜色的光。现有两种量子点分别发出蓝光和红光，下列说法正确的是（ ）
A．蓝光光子的能量大于红光光子的能量
B．蓝光光子的动量小于红光光子的动量
C．在玻璃中传播时，蓝光的速度大于红光的速度
D．蓝光在玻璃中传播时的频率小于它在空气中传播时的频率
【答案】A
【知识点】光的折射及折射定律；光的波粒二象性
【解析】【解答】A. 由光子能量，蓝光的频率大于红光的频率，故蓝光光子的能量大于红光光子的能量，A符合题意；
B. 由，蓝光的波长小于红光的波长，则蓝光的动量大于红光的动量，B不符合题意；
C. 在玻璃中传播时，蓝光的频率大，折射率大，由可知，蓝光的速度更小，C不符合题意；
D. 蓝光在不同介质中传播频率不变，D不符合题意。
故答案为：A
【分析】根据光的频率与波长的光线，结合相关物理量的表达式可得出结论。
3．（2024高三下·赣州月考） 我国已全面进入5G时代，5G信号使用的电磁波频率是4G信号的几十倍，下列说法正确的是（ ）
A．4G信号电磁波比5G信号电磁波的粒子性更明显
B．5G信号电磁波的波长比4G信号电磁波的波长短
C．5G信号电磁波的光子能量比4G信号电磁波的光子能量小
D．在相同介质中5G信号比4G信号的传播速度大
【答案】B
【知识点】光的波粒二象性；能量子与量子化现象
【解析】【解答】AB.根据
可知，5G信号电磁波的波长比4G信号电磁波的波长短，所以5G信号电磁波比4G信号电磁波的粒子性更明显，B符合题意，A不符合题意；
C.根据光子能量公式
可知，5G信号电磁波的光子能量比4G信号电磁波的光子能量大，C不符合题意；
D.5G信号的频率比4G信号的频率大，所以同种介质中5G信号的折射率大，根据折射率公式
可知，在相同介质中5G信号比4G信号的传播速度小，D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】波长越短，粒子性越明显；波长越长，波动性越明显；根据光子能量公式，判断5G信号和4G信号电磁波的光子能量关系；根据折射率公式，分析两种信号在同一介质中传播速度的大小关系。
4．（2021高二下·金台期末）某激光器能发射波长为λ的激光，发射功率为p ，c表示光速，h为普朗克常量，则激光器每秒发射的能量子数为（ ）
A． B． C． D．
【答案】A
【知识点】光的波粒二象性
【解析】【解答】每个光子的能量为
设每秒激光器发出的光子数是n，则
联立可得
故答案为：A。
【分析】已知每个光子的能量；利用总的光子能量结合发光的功率可以求出光子的能量子数。
5．（2024·海南） 利用如图所示的装置研究光电效应，闭合单刀双掷开关，用频率为的光照射光电管，调节滑动变阻器，使电流表的示数刚好为0，此时电压表的示数为，已知电子电荷量为e，普朗克常量为h，下列说法正确的是（ ）
A．其他条件不变，增大光强，电压表示数增大
B．改用比更大频率的光照射，调整电流表的示数为零，此时电压表示数仍为U
C．其他条件不变，使开关接，电流表示数仍为零
D．光电管阴极材料的截止频率
【答案】D
【知识点】光电效应；光子及其动量
【解析】【解答】A.当开关S接1时，由爱因斯坦光电效应方程可得，因此只增大光强，电压表的示数不会发生变化，故A错误；
B.改用比 更大频率的光照射，调整电流表的示数为零，而金属的逸出功不变，所以由可知，遏止电压会变大，因此电压表示数大于U1，故B错误；
C.其他条件不变时，使开关S接2，此时，所以可发生光电效应，且加的正向电压，因此电流表示数不为零，故C错误；
D.由爱因斯坦光电效应方程得：，其中，联立两式，解得光电管阴极材料的截止频率为 ，故D正确。
故选：D。
【分析】根据爱因斯坦的光电效应方程可得，分析光强对电压表的影响以及光的频率对遏止电压的影响；根据光电效应加的正反向电压的差别分析电流表示数；由爱因斯坦光电效应方程得，结合截止频率公式，联立二式可求得截止频率。
6．（2024高二下·抚州期末）中国北斗导航系统能实现车道级导航，氢原子钟现已运用于中国的北斗导航系统中，高性能的原子钟对导航精度的提高极为重要。如图为氢原子的能级示意图，现有一群氢原子处于的能级上，下列说法正确的是（ ）
A．该氢原子向低能级跃迁最多可发出8种频率的光子
B．从能级跃迁到能级发出的光子能使逸出功为1的金属发生光电效应现象
C．该氢原子可以吸收能量为0.32的光子跃迁到的能级
D．使该氢原子电离至少需要吸收0.85的能量
【答案】D
【知识点】玻尔理论与氢原子的能级跃迁；光电效应
【解析】【解答】A．一群氢原子处于的能级上，根据排列组合那么该氢原子向低能级跃迁最多可发出不同频率的光，A错误。
B．从能级跃迁到能级根据能级的能量大小可以得出：发出的光子的能量为
所以从能级跃迁到能级发出的光子能量小于逸出功的大小，不能使金属发生光电效应现象，B错误；
C．该氢原子从n=4跃迁到的能级上，需要吸收光子的能量为
所以该氢原子不可以吸收能量为0.32的光子跃迁到的能级，C错误；
D．根据电离时的能量为，则该氢原子至少需要吸收0.85eV的能量才可以脱离原子核束缚，所以使该氢原子电离至少需要吸收0.85的能量，D正确。
故选D。
【分析】利用能级对应的能量可以求出粒子跃迁时吸收或放出的光子能量，利用释放的能量与逸出功比较可以判别能否使金属发生光电效应；利用排列组合可以求出氢原子跃迁释放出的光子。
7．（2024高二下·东坡期末）如图所示，某种材料制成太阳能电池的主体部分由P型半导体和N型半导体结合而成。当太阳光照射到该材料上时，材料吸收光子发生光电效应，自由电子向N型一侧移动，从而在两端形成电势差。已知该材料至少需要吸收波长为λ的绿光才能发生光电效应，普朗克常量为h，光速为c，则（ ）
A．N型半导体电势高于P型半导体
B．该材料的逸出功为
C．用光强更强的黄光照射该材料，只要照射时间足够长，也能产生光电效应
D．用光强相同的紫光和蓝光照射该材料，蓝光照射时，通过负载的电流较大
【答案】D
【知识点】光电效应
【解析】【解答】A．自由电子向N型一侧移动，电势更低，故A错误；
B．逸出功需满足
故B错误；
C．黄光的频率比绿光小，故不能发生光电效应，故C错误；
D．用光强相同的紫光和蓝光照射该材料，光子能量较小，故单位时间内到达金属板的光子数目较多，产生的光电子较多，通过负载的电流较大，D正确。
故选D。
【分析】N型半导体聚集负电荷，光电效应是否发生与入射光的频率有关，与光强无关。
8．（2024高二下·东城期末）下列关于物理学科的实验及其揭示的规律的说法中，不正确的是（ ）
A．奥斯特通过对放在通电直导线正下方的小磁针的偏转现象的分析，提出了磁生电的观点
B．康普顿通过对康普顿效应的分析，提出了光子除了具有能量之外还具有动量
C．汤姆孙通过对阴极射线在电场和磁场中的偏转情况的研究，发现了电子
D．卢瑟福猜想原子核中还存在着一种不带电的粒子，即中子，查德威克通过实验验证了中子的存在
【答案】A
【知识点】原子核的人工转变；安培定则；康普顿效应；阴极射线与阴极射线管
【解析】【解答】A．奥斯特提出了电生磁的观点。故A错误，与题意相符；
B．康普顿效应说明光子除了具有能量之外还具有动量。故B正确，与题意不符；
C．汤姆孙发现了电子。故C正确，与题意不符；
D．查德威克验证了中子的存在。故D正确，与题意不符。
本题选不正确的故选A。
【分析】康普顿效应得出了光子具有动量，汤姆孙发现了电子，查德威克发现了中子。
9．（2024高二下·盐城期末）如图所示，一个光子和一个静止的电子相互碰撞后，电子向某一个方向运动，光子沿另一方向散射出去且波长变长，则这个散射光子跟原来的光子相比（ ）
A．频率不变 B．频率变小 C．动量不变 D．动量变大
【答案】B
【知识点】康普顿效应
【解析】【解答】AB．光子的波长变长，根据
可判断出光子的频率变小，故A错误，B正确；
CD．当入射光子与静止的电子碰撞时，一部分动量会转移给电子，因此动量减小，故CD错误。
故答案为：B。
【分析】根据得出光子的频率变化；
根据入射光子与静止的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，得出动量变化。
10．（2024高二下·桂林期末）2024年5月19日，我国最大的海上光伏项目——中核田湾200万千瓦滩涂光伏示范项目在江苏连云港正式开工建设。光伏发电的主要原理是光电效应，即在光的照射下物体表面能发射出电子的现象。实验发现，用紫光照射金属锌能发生光电效应，而红光照射时不能使锌发生光电效应，这是因为（ ）
A．红光的频率小于金属锌的截止频率
B．红光光子能量大于紫光光子能量
C．红光照射的时间不够长
D．红光的强度小于紫光的强度
【答案】A
【知识点】光电效应；光子及其动量
【解析】【解答】AC．红光照射时不能使锌发生光电效应，红光的频率小于金属锌的截止频率，与光照时间无关，故A正确，C错误；
B．红光光子能量小于紫光光子能量，故B错误；
D．根据题意无法比较红光的强度与紫光的强度的大小关系，故D错误。
故选A。
【分析】只有当入射光的频率大于或等于极限频率时，才能发生光电效应，红光频率小于紫光频率。
11．（2024高三下·河北模拟） 我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置，发出了波长约为100nm（）的极紫外激光脉冲，这种极紫外激光光子可以将分子电离，而又不打碎分子。已知普朗克常量，则这种极紫外激光光子的动量约为（ ）
A． B．
C． D．
【答案】B
【知识点】光子及其动量
【解析】【解答】已知波长
普朗克常量 ，根据光子的动量公式
可得动量
故ACD错误，B正确；
故答案为：B。
【分析】已知波长和普朗克常量 ，根据光子的动量公式可求出光子的动量。
12．（2024高二下·河南期末）人眼对绿光最为敏感，如果每秒有个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。现有一个光源以的功率均匀地向各个方向发射波长为的绿光，假设瞳孔在暗处的直径为，不计空气对光的吸收，普朗克常量为，光在真空中传播速度为，眼睛能够看到这个光源的最远距离为（ ）
A． B． C． D．
【答案】B
【知识点】光子及其动量
【解析】【解答】根据
瞳孔的面积为
于是每秒射人瞳孔引起视觉所需的最低能量有
解得
故选B。
【分析】求解每个光子的能量，求解光源在单位面积上产生的能量，求解都在瞳孔面积产生的能量，该能量等于眼睛就能察觉到的能量。
二、多项选择题
13．（2024高三下·仁义月考） 我国在研究原子物理领域虽然起步较晚，但是近年对核能的开发与利用却走在了世界的前列，有关原子的相关知识，下列说法正确的是（ ）
A．光电效应和康普顿效应都能说明光子具有粒子性，且前者可说明光子具有能量，后者除证明光子具有能量，还可证明光子具有动量
B．原子核发生衰变时，产生的射线本质是高速电子流，因核内没有电子，所以射线是核外电子逸出原子形成的
C．查德威克发现中子的核反应方程为，这是个聚变反应
D．氢原子的部分能级结构如图，一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时，发出的光照射钾板（逸出功为2.25eV），钾板表面所发出的光电子的最大初动能为10.5eV
【答案】A,D
【知识点】原子核的衰变、半衰期；氢原子光谱；康普顿效应
【解析】【解答】A. 光电效应和康普顿效应都说明光有粒子性，前者光子打在金属板上产生光电子，有能量的传递，后者光子作用前后动量守恒，说明光子具有动量，A符合题意；
B. 原子核发生衰变时，产生的射线本质是高速电子流，电子是由核内的中子转化而来，B不符合题意；
C. 查德威克发现中子的核反应方程为
这是个人工核反应方程， 不符合题意；
D. 一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，产生的光子的最大能量为
可知钾板逸出功为2.25eV，则表面发出的光电子的最大初动能为
D符合题意。
故答案为：AD。
【分析】根据氢原子跃迁的能级差可求出光子的能量大小，进而利用光电效应方程可得出光电子的最大初动能。
14．（2018·杭州模拟）波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有 .
A．光电效应现象揭示了光的粒子性
B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性
C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释
D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等
【答案】A,B
【知识点】光的波粒二象性
【解析】【解答】光电效应和康普顿效应现象揭示了光的粒子性，A符合题意； 电子束射到晶体上产生的衍射图样说明电子具有波动性，B符合题意； 黑体辐射的实验规律可用光的粒子性解释，C不符合题意； 根据 可知，动量相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等，D不符合题意；
故答案为：AB.
【分析】光电效应证明光的粒子性；只有波才能出现衍射图像；黑体辐射可以光的粒子性进行解释，利用波长等于普朗克常量除以动量可以判断波长的不同。
15．（2024·贵州） 我国在贵州平塘建成了世界最大单口径球面射电望远镜，其科学目标之一是搜索地外文明。在宁宙中，波长位于搜索地外文明的射电波段的辐射中存在两处较强的辐射，一处是波长为的中性氢辐射，另一处是波长为的羟基辐射。在真空中，这两种波长的辐射相比，中性氢辐射的光子（ ）
A．频率更大 B．能量更小
C．动量更小 D．传播速度更大
【答案】B,C
【知识点】光子及其动量
【解析】【解答】A.由光子频率与波长公式
可知中性氢辐射的光子频率比羟基辐射的光子频率小，A不符合题意；
B.根据光子能量公式
可知，中性氢辐射的光子能量比羟基辐射的光子能量小，B符合题意；
C.根据德布罗意波长公式
可知，中性氢辐射的光子动量比羟基辐射的光子动量小，C符合题意；
D.所有光波在真空中传播的速度相同，都是，D不符合题意。
故答案为：BC。
【分析】根据光子频率与波长公式、光子能量公式、德布罗意波长公式，分析两种光子的频率、能量、动量的大小关系；所有光波在真空中传播的速度相同。
16．（2024高二下·益阳期末）美国物理学家阿瑟·阿什金因利用光的力量来操纵细胞获得2018年诺贝尔物理学奖，原来光在接触物体后，会对其产生力的作用，这个来自光的微小作用可以让微小的物体（如细胞）发生无损移动，这就是光镊技术．在光镊系统中，光路的精细控制非常重要。对此下列说法正确的是（ ）
A．光镊技术利用光的粒子性
B．光镊技术利用光的波动性
C．红色激光光子能量大于绿色激光光子能量
D．红色激光光子能量小于绿色激光光子能量
【答案】A,D
【知识点】光的波粒二象性；光子及其动量
【解析】【解答】AB．光在接触物体后，会对其产生力的作用，则光镊技术利用光的粒子性，故A正确，B错误；
CD．红光的频率小于绿光，根据
可知，红色激光光子能量小于绿色激光光子能量，故C错误，D正确。
故选：AD。
【分析】根据光的粒子性的特征进行判断题干中的光镊技术利用的是光的粒子性，还是光的波动性；根据分析红光和绿光的动量大小关系。
17．（2024高三下·江海月考）研究光电效应中遏止电压、光电流大小与照射光的频率及强弱等物理量关系的电路如图甲所示。图中阳极A和阴极K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三束单色光照射阴极K，调节A、K间的电压U的大小，得到光电流I与电压U的关系如图乙所示。已知电子的电荷量为e，则下列说法正确的是（ ）
A．单色光a的频率等于单色光b的频率
B．单色光a的频率大于单色光c的频率
C．单色光a的强度大于单色光b的强度
D．单色光c与单色光a的光子能量之差为
【答案】A,D
【知识点】光电效应
【解析】【解答】A．根据
可知，单色光a的频率等于单色光b的频率，选项A正确；
B．单色光a的截止电压小于单色光c的截止电压，根据
选项B错误；
C．知单色光a的强度小于单色光b的强度，选项C错误；
D．根据
单色光c与单色光a的光子能量之差为
选项D正确。
故选AD。
【分析】单色光ab的截止电压相等，单色光a的频率等于单色光b的频率，饱和光电流与光照强度有关。结合光电效应方程分析。
三、非选择题
18．（2024高二下·聊城月考）光电效应实验中，用波长为的单色光A照射某金属板时，刚好有光电子从金属表面逸出。当波长为的单色光B照射该金属板时，光电子的最大初动能为 ，A、B两种光子的动量之比为 。（已知普朗克常量为h、光速为c）
【答案】；1：2
【知识点】光电效应；光子及其动量
【解析】【解答】根据光电效应方程
又
所以用波长为λ0的单色光A照射某金属板时有
用波长为的单色光A照射某金属板时有
解得
又光子动量
所以A、B两种光子的动量之比为
【分析】根据光电效应方程结合题意确定金属棒的逸出功，再根据波长与频率的关系结合爱因斯坦的光电效应方程确定光电子的最大初动能，根据光子动量表达式确定两种光子的动量之比。
19．（2022高二下·河南月考）任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之对应，波长是λ＝，式中p是运动物体的动量，h是普朗克常量，人们把这种波叫做德布罗意波。现有一个德布罗意波长为λ1的物体1和一个德布罗意波长为λ2的物体2，二者相向正撞后粘在一起，已知|p1|<|p2|，则粘在一起的物体的德布罗意波长为 。
【答案】
【知识点】康普顿效应
【解析】【解答】物体1的动量为
物体2的动量为
选取|p2|的方向为正方向，根据动量守恒可得，对撞后粘在一起的物体的动量为
粘在一起的物体的德布罗意波长
【分析】根据物质波动量和波长的表达式得出撞后整体的动量，从而得出粘在一起的物体的德布罗意波波长。
20．（2020高二下·上海期中）如图所示，用很弱的红光做双缝实验，通过控制暴光时间记录现象，分别得到了图a、图b和图c三张相片，其中最能说明光具有 波动性的相片是 ，这三张相片共同说明了光具有 性。
【答案】c；波粒二象
【知识点】光的波粒二象性
【解析】【解答】图像（c）有明显的明暗相间的干涉条纹，而干涉是波特有的性质，故表明光具有波动性图像（a）以一个个的亮点，即每次只照亮一个位置，这表明光是一份一份传播的，说明光具有粒子性，因此这三张相片共同说明了光具有波粒二象性
【分析】一切物体都具有波粒二象性，只不过对于宏观物体，物体的粒子性很强，波动性很弱；对于微观粒子正好相反。
21．（2020高二下·烟台期末）研究最大尺度的宇宙学理论与研究微观世界的粒子物理、量子理论有密切联系，它们相互沟通、相互支撑。
（1）根据量子理论，光子既有能量也有动量，光子的动量 ，其中h为普朗克常量，λ为光的波长。太阳光照射到地球表面时，如同大量气体分子频繁碰撞器壁一样，会产生持续均匀的“光压力”。现将问题简化，假设太阳光垂直照射到地球上且全部被地球吸收，到达地球的每一个光子的平均能量为E=4×10-19J，每秒钟照射到地球的光子数为N=4.5×1035，已知真空中光速c=3×108m/s。求太阳光对地球的“光压力”；（结果保留一位有效数字）
（2）目前地球上消耗的能量，追根溯源，绝大部分还是来自太阳内部核聚变时释放的核能，在长期演化过程中，太阳内部的核反应过程非常复杂，我们将其简化为氢转变为氦。已知太阳的质量为M0=2×1030kg，其中氢约占70%，太阳辐射的总功率为P0=4×1026W，氢转变为氦的过程中质量亏损约为1%，1年=3.15×107s。求现有氢中的10%发生聚变需要多少年？（结果保留一位有效数字）
【答案】（1）解：每个光子能量
每个光子动量
对于t时间内照射到地球表面被吸收的光子
由动量定理有-Ft=0－NtP
-Ft=0－Nt
代入数据可得，太阳光照射到地球表面产生的光压力F=6×108N
（2）解：由ΔE=Δmc2可知，每1s太阳因核聚变亏损的质量
现有氢中的10%发生聚变反应而亏损的质量为M= M0×70%×1%×10%
需要的时间 年
【知识点】质量亏损与质能方程；光的波粒二象性
【解析】【分析】（1）把光子作为研究对象，结合小球碰撞前后的速度和作用时间，利用动量定理求解平均作用力；
（2）结合光子的动量求解光子的能量，利用质能方程求解质量亏损的时间。
22．（2024高二下·贵阳月考）如图所示是研究光电效应的实验电路图，ab、cd为两正对的、半径为r的平行圆形金属板，板间距为d。当一细束频率为v的光照射极板ab圆心时，产生沿不同方向运动的光电子。调节滑片改变两板间电压，发现当电压表示数为时，电流表示数恰好为零。假设光电子只从极板圆心处发出，普朗克常量为h，电子电量为e，电子质量为m，忽略场的边界效应和电子之间的相互作用。
（1）求金属板的逸出功；
（2）若交换电源正负极，调节滑片逐渐增大两极板间电压，使所有光电子都能打到cd板，电流达到饱和值，求此时的最小电压；
【答案】（1）解：根据能量守恒有①
由光电效应方程②
联立得逸出功③
（2）解：由题意，平行金属板飞出的电子做类平抛运动恰能到达cd板 ④
⑤
⑥
⑦
⑧
联立解得⑨
【知识点】动能定理的综合应用；带电粒子在电场中的偏转；光电效应
【解析】【分析】（1） 电流表示数恰好为零，即此时光电子到达cd板的速度恰好为零，根据动能定理确定光电子的初动能，再结合光电效应方程进行解答；
（2）由于光电子飞出的方向不确定，要使所有光电子都能打到cd板，将粒子的速度分解成沿板方向和垂直于板方向，则当粒子沿板方向的速度越大，粒子越容易飞出两极板。故当粒子飞出时速度沿板方向恰好能到达cd板时，此时两极板间的电压最小，所有光电子都能打到cd板。此时粒子做类平抛运动，确定粒子在沿板方向和垂直于板方向的位移，再结合场强公式及牛顿第二定律和类平抛运动规律进行解答。
23．（2024高二下·河南期末）图甲是研究光电效应的实验原理图，阴极金属的逸出功为。如图乙是氢原子的能级图。用大量处于能级的氢原子跃迁发出的光照射极，求：
（1）有几种光可以使该金属发生光电效应，其中频率最大的光子能量是多少eV？
（2）从图示位置移动滑片P至某处，电压表示数为2.21V，光电子到达A极的最大动能为多少eV？
【答案】解：（1）大量处于能级的氢原子跃迁发出的光子能量分别为
，，
其中光子能量大于逸出功为的有2种，频率最大的光子能量是
（2）结合上述可知，光电子最大初动能为
由图甲可知，当向右移动滑片时，极电势低于极，两极间为加速电压，根据动能定理有
解得光电子到达极的最大动能为
向左移动滑片时，极电势高于极，两极间为减速电压，根据动能定理有
解得光电子到达极的最大动能为
【知识点】玻尔理论与氢原子的能级跃迁；光电效应
【解析】【分析】（1）光子的能量必须等于两个能级之差，这样，电子才可以发生跃迁；
（2）根据光电效应方程求解最大初动能，根据动能定理求解光电子到达A极的最大动能 。
24．（2024高二下·保定月考）半圆柱形玻璃砖的横截面如图所示，O为圆心，直径MN水平，一细束单色光I沿半径方向从A处射入玻璃砖后，恰好在O点发生全反射。另一细束单色光Ⅱ平行于单色光I从最高点B射入玻璃砖后，折射到MN上的D点，OD的长度为9d，B、D两点间的距离为25d，单色光Ⅰ和单色光Ⅱ的频率均为，光在真空中传播的速度为c。
（1）求玻璃砖对单色光I（Ⅱ）的折射率n；
（2）求单色光Ⅱ通过玻璃砖所用的时间t；
（3）若单色光I（Ⅱ）光子的能量为，求单色光在真空（空气）中时光子的动量。
【答案】（1）解：设单色光I（Ⅱ）在分界面MN上发生全反射的临界角为C，
则单色光Ⅱ射入玻璃砖的入射角
设光线Ⅱ从最高点B射入玻璃砖后的折射角为，根据几何关系可知
根据折射定律有
根据临界角与折射率的关系有，解得
（2）解：光在玻璃砖中的传播速度
光在玻璃砖中传播所用的时间，解得
（3）解：单色光I（Ⅱ）光子的能量，单色光I（Ⅱ）在真空中的波长
根据德布罗意公式可知，单色光在真空（空气）中时光子的动量
解得
【知识点】波长、波速与频率的关系；光的折射及折射定律；光子及其动量
【解析】【分析】（1）根据折射定律 和全反射临界角公式 可求出玻璃砖对单色光I（Ⅱ）的折射率；
（2）根据以及速度公式可求出单色光Ⅱ通过玻璃砖所用的时间；
（3）根据光子能量公式 、波长公式以及德布罗意波长公式可求出单色光在真空（空气）中时光子的动量。
25．（2024高二下·邢台月考）研究光电效应的装置如图所示，光电管的阴极K用某金属制成，闭合开关S，用频率为的光照射光电管阴极K，此时电流表中有光电流，调节滑动变阻器的滑片P，当电压表的示数为时，微安表示数恰好变为0。已知光在真空中传播的速度为c，电子的电荷量为e，普朗克常量为h。
（1）求阴极K的极限频率；
（2）若换用真空（空气）中波长为的光照射光电管的阴极K，求此时的遏止电压；
（3）随着科技的发展，人们发现用某强激光照射光电管阴极K时，一个电子在极短时间内能吸收3个光子，若该强激光恰好不能使阴极K发生光电效应，求该强激光的光子在真空中的动量大小。
【答案】（1）解：对光电子分析，根据动能定理有
根据光电效应方程有
根据截止频率与逸出功的关系有 解得
（2）解：根据光速、光的波长和频率的关系可知，入射光的频率
对光电子分析，根据光电效应方程有 解得
（3）解：根据题意结合光电效应方程有 强激光的波长
根据德布罗意公式有 解得
【知识点】动能定理的综合应用；光电效应；光子及其动量
【解析】【分析】（1）对光电子分析，根据动能定理、光电效应方程以及截止频率与逸出功的关系，可求得阴极K的极限频率v0；
（2）根据光速、光的波长和频率的关系以及光电效应方程，可求得换用真空（空气）中波长为 的光照射光电管的阴极K时的遏止电压；
（3）根据题意结合光电效应方程、光速、光的波长和频率的关系以及德布罗意公式，可求得强激光的光子在真空中的动量大小。
1 / 1高考物理一轮复习：光电效应
一、选择题
1．（2024高三下·河北模拟） 经研究证明，光子和电子相互作用发生光电效应还是康普顿效应，取决于电子的“自由”度。当光子能量和逸出功在同一数量级时，电子吸收光子，发生光电效应；当光子能量较大时，电子的逸出功几乎可以忽略，可看做是“自由”的，则发生康普顿效应，下列说法正确的是（ ）
A．光电效应方程是从能量守恒的角度解释了光的粒子性
B．康普顿效应说明光具有波动性
C．光电效应说明了能量守恒，康普顿效应则解释了动量守恒，二者是矛盾的
D．金属只要被光照射的时间足够长，一定会发生光电效应
2．（2024·新课标）三位科学家由于在发现和合成量子点方面的突出贡献，荣获了2023年诺贝尔化学奖。不同尺寸的量子点会发出不同颜色的光。现有两种量子点分别发出蓝光和红光，下列说法正确的是（ ）
A．蓝光光子的能量大于红光光子的能量
B．蓝光光子的动量小于红光光子的动量
C．在玻璃中传播时，蓝光的速度大于红光的速度
D．蓝光在玻璃中传播时的频率小于它在空气中传播时的频率
3．（2024高三下·赣州月考） 我国已全面进入5G时代，5G信号使用的电磁波频率是4G信号的几十倍，下列说法正确的是（ ）
A．4G信号电磁波比5G信号电磁波的粒子性更明显
B．5G信号电磁波的波长比4G信号电磁波的波长短
C．5G信号电磁波的光子能量比4G信号电磁波的光子能量小
D．在相同介质中5G信号比4G信号的传播速度大
4．（2021高二下·金台期末）某激光器能发射波长为λ的激光，发射功率为p ，c表示光速，h为普朗克常量，则激光器每秒发射的能量子数为（ ）
A． B． C． D．
5．（2024·海南） 利用如图所示的装置研究光电效应，闭合单刀双掷开关，用频率为的光照射光电管，调节滑动变阻器，使电流表的示数刚好为0，此时电压表的示数为，已知电子电荷量为e，普朗克常量为h，下列说法正确的是（ ）
A．其他条件不变，增大光强，电压表示数增大
B．改用比更大频率的光照射，调整电流表的示数为零，此时电压表示数仍为U
C．其他条件不变，使开关接，电流表示数仍为零
D．光电管阴极材料的截止频率
6．（2024高二下·抚州期末）中国北斗导航系统能实现车道级导航，氢原子钟现已运用于中国的北斗导航系统中，高性能的原子钟对导航精度的提高极为重要。如图为氢原子的能级示意图，现有一群氢原子处于的能级上，下列说法正确的是（ ）
A．该氢原子向低能级跃迁最多可发出8种频率的光子
B．从能级跃迁到能级发出的光子能使逸出功为1的金属发生光电效应现象
C．该氢原子可以吸收能量为0.32的光子跃迁到的能级
D．使该氢原子电离至少需要吸收0.85的能量
7．（2024高二下·东坡期末）如图所示，某种材料制成太阳能电池的主体部分由P型半导体和N型半导体结合而成。当太阳光照射到该材料上时，材料吸收光子发生光电效应，自由电子向N型一侧移动，从而在两端形成电势差。已知该材料至少需要吸收波长为λ的绿光才能发生光电效应，普朗克常量为h，光速为c，则（ ）
A．N型半导体电势高于P型半导体
B．该材料的逸出功为
C．用光强更强的黄光照射该材料，只要照射时间足够长，也能产生光电效应
D．用光强相同的紫光和蓝光照射该材料，蓝光照射时，通过负载的电流较大
8．（2024高二下·东城期末）下列关于物理学科的实验及其揭示的规律的说法中，不正确的是（ ）
A．奥斯特通过对放在通电直导线正下方的小磁针的偏转现象的分析，提出了磁生电的观点
B．康普顿通过对康普顿效应的分析，提出了光子除了具有能量之外还具有动量
C．汤姆孙通过对阴极射线在电场和磁场中的偏转情况的研究，发现了电子
D．卢瑟福猜想原子核中还存在着一种不带电的粒子，即中子，查德威克通过实验验证了中子的存在
9．（2024高二下·盐城期末）如图所示，一个光子和一个静止的电子相互碰撞后，电子向某一个方向运动，光子沿另一方向散射出去且波长变长，则这个散射光子跟原来的光子相比（ ）
A．频率不变 B．频率变小 C．动量不变 D．动量变大
10．（2024高二下·桂林期末）2024年5月19日，我国最大的海上光伏项目——中核田湾200万千瓦滩涂光伏示范项目在江苏连云港正式开工建设。光伏发电的主要原理是光电效应，即在光的照射下物体表面能发射出电子的现象。实验发现，用紫光照射金属锌能发生光电效应，而红光照射时不能使锌发生光电效应，这是因为（ ）
A．红光的频率小于金属锌的截止频率
B．红光光子能量大于紫光光子能量
C．红光照射的时间不够长
D．红光的强度小于紫光的强度
11．（2024高三下·河北模拟） 我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置，发出了波长约为100nm（）的极紫外激光脉冲，这种极紫外激光光子可以将分子电离，而又不打碎分子。已知普朗克常量，则这种极紫外激光光子的动量约为（ ）
A． B．
C． D．
12．（2024高二下·河南期末）人眼对绿光最为敏感，如果每秒有个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。现有一个光源以的功率均匀地向各个方向发射波长为的绿光，假设瞳孔在暗处的直径为，不计空气对光的吸收，普朗克常量为，光在真空中传播速度为，眼睛能够看到这个光源的最远距离为（ ）
A． B． C． D．
二、多项选择题
13．（2024高三下·仁义月考） 我国在研究原子物理领域虽然起步较晚，但是近年对核能的开发与利用却走在了世界的前列，有关原子的相关知识，下列说法正确的是（ ）
A．光电效应和康普顿效应都能说明光子具有粒子性，且前者可说明光子具有能量，后者除证明光子具有能量，还可证明光子具有动量
B．原子核发生衰变时，产生的射线本质是高速电子流，因核内没有电子，所以射线是核外电子逸出原子形成的
C．查德威克发现中子的核反应方程为，这是个聚变反应
D．氢原子的部分能级结构如图，一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时，发出的光照射钾板（逸出功为2.25eV），钾板表面所发出的光电子的最大初动能为10.5eV
14．（2018·杭州模拟）波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有 .
A．光电效应现象揭示了光的粒子性
B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性
C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释
D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等
15．（2024·贵州） 我国在贵州平塘建成了世界最大单口径球面射电望远镜，其科学目标之一是搜索地外文明。在宁宙中，波长位于搜索地外文明的射电波段的辐射中存在两处较强的辐射，一处是波长为的中性氢辐射，另一处是波长为的羟基辐射。在真空中，这两种波长的辐射相比，中性氢辐射的光子（ ）
A．频率更大 B．能量更小
C．动量更小 D．传播速度更大
16．（2024高二下·益阳期末）美国物理学家阿瑟·阿什金因利用光的力量来操纵细胞获得2018年诺贝尔物理学奖，原来光在接触物体后，会对其产生力的作用，这个来自光的微小作用可以让微小的物体（如细胞）发生无损移动，这就是光镊技术．在光镊系统中，光路的精细控制非常重要。对此下列说法正确的是（ ）
A．光镊技术利用光的粒子性
B．光镊技术利用光的波动性
C．红色激光光子能量大于绿色激光光子能量
D．红色激光光子能量小于绿色激光光子能量
17．（2024高三下·江海月考）研究光电效应中遏止电压、光电流大小与照射光的频率及强弱等物理量关系的电路如图甲所示。图中阳极A和阴极K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三束单色光照射阴极K，调节A、K间的电压U的大小，得到光电流I与电压U的关系如图乙所示。已知电子的电荷量为e，则下列说法正确的是（ ）
A．单色光a的频率等于单色光b的频率
B．单色光a的频率大于单色光c的频率
C．单色光a的强度大于单色光b的强度
D．单色光c与单色光a的光子能量之差为
三、非选择题
18．（2024高二下·聊城月考）光电效应实验中，用波长为的单色光A照射某金属板时，刚好有光电子从金属表面逸出。当波长为的单色光B照射该金属板时，光电子的最大初动能为 ，A、B两种光子的动量之比为 。（已知普朗克常量为h、光速为c）
19．（2022高二下·河南月考）任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之对应，波长是λ＝，式中p是运动物体的动量，h是普朗克常量，人们把这种波叫做德布罗意波。现有一个德布罗意波长为λ1的物体1和一个德布罗意波长为λ2的物体2，二者相向正撞后粘在一起，已知|p1|<|p2|，则粘在一起的物体的德布罗意波长为 。
20．（2020高二下·上海期中）如图所示，用很弱的红光做双缝实验，通过控制暴光时间记录现象，分别得到了图a、图b和图c三张相片，其中最能说明光具有 波动性的相片是 ，这三张相片共同说明了光具有 性。
21．（2020高二下·烟台期末）研究最大尺度的宇宙学理论与研究微观世界的粒子物理、量子理论有密切联系，它们相互沟通、相互支撑。
（1）根据量子理论，光子既有能量也有动量，光子的动量 ，其中h为普朗克常量，λ为光的波长。太阳光照射到地球表面时，如同大量气体分子频繁碰撞器壁一样，会产生持续均匀的“光压力”。现将问题简化，假设太阳光垂直照射到地球上且全部被地球吸收，到达地球的每一个光子的平均能量为E=4×10-19J，每秒钟照射到地球的光子数为N=4.5×1035，已知真空中光速c=3×108m/s。求太阳光对地球的“光压力”；（结果保留一位有效数字）
（2）目前地球上消耗的能量，追根溯源，绝大部分还是来自太阳内部核聚变时释放的核能，在长期演化过程中，太阳内部的核反应过程非常复杂，我们将其简化为氢转变为氦。已知太阳的质量为M0=2×1030kg，其中氢约占70%，太阳辐射的总功率为P0=4×1026W，氢转变为氦的过程中质量亏损约为1%，1年=3.15×107s。求现有氢中的10%发生聚变需要多少年？（结果保留一位有效数字）
22．（2024高二下·贵阳月考）如图所示是研究光电效应的实验电路图，ab、cd为两正对的、半径为r的平行圆形金属板，板间距为d。当一细束频率为v的光照射极板ab圆心时，产生沿不同方向运动的光电子。调节滑片改变两板间电压，发现当电压表示数为时，电流表示数恰好为零。假设光电子只从极板圆心处发出，普朗克常量为h，电子电量为e，电子质量为m，忽略场的边界效应和电子之间的相互作用。
（1）求金属板的逸出功；
（2）若交换电源正负极，调节滑片逐渐增大两极板间电压，使所有光电子都能打到cd板，电流达到饱和值，求此时的最小电压；
23．（2024高二下·河南期末）图甲是研究光电效应的实验原理图，阴极金属的逸出功为。如图乙是氢原子的能级图。用大量处于能级的氢原子跃迁发出的光照射极，求：
（1）有几种光可以使该金属发生光电效应，其中频率最大的光子能量是多少eV？
（2）从图示位置移动滑片P至某处，电压表示数为2.21V，光电子到达A极的最大动能为多少eV？
24．（2024高二下·保定月考）半圆柱形玻璃砖的横截面如图所示，O为圆心，直径MN水平，一细束单色光I沿半径方向从A处射入玻璃砖后，恰好在O点发生全反射。另一细束单色光Ⅱ平行于单色光I从最高点B射入玻璃砖后，折射到MN上的D点，OD的长度为9d，B、D两点间的距离为25d，单色光Ⅰ和单色光Ⅱ的频率均为，光在真空中传播的速度为c。
（1）求玻璃砖对单色光I（Ⅱ）的折射率n；
（2）求单色光Ⅱ通过玻璃砖所用的时间t；
（3）若单色光I（Ⅱ）光子的能量为，求单色光在真空（空气）中时光子的动量。
25．（2024高二下·邢台月考）研究光电效应的装置如图所示，光电管的阴极K用某金属制成，闭合开关S，用频率为的光照射光电管阴极K，此时电流表中有光电流，调节滑动变阻器的滑片P，当电压表的示数为时，微安表示数恰好变为0。已知光在真空中传播的速度为c，电子的电荷量为e，普朗克常量为h。
（1）求阴极K的极限频率；
（2）若换用真空（空气）中波长为的光照射光电管的阴极K，求此时的遏止电压；
（3）随着科技的发展，人们发现用某强激光照射光电管阴极K时，一个电子在极短时间内能吸收3个光子，若该强激光恰好不能使阴极K发生光电效应，求该强激光的光子在真空中的动量大小。
答案解析部分
1．【答案】A
【知识点】光电效应；康普顿效应
【解析】【解答】A、光电效应方程是爱因斯坦根据光量子假说和能量守恒定律得到的，故A正确；
B、康普顿效应是光子与电子的碰撞，体现了光的粒子性，但并未说明电子的波动性，故B错误；
C、根据题中说法，光电效应是在电子自由度较小的情况下，表现出的吸收特性，动量并不是不守恒，而是表现不出来，而康普顿效应是基于能量较大的光子与电子的碰撞，既体现动量守恒又体现能量守恒，二者并不矛盾，故C错误；
D、电子对光子的吸收并不能累积，一次只能吸收一个光子，若吸收的光子能量小于金属逸出功，即不能发生光电效应，故D错误。
故答案为：A。
【分析】熟练掌握各物理学史及其对物理研究的物理意义及价值。熟练掌握光电效应现象产生的条件。康普顿效应是光子与电子的碰撞，体现了光的粒子性。
2．【答案】A
【知识点】光的折射及折射定律；光的波粒二象性
【解析】【解答】A. 由光子能量，蓝光的频率大于红光的频率，故蓝光光子的能量大于红光光子的能量，A符合题意；
B. 由，蓝光的波长小于红光的波长，则蓝光的动量大于红光的动量，B不符合题意；
C. 在玻璃中传播时，蓝光的频率大，折射率大，由可知，蓝光的速度更小，C不符合题意；
D. 蓝光在不同介质中传播频率不变，D不符合题意。
故答案为：A
【分析】根据光的频率与波长的光线，结合相关物理量的表达式可得出结论。
3．【答案】B
【知识点】光的波粒二象性；能量子与量子化现象
【解析】【解答】AB.根据
可知，5G信号电磁波的波长比4G信号电磁波的波长短，所以5G信号电磁波比4G信号电磁波的粒子性更明显，B符合题意，A不符合题意；
C.根据光子能量公式
可知，5G信号电磁波的光子能量比4G信号电磁波的光子能量大，C不符合题意；
D.5G信号的频率比4G信号的频率大，所以同种介质中5G信号的折射率大，根据折射率公式
可知，在相同介质中5G信号比4G信号的传播速度小，D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】波长越短，粒子性越明显；波长越长，波动性越明显；根据光子能量公式，判断5G信号和4G信号电磁波的光子能量关系；根据折射率公式，分析两种信号在同一介质中传播速度的大小关系。
4．【答案】A
【知识点】光的波粒二象性
【解析】【解答】每个光子的能量为
设每秒激光器发出的光子数是n，则
联立可得
故答案为：A。
【分析】已知每个光子的能量；利用总的光子能量结合发光的功率可以求出光子的能量子数。
5．【答案】D
【知识点】光电效应；光子及其动量
【解析】【解答】A.当开关S接1时，由爱因斯坦光电效应方程可得，因此只增大光强，电压表的示数不会发生变化，故A错误；
B.改用比 更大频率的光照射，调整电流表的示数为零，而金属的逸出功不变，所以由可知，遏止电压会变大，因此电压表示数大于U1，故B错误；
C.其他条件不变时，使开关S接2，此时，所以可发生光电效应，且加的正向电压，因此电流表示数不为零，故C错误；
D.由爱因斯坦光电效应方程得：，其中，联立两式，解得光电管阴极材料的截止频率为 ，故D正确。
故选：D。
【分析】根据爱因斯坦的光电效应方程可得，分析光强对电压表的影响以及光的频率对遏止电压的影响；根据光电效应加的正反向电压的差别分析电流表示数；由爱因斯坦光电效应方程得，结合截止频率公式，联立二式可求得截止频率。
6．【答案】D
【知识点】玻尔理论与氢原子的能级跃迁；光电效应
【解析】【解答】A．一群氢原子处于的能级上，根据排列组合那么该氢原子向低能级跃迁最多可发出不同频率的光，A错误。
B．从能级跃迁到能级根据能级的能量大小可以得出：发出的光子的能量为
所以从能级跃迁到能级发出的光子能量小于逸出功的大小，不能使金属发生光电效应现象，B错误；
C．该氢原子从n=4跃迁到的能级上，需要吸收光子的能量为
所以该氢原子不可以吸收能量为0.32的光子跃迁到的能级，C错误；
D．根据电离时的能量为，则该氢原子至少需要吸收0.85eV的能量才可以脱离原子核束缚，所以使该氢原子电离至少需要吸收0.85的能量，D正确。
故选D。
【分析】利用能级对应的能量可以求出粒子跃迁时吸收或放出的光子能量，利用释放的能量与逸出功比较可以判别能否使金属发生光电效应；利用排列组合可以求出氢原子跃迁释放出的光子。
7．【答案】D
【知识点】光电效应
【解析】【解答】A．自由电子向N型一侧移动，电势更低，故A错误；
B．逸出功需满足
故B错误；
C．黄光的频率比绿光小，故不能发生光电效应，故C错误；
D．用光强相同的紫光和蓝光照射该材料，光子能量较小，故单位时间内到达金属板的光子数目较多，产生的光电子较多，通过负载的电流较大，D正确。
故选D。
【分析】N型半导体聚集负电荷，光电效应是否发生与入射光的频率有关，与光强无关。
8．【答案】A
【知识点】原子核的人工转变；安培定则；康普顿效应；阴极射线与阴极射线管
【解析】【解答】A．奥斯特提出了电生磁的观点。故A错误，与题意相符；
B．康普顿效应说明光子除了具有能量之外还具有动量。故B正确，与题意不符；
C．汤姆孙发现了电子。故C正确，与题意不符；
D．查德威克验证了中子的存在。故D正确，与题意不符。
本题选不正确的故选A。
【分析】康普顿效应得出了光子具有动量，汤姆孙发现了电子，查德威克发现了中子。
9．【答案】B
【知识点】康普顿效应
【解析】【解答】AB．光子的波长变长，根据
可判断出光子的频率变小，故A错误，B正确；
CD．当入射光子与静止的电子碰撞时，一部分动量会转移给电子，因此动量减小，故CD错误。
故答案为：B。
【分析】根据得出光子的频率变化；
根据入射光子与静止的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，得出动量变化。
10．【答案】A
【知识点】光电效应；光子及其动量
【解析】【解答】AC．红光照射时不能使锌发生光电效应，红光的频率小于金属锌的截止频率，与光照时间无关，故A正确，C错误；
B．红光光子能量小于紫光光子能量，故B错误；
D．根据题意无法比较红光的强度与紫光的强度的大小关系，故D错误。
故选A。
【分析】只有当入射光的频率大于或等于极限频率时，才能发生光电效应，红光频率小于紫光频率。
11．【答案】B
【知识点】光子及其动量
【解析】【解答】已知波长
普朗克常量 ，根据光子的动量公式
可得动量
故ACD错误，B正确；
故答案为：B。
【分析】已知波长和普朗克常量 ，根据光子的动量公式可求出光子的动量。
12．【答案】B
【知识点】光子及其动量
【解析】【解答】根据
瞳孔的面积为
于是每秒射人瞳孔引起视觉所需的最低能量有
解得
故选B。
【分析】求解每个光子的能量，求解光源在单位面积上产生的能量，求解都在瞳孔面积产生的能量，该能量等于眼睛就能察觉到的能量。
13．【答案】A,D
【知识点】原子核的衰变、半衰期；氢原子光谱；康普顿效应
【解析】【解答】A. 光电效应和康普顿效应都说明光有粒子性，前者光子打在金属板上产生光电子，有能量的传递，后者光子作用前后动量守恒，说明光子具有动量，A符合题意；
B. 原子核发生衰变时，产生的射线本质是高速电子流，电子是由核内的中子转化而来，B不符合题意；
C. 查德威克发现中子的核反应方程为
这是个人工核反应方程， 不符合题意；
D. 一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，产生的光子的最大能量为
可知钾板逸出功为2.25eV，则表面发出的光电子的最大初动能为
D符合题意。
故答案为：AD。
【分析】根据氢原子跃迁的能级差可求出光子的能量大小，进而利用光电效应方程可得出光电子的最大初动能。
14．【答案】A,B
【知识点】光的波粒二象性
【解析】【解答】光电效应和康普顿效应现象揭示了光的粒子性，A符合题意； 电子束射到晶体上产生的衍射图样说明电子具有波动性，B符合题意； 黑体辐射的实验规律可用光的粒子性解释，C不符合题意； 根据 可知，动量相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等，D不符合题意；
故答案为：AB.
【分析】光电效应证明光的粒子性；只有波才能出现衍射图像；黑体辐射可以光的粒子性进行解释，利用波长等于普朗克常量除以动量可以判断波长的不同。
15．【答案】B,C
【知识点】光子及其动量
【解析】【解答】A.由光子频率与波长公式
可知中性氢辐射的光子频率比羟基辐射的光子频率小，A不符合题意；
B.根据光子能量公式
可知，中性氢辐射的光子能量比羟基辐射的光子能量小，B符合题意；
C.根据德布罗意波长公式
可知，中性氢辐射的光子动量比羟基辐射的光子动量小，C符合题意；
D.所有光波在真空中传播的速度相同，都是，D不符合题意。
故答案为：BC。
【分析】根据光子频率与波长公式、光子能量公式、德布罗意波长公式，分析两种光子的频率、能量、动量的大小关系；所有光波在真空中传播的速度相同。
16．【答案】A,D
【知识点】光的波粒二象性；光子及其动量
【解析】【解答】AB．光在接触物体后，会对其产生力的作用，则光镊技术利用光的粒子性，故A正确，B错误；
CD．红光的频率小于绿光，根据
可知，红色激光光子能量小于绿色激光光子能量，故C错误，D正确。
故选：AD。
【分析】根据光的粒子性的特征进行判断题干中的光镊技术利用的是光的粒子性，还是光的波动性；根据分析红光和绿光的动量大小关系。
17．【答案】A,D
【知识点】光电效应
【解析】【解答】A．根据
可知，单色光a的频率等于单色光b的频率，选项A正确；
B．单色光a的截止电压小于单色光c的截止电压，根据
选项B错误；
C．知单色光a的强度小于单色光b的强度，选项C错误；
D．根据
单色光c与单色光a的光子能量之差为
选项D正确。
故选AD。
【分析】单色光ab的截止电压相等，单色光a的频率等于单色光b的频率，饱和光电流与光照强度有关。结合光电效应方程分析。
18．【答案】；1：2
【知识点】光电效应；光子及其动量
【解析】【解答】根据光电效应方程
又
所以用波长为λ0的单色光A照射某金属板时有
用波长为的单色光A照射某金属板时有
解得
又光子动量
所以A、B两种光子的动量之比为
【分析】根据光电效应方程结合题意确定金属棒的逸出功，再根据波长与频率的关系结合爱因斯坦的光电效应方程确定光电子的最大初动能，根据光子动量表达式确定两种光子的动量之比。
19．【答案】
【知识点】康普顿效应
【解析】【解答】物体1的动量为
物体2的动量为
选取|p2|的方向为正方向，根据动量守恒可得，对撞后粘在一起的物体的动量为
粘在一起的物体的德布罗意波长
【分析】根据物质波动量和波长的表达式得出撞后整体的动量，从而得出粘在一起的物体的德布罗意波波长。
20．【答案】c；波粒二象
【知识点】光的波粒二象性
【解析】【解答】图像（c）有明显的明暗相间的干涉条纹，而干涉是波特有的性质，故表明光具有波动性图像（a）以一个个的亮点，即每次只照亮一个位置，这表明光是一份一份传播的，说明光具有粒子性，因此这三张相片共同说明了光具有波粒二象性
【分析】一切物体都具有波粒二象性，只不过对于宏观物体，物体的粒子性很强，波动性很弱；对于微观粒子正好相反。
21．【答案】（1）解：每个光子能量
每个光子动量
对于t时间内照射到地球表面被吸收的光子
由动量定理有-Ft=0－NtP
-Ft=0－Nt
代入数据可得，太阳光照射到地球表面产生的光压力F=6×108N
（2）解：由ΔE=Δmc2可知，每1s太阳因核聚变亏损的质量
现有氢中的10%发生聚变反应而亏损的质量为M= M0×70%×1%×10%
需要的时间 年
【知识点】质量亏损与质能方程；光的波粒二象性
【解析】【分析】（1）把光子作为研究对象，结合小球碰撞前后的速度和作用时间，利用动量定理求解平均作用力；
（2）结合光子的动量求解光子的能量，利用质能方程求解质量亏损的时间。
22．【答案】（1）解：根据能量守恒有①
由光电效应方程②
联立得逸出功③
（2）解：由题意，平行金属板飞出的电子做类平抛运动恰能到达cd板 ④
⑤
⑥
⑦
⑧
联立解得⑨
【知识点】动能定理的综合应用；带电粒子在电场中的偏转；光电效应
【解析】【分析】（1） 电流表示数恰好为零，即此时光电子到达cd板的速度恰好为零，根据动能定理确定光电子的初动能，再结合光电效应方程进行解答；
（2）由于光电子飞出的方向不确定，要使所有光电子都能打到cd板，将粒子的速度分解成沿板方向和垂直于板方向，则当粒子沿板方向的速度越大，粒子越容易飞出两极板。故当粒子飞出时速度沿板方向恰好能到达cd板时，此时两极板间的电压最小，所有光电子都能打到cd板。此时粒子做类平抛运动，确定粒子在沿板方向和垂直于板方向的位移，再结合场强公式及牛顿第二定律和类平抛运动规律进行解答。
23．【答案】解：（1）大量处于能级的氢原子跃迁发出的光子能量分别为
，，
其中光子能量大于逸出功为的有2种，频率最大的光子能量是
（2）结合上述可知，光电子最大初动能为
由图甲可知，当向右移动滑片时，极电势低于极，两极间为加速电压，根据动能定理有
解得光电子到达极的最大动能为
向左移动滑片时，极电势高于极，两极间为减速电压，根据动能定理有
解得光电子到达极的最大动能为
【知识点】玻尔理论与氢原子的能级跃迁；光电效应
【解析】【分析】（1）光子的能量必须等于两个能级之差，这样，电子才可以发生跃迁；
（2）根据光电效应方程求解最大初动能，根据动能定理求解光电子到达A极的最大动能 。
24．【答案】（1）解：设单色光I（Ⅱ）在分界面MN上发生全反射的临界角为C，
则单色光Ⅱ射入玻璃砖的入射角
设光线Ⅱ从最高点B射入玻璃砖后的折射角为，根据几何关系可知
根据折射定律有
根据临界角与折射率的关系有，解得
（2）解：光在玻璃砖中的传播速度
光在玻璃砖中传播所用的时间，解得
（3）解：单色光I（Ⅱ）光子的能量，单色光I（Ⅱ）在真空中的波长
根据德布罗意公式可知，单色光在真空（空气）中时光子的动量
解得
【知识点】波长、波速与频率的关系；光的折射及折射定律；光子及其动量
【解析】【分析】（1）根据折射定律 和全反射临界角公式 可求出玻璃砖对单色光I（Ⅱ）的折射率；
（2）根据以及速度公式可求出单色光Ⅱ通过玻璃砖所用的时间；
（3）根据光子能量公式 、波长公式以及德布罗意波长公式可求出单色光在真空（空气）中时光子的动量。
25．【答案】（1）解：对光电子分析，根据动能定理有
根据光电效应方程有
根据截止频率与逸出功的关系有 解得
（2）解：根据光速、光的波长和频率的关系可知，入射光的频率
对光电子分析，根据光电效应方程有 解得
（3）解：根据题意结合光电效应方程有 强激光的波长
根据德布罗意公式有 解得
【知识点】动能定理的综合应用；光电效应；光子及其动量
【解析】【分析】（1）对光电子分析，根据动能定理、光电效应方程以及截止频率与逸出功的关系，可求得阴极K的极限频率v0；
（2）根据光速、光的波长和频率的关系以及光电效应方程，可求得换用真空（空气）中波长为 的光照射光电管的阴极K时的遏止电压；
（3）根据题意结合光电效应方程、光速、光的波长和频率的关系以及德布罗意公式，可求得强激光的光子在真空中的动量大小。
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