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2025高考物理一轮总复习第16章原子结构和波粒二象性原子核第39讲光电效应波粒二象性提能训练
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这是一份2025高考物理一轮总复习第16章原子结构和波粒二象性原子核第39讲光电效应波粒二象性提能训练，共6页。试卷主要包含了对黑体的认识，下列说法正确的是，光电效应的Uc－ν图像如图所示等内容，欢迎下载使用。
题组一 普朗克黑体辐射的理论
1．对黑体的认识，下列说法正确的是( D )
A．黑体不仅能吸收电磁波，也能反射电磁波
B．黑体是黑色的且其自身辐射电磁波
C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除了与温度有关，还与材料的种类及其表面状况有关
D．黑体是一种理想化模型，实际物体没有绝对黑体
[解析] 黑体吸收电磁波而不发生反射，黑体自身向外辐射电磁波，不一定是黑色的，故A、B错误；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，与材料的种类及其表面状况无关，故C错误；任何物体都会反射电磁波，只吸收不反射电磁波的物体实际是不存在的，黑体是一种理想化的模型，故D正确。
2．(多选)(2024·南宁高三检测)热辐射是指所有物体在一定的温度下都要向外辐射电磁波的现象，辐射强度是指垂直于电磁波传播方向上的单位面积上单位时间内所接收到的辐射能量。在研究某一黑体辐射的实验规律时，得到了四种温度下黑体辐射的强度与波长的关系如图。图中横轴表示电磁波的波长，纵轴表示某种波长电磁波的辐射强度，则由辐射强度图线可知，同一黑体在不同温度下( BD )
A．向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同
B．辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动
C．向外辐射的电磁波的总功率随温度升高而减小
D．向外辐射的电磁波的波长范围是相同的
[解析] 对于同一黑体，从图中可以看出，温度越高，向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度越大，故A错误；从图中可以看出，辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动，故B正确；从图中可以看出，随着温度的升高，各个波长的辐射强度均变大，故向外辐射的电磁波的总功率随温度升高而增大，故C错误；黑体可以辐射出任何波长的电磁波，在不同温度下，向外辐射的电磁波的波长范围是相同的，故D正确。
题组二 光电效应规律和充电效应方程的应用
3．(2024·广东高三联考)微光夜视仪的核心部件是像增强器，它主要由光阴极、微通道板、荧光屏幕三个部分组成(如图所示)。光阴极将微弱的原始光信号通过光电效应转化成光电子，再通过微通道板对电子进行倍增，利用二次发射的电子能将光电子数量增加数百上千倍，最后在荧光屏幕(阳极)上将增强后的电子信号再次转换为光学信号，让人眼可以看到。在整个过程中，电子会被外加的静电场加速，进一步增强信号，下列说法正确的是( B )
A．原始光信号无论频率多少，都能使光阴极发生光电效应
B．原始光信号频率越大，则经过光阴极发生光电效应后光电子的最大初动能越大
C．原始光信号转化而成的光电子就是光子
D．电子被外加静电场加速、说明该电场方向与电子运动方向相同
[解析] 原始光信号频率必须大于极限频率，才能发生光电效应，选项A错误；原始光信号频率越大，则经过光阴极发生光电效应后光电子的最大初动能越大，选项B正确；原始光信号转化而成的光电子是电子，而非光子，选项C错误；电子被外加静电场加速，说明该电场方向与电子运动方向相反，选项D错误。故选B。
4．频率为ν的光照射某金属时，产生光电子的最大初动能为Ekm。改为频率为2ν的光照射同一金属，所产生光电子的最大初动能为(h为普朗克常量)( C )
A．Ekm－hν B．2Ekm
C．Ekm＋hν D．Ekm＋2hν
[解析] 根据爱因斯坦光电效应方程得Ekm＝hν－W0，若入射光频率变为2ν，则Ekm′＝h·2ν－W0＝2hν－(hν－Ekm)＝hν＋Ekm，故选项C正确。
5．(2024·湖南高三阶段练习)下表给出了铝和钙的截止频率和逸出功，已知普朗克常量与光速的乘积为1 240 eV·nm，若用200 nm的光分别照射两种金属，下列选项正确的是( C )
A．只有金属钙能发生光电效应
B．若增大入射光的波长，则截止频率减小
C．金属铝和钙对应遏止电压之比为2∶3
D．金属铝和钙对应遏止电压之比为21∶16
[解析] 由题意可知，光子能量E＝eq \f(hc,λ)＝eq \f(1 240,200) eV＝6.2 eV，光子能量大于两种金属的逸出功，故均能发生光电效应，A错误；截止频率只与金属自身的性质有关，与入射光的频率无关，B错误；由爱因斯坦光电效应方程Ek＝E－W0和动能定理qU＝Ek得，铝的遏止电压为2 V，钙的遏止电压为3 V，金属铝和金属钙的遏止电压之比为2∶3，故C正确，D错误。故选C。
题组三 光电效应图像
6．(多选)(2024·平顶山高三阶段检测)用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线如图，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，电子电荷量e＝1.6×10－19 C，由图可知( ACD )
A．该金属的截止频率为4.27×1014 Hz
B．该金属的截止频率为5.5×1014 Hz
C．该图线的斜率表示普朗克常量
D．该金属的逸出功约为1.77 eV
[解析] 由光电效应方程Ek＝hν－W0，可知图线的横截距表示该金属的截止频率，则νc＝4.27×1014 Hz，故A正确，B错误；由光电效应方程Ek＝hν－W0可知，该图线的斜率表示普朗克常量，故C正确；该金属的逸出功W0＝hνc＝eq \f(6.63×10－34×4.27×1014,1.6×10－19) eV≈1.77 eV，故D正确。
7．光电效应的Uc－ν图像如图所示。若电子的电荷量为e，则普朗克常量可表示为( B )
A．eq \f(be,a) B．eq \f(be,2a)
C．eq \f(be,3a) D．eq \f(be,4a)
[解析] 根据爱因斯坦光电效应方程，结合动能定理有eUc＝hν－hν0，整理得Uc＝eq \f(h,e)·ν－eq \f(h,e)·ν0，结合题图有eq \f(h,e)＝eq \f(b,2a)，解得h＝eq \f(be,2a)。A、C、D错误，B正确。
8．(2024·河南洛阳调研)如图所示为用某金属研究光电效应规律得到的光电流随电压变化关系的图像，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( D )
A．Ek1>Ek2
B．单色光1的频率比单色光2的频率高
C．增大单色光1的强度，其遏止电压会增大
D．单色光1和单色光2的频率之差为eq \f(Ek1－Ek2,h)
[解析] 由于Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2，且Uc1题组四 对波粒二象性的理解
9．(多选)关于光的波粒二象性，正确的说法有( ABD )
A．光的频率越高，光子的能量越大，粒子性越显著
B．光的波长越长，光的能量越小，波动性越显著
C．频率高的光子不具有波动性，波长较长的光子不具有粒子性
D．个别光子产生的效果往往显示粒子性，大量光子产生的效果往往显示波动性
[解析] 光具有波粒二象性，但在不同情况下表现不同，频率越高，波长越短，粒子性越显著，反之波动性越显著，个别光子易显示粒子性，大量光子易显示波动性，故A、B、D三项正确。
10．(多选)(2023·海南卷)已知一个激光发射器功率为P，发射波长为λ的光，光速为c，普朗克常量为h，则( AC )
A．光的频率为eq \f(c,λ)
B．光子的能量为eq \f(h,λ)
C．光子的动量为eq \f(h,λ)
D．在时间t内激光器发射的光子数为eq \f(Ptc,hλ)
[解析] 光的频率ν＝eq \f(c,λ)，选项A正确；光子的能量E＝hν＝eq \f(hc,λ)，选项B错误；光子的动量p＝eq \f(h,λ)，选项C正确；在时间t内激光器发射的光子数n＝eq \f(Pt,E)＝eq \f(Ptλ,hc)，选项D错误。故选AC。
能力综合练
11．(多选)如图所示的实验中，分别用波长为λ1、λ2的单色光照射光电管的阴极K，测得相应的遏止电压分别为U1、U2。设电子的质量为m、所带的电荷量为e，真空中的光速为c，极限波长为λ0，下列说法正确的是( AC )
A．用波长为λ2的光照射时，光电子的最大初动能为eU2
B．用波长为λ2的光照射时，光电子的最大初动能为eq \f(eU1－U2λ1,λ2－λ1)－eq \f(eU1－U2λ0,λ2－λ1)
C．普朗克常量等于eq \f(eU1－U2λ1λ2,cλ2－λ1)
D．阴极K金属的极限频率为eq \f(cU1λ1－U2λ2,U1－U2)
[解析] 根据爱因斯坦光电效应方程，则有Ekm＝eq \f(hc,λ2)－W0＝eU2，故A正确，B错误；根据爱因斯坦光电效应方程可得hν1＝eU1＋W0，hν2＝eU2＋W0，联立解得h＝eq \f(eU1－U2,ν1－ν2)＝eq \f(eλ1λ2U1－U2,cλ2－λ1)，故C正确；阴极K金属的极限频率ν0＝eq \f(hν1－eU1,h)＝eq \f(cU1λ1－U2λ2,λ1λ2U1－U2)，D错误。
12．(2024·河北邯郸高三阶段练习)图甲是双缝干涉实验的装置，用a、b两种不同频率的单色光分别做实验，a光形成的相邻两条亮纹中心之间的距离较大。图乙是研究光电效应工作的实验装置，当用a、b两束光分别照射阴极时，微安表均有示数，普朗克常量为h，下列说法正确的是( C )
A．a光的频率大于b光的频率
B．用a光照射阴极，滑动变阻器的滑片向右移动时，电流表的示数一定增大
C．用b光照射阴极时，光电子的最大初动能较大
D．阴极K接电源正极，微安表示数一定为零
[解析] 根据Δx＝eq \f(L,d)λ知，a光产生的条纹间距大，则a光的波长长，频率小，故A错误；滑动变阻器的滑片向右滑动时，光电管两端电压增大，会有更多光电子达到阳极，电流表的示数逐渐增大，当达到饱和光电流后，电流表示数不再增大，故B错误；根据Ekm＝eq \f(1,2)mv2＝hν－W，已知b光频率大，可得用b光照射阴极时，光电子的最大初动能较大，故C正确；阴极K接电源正极时，该装置所加的电压为反向电压，而当逸出的光电子的最大初动能较小，使其无法达到A端，此时电流表示数才为0，故D错误。故选C。
13．某光电管的阴极在某单色光照射下恰好发生光电效应，阴极与阳极之间所加电压大小为U，光电流为I。已知电子的质量为m、电荷量为e，假设光电子垂直碰撞阳极且碰撞后即被吸收，则光电子对阳极板的平均作用力F的大小为( A )
A．eq \f(I,e)eq \r(2meU) B．eq \f(I,e)eq \r(meU)
C．eq \f(e,I)eq \r(2meU) D．eq \f(e,I)eq \r(meU)
[解析] 根据题意，阴极金属恰好发生光电效应，则说明光电子离开阴极的速度为0，根据动能定理有eU＝eq \f(1,2)mv2，可得v＝eq \r(\f(2eU,m))，每个光电子到达阳极板时的动量变化量大小为Δp0＝mv＝eq \r(2meU)，设时间Δt内有n个电子打在阳极板上，则有I＝eq \f(q,Δt)＝eq \f(ne,Δt)，由动量定理可得平均作用力为F＝neq \f(Δp0,Δt)，由以上整理得F＝eq \f(I,e)eq \r(2meU)，A正确，B、C、D错误。
金属
铝
钙
νc/(1014 Hz)
10.1
7.73
W0/eV
4.2
3.2
题组一 普朗克黑体辐射的理论
1．对黑体的认识，下列说法正确的是( D )
A．黑体不仅能吸收电磁波，也能反射电磁波
B．黑体是黑色的且其自身辐射电磁波
C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除了与温度有关，还与材料的种类及其表面状况有关
D．黑体是一种理想化模型，实际物体没有绝对黑体
[解析] 黑体吸收电磁波而不发生反射，黑体自身向外辐射电磁波，不一定是黑色的，故A、B错误；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，与材料的种类及其表面状况无关，故C错误；任何物体都会反射电磁波，只吸收不反射电磁波的物体实际是不存在的，黑体是一种理想化的模型，故D正确。
2．(多选)(2024·南宁高三检测)热辐射是指所有物体在一定的温度下都要向外辐射电磁波的现象，辐射强度是指垂直于电磁波传播方向上的单位面积上单位时间内所接收到的辐射能量。在研究某一黑体辐射的实验规律时，得到了四种温度下黑体辐射的强度与波长的关系如图。图中横轴表示电磁波的波长，纵轴表示某种波长电磁波的辐射强度，则由辐射强度图线可知，同一黑体在不同温度下( BD )
A．向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同
B．辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动
C．向外辐射的电磁波的总功率随温度升高而减小
D．向外辐射的电磁波的波长范围是相同的
[解析] 对于同一黑体，从图中可以看出，温度越高，向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度越大，故A错误；从图中可以看出，辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动，故B正确；从图中可以看出，随着温度的升高，各个波长的辐射强度均变大，故向外辐射的电磁波的总功率随温度升高而增大，故C错误；黑体可以辐射出任何波长的电磁波，在不同温度下，向外辐射的电磁波的波长范围是相同的，故D正确。
题组二 光电效应规律和充电效应方程的应用
3．(2024·广东高三联考)微光夜视仪的核心部件是像增强器，它主要由光阴极、微通道板、荧光屏幕三个部分组成(如图所示)。光阴极将微弱的原始光信号通过光电效应转化成光电子，再通过微通道板对电子进行倍增，利用二次发射的电子能将光电子数量增加数百上千倍，最后在荧光屏幕(阳极)上将增强后的电子信号再次转换为光学信号，让人眼可以看到。在整个过程中，电子会被外加的静电场加速，进一步增强信号，下列说法正确的是( B )
A．原始光信号无论频率多少，都能使光阴极发生光电效应
B．原始光信号频率越大，则经过光阴极发生光电效应后光电子的最大初动能越大
C．原始光信号转化而成的光电子就是光子
D．电子被外加静电场加速、说明该电场方向与电子运动方向相同
[解析] 原始光信号频率必须大于极限频率，才能发生光电效应，选项A错误；原始光信号频率越大，则经过光阴极发生光电效应后光电子的最大初动能越大，选项B正确；原始光信号转化而成的光电子是电子，而非光子，选项C错误；电子被外加静电场加速，说明该电场方向与电子运动方向相反，选项D错误。故选B。
4．频率为ν的光照射某金属时，产生光电子的最大初动能为Ekm。改为频率为2ν的光照射同一金属，所产生光电子的最大初动能为(h为普朗克常量)( C )
A．Ekm－hν B．2Ekm
C．Ekm＋hν D．Ekm＋2hν
[解析] 根据爱因斯坦光电效应方程得Ekm＝hν－W0，若入射光频率变为2ν，则Ekm′＝h·2ν－W0＝2hν－(hν－Ekm)＝hν＋Ekm，故选项C正确。
5．(2024·湖南高三阶段练习)下表给出了铝和钙的截止频率和逸出功，已知普朗克常量与光速的乘积为1 240 eV·nm，若用200 nm的光分别照射两种金属，下列选项正确的是( C )
A．只有金属钙能发生光电效应
B．若增大入射光的波长，则截止频率减小
C．金属铝和钙对应遏止电压之比为2∶3
D．金属铝和钙对应遏止电压之比为21∶16
[解析] 由题意可知，光子能量E＝eq \f(hc,λ)＝eq \f(1 240,200) eV＝6.2 eV，光子能量大于两种金属的逸出功，故均能发生光电效应，A错误；截止频率只与金属自身的性质有关，与入射光的频率无关，B错误；由爱因斯坦光电效应方程Ek＝E－W0和动能定理qU＝Ek得，铝的遏止电压为2 V，钙的遏止电压为3 V，金属铝和金属钙的遏止电压之比为2∶3，故C正确，D错误。故选C。
题组三 光电效应图像
6．(多选)(2024·平顶山高三阶段检测)用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线如图，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，电子电荷量e＝1.6×10－19 C，由图可知( ACD )
A．该金属的截止频率为4.27×1014 Hz
B．该金属的截止频率为5.5×1014 Hz
C．该图线的斜率表示普朗克常量
D．该金属的逸出功约为1.77 eV
[解析] 由光电效应方程Ek＝hν－W0，可知图线的横截距表示该金属的截止频率，则νc＝4.27×1014 Hz，故A正确，B错误；由光电效应方程Ek＝hν－W0可知，该图线的斜率表示普朗克常量，故C正确；该金属的逸出功W0＝hνc＝eq \f(6.63×10－34×4.27×1014,1.6×10－19) eV≈1.77 eV，故D正确。
7．光电效应的Uc－ν图像如图所示。若电子的电荷量为e，则普朗克常量可表示为( B )
A．eq \f(be,a) B．eq \f(be,2a)
C．eq \f(be,3a) D．eq \f(be,4a)
[解析] 根据爱因斯坦光电效应方程，结合动能定理有eUc＝hν－hν0，整理得Uc＝eq \f(h,e)·ν－eq \f(h,e)·ν0，结合题图有eq \f(h,e)＝eq \f(b,2a)，解得h＝eq \f(be,2a)。A、C、D错误，B正确。
8．(2024·河南洛阳调研)如图所示为用某金属研究光电效应规律得到的光电流随电压变化关系的图像，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( D )
A．Ek1>Ek2
B．单色光1的频率比单色光2的频率高
C．增大单色光1的强度，其遏止电压会增大
D．单色光1和单色光2的频率之差为eq \f(Ek1－Ek2,h)
[解析] 由于Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2，且Uc1
9．(多选)关于光的波粒二象性，正确的说法有( ABD )
A．光的频率越高，光子的能量越大，粒子性越显著
B．光的波长越长，光的能量越小，波动性越显著
C．频率高的光子不具有波动性，波长较长的光子不具有粒子性
D．个别光子产生的效果往往显示粒子性，大量光子产生的效果往往显示波动性
[解析] 光具有波粒二象性，但在不同情况下表现不同，频率越高，波长越短，粒子性越显著，反之波动性越显著，个别光子易显示粒子性，大量光子易显示波动性，故A、B、D三项正确。
10．(多选)(2023·海南卷)已知一个激光发射器功率为P，发射波长为λ的光，光速为c，普朗克常量为h，则( AC )
A．光的频率为eq \f(c,λ)
B．光子的能量为eq \f(h,λ)
C．光子的动量为eq \f(h,λ)
D．在时间t内激光器发射的光子数为eq \f(Ptc,hλ)
[解析] 光的频率ν＝eq \f(c,λ)，选项A正确；光子的能量E＝hν＝eq \f(hc,λ)，选项B错误；光子的动量p＝eq \f(h,λ)，选项C正确；在时间t内激光器发射的光子数n＝eq \f(Pt,E)＝eq \f(Ptλ,hc)，选项D错误。故选AC。
能力综合练
11．(多选)如图所示的实验中，分别用波长为λ1、λ2的单色光照射光电管的阴极K，测得相应的遏止电压分别为U1、U2。设电子的质量为m、所带的电荷量为e，真空中的光速为c，极限波长为λ0，下列说法正确的是( AC )
A．用波长为λ2的光照射时，光电子的最大初动能为eU2
B．用波长为λ2的光照射时，光电子的最大初动能为eq \f(eU1－U2λ1,λ2－λ1)－eq \f(eU1－U2λ0,λ2－λ1)
C．普朗克常量等于eq \f(eU1－U2λ1λ2,cλ2－λ1)
D．阴极K金属的极限频率为eq \f(cU1λ1－U2λ2,U1－U2)
[解析] 根据爱因斯坦光电效应方程，则有Ekm＝eq \f(hc,λ2)－W0＝eU2，故A正确，B错误；根据爱因斯坦光电效应方程可得hν1＝eU1＋W0，hν2＝eU2＋W0，联立解得h＝eq \f(eU1－U2,ν1－ν2)＝eq \f(eλ1λ2U1－U2,cλ2－λ1)，故C正确；阴极K金属的极限频率ν0＝eq \f(hν1－eU1,h)＝eq \f(cU1λ1－U2λ2,λ1λ2U1－U2)，D错误。
12．(2024·河北邯郸高三阶段练习)图甲是双缝干涉实验的装置，用a、b两种不同频率的单色光分别做实验，a光形成的相邻两条亮纹中心之间的距离较大。图乙是研究光电效应工作的实验装置，当用a、b两束光分别照射阴极时，微安表均有示数，普朗克常量为h，下列说法正确的是( C )
A．a光的频率大于b光的频率
B．用a光照射阴极，滑动变阻器的滑片向右移动时，电流表的示数一定增大
C．用b光照射阴极时，光电子的最大初动能较大
D．阴极K接电源正极，微安表示数一定为零
[解析] 根据Δx＝eq \f(L,d)λ知，a光产生的条纹间距大，则a光的波长长，频率小，故A错误；滑动变阻器的滑片向右滑动时，光电管两端电压增大，会有更多光电子达到阳极，电流表的示数逐渐增大，当达到饱和光电流后，电流表示数不再增大，故B错误；根据Ekm＝eq \f(1,2)mv2＝hν－W，已知b光频率大，可得用b光照射阴极时，光电子的最大初动能较大，故C正确；阴极K接电源正极时，该装置所加的电压为反向电压，而当逸出的光电子的最大初动能较小，使其无法达到A端，此时电流表示数才为0，故D错误。故选C。
13．某光电管的阴极在某单色光照射下恰好发生光电效应，阴极与阳极之间所加电压大小为U，光电流为I。已知电子的质量为m、电荷量为e，假设光电子垂直碰撞阳极且碰撞后即被吸收，则光电子对阳极板的平均作用力F的大小为( A )
A．eq \f(I,e)eq \r(2meU) B．eq \f(I,e)eq \r(meU)
C．eq \f(e,I)eq \r(2meU) D．eq \f(e,I)eq \r(meU)
[解析] 根据题意，阴极金属恰好发生光电效应，则说明光电子离开阴极的速度为0，根据动能定理有eU＝eq \f(1,2)mv2，可得v＝eq \r(\f(2eU,m))，每个光电子到达阳极板时的动量变化量大小为Δp0＝mv＝eq \r(2meU)，设时间Δt内有n个电子打在阳极板上，则有I＝eq \f(q,Δt)＝eq \f(ne,Δt)，由动量定理可得平均作用力为F＝neq \f(Δp0,Δt)，由以上整理得F＝eq \f(I,e)eq \r(2meU)，A正确，B、C、D错误。
金属
铝
钙
νc/(1014 Hz)
10.1
7.73
W0/eV
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