資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
專題16.1　原子結構和波粒二象性
課程標準內容及要求 核心素養及關鍵能力
核心素養 關鍵能力
1.了解人類探索原子及其結構的歷史。知道原子的核式結構模型。通過對氫原子光譜的分析，了解原子的能級結構。 模型構建 物理建模能力
2.通過實驗，了解光電效應現象。知道愛因斯坦光電效應方程及其意義。能根據實驗結論說明光的波粒二象性。 物理規律 分析計算能力
3.知道實物粒子具有波動性，了解微觀世界的量子化特征。體會量子論的建立對人們認識物質世界的影響。 模型構建 物理建模能力
【知識點一】光電效應現象和方程的應用
1.對光電效應的四點提醒
(1)能否發生光電效應，不取決于光的強度而取決于光的頻率。
(2)光電效應中的“光”不是特指可見光，也包括不可見光。
(3)逸出功的大小由金屬本身決定，與入射光無關。
(4)光電子不是光子，而是電子。
2.兩條對應關系
(1)光的強度大→光子數目多→發射光電子多→光電流大。
(2)光子頻率高→光子能量大→產生光電子的最大初動能大→遏止電壓大。
3.定量分析時應抓住三個關系式
(1)愛因斯坦光電效應方程：Ek＝hν－W0。
(2)最大初動能與遏止電壓的關系：Ek＝eUc。
(3)逸出功與極限頻率的關系：W0＝hνc。
（2023 南通模擬）如圖所示，用某頻率的光照射光電管，研究飽和電流的影響因素，則（　　）
A．電源的左端為負極
B．換更高頻率的光照射，電流表示數一定增大
C．滑動變阻器滑片移至最左端，電流表示數為零
D．滑動變阻器滑片向右移的過程中，電流表示數可能一直增大
（2023 鄭州模擬）用光電管探究光電效應規律的實驗中，當用不同頻率的光照射兩種光電管的陰極時，得到的遏止電壓UC與入射光的頻率ν的關系分別為圖中a、b圖線所示。由圖中數據可知（　　）
A．
B．
C．普朗克常量h
D．a圖線對應的陰極材料的逸出功為W0＝eU2
（2023 龍華區校級二模）用紫外光電管制作的火災報警器的靈敏度非常高，其能夠探測5m遠處香煙頭燃燒時火焰發出的紫外線，因此被稱為“火焰發現者”，但它對可見光完全沒有反應，因此在使用過程中不需要過濾任何可見光。已知光電管內部金屬材料發生光電效應的極限頻率為ν0，對應的波長為λ0；可見光的最高頻率為ν1，對應的波長為λ1；可見光的最低頻率為ν2，對應的波長為λ2。下列說法正確的是（　　）
A．ν0一定大于ν1 B．λ0一定大于λ1
C．ν0一定小于ν2 D．λ0一定大于λ2
（2023 海淀區校級模擬）頻率為ν的入射光照射某金屬時發生光電效應現象。已知該金屬的逸出功為W，普朗克常量為h，電子電荷量大小為e，下列說法正確的是（　　）
A．該金屬的截止頻率為
B．該金屬的遏止電壓為
C．增大入射光的強度，單位時間內發射的光電子數不變
D．增大入射光的頻率，光電子的最大初動能不變
（2023 海淀區校級模擬）某同學采用如圖所示的裝置來研究光電效應現象。某單色光照射光電管的陰極K時，會發生光電效應現象，閉合開關S，在陽極A和陰極K之間加反向電壓，通過調節滑動變阻器的滑片逐漸增大電壓，直至電流計中電流恰為零，此時電壓表顯示的電壓值U稱為反向截止電壓。現分別用頻率為ν1和ν2的單色光照射陰極，測量到的反向截止電壓分別為U1和U2，設電子質量為m，電荷量為e，則下列關系式中不正確的是（　　）
A．頻率為ν1的單色光照射陰極K時光電子的最大初速度
B．陰極K金屬的極限頻率ν0
C．普朗克常量h
D．陰極K金屬的逸出功W
【知識點二】會分析光電效應的圖像問題
圖像名稱 圖線形狀 由圖線直接(間接)得到的物理量
最大初動能Ek與入射光頻率ν的關系圖線 ①極限頻率：圖線與ν軸交點的橫坐標νc ②逸出功：圖線與Ek軸交點的縱坐標的絕對值W0＝|－E|＝E ③普朗克常量：圖線的斜率k＝h
顏色相同、強度不同的光，光電流與電壓的關系 ①遏止電壓Uc：圖線與橫軸的交點的橫坐標 ②飽和光電流Im1、Im2：光電流的最大值 ③最大初動能：Ek＝eUc
光的顏色不同時，光電流與電壓的關系 ①遏止電壓Uc1、Uc2 ②飽和光電流 ③最大初動能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2
遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關系圖線 ①極限頻率νc：圖線與橫軸的交點的橫坐標值 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(注：此時光電管兩極之間接反向電壓)
（2023 貴州模擬）如圖甲所示為某實驗小組成員研究某金屬發生光電效應的遏止電壓隨照射光頻率變化關系的實驗原理圖，圖乙為實驗得到的遏止電壓隨照射光頻率變化的關系圖像，電子的電荷量e＝1.6×10﹣19C，則下列說法正確的是（　　）
A．由圖乙可得普朗克常量為6.6×10﹣33J s
B．由圖乙可知，該金屬的極限頻率為4.0×1014Hz
C．圖甲中入射光的頻率為4.8×1014Hz時，逸出的光電子的最大初動能為1.056×10﹣19J
D．圖甲中入射光的頻率為3.5×1014Hz時，滑動變阻器的滑片移到最左端，電流計G的示數為零
（2023 南平模擬）在研究光電效應中，當不同頻率的光照射某種金屬時，以遏止電壓UC為縱坐標，入射光波長的倒數為橫坐標，作出UC圖像如圖所示。其橫軸截距為a，縱軸截距為﹣b、元電荷電量為e。則（　　）
A．普朗克常量為
B．該金屬的截止頻率為
C．該金屬的逸出功為be
D．遏止電壓Uc與入射光波長的倒數成正比
（2023 廣東二模）某小組用a、b兩種單色光照射同一光電管探究光電效應，得到光電流I與光電管所加電壓U的關系如圖所示，下列說法正確的是（　　）
A．b光照射時逸出的光電子最大初動能大
B．增強a光的強度，遏止電壓Uca也增大
C．a光的頻率大于b光的頻率
D．a光的波長小于b光的波長
（2023 山東模擬）如圖甲所示為研究光電效應規律的實驗裝置，同一入射光照射到不同金屬材料表面，發生光電效應時的遏止電壓Uc與金屬材料的逸出功W0的關系如圖乙所示，已知普朗克常量為h，則入射光的頻率為（　　）
A． B． C． D．
（2023 江蘇三模）如圖甲所示，分別用1、2兩種材料作K極進行光電效應探究，頻率相同的a、b兩束光分別照射1、2兩種材料，產生光電子的最大初動能分別為Eka、Ekb，直流電源的正負極可以調節，光電流I隨電壓U變化關系如圖乙所示，則（　　）
A．a光子的能量比b光子的大
B．a光的光照強度比b光的小
C．光電子的最大初動能Eka＜Ekb
D．材料1的截止頻率比材料2的小
【知識點三】玻爾理論和能級躍遷
1.定態間的躍遷——滿足能級差
(1)從低能級(n)高能級(m)―→吸收能量。
hν＝Em－En
(2)從高能級(m)低能級(n)―→放出能量。
hν＝Em－En
2．電離
電離態與電離能
電離態：n＝∞，E＝0
基態→電離態：E吸＝0－(－13.6 eV)＝13.6 eV。
激發態→電離態：E吸＞0－En＝|En|。
若吸收能量足夠大，克服電離能后，獲得自由的電子還攜帶動能。
（2023 包河區校級模擬）如圖甲為氫原子的能級圖，現用頻率為ν0的光照射大量處于基態的氫原子，在所發射的光譜中僅能觀測到頻率分別為νa、νb、νc的三條譜線，現用這三種頻率的光去照射圖乙的光電效應的實驗裝置；其中只有a、b兩種光能得到圖丙所示的電流與電壓的關系曲線；已知圖乙中的陰極材料是表中所給材料中的一種，表是幾種金屬的逸出功和截止頻率。已知e＝1.6×10﹣19C。以下說法正確的是（　　）
幾種金屬的逸出功和截止頻率
金屬 W/eV ν/×1014Hz
鈉 2.29 5.53
鉀 2.25 5.44
銣 2.13 5.15
A．一定有hν0＝hνa+hνb+hνc
B．a光可能是從n＝2能級躍遷到n＝1能級發出的光
C．圖乙中的陰極材料一定是鉀
D．圖丙中的b光照射陰極時每秒射出的光電子數大約4×1013個
（2023 濟南二模）圖甲是研究光電效應的電路圖，逸出功為2.30eV的金屬為K極，圖乙為氫原子能級圖（巴耳末系的四種可見光，是分別從n＝3、4、5、6能級躍遷到n＝2能級產生的）。下列說法正確的是（　　）
A．當P移至與O點重合時，電流表示數一定變為0
B．上述的四種可見光只有一種不能讓圖甲中的K極金屬發生光電效應
C．氫原子從基態躍遷到激發態，電子的動能增大，總能量增大
D．處在n＝3能級的氫原子，在與動能為1.10eV的自由電子碰撞的過程中不能吸收能量向高能級躍遷
（2023 棗強縣校級模擬）如圖為氫原子的部分能級示意圖，下列說法正確的是（　　）
A．大量處于n＝4能級的氫原子向低能級躍遷時，最多可輻射出3種不同頻率的光子
B．當氫原子從n＝3能級躍遷到n＝2能級時，向外輻射的光子能量為4.91eV
C．氫原子的核外電子由較高能級躍遷到較低能級時，要釋放一定頻率的光子，同時電子的動能增大，電勢能減小，且總能量減小
D．用光子能量為12.58eV的光照射一群處于基態的氫原子，電子可能躍遷到其它能級上去
（2023 南寧模擬）氫原子的能級圖如圖所示，用一群處于第4能級的氫原子躍遷發出的光照射金屬鈦，鈦的表面有光電子逸出，測得光電子的最大初動能為8.42eV，則金屬鈦的逸出功為（　　）
A．12.75eV B．7.57eV C．5.18eV D．4.33eV
（2023 思明區校級模擬）如圖所示為氫原子的能級圖，已知巴爾末線系是氫原子從較高能級躍遷到n＝2能級時發出的譜線，一束單一頻率的光照射一群處于基態的氫原子使其發生躍遷，發出的譜線中僅有2條是巴爾末線系，則這束光的光子能量為（　　）
A．2.55eV B．12.09eV C．12.75eV D．13.06eV
（2023 山東）“夢天號”實驗艙攜帶世界首套可相互比對的冷原子鐘組發射升空，對提升我國導航定位、深空探測等技術具有重要意義。如圖所示為某原子鐘工作的四能級體系，原子吸收頻率為ν0的光子從基態能級Ⅰ躍遷至激發態能級Ⅱ，然后自發輻射出頻率為ν1的光子，躍遷到鐘躍遷的上能級2，并在一定條件下可躍遷到鐘躍遷的下能級1，實現受激輻射，發出鐘激光，最后輻射出頻率為ν3的光子回到基態。該原子鐘產生的鐘激光的頻率ν2為（　　）
A．ν0+ν1+ν3 B．ν0+ν1﹣ν3 C．ν0﹣ν1+ν3 D．ν0﹣ν1﹣ν3
（2023 湖北）2022年10月，我國自主研發的“夸父一號”太陽探測衛星成功發射。該衛星搭載的萊曼阿爾法太陽望遠鏡可用于探測波長為121.6nm的氫原子譜線（對應的光子能量為10.2eV）。根據如圖所示的氫原子能級圖，可知此譜線來源于太陽中氫原子（　　）
A．n＝2和n＝1能級之間的躍遷
B．n＝3和n＝1能級之間的躍遷
C．n＝3和n＝2能級之間的躍遷
D．n＝4和n＝2能級之間的躍遷
（2023 遼寧）原子處于磁場中，某些能級會發生劈裂。某種原子能級劈裂前后的部分能級圖如圖所示，相應能級躍遷放出的光子分別設為①②③④。若用①照射某金屬表面時能發生光電效應，且逸出光電子的最大初動能為Ek，則（　　）
A．①和③的能量相等
B．②的頻率大于④的頻率
C．用②照射該金屬一定能發生光電效應
D．用④照射該金屬逸出光電子的最大初動能小于Ek
（2023 新課標）銫原子基態的兩個超精細能級之間躍遷發射的光子具有穩定的頻率，銫原子鐘利用的兩能級的能量差量級為10﹣5eV，躍遷發射的光子的頻率量級為（普朗克常量h＝6.63×10﹣34J s，元電荷e＝1.60×10﹣19C）（　　）
A．103Hz B．106Hz C．109Hz D．1012Hz
（多選）（2023 浙江）氫原子從高能級向低能級躍遷時，會產生四種頻率的可見光，其光譜如圖1所示。氫原子從能級6躍遷到能級2產生可見光Ⅰ，從能級3躍遷到能級2產生可見光Ⅱ。用同一雙縫干涉裝置研究兩種光的干涉現象，得到如圖2和圖3所示的干涉條紋。用兩種光分別照射如圖4所示的實驗裝置，都能產生光電效應。下列說法正確的是（　　）
A．圖1中的Hα對應的是Ⅰ
B．圖2中的干涉條紋對應的是Ⅱ
C．Ⅰ的光子動量大于Ⅱ的光子動量
D．P向a移動，電流表示數為零時Ⅰ對應的電壓表示數比Ⅱ的大
（2022 重慶）如圖為氫原子的能級示意圖。已知藍光光子的能量范圍為2.53～2.76eV，紫光光子的能量范圍為2.76～3.10eV。若使處于基態的氫原子被激發后，可輻射藍光，不輻射紫光，則激發氫原子的光子能量為（　　）
A．10.20eV B．12.09eV C．12.75eV D．13.06eV
（2023 全國）根據盧瑟福提出的原子核式結構模型解釋α粒子散射實驗，使少數α粒子發生大角度偏轉的作用力是金原子核對α粒子的（　　）
A．庫侖斥力 B．庫侖引力 C．萬有引力 D．核力
（2022 湖南）關于原子結構和微觀粒子波粒二象性，下列說法正確的是（　　）
A．盧瑟福的核式結構模型解釋了原子光譜的分立特征
B．玻爾的原子理論完全揭示了微觀粒子運動的規律
C．光電效應揭示了光的粒子性
D．電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣揭示了電子的粒子性
（2023 全國）利用如圖所示的電路做光電效應實驗，通過改變滑動變阻器的滑動頭位置，可獲得光電流強度與電壓的關系圖線。實驗中使用了幾種已知頻率的入射光照射光電管，這些光入射后在電路中均出現了光電流。保持電路接法不變，通過實驗可以測出（　　）
A．普朗克常量
B．金屬的逸出功
C．光電子脫離金屬后的最大初動能
D．一定光強下的飽和光電流
（2023 浙江）被譽為“中國天眼”的大口徑球面射電望遠鏡已發現660余顆新脈沖星，領先世界。天眼對距地球為L的天體進行觀測，其接收光子的橫截面半徑為R。若天體射向天眼的輻射光子中，有η（η＜1）倍被天眼接收，天眼每秒接收到該天體發出的頻率為ν的N個光子。普朗克常量為h，則該天體發射頻率為ν光子的功率為（　　）
A． B．
C． D．
（多選）（2023 浙江）有一種新型光電效應量子材料，其逸出功為W0。當紫外光照射該材料時，只產生動能和動量單一的相干光電子束。用該電子束照射間距為d的雙縫，在與縫相距為L的觀測屏上形成干涉條紋，測得條紋間距為Δx。已知電子質量m，普朗克常量為h，光速為c，則（　　）
A．電子的動量pe
B．電子的動能Ek
C．光子的能量
D．光子的動量p
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
21世紀教育網(www.21cnjy.com)中小學教育資源及組卷應用平臺
專題16.1　原子結構和波粒二象性
課程標準內容及要求 核心素養及關鍵能力
核心素養 關鍵能力
1.了解人類探索原子及其結構的歷史。知道原子的核式結構模型。通過對氫原子光譜的分析，了解原子的能級結構。 模型構建 物理建模能力
2.通過實驗，了解光電效應現象。知道愛因斯坦光電效應方程及其意義。能根據實驗結論說明光的波粒二象性。 物理規律 分析計算能力
3.知道實物粒子具有波動性，了解微觀世界的量子化特征。體會量子論的建立對人們認識物質世界的影響。 模型構建 物理建模能力
【知識點一】光電效應現象和方程的應用
1.對光電效應的四點提醒
(1)能否發生光電效應，不取決于光的強度而取決于光的頻率。
(2)光電效應中的“光”不是特指可見光，也包括不可見光。
(3)逸出功的大小由金屬本身決定，與入射光無關。
(4)光電子不是光子，而是電子。
2.兩條對應關系
(1)光的強度大→光子數目多→發射光電子多→光電流大。
(2)光子頻率高→光子能量大→產生光電子的最大初動能大→遏止電壓大。
3.定量分析時應抓住三個關系式
(1)愛因斯坦光電效應方程：Ek＝hν－W0。
(2)最大初動能與遏止電壓的關系：Ek＝eUc。
(3)逸出功與極限頻率的關系：W0＝hνc。
（2023 南通模擬）如圖所示，用某頻率的光照射光電管，研究飽和電流的影響因素，則（　　）
A．電源的左端為負極
B．換更高頻率的光照射，電流表示數一定增大
C．滑動變阻器滑片移至最左端，電流表示數為零
D．滑動變阻器滑片向右移的過程中，電流表示數可能一直增大
【解答】解：A．光電子從K極逸出后要能順利的形成光電流，需要加上正向電壓，因此電源的左端為正極，光電子在電場力的作用下向A板做定向移動，從而形成光電流，故A錯誤；
B．換更高頻率的光照射，可以增大光電子的動能增加，使單位時間到達A極板的電子數增多，電流增大；若到達飽和光電流，換更高頻率的光照射，光電流并不會增大，電流表示數不變，故B錯誤；
C．當滑動變阻器移動到最左端時，A、K兩極板的電壓為零，但逸出的光電子具有動能，可以到達A極板，因此電流表的示數不為零，故C錯誤；
D．滑動變阻器滑片向右移的過程中，A、K兩極板的電壓增大，光電子在電場力的作用下移動的更快，即單位時間內到達A極板的光電子數目增多，則光電流增大，但若光電流已經達到飽和，增大兩極板的電壓，光電流不在變化，因此滑動變阻器滑片向右移的過程中，電流表示數可能一直增大，故D正確。
故選：D。
（2023 鄭州模擬）用光電管探究光電效應規律的實驗中，當用不同頻率的光照射兩種光電管的陰極時，得到的遏止電壓UC與入射光的頻率ν的關系分別為圖中a、b圖線所示。由圖中數據可知（　　）
A．
B．
C．普朗克常量h
D．a圖線對應的陰極材料的逸出功為W0＝eU2
【解答】解：AB．由光電效應方程Ekm＝hν﹣W0，結合動能定理eUC＝Ekm，可得，結合圖像可知圖像的斜率，故AB錯誤；
C．由，可得普朗克常量，故C正確；
D．結合圖像的特點可知，a圖線對應的光電管陰極材料的逸出功為，W0＝eU1，故D錯誤。
故選：C。
（2023 龍華區校級二模）用紫外光電管制作的火災報警器的靈敏度非常高，其能夠探測5m遠處香煙頭燃燒時火焰發出的紫外線，因此被稱為“火焰發現者”，但它對可見光完全沒有反應，因此在使用過程中不需要過濾任何可見光。已知光電管內部金屬材料發生光電效應的極限頻率為ν0，對應的波長為λ0；可見光的最高頻率為ν1，對應的波長為λ1；可見光的最低頻率為ν2，對應的波長為λ2。下列說法正確的是（　　）
A．ν0一定大于ν1 B．λ0一定大于λ1
C．ν0一定小于ν2 D．λ0一定大于λ2
【解答】解：AC．根據題意可知，光電管對可見光完全沒有反應，即可見光照射光電管不會發生光電效應，說明可見光的最高頻率ν1小于光電管內部金屬的極限頻率ν0，可見光的最低頻率ν2更是小于光電管內部金屬的極限頻率ν0，故A正確，故C錯誤；
BD．根據公式可知，頻率ν越高，波長λ越短，故λ0一定小于λ1和λ2，故BD錯誤。
故選：A。
（2023 海淀區校級模擬）頻率為ν的入射光照射某金屬時發生光電效應現象。已知該金屬的逸出功為W，普朗克常量為h，電子電荷量大小為e，下列說法正確的是（　　）
A．該金屬的截止頻率為
B．該金屬的遏止電壓為
C．增大入射光的強度，單位時間內發射的光電子數不變
D．增大入射光的頻率，光電子的最大初動能不變
【解答】解：A、根據逸出功和截止頻率關系 W＝hνc可得截止頻率為：，故A錯誤；
B、根據遏止電壓和最大初動能的關系 eUc＝Ek＝hν﹣W，可得遏止電壓為：Uc，故B正確；
C、增大入射光的強度，即增大入射光的光子數，則單位時間內發射的光電子數增多，故C錯誤；
D、根據光電效應方程Ek＝hν﹣W可知：增大入射光的頻率，光電子的最大初動能增大，故D錯誤。
故選：B。
（2023 海淀區校級模擬）某同學采用如圖所示的裝置來研究光電效應現象。某單色光照射光電管的陰極K時，會發生光電效應現象，閉合開關S，在陽極A和陰極K之間加反向電壓，通過調節滑動變阻器的滑片逐漸增大電壓，直至電流計中電流恰為零，此時電壓表顯示的電壓值U稱為反向截止電壓。現分別用頻率為ν1和ν2的單色光照射陰極，測量到的反向截止電壓分別為U1和U2，設電子質量為m，電荷量為e，則下列關系式中不正確的是（　　）
A．頻率為ν1的單色光照射陰極K時光電子的最大初速度
B．陰極K金屬的極限頻率ν0
C．普朗克常量h
D．陰極K金屬的逸出功W
【解答】解：A、光電子在電場中做減速運動，根據動能定理得：
﹣eU1＝0m
則得光電子的最大初速度為：vm，故A正確；
BCD、根據愛因斯坦光電效應方程得：
hν1＝eU1+W
hν2＝eU2+W
得金屬的逸出功為：W＝hν1﹣eU1
聯立得：h
代入可得金屬的逸出功：
陰極K金屬的極限頻率為：
聯立可得：
故C錯誤，BD正確。
本題選擇錯誤的，故選：C。
【知識點二】會分析光電效應的圖像問題
圖像名稱 圖線形狀 由圖線直接(間接)得到的物理量
最大初動能Ek與入射光頻率ν的關系圖線 ①極限頻率：圖線與ν軸交點的橫坐標νc ②逸出功：圖線與Ek軸交點的縱坐標的絕對值W0＝|－E|＝E ③普朗克常量：圖線的斜率k＝h
顏色相同、強度不同的光，光電流與電壓的關系 ①遏止電壓Uc：圖線與橫軸的交點的橫坐標 ②飽和光電流Im1、Im2：光電流的最大值 ③最大初動能：Ek＝eUc
光的顏色不同時，光電流與電壓的關系 ①遏止電壓Uc1、Uc2 ②飽和光電流 ③最大初動能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2
遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關系圖線 ①極限頻率νc：圖線與橫軸的交點的橫坐標值 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(注：此時光電管兩極之間接反向電壓)
（2023 貴州模擬）如圖甲所示為某實驗小組成員研究某金屬發生光電效應的遏止電壓隨照射光頻率變化關系的實驗原理圖，圖乙為實驗得到的遏止電壓隨照射光頻率變化的關系圖像，電子的電荷量e＝1.6×10﹣19C，則下列說法正確的是（　　）
A．由圖乙可得普朗克常量為6.6×10﹣33J s
B．由圖乙可知，該金屬的極限頻率為4.0×1014Hz
C．圖甲中入射光的頻率為4.8×1014Hz時，逸出的光電子的最大初動能為1.056×10﹣19J
D．圖甲中入射光的頻率為3.5×1014Hz時，滑動變阻器的滑片移到最左端，電流計G的示數為零
【解答】解：AB、由光電效應方程有Ekm＝hν﹣W0
由能量守恒定律有Ekm＝eUC
又有W0＝hν0
聯立可得：
由圖乙可知，圖像斜率kV s，解得普朗克常量為：h＝6.6×10﹣34J s
當UC＝0時，對應ν為該金屬的極限頻率，由圖乙可知該金屬的極限頻率為ν0＝3.2×1014Hz，故AB錯誤；
C、由光電效應方程有Ekm＝hν﹣W0＝hν﹣hν0，則知當入射光的頻率為4.8×1014Hz時，逸出的光電子的最大初動能為，故C正確；
D、圖甲中入射光的頻率為3.5×1014Hz，大于該金屬的極限頻率，能發生光電效應，有光電流產生，滑動變阻器的滑片移到最左端時，光電管、電流計和電壓表形成回路，電流可以通過，因此電流計G的示數不為零，故D錯誤。
故選：C。
（2023 南平模擬）在研究光電效應中，當不同頻率的光照射某種金屬時，以遏止電壓UC為縱坐標，入射光波長的倒數為橫坐標，作出UC圖像如圖所示。其橫軸截距為a，縱軸截距為﹣b、元電荷電量為e。則（　　）
A．普朗克常量為
B．該金屬的截止頻率為
C．該金屬的逸出功為be
D．遏止電壓Uc與入射光波長的倒數成正比
【解答】解：ACD、由eUc＝Ekm＝hν﹣W0，可得：Uc
可知遏止電壓Uc與入射光波長的倒數成線性關系，但不是正比關系。
結合圖像得直線的斜率k，由于b，故金屬的逸出功W0＝be，普朗克常量h，故AD錯誤，C正確；
B、由W0＝hνc，得金屬的截止頻率νcac，故B錯誤。
故選：C。
（2023 廣東二模）某小組用a、b兩種單色光照射同一光電管探究光電效應，得到光電流I與光電管所加電壓U的關系如圖所示，下列說法正確的是（　　）
A．b光照射時逸出的光電子最大初動能大
B．增強a光的強度，遏止電壓Uca也增大
C．a光的頻率大于b光的頻率
D．a光的波長小于b光的波長
【解答】解：A．根據動能定理有eUc＝Ekm
b光照遏止電壓較大，則b光照射時逸出的光電子最大初動能大，故A正確；
B．根據愛因斯坦光電效應方程hν＝W0+Ekm，根據動能定理eUc＝Ekm
光強與遏止電壓無關，故B錯誤；
C．由B可知，a光的頻率小于b光的頻率，故C錯誤；
D．由，a光的波長大于b光的波長，故D錯誤。
故選：A。
（2023 山東模擬）如圖甲所示為研究光電效應規律的實驗裝置，同一入射光照射到不同金屬材料表面，發生光電效應時的遏止電壓Uc與金屬材料的逸出功W0的關系如圖乙所示，已知普朗克常量為h，則入射光的頻率為（　　）
A． B． C． D．
【解答】解：根據愛因斯坦光電效應方程Ekm＝hν﹣W0
結合Ekm＝eUc
解得：
結合圖乙的圖像的截距與斜率可得：，
解得
故A正確，BCD錯誤。
故選：A。
（2023 江蘇三模）如圖甲所示，分別用1、2兩種材料作K極進行光電效應探究，頻率相同的a、b兩束光分別照射1、2兩種材料，產生光電子的最大初動能分別為Eka、Ekb，直流電源的正負極可以調節，光電流I隨電壓U變化關系如圖乙所示，則（　　）
A．a光子的能量比b光子的大
B．a光的光照強度比b光的小
C．光電子的最大初動能Eka＜Ekb
D．材料1的截止頻率比材料2的小
【解答】解：A．a、b兩束光的頻率相同，根據E＝hν可知a、b兩束光子的能量相同，故A錯誤；
B．因a光的飽和光電流較大，可知a光的光照強度較大，故B錯誤；
CD．根據eUc＝Ekm＝hν﹣W0，因b光的遏止電壓Uc較大，可知b光照射材料2產生光電子的光電子的最大初動能較大，即Eka＜Ekb；
a光照射材料1產生光電子的光電子的最大初動能較小，則材料1的逸出功W0較大，由hνc＝W0，可知材料1的截止頻率νc比材料2的大。故C正確，D錯誤。
故選：C。
【知識點三】玻爾理論和能級躍遷
1.定態間的躍遷——滿足能級差
(1)從低能級(n)高能級(m)―→吸收能量。
hν＝Em－En
(2)從高能級(m)低能級(n)―→放出能量。
hν＝Em－En
2．電離
電離態與電離能
電離態：n＝∞，E＝0
基態→電離態：E吸＝0－(－13.6 eV)＝13.6 eV。
激發態→電離態：E吸＞0－En＝|En|。
若吸收能量足夠大，克服電離能后，獲得自由的電子還攜帶動能。
（2023 包河區校級模擬）如圖甲為氫原子的能級圖，現用頻率為ν0的光照射大量處于基態的氫原子，在所發射的光譜中僅能觀測到頻率分別為νa、νb、νc的三條譜線，現用這三種頻率的光去照射圖乙的光電效應的實驗裝置；其中只有a、b兩種光能得到圖丙所示的電流與電壓的關系曲線；已知圖乙中的陰極材料是表中所給材料中的一種，表是幾種金屬的逸出功和截止頻率。已知e＝1.6×10﹣19C。以下說法正確的是（　　）
幾種金屬的逸出功和截止頻率
金屬 W/eV ν/×1014Hz
鈉 2.29 5.53
鉀 2.25 5.44
銣 2.13 5.15
A．一定有hν0＝hνa+hνb+hνc
B．a光可能是從n＝2能級躍遷到n＝1能級發出的光
C．圖乙中的陰極材料一定是鉀
D．圖丙中的b光照射陰極時每秒射出的光電子數大約4×1013個
【解答】解：AB、大量氫原子躍遷時只有三個頻率的光譜，這說明是從n＝3能級向低能級躍遷，則hν0＝E3﹣E1，又由圖丙可知νa＞νb＞νc，所以hν0＝hνa＝hνb+hνc，a光是從n＝3能級躍遷到n＝1能級發出的光，故AB錯誤；
C、由hν＝Ek+W，Ek＝eUc，代入a的數據得W＝2.25eV，所以陰極材料是鉀，故C正確；
D、圖丙中飽和電流為Im＝0.64μA，由Imt＝Ne，得N＝4×1012，故D錯誤。
故選：C。
（2023 濟南二模）圖甲是研究光電效應的電路圖，逸出功為2.30eV的金屬為K極，圖乙為氫原子能級圖（巴耳末系的四種可見光，是分別從n＝3、4、5、6能級躍遷到n＝2能級產生的）。下列說法正確的是（　　）
A．當P移至與O點重合時，電流表示數一定變為0
B．上述的四種可見光只有一種不能讓圖甲中的K極金屬發生光電效應
C．氫原子從基態躍遷到激發態，電子的動能增大，總能量增大
D．處在n＝3能級的氫原子，在與動能為1.10eV的自由電子碰撞的過程中不能吸收能量向高能級躍遷
【解答】解：A．當P移至與O點重合時，AK極間的電壓為0，發生光電效應時，逸出的光電子具有初動能，會有光電流產生，電流表示數不為0，故A錯誤；
B．從能級n＝3躍遷至n＝2產生的光的光子能量為1.89eV，小于逸出功，不能讓圖甲中的K極金屬發生光電效應；從能級n＝4躍遷至n＝2產生的光的光子能量為2.55eV，大于逸出功2.30eV，能讓圖甲中的K極金屬發生光電效應；能級n＝5至n＝2和能級n＝6至n＝2產生的光的光子能量均大于n＝4躍遷至n＝2產生的光的光子能量，也就均能讓圖甲中的K極金屬發生光電效應。故上述的四種可見光只有一種不能讓圖甲中的K極金屬發生光電效應，故B正確；
C．氫原子從基態躍遷到激發態吸收能量，總能量增大；電子軌道半徑增大，根據，，可得：，可知電子的動能減小，故B錯誤；
D．處在n＝3能級的氫原子可以吸收動能為1.10eV的自由電子的一部分動能，如吸收0.66eV的能量躍遷到n＝4能級，故D錯誤。
故選：B。
（2023 棗強縣校級模擬）如圖為氫原子的部分能級示意圖，下列說法正確的是（　　）
A．大量處于n＝4能級的氫原子向低能級躍遷時，最多可輻射出3種不同頻率的光子
B．當氫原子從n＝3能級躍遷到n＝2能級時，向外輻射的光子能量為4.91eV
C．氫原子的核外電子由較高能級躍遷到較低能級時，要釋放一定頻率的光子，同時電子的動能增大，電勢能減小，且總能量減小
D．用光子能量為12.58eV的光照射一群處于基態的氫原子，電子可能躍遷到其它能級上去
【解答】解：A、根據可知，大量處于n＝4能級的氫原子向低能級躍遷，輻射的光子頻率最多有6種，故A錯誤；
B、根據能級示意圖可知，當氫原子從n＝3能級躍遷到n＝2能級時，向外輻射的光子能量為
ΔE＝E3﹣E2＝﹣1.51eV﹣（﹣3.40）eV＝1.89eV，故B錯誤；
C、氫原子的核外電子由較高能級躍遷到較低能級時，要釋放一定頻率的光子，根據庫侖力提供向心力可得：
解得：
所以電子的速度會增大，動能會增大，電子的電勢能減小，所以總能量減小，故C正確；
D、光子照射處于基態的氫原子時，光子的能量必須等于能級差才能讓電子發生躍遷，根據能級示意圖可知，電子無法躍遷到其他能級，故D錯誤。
故選：C。
（2023 南寧模擬）氫原子的能級圖如圖所示，用一群處于第4能級的氫原子躍遷發出的光照射金屬鈦，鈦的表面有光電子逸出，測得光電子的最大初動能為8.42eV，則金屬鈦的逸出功為（　　）
A．12.75eV B．7.57eV C．5.18eV D．4.33eV
【解答】解：根據玻爾理論可知，一群處于第4能級的氫原子躍遷發出的光中，從第4能級躍遷至第1能級時釋放的能量最大，為：ΔEm＝E4﹣E1＝13.60eV﹣0.85eV＝12.75eV
由愛因斯坦光電效應方程Ek＝hν﹣W0，可得金屬鈦的逸出功為W0＝hνm﹣Ek＝12.75eV﹣8.42eV＝4.33eV，故ABC錯誤，D正確。
故選：D。
（2023 思明區校級模擬）如圖所示為氫原子的能級圖，已知巴爾末線系是氫原子從較高能級躍遷到n＝2能級時發出的譜線，一束單一頻率的光照射一群處于基態的氫原子使其發生躍遷，發出的譜線中僅有2條是巴爾末線系，則這束光的光子能量為（　　）
A．2.55eV B．12.09eV C．12.75eV D．13.06eV
【解答】解：由于巴爾末線系是氫原子在從較高能級躍遷到2能級發出的譜線，又由于處于激發態的氫原子會自發躍遷時發出的譜線中有2條是巴爾末線系，因此此激發態處于n＝4能級，依據吸收的能量即為兩能級的能量之差，那么這束光的光子能量為：E＝E4﹣E1＝﹣0.85eV﹣（﹣13.6eV）＝12.75eV，故ABD錯誤，C正確；
故選：C。
（2023 山東）“夢天號”實驗艙攜帶世界首套可相互比對的冷原子鐘組發射升空，對提升我國導航定位、深空探測等技術具有重要意義。如圖所示為某原子鐘工作的四能級體系，原子吸收頻率為ν0的光子從基態能級Ⅰ躍遷至激發態能級Ⅱ，然后自發輻射出頻率為ν1的光子，躍遷到鐘躍遷的上能級2，并在一定條件下可躍遷到鐘躍遷的下能級1，實現受激輻射，發出鐘激光，最后輻射出頻率為ν3的光子回到基態。該原子鐘產生的鐘激光的頻率ν2為（　　）
A．ν0+ν1+ν3 B．ν0+ν1﹣ν3 C．ν0﹣ν1+ν3 D．ν0﹣ν1﹣ν3
【解答】解：原子吸收頻率為ν0的光子從基態能級Ⅰ躍遷至激發態能級Ⅱ，吸收的能量為hν0；
自發輻射出頻率為ν1的光子，躍遷到鐘躍遷的上能級2，釋放的能量為hν1；
在一定條件下可躍遷到鐘躍遷的下能級1，釋放的能量為hν2；
輻射出頻率為ν3的光子回到基態，釋放的能量為hν3；
由能量守恒定律得：hν0＝hν1+hν2+hν3
則該原子鐘產生的鐘激光的頻率為ν2＝ν0﹣ν1﹣ν3
故ABC錯誤，D正確。
故選：D。
（2023 湖北）2022年10月，我國自主研發的“夸父一號”太陽探測衛星成功發射。該衛星搭載的萊曼阿爾法太陽望遠鏡可用于探測波長為121.6nm的氫原子譜線（對應的光子能量為10.2eV）。根據如圖所示的氫原子能級圖，可知此譜線來源于太陽中氫原子（　　）
A．n＝2和n＝1能級之間的躍遷
B．n＝3和n＝1能級之間的躍遷
C．n＝3和n＝2能級之間的躍遷
D．n＝4和n＝2能級之間的躍遷
【解答】解：根據題意可知，波長為121.6nm的氫原子譜線對應的光子能量為10.2eV。
A、n＝2和n＝1能級之間的躍遷時釋放的光子能量為：E1＝﹣3.4eV﹣（﹣13.6eV）＝10.2eV，故A正確；
B、n＝3和n＝1能級之間的躍遷時釋放的光子能量為：E2＝﹣1.51eV﹣（﹣13.6eV）＝12.09eV，故B錯誤；
C、n＝3和n＝2能級之間的躍遷時釋放的光子能量為：E3＝﹣1.51eV﹣（﹣3.4eV）＝1.89eV，故C錯誤；
D、n＝4和n＝2能級之間的躍遷時釋放的光子能量為：E4＝﹣0.85eV﹣（﹣3.4eV）＝2.55eV，故D錯誤。
故選：A。
（2023 遼寧）原子處于磁場中，某些能級會發生劈裂。某種原子能級劈裂前后的部分能級圖如圖所示，相應能級躍遷放出的光子分別設為①②③④。若用①照射某金屬表面時能發生光電效應，且逸出光電子的最大初動能為Ek，則（　　）
A．①和③的能量相等
B．②的頻率大于④的頻率
C．用②照射該金屬一定能發生光電效應
D．用④照射該金屬逸出光電子的最大初動能小于Ek
【解答】解：因原子能級躍遷放出的光子的能量等于原子的能級差，由題圖可知光子①、②、③、④對應的能量關系為：E②＜E①＝E③＜E④
A、由上述分析可知光子①和③的能量相等，故A正確；
B、由光子能量E＝hν，和E②＜E④，可得到②的頻率小于④的頻率，故B錯誤；
C、發生光電效應的條件是光子的能量大于金屬的逸出功，已知用①照射該金屬表面時能發生光電效應，可知E①大于此金屬的逸出功W0，因E②＜E①，則無法比較E②與W0的大小關系，故用②照射該金屬不一定能發生光電效應，故C錯誤；
D、根據愛因斯坦光電效應方程：hν﹣W0＝Ekm
已知用①照射該金屬逸出光電子的最大初動能為Ek，即E①﹣W0＝Ek
因E④＞E①，故用④照射該金屬逸出光電子的最大初動能大于Ek，故D錯誤。
故選：A。
（2023 新課標）銫原子基態的兩個超精細能級之間躍遷發射的光子具有穩定的頻率，銫原子鐘利用的兩能級的能量差量級為10﹣5eV，躍遷發射的光子的頻率量級為（普朗克常量h＝6.63×10﹣34J s，元電荷e＝1.60×10﹣19C）（　　）
A．103Hz B．106Hz C．109Hz D．1012Hz
【解答】解：躍遷過程中，輻射處光子的能量為ΔE＝hν
則躍遷發射的光子的頻率為νHz≈2.4×109Hz
頻率量級為109Hz，故C正確，ABD錯誤。
故選：C。
（多選）（2023 浙江）氫原子從高能級向低能級躍遷時，會產生四種頻率的可見光，其光譜如圖1所示。氫原子從能級6躍遷到能級2產生可見光Ⅰ，從能級3躍遷到能級2產生可見光Ⅱ。用同一雙縫干涉裝置研究兩種光的干涉現象，得到如圖2和圖3所示的干涉條紋。用兩種光分別照射如圖4所示的實驗裝置，都能產生光電效應。下列說法正確的是（　　）
A．圖1中的Hα對應的是Ⅰ
B．圖2中的干涉條紋對應的是Ⅱ
C．Ⅰ的光子動量大于Ⅱ的光子動量
D．P向a移動，電流表示數為零時Ⅰ對應的電壓表示數比Ⅱ的大
【解答】解：A、根據玻爾理論可知，氫原子從能級6躍遷到能級2產生可見光Ⅰ的能量值大于氫原子從能級3躍遷到能級2產生可見光Ⅱ的能量值，根據E＝hν，可知氫原子從能級6躍遷到能級2產生可見光Ⅰ的波長小于氫原子從能級3躍遷到能級2產生可見光Ⅱ的波長，所以圖1中的Hα對應的是Ⅱ，故A錯誤；
B、由A的判斷可知Ⅱ的波長大，根據可知，圖3中的干涉條紋對應的是Ⅱ，故B錯誤；
C、可見光Ⅱ的波長大，根據p可知可見光Ⅱ的對應的光子的動量小，故C正確；
D、根據Ek＝hν﹣W0和Ek＝eUc，結合可見光Ⅱ的能量值小，可知光Ⅰ對應的遏止電壓比Ⅱ的對應的遏止電壓大，即P向a移動，電流表示數為零時Ⅰ對應的電壓表示數比Ⅱ的大，故D正確。
故選：CD。
（2022 重慶）如圖為氫原子的能級示意圖。已知藍光光子的能量范圍為2.53～2.76eV，紫光光子的能量范圍為2.76～3.10eV。若使處于基態的氫原子被激發后，可輻射藍光，不輻射紫光，則激發氫原子的光子能量為（　　）
A．10.20eV B．12.09eV C．12.75eV D．13.06eV
【解答】解：依題意知使處于基態的氫原子被激發后，可輻射藍光，不輻射紫光，則由藍光光子能量范圍可知，氫原子從n＝4能級向低能級躍遷可輻射藍光，不輻射紫光（即從n＝4，躍遷到n＝2輻射藍光），則需激發氫原子到n＝4能級，則激發氫原子的光子能量為
ΔE＝E4﹣E1＝﹣0.85ev﹣（﹣13.6ev）＝12.75eV，故C正確，ABD錯誤。
故選：C。
（2023 全國）根據盧瑟福提出的原子核式結構模型解釋α粒子散射實驗，使少數α粒子發生大角度偏轉的作用力是金原子核對α粒子的（　　）
A．庫侖斥力 B．庫侖引力 C．萬有引力 D．核力
【解答】解：α粒子和電子之間有相互作用力，它們接近時就有庫侖引力作用，但因為電子的質量只有α粒子質量的，粒子與電子碰撞就像一顆子彈與一個灰塵碰撞一樣，α粒子質量大，其運動方向幾乎不改變，只有是原子核對α粒子的庫侖斥力，其力較大，且原子核質量較大，導致極少數α粒子發生大角度偏轉，所以A正確，BCD錯誤。
故選：A。
（2022 湖南）關于原子結構和微觀粒子波粒二象性，下列說法正確的是（　　）
A．盧瑟福的核式結構模型解釋了原子光譜的分立特征
B．玻爾的原子理論完全揭示了微觀粒子運動的規律
C．光電效應揭示了光的粒子性
D．電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣揭示了電子的粒子性
【解答】解：A、盧瑟福的核式結構模型是為了解釋α粒子散射實驗現象的，氫原子光譜的分立特征說明了盧瑟福核式結構模型有一定的局限性，故A錯誤
B、玻爾原子理論只能解釋氫原子光譜，對于其他原子的光譜無法解釋，由于其理論中還保留了部分經典物理理論，所以不能完全揭示微觀粒子運動的規律，故B錯誤；
C、光電效應現象無法用經典的電磁理論解釋，愛因斯坦的光子說能夠完美的解釋這一現象，揭示了光的粒子性，故C正確。
D、衍射是波特有的現象，電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣揭示了電子的波動性，故D錯誤。
故選：C。
（2023 全國）利用如圖所示的電路做光電效應實驗，通過改變滑動變阻器的滑動頭位置，可獲得光電流強度與電壓的關系圖線。實驗中使用了幾種已知頻率的入射光照射光電管，這些光入射后在電路中均出現了光電流。保持電路接法不變，通過實驗可以測出（　　）
A．普朗克常量
B．金屬的逸出功
C．光電子脫離金屬后的最大初動能
D．一定光強下的飽和光電流
【解答】解：C、將電源反接，調節滑動變阻器，當電流表的示數為0時，電壓表的示數為遏止電壓，由動能定理得，光電子獲得的最大初動能Ekm＝eU，若保持電路接法不變，則無法測量光電子脫離金屬后的最大初動能，故C錯誤；
AB、根據光電效應方程得：Ekm＝hν﹣W0，入射光的頻率ν已知，保持電路接法不變，無法測量光電子獲得的最大初動能，則無法測量普朗克常量h和金屬的逸出功W0，故AB錯誤；
D、調節滑動變阻器，當電流表的示數不再增大時，電流表的示數為該光強下的飽和光電流，故D正確。
故選：D。
（2023 浙江）被譽為“中國天眼”的大口徑球面射電望遠鏡已發現660余顆新脈沖星，領先世界。天眼對距地球為L的天體進行觀測，其接收光子的橫截面半徑為R。若天體射向天眼的輻射光子中，有η（η＜1）倍被天眼接收，天眼每秒接收到該天體發出的頻率為ν的N個光子。普朗克常量為h，則該天體發射頻率為ν光子的功率為（　　）
A． B．
C． D．
【解答】解：以天體為球心，在天眼處對應的球形的表面積為S1＝4πL2
天眼接收光子的橫截面的面積為S2＝πR2
天眼接收光子的功率為P1＝Nhν
該天體發射頻率為ν光子的功率P P1
故A正確，BCD錯誤；
故選：A。
（多選）（2023 浙江）有一種新型光電效應量子材料，其逸出功為W0。當紫外光照射該材料時，只產生動能和動量單一的相干光電子束。用該電子束照射間距為d的雙縫，在與縫相距為L的觀測屏上形成干涉條紋，測得條紋間距為Δx。已知電子質量m，普朗克常量為h，光速為c，則（　　）
A．電子的動量pe
B．電子的動能Ek
C．光子的能量
D．光子的動量p
【解答】解：A、電子的動量公式為：
根據雙縫干涉實驗的條紋間距公式可得：
聯立解得：pe，故A正確；
B、根據動能和動量的關系可得：
，故B錯誤；
C、根據光電效應方程可得：
聯立解得：，故C錯誤；
D、光子的能量為：
E0＝W0+Ek
同時，光子的動量p＝mc
光子的能量E0＝mc2
聯立解得：p，故D正確；
故選：AD。
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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