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15.1 光电效应 波粒二象性项训练
2027 届高考物理一轮复习
一、单选题
1．将锌板与验电器相连，验电器指针闭合。用紫外线灯照射锌板，验电器指针张开一定张角，如图所
示。移去紫外线灯，验电器张角保持稳定。随后用红外线灯照射锌板，验电器指针张角保持不变。下列说
法正确的是（ ）
A．紫外线灯照射后，验电器带负电
B．延长红外线照射时间，验电器指针张角将增大
C．增大红外线光照强度，验电器指针张角将增大
D．用丝绸摩擦的玻璃棒靠近锌板，验电器指针张角将增大
2．如图所示，金属极板M 受到紫外线照射会发射电子，射出的电子沿不同方向且速度大小在
间变
化。正对M 放置金属网N，并按图示在M、N 之间加恒定电压
。已知M、N 间距为
（远小于板长），电子
的质量为
，电荷量为，则（ ）
A．M、N 间距增大时电子到达N 的动能也增大
B．电子从M 到N 过程中
方向位移大小最大为
C．若不沿
方向发射的电子到达N 时最大动能大于
D．M、N 间加反向电压（正负极反向）
时电流表示数恰好为零
3．电子双缝干涉实验是近代证实物质波存在的实验。如图所示，电子枪持续发射动量大小为P 的电子，然
后让它们通过双缝打到屏上。已知电子质量为m，普朗克常量为h，下列说法正确的是（ ）
A．电子的物质波波长
B．仅增大电子的动量，干涉条纹的间距减小
C．电子的动能
D．该实验说明电子也是一种电磁波
4．氢原子能级跃迁可以帮助我们更好地理解宇宙的结构，并从中得到很多有价值的信息。大量氢原子处
于
能级上，其能级图如图所示。下列关于这些氢原子能级跃迁过程中所发出的
三种光的说法
正确的是（ ）
A．
光光子的动量最大
B．光光子的频率最低
C．
光光子的波长最长
D．用
光照射处于
能级的氢原子，氢原子可以发生电离
5．如图1 所示，阴极K 和阳极A 是密封在真空玻璃管中的两个电极，阴极K 在受到光照时能够发射光电
子，阴极K 与阳极A 之间电压U 可以调节，闭合开关后，在电路中形成光电流I。利用a、b、c 三束单色光
分别照射图1 装置的阴极K，调节电压U 进行多次实验，通过收集的实验数据得到如图2 所示的
图
像。下列说法正确的是（ ）
A．a 单色光的频率大于b 单色光的频率
B．a 单色光的强度小于c 单色光的强度
C．三束光分别照射阴极K 发生光电效应，其中a 单色光照射发生光电效应产生的光电子的最大初动能
最大
D．相同时间内c 单色光比a 单色光照射到阴极K 上的光子数少
6．某同学在实验室利用氢原子光谱研究光电效应。实验装置如图所示，大量处于
激发态的氢原子向
低能级跃迁，发出多种光子，照射到光电效应实验装置的阴极金属上，阴极金属的逸出功
。
关于该实验，下列说法正确的是（ ）
A．若一个氢原子从
跃迁到低能级，最多可以产生6 种不同频率的光
B．氢原子从
到
跃迁发出的光，可以使该金属发生光电效应
C．入射光强度越大，光电子的最大初动能越大
D．这些光子中能使该金属发生光电效应的共有4 种
7．用同一种单色光分别照射
、
两个光电管，
、
两个光电管中金属的逸出功分别为
、
：由
、
两个光电管逸出的光电子具有最大初动能分别为
，对应的物质波波长分别为
；已知
，则下列判断正确的是（ ）
A．
B．
C．
D．
二、多选题
8．如图甲所示的光电传感器，若光线被挡住，电流发生变化，工作电路立即报警。如图乙所示，光线发
射器内大量处于
激发态的氢原子向低能级跃迁时，辐射出的光只有
、
两种可以使该光电管阴极逸
出光电子，图丙所示为
、
光单独照射光电管时产生的光电流
与光电管两端电压
的关系图线。已知
光电管阴极材料的逸出功为
，下列说法正确的是（ ）
A．
光为氢原子从
能级跃迁到
能级时发出的光
B．光电管中光电子飞出阴极时的最大初动能为
C．若部分光线被遮挡，光电子飞出阴极时的最大初动能不变，但光电流减小
D．通过增大电源提供的正向电压一定可以使光电流增大
9．如图甲所示是一款烟雾探测装置的原理图。当有烟雾进入时，来自光源S 的光被烟雾散射后进入光电管
C，光射到光电管中的钠表面时会产生光电流。如果产生的光电流大于
，便会触发报警系统。金属钠
的遏止电压
随入射光频率
的变化规律如图乙所示，已知普朗克常量h，光速
，
，则下列说法正确的是（ ）
A．图乙中图像斜率的物理意义为h
B．图乙中图像斜率的物理意义为
C．要使该探测器正常工作，光源S 发出的光波波长不能大于
D．触发报警系统时钠表面每秒释放出的光电子数最少是
个
10．美国物理学家康普顿在研究石墨对
射线的散射时，发现在散射的
射线中，除了与入射波长相同的
成分外，还有波长不等于入射波长的成分，这种现象被称为康普顿效应。如图为康普顿效应发生的图景，
入射光子与静止的电子发生斜碰，碰撞后散射光的散射角为
。已知入射光的波长为
，散射光的波长为
，普朗克常量为，真空中光速为，下列说法正确的是（ ）
A．散射光的波长
B．散射光的波长
C．碰撞后电子的动能为
D．碰撞后电子速度方向与入射光方向间夹角的正切值为
三、实验题
11．氖泡可用于指示和保护电路。在玻璃管中有两个相同的板状金属电极，充入低压氖气，在两极间接入
电压使氖气导电，如果金属电极发出的电子在电场作用下获得足够的能量，就能使氖气发光。实验中将氖
泡、保护电阻和电压可调的电源按如图所示的电路连接。氖泡用黑纸包住，黑纸上留出一条狭缝使光可以
照射到氖泡。（已知普朗克常量为，电子电荷量为）
（1）在没有光照的暗室中，当电源电压调为
时，氖泡恰能发光。
（2）当电源电压为
时，氖泡不发光，但同时用频率为
（未知）的紫光照射氖泡，氖泡也恰
能发光。两次实验中，氖泡恰能发光时回路中的电流相等。
（3）通过实验可知，紫光的光子能量为______。
（4）实验中若保持电压
不变，用黄光照射氖泡，氖泡______（填“能”或“不能”）发光。
（5）要出现上述两次实验现象，______（填“能”或“不能”）采用可调交流电源。
12．实验小组研究光电效应相关规律，按照如图甲所示电路图连接仪器。
(1)没有光照射光电管的情况下，给光电管加上正向电压，且增大电压时_____（填“没有”或“有”）光
电流产生。
(2)用蓝光照射光电管，逐渐增大光电管上的正反向电压时，观察光电流的变化。当正向电压增大，光电
流逐渐增大，光电管存在着_____；当反向电压增大，光电流逐渐减小，光电管存在着_____。（选填“遏
止电压”或“饱和电流”）
(3)用蓝光照射光电管，以光电管所加电压为横坐标，以光电流为纵坐标，如图乙所示，研究光电流随所
加电压变化的关系为图线
；现增大蓝光强度，再次研究光电流随所加电压变化的关系应是_____（选填
“图线
”或“图线”）。
(4)换用紫光进行实验，如图丙所示，研究光电流随所加电压变化的关系应是_____（选填“图线
”或
“图线”）。若已知蓝光频率为
，则金属的逸出功为_____，紫光频率为_____（已知普朗克常数为，
电子电荷量为）。
四、解答题
13．“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
。已知普朗克常量为h，光速为c，求：
(1)求该硬X 射线每个光子的动量p 和能量E；
(2)如图所示，K、A 是密封在真空玻璃管中的两个电极。K 受到光照能发射电子，电子的电荷量为e。现用
X 射线照射K 极，若K 极金属的逸出功为
，A 与K 之间的电势差
，求光电子到达A 极的最
大动能
。
14．某智能仓储系统采用光电管传感器对传送带上的包裹进行自动计数，该系统核心部件光电管的电路结
构示意图如图甲所示。当用波长
的光照射阴极K 时，光电管工作并产生光电流。实验测得流过
灵敏电流计G 的电流
与A、K 之间的电势差
满足如图乙所示的规律。普朗克常量
，
元电荷
，真空中的光速
，阴极K 的遏止电压
，饱和光电流对应的最
大电流值
。求：（结果采用科学计数法，保留两位有效数字）
(1)光电子射出阴极K 时的最大初动能
；
(2)该阴极材料的截止频率
。
15．用频率为
的光照射某种金属发生光电效应，测出光电流
随电压
的变化图像如图所示，已知普朗
克常量为，电子的质量
，带电量为
。图中所标字母为已知量。求：
(1)每秒内最多逸出的光电子数
；
(2)逸出光电子的最大初动能和光物质波的最短波长
；
(3)该频率为
的光子是氢原子核外电子从
能级跃迁到基态放出来的，求基态氢原子的能级值。（已
知
）
参考答案
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
答案
D
B
B
D
D
D
B
BC
CD
ACD
11．
不能 能
12．(1)没有
(2) 饱和电流 遏止电压
(3)图线
(4) 图线
13．(1)
，
(2)
【详解】（1）根据德布罗意波长关系
得光子动量
光子的频率满足
，可得
光子能量公式为
代入得
（2）根据爱因斯坦光电效应方程，光电子逸出K 极时的最大初动能为
已知
，A 极电势高于K 极，带负电的光电子从K 到A 运动过程中，电场力做正功
，由动能定
理可得
整理得
14．(1)
(2)
【详解】（1）光电子的最大初动能
解得
（2）根据光电效应方程有
又有
又
联立解得
15．(1)
(2)
，
(3)
【详解】（1）由图可知，饱和光电流为
，由电流定义式有
，其中
，
得每秒内逸出的光电子数
（2）由图可知，遏止电压为
，由动能定理有
得光电子的最大初动能
由物质波的波长公式为
，且
得逸出光电子的物质波的最短波长为
（3）根据能级跃迁知识有
，而
得基态氢原子的能级值
