高中 | 光电效应 题目答案及解析

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选修3-5

第十七章 波粒二象性

17.2 光的粒子性

光电效应

图甲为氢原子能级示意图,一群处于$n=4$能级的氢原子向低能级跃迁过程中发出不同频率的光,能使图乙所示的光电管阴极$K$发生光电效应的只有两种,现用这两种不同的光$a$$b$照射光电管阴极$K$,测得电流随电压变化的图像如图丙所示。已知可见光的光子能量范围约为$1.62\;\rm eV-3.11\;\rm eV$,下列说法正确的是$(\qquad)$

["

图甲中,氢原子向低能级跃迁能发出$2$种不同频率的可见光

","

图乙中,用$b$光照射时,将滑片$P$向左滑动,电流表示数一定增大

","

图丙中,遏止电压的大小之差$U_{c1}-U_{c2}=0.66\\;\\rm V$

","

$a$光和$b$光照射$K$极产生的光电子的德布罗意波长,必有$a$大于$b$

"]
[["AC"]]

$\rm A$.一群处于$n=4$能级的氢原子向低能级跃迁能够辐射出的光子种类数为$\dfrac{4 \times (4-1)}{2}=6$

$4$能级到$1$能级$E_{1}=-0.85\;\rm eV − (-13.6)\;\rm eV=12.75\;\rm eV$

$4$能级到$2$能级$E_{2}=-0.85\;\rm eV − (-3.4)\;\rm eV=2.55\;\rm eV$

$4$能级到$3$能级$E_{3}=-0.85\;\rm eV − (-1.51)\;\rm eV=0.66\;\rm eV$

$3$能级到$1$能级$E_{4}=-1.51\;\rm eV − (-13.6)\;\rm eV=12.09\;\rm eV$

$3$能级到$2$能级$E_{5}=-1.51\;\rm eV − (-3.4)\;\rm eV=1.89\;\rm eV$

$2$能级到$1$能级$E_{6}=-3.40\;\rm eV − (-13.6)\;\rm eV=10.2\;\rm eV$

可知,图甲中,氢原子向低能级跃迁能发出$2$种不同频率的可见光,故$\rm A$正确;

$\rm B$.由于电源的正负极不确定,则光电管之间所加电压为加速还是减速也不确定,将滑片$P$向左滑动,光电管之间电压减小,若所加电压为加速电压,则电流表示数可能减小,故$\rm B$错误;

$\rm C$.能使图乙所示的光电管阴极$K$发生光电效应的只有两种,结合上述与图丙可知,$a$$b$光的光子能量分别为$E_{4}=12.09\;\rm eV$$E_{1}=12.75\;\rm eV$

根据$eU_{c1}=E_{k\max 1}=E_{1}-W_{0}$$eU_{c2}=E_{k\max 2}=E_{2}-W_{0}$

解得$U_{c1}-U_{c2}=0.66\;\rm V$,故$\rm C$正确;

$\rm D$$a$光的光子能量大于$b$光的光子能量,则$a$光照射$K$极产生的光电子的最大动能大于$b$光照射$K$极产生的光电子的最大动能,由于光电子的动能在$0$到最大值之间均可能存在,则$a$光照射$K$极产生的光电子的动能可能小于$b$光照射$K$极产生的光电子的动能,即$a$光照射$K$极产生的光电子的动量可能小于$b$光照射$K$极产生的光电子的动量,根据$\lambda=\dfrac{h}{p}$

可知,$a$光照射$K$极产生的光电子的德布罗意波长可能小于$b$光照射$K$极产生的光电子的德布罗意波长,故$\rm D$错误。

故选:$\rm AC$

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