2021-2022学年鲁科版（2019）选择性必修第三册 6.1光电效应及其解释 课后练习（word解析版）

2021-2022学年鲁科版（2019）选择性必修第三册
6.1光电效应及其解释 课后练习（解析版）
1．如图所示，在验电器上安装一个铜网，使其带电，验电器金属箔张开一定角度。用紫外线照射铜网，验电器金属箔的张角保持不变。再将一块锌板放置在该铜网后面一定距离处，用同一紫外线照射锌板时，发现金属箔张开角度减小。下列相关说法中正确的是（　　）
A．增加紫外线的强度照射铜网，金属箔张角将变大
B．紫外线的频率大于金属锌的截止频率
C．铜网带负电
D．改用紫光照射锌板，验电器的金属箔张角也一定减小
2．用同一实验装置如图甲研究光电效应现象，分别用A、B、C三束光照射光电管阴极，得到光电管两端电压与相应的光电流的关系如图乙所示，其中A、C两束光照射时对应的遏止电压相同，均为Uc1，下列论述正确的是（　　）
A．B光束光子的能量最小
B．A、C两束光的波长相同，且比B光的波长短
C．三个光束中B光束照射时单位时间内产生的光电子数量最多
D．三个光束中B光束照射时光电管发出的光电子最大初动能最大
3．太阳帆飞船是利用太阳光的压力进行太空飞行的航天器，由于太阳光具有连续不断、方向固定等特点，借助太阳帆为动力的航天器在太阳光光子的撞击下，航天器的飞行速度会不断增加，并最终飞抵距地球非常遥远的天体。现有一艘质量为m的太阳帆飞船，假如仅受太阳光子的作用下在太空中运行，其帆面与太阳光垂直。设帆能100%地反射太阳光，帆的面积为S，且单位面积上每秒接受到的太阳辐射能量为E，已知太阳辐射的光子的波长均近似取为。不计太阳光反射时频率的变化，已知普朗克常量为h，光速为c、则下列说法正确的是（　　）
A．飞船每秒钟获得的能量为ES
B．光子被反射后，光子速度略有降低
C．每秒射到帆面上的光子数
D．飞船得到的加速度为
4．用不同频率的光照射某种金属时，逸出光电子的最大初动能随入射光频率变化的图线如图所示，图线的反向延长线与纵轴交点纵坐标为，与横轴交点横坐标为b，电子的电荷量大小为e，则由图获取的信息，正确的是（　　）
A．该金属的截止频率为a
B．该金属的逸出功为b
C．普朗克常量为
D．入射光的频率为2b时，遏止电压为
5．若用如图甲所示的实验装置测量某金属的遏止电压与入射光频率v，作出如图乙所示的的图像，已知电子电荷量，则下列说法正确的是（　　）
A．图甲中电极A连接电源的正极
B．该实验可测得该金属的截止频率为
C．该实验可测得普朗克常量约为
D．该实验可测得该金属的逸出功约为
6．波长为200 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面，遏止电压为3 V。已知普朗克常量为6.63×10-34 J·s，真空中的光速为3×108 m/s，元电荷量为1.6×10-19 C．能使锌板产生光电效应的单色光的最低频率约为（　　）
A．2×1015 Hz B．8×1015 Hz C．1×1014 Hz D．8×1014 Hz
7．可见光的波长的大致范围是400～760 nm。下表给出了几种金属发生光电效应的极限波长，下列说法正确的是（　　）
金属 钨 钙 钠 钾
极限波长（nm） 274 388 542 551
A．表中所列金属，钾的逸出功最大
B．只要光照时间足够长或强度足够大，所有波长的可见光都可以使钠发生光电效应
C．用波长为760 nm的光照射金属钠、钾，则钠逸出的光电子的最大初动能较大
D．用波长为400 nm的光照射金属钠、钾，则钾逸出的光电子的最大初动能较大
8．在甲、乙两次不同的光电效应实验中，得到如图所示的图像，其中Uc为反向e遏止电压，为入射光频率，已知电子电荷量为e，则下列判断正确的是（　　）
A．甲、乙图线的斜率相同，斜率大小表示普朗克常量h
B．两次实验相比，甲实验中金属的逸出功较大
C．用同一入射光做实验（均发生光电效应），甲实验中的光电子最大初动能较大
D．若将甲、乙实验中领率为截止频率的光，分别通过同一双缝干涉装置，甲的干涉条纹间距大
9．用频率为1.00×1015Hz的紫外线照射钠的表面，释放出来的光电子的最大动能为1.86 eV，下列正确的是（　　）
A．入射光中光子的能量6.63×10-19J B．最大动能为2.98×10-19J
C．最大动能为1.86J D．钠的光电效应极限频率为5.5×1014Hz
10．如图所示是利用光电管研究光电效应的实验原理图，用一定强度的某频率的可见光照射光电管的阴极K，电流表中有电流通过，则（　　）
A．若将滑动变阻器的滑动触头置于b端，电流表中一定有电流通过
B．若改用紫外线照射阴极K，电流表中一定有电流通过
C．若将电源反接，光电管中可能有电流通过
D．若减小可见光的光照强度，电流表中一定无电流通过
11．1907年起，美国物理学家密里根开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量，检验爱因斯坦光电效应方程的正确性。按照密里根的方法进行实验时得到了某金属的Uc和ν的几组数据，并作出如图所示的图线，电子的电荷量大小为e=1.6×10-19 C．由图线可知（　　）
A．该金属的截止频率约为4.27×1014 Hz
B．该金属的逸出功约为0.48 eV
C．可以求得普朗克常量h约为6.24×10-34 J·s
D．若用波长为500 nm的紫光照射该金属，能使该金属发生光电效应
12．如图甲所示是研究光电效应规律的光电管。用强度一定的波长 λ=0.50μm 的单色光照射阴极 K，实验测得流过G表的电流 I 与 AK 之间电势差 UAK满足如图乙所示规律，取 e=1.6×10-19 C，h=6.63×10-34 J·s。，下列说法正确的是（　　）
A．若用波长 λ=0.30μm 的单色光照射阴极 K，则乙图图线与横轴的交点会向右移动
B．若只增大入射光的强度，则乙图图线与横轴的交点会向左移动
C．每秒钟阴极发射的光电子数约为 4.0×1012 个
D．光电子飞出阴极 K 时的最大初动能约为 9.6×10-20 J
13．在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub，光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为普朗克常量。下列说法正确的是（　　）
A．若νa>νb，则一定有Ua＜Ub
B．若νa>νb，则一定有Eka>Ekb
C．若Ua＜Ub，则一定有Eka＜Ekb
D．若νa>νb，则一定有hνa-Eka>hνb-Ekb
14．在研究“光电效应”现象时，有如图1、2所示的两种电路连接方式。试回答下列问题：
（1）通过图______（填“1”或“2”）所示的电路进行研究，可以得出光电子的最大初动能只与照射光的频率有关，而与照射光的强弱无关的结论；通过图______（填“1”或“2”）所示的电路进行研究，可以得出照射光的强度大小决定了逸出光电子数目多少的结论。
（2）某次实验时，先用图1所示电路研究，调节滑动变阻器，发现当电压表示数大于或等于1.5V时，电流表示数为零。再用图2所示电路研究，则当电压表示数为3V时，电子到达阳极时的最大动能为______eV。
15．根据如图所示的电路，利用能够产生光电效应的两种（或多种）频率已知的光来进行实验，怎样测出普朗克常量？根据实验现象说明实验步骤和应该测量的物理量，写出根据本实验计算普朗克常量的关系式。
16．如图所示，一验电器与锌板相连，在处用一紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保持一定偏角。
（1）现用一带少量负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将______（选填“增大”“减小”或“不变”）。
（2）使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转．那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针______（选填“有”或“无”）偏转。
（3）为了进一步研究光电效应的规律，设计了如图所示的电路，图中标有和的为光电管，其中为阴极，为阳极。现接通电源，用光子能量为的光照射阴极，电流计中有示数，若将滑动变阻器的滑片缓慢向右滑动，电流计的读数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为，则光电管阴极材料的逸出功为______；现保持滑片位置不变，增大入射光的强度，电流计的读数______（选填“为零”或“不为零”）。
17．用金属铷为阴极的光电管观测光电效应现象，实验装置如图甲所示．已知普朗克常量h=6.63×10-34J?s．
（1）图甲中电极A为光电管的_______________（填“阴极”或“阳极”）；
（2）要观察饱和电流，电源正负极的情况是__________________（填“左正右负”或“左负右正”）；要观察遏止电压，电源正负极的情况是__________________（填“左正右负”或“左负右正”）．
（3）实验中测得铷的遏止电压UC与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νC=__________________Hz，逸出功W0=__________________J（保留3个有效数字）；
（4）如果实验中入射光的频率ν=7.00×1014Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek=___________J（保留3个有效数字）．
18．氦氖激光器发射波长为的单色光，这种光的一个光子的能量为多少？若该激光器的发光功率为，则每秒发射多少个光子？
19．金属A在一束绿光照射下恰能发生光电效应，现用紫光或红光照射时，能否发生光电效应？紫光照射A、B两种金属都能发生光电效应时，为什么逸出金属表面的光电子的最大速度大小不同？
20．铝的逸出功是3.0eV，现在用波长为300nm的光照射铝的表面有光电子逸出，其中普朗克常量，电子的电荷量为。求：
(1)光电子的最大初动能？
(2)金属铝的遏止电压？
(3)铝的截止频率？
21．在光电效应中，电子获得光子的能量后最终成为光电子，其中一部分能量用于克服金属的阻碍做功，剩下的能量就是光电子的初动能。能量E=6.0eV的光子照射某金属表面后，逸出光电子的最大初动能Ek=2.5eV，已知h=6.6×10-24J·s，元电荷电量e=1.6×10-19C。求：
(1)该金属的逸出功W。
(2)该条件下的截止电压U。
(3)该金属发生光电效应的极限频率。（结果保留2位有效数字）
参考答案
1．B
【详解】
A．根据用紫外线照射铜网，验电器金属箔的张角保持不变，知此时不发生光电效应，增加紫外线的强度照射铜网，也不会发生光电效应，所以金箔张角不变，故A错误；
C．再将一块锌板放置在该铜网后面一定距离处，用同一紫外线照射锌板时，发现金属箔张开角度减小，说明此时发生光电效应，从锌板逸出的光电子跑到铜网上，导致其电荷量减小，由此可知，铜网带正电，故C错误；
B．只有紫外线的频率大于金属锌的截止频率，才会发生光电效应，故B正确；
D．根据光电效应产生条件，当改用紫光照射，由于紫光频率小于紫外线，因此可能不发生光电效应，所以验电器金属箔张角不一定减小，故D错误。
故选B。
2．D
【详解】
A．当光电流为零时，光电管两端的电压为遏止电压，对应光的频率为截止频率，由
知，入射光的频率越高，对应的遏止电压Uc越大，A光、C光的遏止电压相等，故A光、C光的频率相等，它们的最大初动能也相等，而B光的频率最大，能量
A错误；
B．A光、C光的频率相等，B光的频率最大，根据
则A、C两束光的波长相同，B光的波长最短，B错误；
C．A光对应的饱和电流最大，因此A光照射时单位时间内产生的光电子数量最多，C错误；
D．光电子最大初动能
由图可知B光对应的遏止电压最大，因此三个光束中B光束照射时光电管发出的光电子最大初动能最大，D正确。
故选D。
3．D
【详解】
A．飞船每秒接受到的太阳能为ES，又会被反射掉，所以飞船每秒钟获得的能量不是ES。A错误；
B．光子被反射后，光子速度仍然是光速。B错误；
CD．光子能量为
单位面积上每秒接受到的光子数为
每秒射到帆面上的光子数为
根据动量定理，飞船单位时间获得的作用力为
根据牛顿第二定律得飞船得到的加速度为
C错误，D正确。
故选D。
4．D
【详解】
ABC．根据爱因斯坦光电效应方程
结合图像，当Ekm=0时，；即该金属的截止频率为b；当时
即该金属的逸出功为a；普朗克常量为
则选项ABC错误；
D．根据爱因斯坦光电效应方程可得，当入射光的频率为2b时，光电子最大初动能为
而
则
故D正确。
故选D。
5．B
【详解】
A．图甲所示的实验装置测量某金属的遏止电压与入射光频率v，因此光电子应该在电极间做减速运动，故A应该是阴极，则电极A应该连接电源的负极，故A错误；
BC．设金属的逸出功为,截止频率为，则有
光电子的最大初动能与遏止电压的关系为
光电效应方程为
联立可得
故的图像的斜率为
那么普朗克常量约为
代入数据得
当时，解得
由图可知
故B正确，C错误；
D．根据
代入数据可得
故D错误。
故选B。
6．D
【详解】
由光电效应方程
又
代入数据可得
故D正确，ABC错误。
故选D。
7．D
【详解】
A．根据
可知，表中所列金属，钾的极限波长最大，则钾的逸出功W0最小，故A错误；
B．能否发生光电效应，与光照的时间和强度无关，只与入射光的频率有关，故B错误；
C．用波长为760 nm的光照射金属钠、钾，由于入射光的波长均大于两金属的极限波长，根据光电效应的产生条件可知，钠、钾都不能发生光电效应，故C错误；
D．当用波长为400 nm的光照射金属钠、钾时，钠、钾都可以发生光电效应，钾的逸出功最小，根据
钾逸出的光电子的最大初动能较大，故D正确。
故选D。
8．CD
【详解】
AB．根据爱因斯坦光电效应方程，有
即有
由题图知甲、乙图线的斜率相同，但斜率大小为
不表示普朗克常量h；图线的纵截距为
所以由图像知，两次实验相比，乙实验中金属的逸出功较大，故AB错误；
C．根据爱因斯坦光电效应方程可得：光电子最大初动能
因为乙实验中金属的逸出功较大，所以用同一入射光做实验（均发生光电效应），甲实验中的光电子最大初动能较大，故C正确；
D．图像图线横截距表示金属的截止频率，由题图知，甲乙两种金属的截止频率关系为
所以，若将甲、乙实验中频率为截止频率的光，分别通过同一双缝干涉装置，根据
可知，甲的干涉条纹间距大于乙的干涉条纹间距，故D正确。
故选CD。
9．ABD
【详解】
A．入射光中光子的能量
故A正确；
BC．最大动能为
故B正确，C错误；
D． 钠的光电效应极限频率为
故D正确。
故选ABD。
10．ABC
【详解】
A．将滑动变阻器的滑动触头置于b端，光电管两端电压增大，电流表中一定有电流通过，选项A正确；
B．改用紫外线照射阴极K，入射光频率增大，光子能量增大，光电子的最大初动能增大，电流表中一定有电流通过，选项B正确；
C．用某频率的可见光照射光电管的阴极K，光电子从阴极K射出，具有的最大初动能，若将电源反接,且光电子最大初动能满足，则光电子仍可到达A，光电管中仍可能有电流通过，选项C正确；
D．光电管中场强的方向是由A到K，光电子出射后被加速，所以电流表中有电流通过，若只减小可见光的光照强度，仍有光电子从阴极K射出，电流表中一定有电流通过，选项D错误。
故选ABC。
11．ACD
【详解】
A．根据光电效应方程可知
而
解得
由图像可知该金属的截止频率约为4.27×1014 Hz，选项A正确；
BC．由图像可知当Uc=0时
由图像可知
解得
选项C正确，B错误；
D．根据
则用波长为500 nm的紫光照射该金属，能使该金属发生光电效应，选项D正确。
故选ACD。
12．CD
【详解】
A．根据
波长越大频率越小，则波长 λ=0.30μm 的单色光比波长 λ=0.50μm 的单色光的频率大，根据
增大入射光的频率，则遏止电压增大，图像与横轴交点会向左侧，A错误；
B．根据光电效应方程可知，仅增大入射光的强度，光电子的最大初动能不变，则遏止电压不变，乙图图线与横轴的交点不移动，B错误；
C．每秒发射光电子个数
C正确；
D．光电子飞出阴极K时的最大动能
D正确。
故选CD。
13．BC
【详解】
AB．由爱因斯坦光电效应方程得
Ek=hν-W0
由动能定理得
Ek=eU
用a、b单色光照射同种金属时，逸出功W0相同。当νa>νb时，一定有
Eka>Ekb
Ua>Ub
故选项A错误，B正确；
C．若Ua＜Ub，则一定有
Eka＜Ekb
故选项C正确；
D．因逸出功相同，有
W0= hνa- Eka= hνb- Ekb
故选项D错误。
故选BC。
14．1 2 4.5
【详解】
（1）[1]图1的电压加在光电管上是反向电压，所有光电子飞出后做减速运动，增大电压让电流表刚好无电流时对应为遏止电压，可用来研究光电子的最大初动能的大小，可以得出光电子的最大初动能只与照射光的频率有关，而与照射光的强弱无关的结论；
[2]图2的电压加在光电管上是正向电压，让尽量多的飞出的光电子能加速参与导电，形成光电流，利用饱和光电流的大小反映入射光的光强，可以得出照射光的强度大小决定了逸出光电子数目多少的结论；
（2）[3]由图1可知遏止电压为1.5V，则有
可得最大初动能为
图2中的电压让所有光电子加速，由动能定理有
则到达阳极的最大动能为
15．见解析
【详解】
在此电路的光电管上施加反向电压，用已知频率为ν1的光照射阴极，调节电压大小，直到光电管刚好无电流通过，测出此时的遏止电压Uc1，用另一已知频率为ν2的光照射，测出遏止电压Uc2，利用光电效应方程
hν1 = W0 + Ek，Ek = eUc
可得
hν1 = W0 + eUc1，hν2 = W0 + eUc2
由以上两式可解出
h =
其中e为电子电荷量，测出Uc1与Uc2就可以测出普朗克常量。
实验步骤：
(1)将图中电路图的电源正负极对调，滑动变阻器滑动触头滑至最左端，用频率为v1的光照射，此时电流表中有电流。将滑动变阻器滑动触头缓慢右滑，同时观察电流表，当电流表示数为零时，停止滑动，记下电压表读数Uc1；
(2)用频率为v2的光照射，重复(1)的操作，记下电流表的示数Uc2；
(3)应用h =计算h；
(4)多次测量取平均值。
16．减小 无 为零
【详解】
（1）[1]在处用一紫外线灯照射锌板，钾板发生光电效应，光电子射出后．锌板带正电，用一带少量负电的金属小球与锌板接触，会使锌板上带的正电减少，验电器指针偏角将减小
（2）[2]用钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转，说明黄光不能使锌板产生光电效应；改用红外线灯照射锌板，红外线的频率小于黄光的频率，红外线也不能使锌板产生光电效应，验电器指针无偏转。
（3）[4][5]当滑片滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为，说明反向电压为，即最大初动能，光电管阴极材料的逸出功为．现保持滑片位置不变，增大入射光的强度，电流计的读数为零
17．阳极 左正右负 左负右正 （5.12-5.18）×1014Hz （3.39-3.43）×10-19J （1.21-1.25）×10-19J
【详解】
第一空．由光电管的结构可知A板为正极，即为阳极．
第二空．观察饱和电流，加正向电压，光电子加速，则电源正负极的情况是左正右负；
第三空．要观察遏止电压，加反向电压，光电子减速，则电源正负极的情况是左负右正；
第四空．由和得：，因此当遏制电压为零时，，根据图象可知，铷的截止频率；
第五空．根据，则可求出该金属的逸出功大小；
第六空．根据图象和，结合公式；解得：．
18．，个
【详解】
光子能量为
每秒发射光子数为
个
19．见解析
【详解】
由题知金属A在绿光照射下恰能发生光电效应，由于紫光频率大于绿光频率，则紫光照射时能发生光电效应；红光频率小于绿光频率，则用红光照射时不能发生光电效应。由光电效应方程Ek = hv - W可知，A、B两种金属的极限频率不同，故用同种光照射时，逸出的光电子最大初动能不同，光电子的最大速度大小不同。
20．(1)；(2)；(3)
【详解】
(1)频率
金属的逸出功为
根据爱因斯坦光电效应方程可得
(2)遏止电压

(3)由逸出功可得
21．(1) 3.5eV；(2)2.5V；(3)
【详解】
(1)由光电效应方程
可知金属的逸出功
(2)根据
eUC=Ek
可知那么遏止电压的大小为
UC==2.5V
(3)根据
得金属发生光电效应的极限频率