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 课时练（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 课时练（解析版）
1．如图是“光电效应”的实验电路图，图乙为某次“光电效应”实验中得到的同一光电管两端的遏止电压随入射光频率v变化的函数关系图像，下列判断正确的是（　　）
A．遏止电压与入射光的频率成正比
B．在图甲所示的电路中，当电压增大到某值时，光电流将趋于一个饱和值
C．入射光越强，遏止电压就越大
D．用不同的金属材料来研究遏止电压与入射光频率v的图像关系时，得到的这些图像的斜率是相同的
2．在光电效应实验中，用单色光照射某种金属表面，有光电子逸出，欲使饱和光电流增大，以下说法正确的是（　　）
A．增大单色光的频率 B．减小单色光的波长
C．延长光照时间 D．增大单色光的光照强度
3．图是研究光电效应的电路图，图是用甲、乙、丙光照射光电管得到的图线，、表示遏止电压，下列说法正确的是（　　）
A．甲光的频率大于乙光的频率
B．乙光照射时产生的光电子的最大初动能为eUc1
C．乙光照射时的逸出功大于丙光的照射时的逸出功
D．在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流一直会增加
4．如图甲为氢原子能级图，大量处于激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光子，将其中频率最高的光子照射到某光电管的阴极K上，测得电路中电流随光电管两端电压变化的关系如图乙所示。则下列说法正确的是（　　）
A．跃迁时共发出4种频率的光
B．该光电管阴极K的逸出功为
C．光电子最大初动能与入射光的频率成正比
D．跃迁放出的光子中有3种频率的光子可以使该阴极K发生光电效应
5．已知某种金属的极限频率为，普朗克常量为h，电子的电荷量为e。若用频率为的光照射此金属板，则该金属板的遏止电压为（　　）
A． B． C． D．
6．从1907年起，密立根就开始测量金属的遏止电压Uc与入射光的频率v的关系，由此算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性。按照密立根的方法我们利用图1所示的装置进行实验，得到了某金属的Uc-v图像如图2所示。下列说法正确的是（　　）
A．该金属的截止频率约为
B．该金属的截止频率约为
C．该图像的斜率为普朗克常量
D．该图像的斜率为这种金属的逸出功
7．用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意如图甲所示，实验中测得铷的遏止电压与入射光频率之间的关系如图乙所示，图线与横轴交点的横坐标为Hz。已知普朗克常量。则下列说法中正确的是（　　）
A．欲测遏止电压，应选择电源左端为正极
B．当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的示数持续增大
C．增大照射光的强度，产生的光电子的最大初动能一定增大
D．如果实验中入射光的频率Hz，则产生的光电子的最大初动能约为
8．光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流。表中给出了6次实验的结果。
组 次 入射光子的能量/eV 相对光强 饱和光电流大小/mA 逸出光电子的最大动能/eV
第一组 1
2
3 4.0
4.0
4.0 弱
中
强 29
43
60 0.9
0.9
0.9
第二组 4
5
6 6.0
6.0
6.0 弱
中
强 27
40
55 2.9
2.9
2.9
由表中数据得出的论断中不正确的是（　　）
A．两组实验采用了不同频率的入射光
B．两组实验所用的金属板材质不同
C．逸出光电子的最大动能与相对光强无关
D．入射光子的能量相同时，相对光强越强饱和光电流越大
9．分别用频率为和的单色光照射同一种金属板。发出光电子的最大初动能之比为，表示普朗克常量，则此金属板的逸出功为（　　）
A． B． C． D．
10．甲、乙两种金属发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光频率间的函数关系分别如图中的Ⅰ、Ⅱ所示。纵截距分别为：、，则下列判断正确的是（　　）
A．甲金属的逸出功等于
B．甲金属产生的光电子初动能都比乙金属产生的光电子初动能大
C．Ⅰ、Ⅱ的斜率是定值，但与入射光和金属材料均有关
D．入射光的频率为时，甲金属产生的光电子的最大初动能为
11．如图是工业生产中用到的光控继电器示意图，它由电源、光电管、放大器、电磁继电器等组成。当用绿光照射光电管阴极K时，可以发生光电效应。下列说法正确的是（　　）
A．端应该接电源正极
B．调转电源正负极，电路中一定没有电流
C．改用黄光照射阴极，电路中可能存在光电流
D．增大绿光照射强度，光电子的最大初动能增大
12．2021年5月17日，中国科学院高能物理研究所公布，国家重大科技基础设施“高海拔宇宙线观测站（LHAASO）"记录到1400万亿电子伏特的伽马光子，这是人类迄今观测到的最高能量光子，有助于进一步解开宇宙线的奥秘。已知普朗克常数，光速，则该伽马光子的（　　）
A．波动性比可见光弱 B．频率为
C．质量为 D．能量为
13．如图是某种火灾报警装置的工作电路图，它的核发部件为紫外线光电管，其中为阳极，K为阴极，发生火灾时端有输出电压实施报警。已知地表附近太阳光中紫外线光子能量介于之间，明火中的紫外线光子能量介于之间。几种金属单质的逸出功如下表所示，若光电管阴极材料K选用金属铝，则下列说法正确的是（　　）
金属单质 钾 钠 锌 铝
逸出功/ 2.25 2.29 3.38 4.21
A．太阳光照射时端有输出电压
B．明火照射时端有输出电压
C．若阴极K材料选用金属锌，能实现有效报警
D．明火中紫外线波长越短，光电子的最大初动能越大
14．额温枪是新冠病毒防控的重要装备之一，其原理为：人体辐射的红外线照射到温度传感器，发生光电效应、将光信号转化为电信号，从面显示出人体的温度。已知人的体温正常时能辐射被长约为的红外线，如图甲所示，用该红外线照射光电管的阴极K时，电路中有光电流产生，光电流随电压变化的图像如图乙所示，已知，，．则（　　）
A．波长的红外线在真空中的频率为
B．将图甲中的电源正负极反接，一定不会产生电信号
C．由图乙可知，产生的光电子最大初动能为2eV
D．由图乙可知，该光电管的阴极金属逸出功约为
15．在光电效应实验中，某同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线（甲光、乙光、丙光），如图所示。则可判断出（　　）
A．甲光的频率小于丙光的频率
B．乙光的波长小于丙光的波长
C．甲光对应的光电子最大初动能小于丙光的光电子最大初动能
D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能
16．某研究性学习小组设计了利用光电效应测量普朗克常量的实验，实验原理图如图甲所示，实验中通过测定遏止电压UC和对应入射光频率v的数据，即可求出普朗克常量h。该小组的一次实验数据记录如下：
频率v（1014Hz） 8.213 7.408 6.879 5.490 5.196
遏止电压UC（V） 1.600 1.278 1.074 0.488 0.378
（1）建立UC-v的坐标系，根据表中的数据，在图乙中描绘UC随v变化的图线______；
（2）已知元电荷e=1.6×10-19C，利用图乙画出的图线求出普朗克常量h______J·s（保留两位有效数字）；
（3）由于多种因素的影响，各条谱线对应的遏止电压和理论值相比都相差了ΔU，试分析对普朗克常量h的测量有没有大的影响：______。
17．采用如图甲所示电路可研究光电效应规律，现分别用a、b两束单色光照射光电管，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系图象如图乙所示。
（1）实验中当灵敏电流表有示数时将滑片P向右滑动，则电流表示数一定不会________（选填“增大”“不变”或“减小”）。
（2）照射阴极材料时，________（选填“a光”或“b光”）使其逸出的光电子的最大初动能大。
（3）若a光的光子能量为5eV，图乙中UC2=-2V，则光电管的阴极材料的逸出功为____eV。
18．用波长为λ0绿光照射某金属表面，恰好能有光电子从金属表面逸出。现在用波长为λ的紫光照射该金属，期中普郎克常数为h，光速为c，电子电荷量为e。求：
(1)金属的逸出功；
(2)光电子的最大初动能；
(3)紫光照射时的遏止电压。
19．一光电管的阴极K用截止频率为ν的金属铯制成，光电管阳极A和阴极K之间的正向电压为U，用波长为λ的单色光射向阴极，产生了光电流，已知普朗克常量为h，电子电荷量为e，真空中的光速为c.求：
（1）金属铯的逸出功W；
（2）光电子到达阳极的最大动能；
（3）用波长为λ的光照射金属的表面，当遏止电压取某个值时，光电流便被截止，当光的波长改变为原波长的，已查明使电流截止的遏止电压必须增大到原值的η倍，试计算原入射光的波长λ。（已知该金属的逸出功为W0）
20．一群处于第4能级的氢原子，最终都回到基态能发出6种不同频率的光，将这些光分别照射到图甲电路阴极的金属上，只能测得3条电流随电压变化的图像（如图乙），已知氢原子的能级图如图丙所示。
（1）求该金属逸出功；
（2）求乙图中的值。
参考答案
1．D
【详解】
A．由光电效应方程
得
可知，遏止电压与入射光频率成一次函数关系，故A错误；
B．在图甲所示的电路中，所加电压是反向电压，当电压增大到某值时，光电流不会趋于一个饱和值，故B错误；
C．入射光的频率越高，遏止电压就越大，故C错误；
D．由
可知用不同的金属材料来研究遏止电压与入射光频率v的图像关系时，得到的这些图像的斜率
是相同的，故D正确。
故选D。
2．D
【详解】
饱和光电流是由入射光的光强决定的，光强越大，则单位时间逸出光电子的数量越多，饱和光电流越大。而增大单色光的频率和减小单色光的波长都可以增加光电子的最大初动能；延长光照时间，不能使逸出光电子的数量以及最大初动能发生变化。
故选D。
3．B
【详解】
A．根据
可知，光的频率越大，遏止电压越大，则甲光的频率小于乙光的频率，故A错误；
B．由图b可知，乙光照射的遏止电压为，根据上式可得，乙光照射时产生的光电子的最大初动能为eUc1，故B正确；
C．金属的逸出功与照射光没有关系，即同一金属在相同条件下的逸出功相同，故C错误；
D．在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流会趋于一个饱和值，即光电流到达饱和电流后不会增加，故D错误。
故选B。
4．D
【详解】
A．跃迁发出频率不同的光子数共6种，即
A错误；
BC．由图甲可得频率最高的光子能量为，由图乙可得其遏止电压为，则有
解得
光电子最大初动能与入射光的频率是一次函数关系，不成正比，BC错误；
D．由跃迁至、跃迁至、跃迁至的三种光子能量大于逸出功，可使阴极K发生光电效应，D正确。
故选D。
5．A
【详解】
由光电效应方程可知
解得遏止电压为
故BCD错误，A正确。
故选A。
6．A
【详解】
AB．当Uc=0时，可解得
此时读图可知，，即金属的截止频率约为4.32×1014Hz，在误差范围内，B错误，A正确；
CD．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
联立解得
故Uc与ν图像的斜率为，CD错误。
故选A。
7．D
【详解】
A．遏止电压产生的电场对电子起阻碍作用，则电源的右端为正极，故A错误；
B．当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，加速度电场增强，电流增加但加速到一定值后不再增加，故B错误；
C．由可知，最大初动能与光的强度无关，则C错误；
D．由图可知，当时，由公式
代入数值求得
故D正确。
故选D。
8．B
【详解】
A．入射光子的能量
其中h为普朗克常量，为入射光子的频率，由图表数据可知，两组实验入射光子的能量不同，所以入射光子的频率不相同，故A正确；
B．由爱因斯坦光电效应方程
其中为被照射金属的逸出功，其大小取决于金属的材质。由第一组数据可知
解得
由第二组数据可知
解得
由于
所以两组实验所用的金属板的性质相同，即金属板的材质相同，故B错误；
C．根据爱因斯坦光电效应方程
可知逸出光电子的最大动能与相对光强无关，故C正确；
D．由饱和光电流的决定因素知，入射光子能量相同时，饱和光电流的大小取决于相对光强，相对光强越强，饱和光电流越大，故D正确。
本题选错误项，故选B。
9．A
【详解】
根据爱因斯坦光电效应方程有
又
联立解得
故选A。
10．A
【详解】
AC．由爱因斯坦光电效应方程
知，Ek-v图像的纵截距为-W0，即-W0=-Ek，可见甲金属的逸出功W0=Ek1，Ek-v图像的斜率为普朗克常量h，与入射光和金属材料无关，故A正确，C错误；
B．由图知，在相同的入射光照射时，即入射光的频率相同时，甲金属产生的光电子最大初动能比乙产生的光电子最大初动能大，但是不是所有甲金属产生的光电子的初动能都比乙金属产生的光电子初动能大，故B错误；
D．由图像可知甲金属的截止频率为v1，入射光的频率为2v1时，甲金属产生的光电子的最大初动能为
而
解得
故D错误。
故选A。
11．C
【详解】
A．电路中要产生电流，则a端应该接电源正极经放大器放大后的电流使电磁铁被磁化，将衔铁吸住，故A错误；
B．调转电源正负极，可以减小电路中的电流，只有当电源电压达到光电管的遏制电压，才会出现电流为零的情况。故B错误；
C．黄光的频率略小于绿光的频率，改用黄光照射阴极，电路中可能存在光电流。故C正确；
D．根据光电效应规律可知，增大绿光照射强度，光电子的最大初动能不变。故D错误。
故选C。
12．AB
【详解】
A．由光子能量公式
可知，能量越大的光子，波长越短。1400万亿电子伏特（1.4PeV）的伽马光子的波长极短，其波动性极弱，粒子性极强，选项A正确；
D．1400万亿电子伏特（1.4PeV）的伽马光子能量为
选项D错误；
B．由，解得频率为
选项B正确；
C．由爱因斯坦质能方程
可得质量为
选项C错误。
故选AB。
13．BD
【详解】
A．太阳光照射时，太阳光中紫外线的能量低于阴极材料的逸出功，不能发生光电效应，端没有输出电压。A错误；
B．明火照射时，其紫外线能量大于逸出功，能发生光电效应，端有输出电压。B正确；
C．若阴极K材料选用金属锌，太阳光能使阴极材料发生光电效应，从而报警。所以不能实线有效报警。C错误；
D．明火中紫外线波长越短，频率越大，光子能量越大，根据光电效应方程，光电子的最大初动能越大。D正确。
故选BD。
14．AD
【详解】
A．波长的红外线在真空中的频率为
故A正确；
B．由图乙知，遏止电压为0.02V，将图甲中的电源正负极反接，若所加反向电压小于遏止电压，仍然有光电子到达A板，还会产生电信号，故B错误；
C．由图乙可知，遏止电压为
所以根据爱因斯坦光电效应方程，可得产生的光电子最大初动能为
故C错误；
D．根据爱因斯坦光电效应方程可得
又
由图乙可知，该光电管的阴极金属逸出功约为
故D正确。
故选AD。
15．AC
【详解】
入射光的频率决定了遏制电压和光电子的最大初动能，由图可知
因此丙光的频率大于甲光和乙光的频率，丙光的最大初动能大于甲光和乙光的最大出动能，由光的波长、波速和频率的关系公式可知
丙光的频率最大，波长最短，故选AC。
16． 6.0×10-34~6.8×10-34 见解析
【详解】
（1）[1]根据表格数据，通过一一描点，并作出图象，如图所示：
（2）[2]由爱因斯坦的光电效应方程可得
可得
由图可知，斜率为
解得
h=6.0×10-34J·s
（3）[3]各条谱线对应的遏止电压和理论值相比都增加ΔU，相当于在描出的图线向一侧平移了些许，不影响图像的斜率计第，对h的测量没有大的影响。
17．减小 b光 3
【详解】
(1)[1]由甲图电路可知，光电管加的是正向电压，将滑片向右滑动，增加了电压值，会使原来飞不到对阴极的光电子飞到，故电流表的示数要么不变(已达到饱和电流)，要么增大(未达到饱和电流时)。不会出现减小的情况。
(2)[2]根据光电效应方程，结合乙图中遏止电压关系有
故照射阴极材料时，b光使其逸出的光电子的最大初动能大。
(3)[3]将题目中信息
带入上一空的公式，可得
18．(1)；(2)；(3)
【详解】
(1)由题意得金属的逸出功
(2)由
得光电子的最大初动能
(3)由
=
得紫光照射时的遏止电压
19．（1）W＝hν；（2）；（3）
【详解】
(1) 金属铯的逸出功
(2) 波长为λ的单色光频率为
光电子的最大初动能
则光电子到达阳极的最大动能
(3)由
可得
20．（1）；（2）
【详解】
（1）由图可知：
a光的光子能量为
根据光电效应方程
可得
（2）b光的光子能量为
根据光电效应方程
可得