6.1光电效应及其解释 同步练习（解析版）-2021-2022学年高二上学期物理鲁科版（2019）选择性必修第三册（word含答案）

6.1光电效应及其解释
同步练习（解析版）
1．运用光子说对下列光电效应现象进行解释，可以得出的正确结论是（　　）
A．当光照时间增大为原来的2倍时，光电流的强度也增大为原来的2倍
B．当入射光频率增大为原来的2倍时，光电子的最大初动能也增大为原来的2倍
C．当入射光波长增大为原来的2倍时，光电子的最大初动能也增大为原来的2倍
D．当入射光强度增大为原来的2倍时，单位时间内产生的光电子数目也增大为原来的2倍
2．下列关于光电效应的叙述不正确的是（　　）
A．对任何一种金属都存在一个“极限频率”，入射光的频率必须大于等于这个频率，才能产生光电效应
B．光电流的大小与入射光的强度有关
C．用不可见光照射金属一定比可见光照射金属产生的光电子的最大初动能要大
D．光电效应几乎是瞬时发生的
3．A、B两种光子的能量之比为2∶1，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子的最大初动能分别为EA、EB，普朗克常量为h，则下列说法正确的是（　　）
A．A、B两种光子的频率之比为1∶2
B．所产生光电子的最大初动能之比为2∶1
C．该金属的逸出功W0=EA-2EB
D．该金属的截止频率νc=
4．某激光器能发射波长为的激光，发射功率为，表示光速，为普朗克常量，则激光器时间内发射的光子数为（　　）
A．
B．
C．
D．
5．一光电管的阴极K用截止频率为的金属制成并接入如图所示的电路中，当用频率为v的单色光射向阴极K时，能产生光电流，移动滑动变阻器的滑片，当电压表示数为U时，电流计的示数达到饱和电流I。已知普朗克常量为h，电子质量为m，电子电荷量为e，真空中的光速为c。下列说法正确的是（　　）
A．该单色光的光子能量为
B．在时间内阴极K逸出的电子数是
C．阴极K金属的逸出功
D．光电子到达阳极时的最大速率为
6．如图甲，合上开关，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极K，发现电流表读数不为零。调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60V时，电流表读数仍不为零，当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零。把电路改为图乙，当电压表读数为1.5V时，逸出功W及电子到达阳极时的最大动能Ek为（　　）
A．W=3.1eV
Ek=4.5eV
B．W=1.9eV
Ek=2.leV
C．W=1.7eV
Ek=1.9eV
D．W=1.5eV
Ek=0.6eV
7．一紫外线光电管如图所示，其中A为阳极，K为阴极。已知地表附近太阳光中紫外线光子能量介于3.1eV～3.9eV之间，紫外线灯中的紫外线光子能量介于4.4eV～6.2eV之间。若光电管阴极材料K选用逸出功为4.21eV的金属铝，则下列说法正确的是（　　）
A．太阳光照射时可能会逸出光电子
B．紫外线灯照射时产生光电子的最大初动能可能为1.99eV
C．紫外线波长越长，产生的光电子的最大初动能越大
D．紫外线频率越高，产生的光电子的最大初动能越小
8．某光电管的阴极在某单色光照射下恰好发生光电效应。阴极与阳极之间所加电压大小为U，光电流为I。已知电子的质量为m，电荷量为e、假设光电子垂直碰撞阳极且碰撞后即被吸收，则光电子对阳极板的平均作用力F的大小为（　　）
A．
B．
C．
D．
9．如图所示电路可研究光电效应规律。图中标有A和K的为光电管，其中A为阳极，K为阴极，理想电流计可检测通过光电管的电流，理想电压表用来指示光电管两端的电压。现接通电源，用光子能量为12.0
eV的光照射阴极K，电流计中有示数，若将滑动变阻器的滑片P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5.0
V。现保持滑片P位置不变，以下判断正确的是（　　）
A．光电管阴极材料的逸出功为5.0
eV
B．若增大入射光的强度，电流计的读数不为零
C．若用光子能量为15.0
eV的光照射阴极K，光电子的最大初动能一定变大
D．若用光子能量为10.0eV的光照射阴极K，同时把滑片P向左移动少许，电流计的读数一定不为零
10．一单色光照到某金属表面时，有光电子从金属表面逸出，下列说法中正确的是（　　）
A．只增大入射光的频率，金属逸出功将减小
B．只增大入射光的频率，光电子的最大初动能将增大
C．只增大入射光的强度，光电子的最大初动能将增大
D．只增加入射光的照射时间，光电子的总大初动能将增大
11．某同学在研究光电效应现象时，利用甲、乙、丙三种光照射同一光电管时所得到的光电流I与光电管两端所加电压U的关系I－U图像如图所示，已知甲、乙两条图线与横轴的交点重合，下列说法正确的是（　　）
A．甲光的频率比乙光的大
B．照射同一种金属时，若丙光能发生光电效应，则乙光也一定能发生光电效应
C．若三种光均能使某金属发生光电效应，则甲光照射时逸出光电子的最大初动能最大
D．利用三种光照射大量处于基态的氢原子，若甲光能使氢原子发生跃迁，则乙光也一定能使氢原子发生跃迁
12．如图是光电效应实验电路图，对于光电效应规律，下列说法中正确的是（　　）
A．改用频率为原来2倍的照射光，光电子的最大初动能为原来的两倍
B．光的频率越高，遏止电压越大
C．只增加照射光的强度，光电流不变
D．当电源的正负极交换，发射极的逸出功不变
13．如图是某金属在光的照射下，光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的关系，由图象可知（　　）
A．该金属的逸出功等于W
B．该金属的逸出功等于2hν0
C．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为2W
D．图线的斜率表示普朗克常量h
14．如图所示为研究光电效应现象的实验电路，A、K为光电管的两个电极，电压表V、电流计G均为理想电表。已知该光电管阴极K的极限频率为，电子的电荷量为，普朗克常量为h，开始时滑片P、上下对齐，且处于滑动变阻器的合适位置.现用频率为的光照射阴极K（），则下列说法正确的是（　　）
A．该光电管阴极材料的逸出功为
B．若加在光电管两端的正向电压为U，则到达阳极A的光电子的最大动能为，且不随照射光的强度而变化
C．若将滑片P向右滑动，则电流计G的示数一定会不断增大
D．若将滑片向右滑动，则当滑片P、间的电压为时，电流计G的示数恰好为0
15．图甲是光电效应的实验装置图，图乙是光电流与加在阴极K和阳极A上的电压的关系图像，下列说法正确的是（　　）
A．由图线①，③可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大
B．由图线①、②、③可知对某种确定的金属来说，其遏止电压只由入射光的频率决定
C．遏止电压越大，说明从该金属中逃出来的光电子的最大初动能越大
D．不论哪种颜色的入射光，只要光足够强，就能发生光电效应
16．某同学在研究光电效应“单位时间发射的光电子数与照射光强弱的关系”实验中：
（1）在给出的四个电路图中，本实验应该选用的电路是___________；
（2）要求加在光电管上的电压从零开始变化，则闭合开关前滑动变阻器的滑动触头P应移到______（选填“左端”、“右端”）；
（3）在某一强度的光照下，记录两电表示数如下表所示：
电压U/V
0
0.20
0.50
0.80
1.00
1.30
1.50
2.00
2.50
电流I/μA
0.10
0.18
0.27
0.33
0.35
0.38
0.39
0.40
0.40
①用上表数据在坐标纸上描绘出光电流与电压关系图线；（_______）
②有同学利用电压为零时的电流值0.10μA计算光电管单位时间里逸出的光电子数，行不行？________，请说明理由_________；
③估算此光照射下，单位时间内产生的光电子数为_________。（已知电子电量e=1.6×10-19c）
17．探究光电效应现象的实验装置如图所示。若要探究光电效应中光电流与光照强度的关系，则电源左端应为电源的___________（填“正”或“负”）极。在探究光电效应中铷的遏止电压与入射光的频率之间的关系时，当滑动变阻器从___________（填“左”或“右”）向另一侧慢慢滑动时，光电流逐渐减小到零。
18．图是研究光电效应的电路图。
（1）闭合开关后，当电压表的示数为0时，电流表的示数不是0，说明了什么？
（2）闭合开关，将滑动变阻器的滑片向右移动，会观察到什么现象？说明了什么？
（3）若将电源的正负极对调，闭合开关，滑动变阻器的滑片向右移动时，又会观察到什么现象？说明了什么？
19．如图是研究光电效应的实验电路和氢原子的能级示意图。现用等离子态的氢气（即电离态，）向低能级跃迁时所发出的光照射光电管的阴极。测得电压表的示数是。已知光电管阴极材料的逸出功是，普朗克常数,，结果均保留两位有效数字。求：
（1）氢原子由能级跃迁到能级时氢气发光的波长；
（2）该光电管阴极材料发生光电效应的极限波长；
（3）光电子到达阳极的最大动能为多少电子伏特。
20．图甲为研究光电效应现象的实验电路图。现用频率为ν0的光照射阴极K，其光电流与光电管两端电压的关系图线如图乙所示，遏止电压大小为Uc，饱和光电流大小为I0。已知电子电量为e，普朗克常量h。求：
（1）阴极K中逸出的光电子的最大初动能Ekm；
（2）阴极材料的逸出功W0；
（3）照射到阴极上的光的最小功率P。
参考答案
1．D
【详解】
AB．根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0可知，当入射光频率增大为原来的2倍时，产生光电子的最大初动能大于原来的两倍，光电流的强度与光照时间无关，故AB错误；
C．根据爱因斯坦光电效应方程
当入射光波长增大为原来的2倍时，光电子的最大初动能减小，故C错误；
D．当入射光强度增大为原来的2倍时，单位时间内照射到金属表面的光子数是原来的2倍，所以单位时间内产生的光电子数目也增大为原来的2倍，故D正确。
故选D。
2．C
【详解】
A．根据产生光电效应的条件可知，对任何一种金属都存在一个“极限频率”，入射光的频率必须大于等于这个频率，才能产生光电效应，A不符合题意；
B．入射光的强度影响单位时间内发出光电子的数目，即影响光电流的大小，B不符合题意；
C．红外线属于不可见光，且红外线的频率比可见光的频率小，根据光电效应方程知，产生的光电子的最大初动能小，C符合题意；
D．根据光电效应的特点可知，光电效应几乎是瞬时发生的，D不符合题意。
故选C。
3．C
【详解】
A．由ε=hν
知，光子的能量与频率成正比，则A、B两种光子的频率之比为2∶1，所以A错误；
BC．根据光电效应方程可得
EA=hνA-W0
EB=hνB-W0
解得
W0=EA-2EB
所以B错误；C正确；
D．该金属的截止频率为
所以D错误；
故选C。
4．A
【详解】
每个光子的能量
t时间内发光的总能量为，则
故A正确。
故选A。
5．BD
【详解】
A．光子能量为
A错误；
B．在时间内通过的电荷量为
在时间内阴极K逸出的电子数是
B正确；
C．阴极K金属的逸出功
C错误；
D．光电子到达阳极时，根据能量守恒得
解得
D正确。
故选BD。
6．B
【详解】
甲图中所加的电压为反向电压，根据题意可知，遏止电压为0.60eV，根据
可知，光电子的最大初动能为0.60eV，根据光电效应方程
解得逸出功
乙图中所加的电压为正向电压，根据动能定理
解得电子到达阳极的最大动能为
故选B。
7．B
【详解】
A．太阳光包含可见光和紫外线，能量高的紫外线光子能量介于3.1eV～3.9eV之间，小于材料K的逸出功为4.21eV，则太阳光照射时不可能逸出光电子，故A错误；
B．紫外线灯中的紫外线光子能量介于4.4eV～6.2eV之间，根据爱因斯坦的光电效应方程有
可得紫外线灯照射时产生光电子的最大初动能的取值范围为0.19eV~1.99eV最大初动能可能为1.99eV，故B正确；
C．紫外线波长越长即频率越小，由可知产生的光电子的最大初动能越小，故C错误；
D．紫外线频率越高，由可知产生的光电子的最大初动能越大，故D错误；
故选B。
8．A
【详解】
根据题意，阴极金属恰好发生光电效应，则说明光电子离开阴极的速度为0，根据动能定理有
可得
每个光电子到达阳极板时的动量变化量大小为
设时间△t有n个电子打在阳极板上，则有
由动量定理可得平均作用力为
由以上整理得
A正确，B、C、D错误。
故选A。
9．C
【详解】
A．根据
可知电子逸出后的最大初动能为5.0
eV，根据光电效应方程
解得逸出功
A错误；
B．若只增大入射光的强度，光子的能量不变，根据光电效应方程可知，电子逸出后的最大初动能保持不变，因此电流计的读数仍为零，B错误；
C．若用光子能量为15.0
eV的光照射阴极K，根据光电效应方程可知光电子的最大初动能
C正确；
D．若用光子能量为10.0eV的光照射阴极K，则光电子的最大初动能
若把滑片P向左移动少许，但只要电压表的示数超过3V，电流计的读数一定为零，D错误。
故选C。
10．B
【详解】
A．金属逸出功是由金属本身的性质决定的，与入射光的频率无关，A错误；
B．根据光电效应方程
可知只增大入射光的频率，光电子的最大初动能将增大，B正确；
CD．光电子的最大初动能与入射光的频率和材料的逸出功有关，与入射光的强度以及照射时间无关，CD错误。
故选B。
11．D
【详解】
A．由光电效应方程
可知，甲光和乙光照射同一光电管时遏止电压相同，故频率相同，A错误；
B．丙光的遏制电压较大，即频率较高，照射同一种金属时，若丙光能发生光电效应，则乙光不一定能发生光电效应，B错误；
C．由于频率满足
若三种光均能使某金属发生光电效应，则丙光照射时逸出光电子的最大初动能最大，C错误；
D．由于甲光、乙光频率相同，若甲光能使氢原子发生跃迁，则乙光也一定能使氢原子发生跃迁，D正确。
故选D。
12．BD
【详解】
A．根据光电效应方程，可得
易知，入射光的频率与最大初动能不是正比关系，所以改用频率为原来2倍的照射光，光电子的最大初动能不为原来的两倍。故A错误；
B．由
联立，可得
可知，光的频率越高，遏止电压越大。故B正确；
C．当光电流未达饱和值时，增加照射光的强度，可以增加光电流的值。故C错误；
D．发射极的逸出功决定于反射极的材料，所以当电源的正负极交换时，其逸出功不变。故D正确。
故选BD。
13．AD
【详解】
A．根据爱因斯坦光电效应方程得
可知，图线纵轴截距的绝对值等于金属的逸出功，等于W，故A正确；
B．当最大初动能为零时，入射光的能量等于逸出功，即等于hv0，故B错误；
C．根据光电效应方程可知，入射光的频率变为原来的2倍，由于逸出功不变，最大初动能为
故C错误；
D．根据一次函数
可知图线的斜率即为普朗克常量h，故D正确。
故选AD。
14．ABD
【详解】
A．由极限频率为，故金属的逸出功为
A正确；
B．由光电效应方程可知，电子飞出时的最大动能为
由于加的正向电压，由动能定理
解得
当光的频率不变时，光电子的最大初动能与照射光的强度无关，故B正确；
C．若将滑片P向右滑动时，若电流达到饱和电流，则电流不再发生变化，故C错误；
D．向右滑动时，所加电压为反向电压，由
可得
则反向电压达到遏止电压后，动能最大的光电子刚好不能参与导电，则光电流为零，故D正确。
故选ABD。
15．ABC
【详解】
A．由图线①，③可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大，选项A正确；
BC．根据
由图线①、②、③可知对某种确定的金属来说，其遏止电压只由入射光的频率决定，遏止电压越大，说明从该金属中逃出来的光电子的最大初动能越大，选项BC正确；
D．能否发生光电效应只由入射光的频率决定，与光强无关，选项D错误。
故选ABC。
16．A
左端
见解析
不行
此时逸出的光电子并未全部到达阳极
【详解】
（1）[1]由于本实验是研究光电效应“单位时间发射的光电子数与照射光强弱的关系”的实验，则光电管两端所加电压应为正向电压，即光电管阴极K与电源电源负极相连，对阴极与电源正极相连；电流表必须与光电管串联且与电压表并联，故应选A。
（2）[2]若要求加在光电管上的电压从零开始变化，则闭合开关前滑动变阻器的滑动触头P应移到左端。
（3）①[3]利用表中数据在坐标纸上，利用光滑的曲线描绘出光电流与电压关系图线如图所示
②[4][5]该同学利用电压为零时的电流值0.10μA计算光电管单位时间里逸出的光电子数，该做法不行，因为由作出的光电流与电压关系图线可知饱和光电流值为0.40μA，此时逸出的光电子并未全部到达阳极；
③[6]在此光照射下，由作出的光电流与电压关系图线可知，饱和光电流为0.40μA，说明1s内由K极发出的电子全部到达对阴极，根据
可得单位时间内产生的光电子数为
17．正
左
【详解】
[1]探究光电流与光照强度的关系时，应该接正向电压，则M极应为电源的正极。
[2]为了使光电流逐渐减小到0，应该接反向电压，并逐渐增大电压，即滑动变阻器的滑片从左向右滑动。
18．（1）说明发生了光电效应现象；（2）电压表、电流表的示数均增大，当电流增大到一定值后，滑动变阻器的滑片再向右移动，电流也不再增大．说明存在饱和电流；（3）电压表示数增大，电流表示数减小，最后电流表的示数可能减小到0.说明存在遏止电压
【详解】
略
19．(1)487.5nm；(2)460nm；(3)25.9eV
【详解】
(1)
氢原子由能级跃迁到能级时释放光子的能量为
根据
可知波长为
(2)极限频率满足
解得极限波长
(3)根据光电效应方程可知光电子从从中逸出时最大初动能为
根据能量守恒定律可知光电子到达阳极的最大动能为
20．（1）eUc；（2）hν0
-
eUc；（3）
【详解】
（1）由动能定理可知
Ekm
=
eUc
（2）由光电效应方程
Ekm
=
hν0
-
W0
解得
W0
=
hν0
-
eUc
（3）设光照时间为t照射光的能量为
E
=
Pt，E
=
n?hν0
又
I0t
=
n?e
解得
P
=