6.1光电效应及其解释 同步作业 —2021-2022学年高二下学期物理鲁科版（2019）选择性必修第三册（word含答案）

6.1光电效应及其解释
同步作业（解析版）
1．用两束频率相同，强度不同的紫外线去照射两种不同金属，都能产生光电效应，则（　　）
A．因入射光频率相同，产生光电子的最大初动能必相同
B．用强度大的紫外线照射时，所产生的光电子的初速度一定大
C．从极限波长较长的金属中飞出的光电子的初速度一定大
D．由强度大的紫外线所照射的金属，单位时间内产生的光电子数目一定少
2．光电效应通常认为是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出。强激光的出现使得一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应。如图所示用频率为的普通光源照射阴极K，没有发生光电效应。若用同频率的某种强激光照射阴极K，可使一个电子在极短时间内吸收5个光子而发生了光电效应。现逐渐增大反向电压，当光电流恰好减小到零时，设为逸出功，为普朗克常量，为电子电量，则（　　）
A．电源的左端为负极
B．光电子的最大初动能
C．遏止电压等于
D．遏止电压等于
3．如图所示，用绿光照射一光电管，能产生光电效应。欲使光电子从阴极K逸出时的最大初动能增大，下列方法可行的是（　　）
A．增加绿光照射时间
B．改用紫光照射
C．增大光电管上的加速电压
D．增大绿光的强度
4．光电管是应用光电效应原理制成的光电转换器件，在光度测量、有声电影、自动计数、自动报警等方面有着广泛的应用。某同学为了测出某光电管阴极的极限频率，设计了如图所示的电路。用频率为的光照射光电管阴极K，调节滑动变阻器滑片到某一位置，电压表的示数为时，表的示数刚好为零，换用频率为的光照射光电管阴极K，调节滑动变阻器滑片到某一位置，电压表的示数为时，表的示数也刚好为零，则该光电管阴极K的极限频率为（　　）
A．
B．
C．
D．
5．如图甲所示是研究光电效应规律的实验电路。用波长为的单色光a照射阴极K，反复调节滑动变阻器，灵敏电流计的指针都不发生偏转；改用波长为的单色光b照射，调节滑动变阻器，测得流过灵敏电流计的电流I与AK之间的电势差UAK满足如图乙所示规律，则（　　）
A．光波长小于
B．增加a光照射强度一定能使电流计指针偏转
C．若只改变阴极K的材料，图像与横轴交点不变
D．若只增加b光的照射强度，图像与横轴交点不变
6．演示光电效应的实验中，把一块锌板连接在验电器上，并使锌板带负电，验电器指针张开。用光源照射锌板时，验电器张开的指针夹角会变小。已知锌板的逸出功是。下列说法正确的是（　　）
A．要使电子脱离锌板，外界需对电子做功的最小值为
B．保持入射光频率一定，增大入射光强度，从锌板飞出的光电子初动能也增大
C．保持入射光频率一定，增大入射光强度，从锌板飞出的光电子数目增多
D．若入射光的光子能量小于，适当延长照射时间也可以使指针夹角变小
7．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．甲光的频率等于乙光的频率
B．乙光的波长大于丙光的波长
C．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率
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
8．在研究某些物理规律时，借助数学的图象法能将该规律更直观、更深刻的展现出来。下列关于图中四幅图象的表述，正确的是（
）
A．图甲为不同温度（、）下，氧气分子在各速率区间的分子数占总分子数的百分比与分子运动速率的关系图象，由图可知，温度更高
B．图乙为不同温度（、）下，黑体辐射强度与波长的关系图象，由图可知，温度更高
C．图丙为先后用两束光（a、b）照射同一个光电管所得光电流I与光电管两端所加电压U的关系图象，由图可知，两束光（a、b）频率相同
D．在图丁的c、d两条曲线中，曲线c为分子间作用力F与分子间距离r的关系曲线
9．如图甲所示是研究光电效应实验规律的电路。当用强度一定的黄光照射到光电管上时，测得电流表的示数随电压变化的图像如图乙所示。下列说法正确的是（　　）
A．照射的黄光越强，饱和电流将越大
B．若改用蓝光照射光电管，图像与横轴交点在黄光照射时的左侧
C．若改用红光照射光电管，一定不会发生光电效应
D．若用频率更高的光照射光电管，则光电管中金属的逸出功变大
10．光电效应实验中，下列表述正确的是（　　）
A．光照时间越长光电流越大
B．遏止电压与入射光的频率有关
C．入射光足够强就可以有光电流
D．入射光频率大于极限频率才能产生光电子
11．如图甲所示，阳极A和阴极K是密封在真空玻璃管中的两个电极，阴极K在受到某些频率的光照时能够发射光电子，进而在电路中形成光电流。光电流的遏止电压与照射光的频率之间的关系图像如图乙所示，下列说法正确的是（　　）
A．图线的斜率表示
B．用频率为的光照射，阴极K能产生光电子
C．用频率为的光照射，即使光的强度很弱，阴极K也能产生光电子
D．设图线与横轴的交点坐标为，则该阴极K的逸出功为
12．用如图所示的装置研究光电效应现象。所用光子能量为2.75eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，电流表G的示数不为零，移动变阻器的触点c，发现当电压表的示数大于或等于1.7V时，电流表示数为0，则下列说法正确的是（　　）
A．换波长更长的光照射，可能电流表G没有示数
B．光电管阴极的逸出功为1.7eV
C．当滑动触头向b端滑动时，电流增大
D．开关S断开后，没有电流流过电流表G
13．如图所示，甲、乙、丙、丁是关于光电效应的四个图象，以下说法正确的是（　　）
A．由图甲可求得普朗克常量
B．由图乙可知虚线对应金属的逸出功比实线对应金属的逸出功的小
C．由图丙可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大
D．由图丁可知电压越高，则光电流越大
14．用如图所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为的光照射到光电管上时，电流表G的读数为。移动变阻器的触点，当电压表的示数大于或等于时，电流表读数为，则（　　）
A．光电管阴极的逸出功为
B．电键S断开后，电流表G示数不为
C．光电子的最大初动能为
D．改用能量为的光子照射，电流表G也有电流，但电流较小
15．1931年中国留美学生叶企孙利用X射线测算出普朗克常量的值，这一结果随后在科学界延用16年之久。利用光电效应也可以测定普朗克常量，图甲为光电效应实验原理图，实验中可调节光电管两端的反向电压U使电流表示数恰好为零。通过改变入射光的频率v重复上述操作，获取若干对v、U数据，依数据作U-v图像如图乙所示，已知电子电量为e。则下列说法正确的是（　　）
A．普朗克常量可表示为
B．普朗克常量可表示为
C．阴极K的逸出功为
D．阴极K的逸出功为
16．我国中微子探测实验利用光电管把光信号转换为电信号。如图所示，A和K分别是光电管的阳极和阴极，加在A、K之间的电压为。现用发光功率为P的激光器发出波长为的光全部照射在K上，回路中形成电流，若将电压正负极对调，回路中电流恰好为0.已知光速为，普朗克常量为，电子电荷量为，电源内阻不计。
（1）每秒钟到达K极的光子数量；
（2）阴极K材料的逸出功为；
（3）求光电子到达A的最大动能。
17．波长的伦琴射线使金箔发射光电子，电子在磁感应强度为B的匀强磁场区域内做最大半径为r的匀速圆周运动，已知。试求：
（1）光电子的最大初动能；
（2）金属的逸出功。?
18．
如图甲所示是研究光电效应的实验电路图，ab、cd为两正对的、半径为R的平行的、圆形金属板，板间距为d，且满足R>>d。当一细束频率为ν的光照极板ab圆心时，产生沿不同方向运动的光电子。调节滑片改变两板间电压，发现当电压表示数为UC时，电流表示数恰好为零。假设光电子只从极板圆心处发出，普朗克常量为h，电子电量为e，电子质量为m，忽略场的边界效应和电子之间的相互作用。
（1）求金属板的逸出功W0；
（2）若交换电源正负极，调节滑片逐渐增大两极板间电压，求电流达到饱和时的最小电压U1；
（3）断开开关，在两板间加上方向垂直纸面向里的匀强磁场，如图乙所示。求电流表读数为零时磁感应强度B的最小值；
（4）已知单位时间内从ab板逸出的电子数为N，电子逸出时所携带动能在0至最大动能之间粒子数是均匀分布的。假设所有逸出的电子都垂直于ab板向cd板运动，如图丙所示。调整滑动变阻器的滑片，当cd与ba两板之间电势差为U2时，求安培表的读数及对应的电阻值。
19．钨的逸出功是，现在将波长为的光照射钨的表面。普朗克常量为，光速为，计算结果保留小数点后两位。求：
（1）钨的截止频率；
（2）光电子的最大出动能。
20．如图所示，图1为氢原子的能级图，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，其中频率最高的光子照射到图2电路中光电管阴极K上时，光电流随光电管两端电压变化的图像如图3。求：
（1）频率最高的光子能量；
（2）阴极K的逸出功。
参考答案
1．C
【详解】
A．根据
可知，虽然入射光频率相同，但是金属的逸出功不同，则产生光电子的最大初动能不相同，选项A错误；
B．光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与光强无关，选项B错误；
C．从极限波长较长的金属逸出功较小，则根据
可知，飞出的光电子的初速度一定大，选项C正确；
D．光强越大，单位时间逸出光电子的数量越多，则由强度大的紫外线所照射的金属，单位时间内产生的光电子数目一定多，选项D错误。
故选C。
2．C
【详解】
A．由于加反向电压，因此电源的左端为正极，A错误；
B．由于吸收了5个光子，因此光电子的最大初动能
B错误
CD．根据动能定理
联立可得遏止电压
C正确，D错误。
故选C。
3．B
【详解】
A．增加绿光照射时间，光电子从阴极K逸出时的最大初动能不变，选项A错误；
B．紫光的频率大于绿光，则改用紫光照射，光电子从阴极K逸出时的最大初动能变大，选项B正确；
C．增大光电管上的加速电压，则光电子从阴极K逸出时的最大初动能不变，选项C错误；
D．增大绿光的强度，光电子从阴极K逸出时的最大初动能不变，选项D错误；
故选B。
4．A
【详解】
根据光电效应方程有
解得
故选A。
5．D
【详解】
A．单色光a不能使阴极发生光电效应，所以其波长大于单色光b。A错误；
B．光电效应的发生由光的频率决定，与光强无关。B错误；
C．若只改变阴极K的材料，则逸出功改变，根据光电效应方程可知光电子的最大初动能发生变化，所以遏止电压也将发生变化，即图像与横轴的交点变化。C错误；
D．若只增加b光的照射强度，光电子的最大初动能不变，遏止电压不变，图像与横轴交点不变。D正确。
故选D。
6．AC
【详解】
A．逸出功是使电子脱离锌板，外界需对电子做功的最小值。A正确；
BC．保持入射光频率一定，增大入射光强度，根据光电效应方程，光电子的最大初动能不变，但是光电子数目会增多。B错误，C正确；
D．若入射光的光子能量小于，则不能发生光电效应，所以延长光照时间，指针偏角也不会变小。D错误。
故选AC。
7．AB
【详解】
A．由图像可知，甲光和乙光的图像与横轴交于同一点，故甲光的频率等于乙光的频率，故A正确；
B
D．根据爱因斯坦的光电效应方程可得
因为丙光的图像与横轴的交点绝对值更大，即遏止电压更大，故频率更大，故丙光的波长短，故B正确，D错误；
C．因同一个光电管的截止频率相同，故C错误；
故选AB。
8．BD
【详解】
A．由图可知，温度时速率较小的占比较高，故温度更低，A错误；
B．黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大，由图可知，温度更高，B正确；
C．由图可知，a光对应的遏止电压较高，据
可知，a光的频率较高，C错误；
D．在分子间距为r0时，引力与斥力相等，分子力为零，故曲线c为分子间作用力F与分子间距离r的关系曲线，D正确。
故选BD。
9．AB
【详解】
A．照射的黄光越强，单位时间内逸出的光电子数目越多，则饱和电流将越大，选项A正确；
B．若改用蓝光照射光电管，因蓝光的频率大于红光，根据
可知，遏止电压变大，则图像与横轴交点在黄光照射时的左侧，选项B正确；
C．因红光的频率小于黄光，则若改用红光照射光电管，不一定会发生光电效应，选项C错误；
D．光电管的逸出功是由本身的材料决定的，与入射光的频率无关，选项D错误。
故选AB。
10．BD
【详解】
A．光电流的大小与光照时间无关，与光的强度有关，故A错误；
B．根据光电效应方程：，得知遏止电压与入射光频率有关，故B正确；
CD．发生光电效应的条件是入射光频率大于极限频率，与入射光强度无关，故C错误，D正确；
故选BD。
11．CD
【详解】
A．根据
可得
可知图线的斜率表示，选项A错误；
B．由图像可知，用频率至少约为的光照射，阴极K才能产生光电子，选项B错误；
C．用频率为的光照射，即使光的强度很弱，阴极K也能产生光电子，选项C正确；
D．设图线与横轴的交点坐标为，则该阴极K的逸出功为，选项D正确。
故选CD。
12．AC
【详解】
A．换波长更长的光照射，一种情况为光的频率偏小，导致不能发生光电效应，从而电流表G没有示数；第二种情况为发生了光电效应，但所加反向电压超过了遏止电压，没有光电子能够导电使得电流表G没有示数，故A正确；
B．该装置所加的电压为反向电压，发现当电压表的示数大于或等于1.7V时，电流表示数为0，知道光电子的最大初动能为1.7eV，根据光电效应方程有
EKm=hv-W0
W0=1.05eV
则光电管阴极的逸出功为1.05eV，故B错误；
C．当滑动触头向b端滑动时，反向电压减小，则到达集电极的电子的数目增多，电流增大，故C正确；
D．若开关S断开后，即去掉反向电压，而光的照射发生了光电效应，则一定有光电子参与导电，一定有电流流过电流表G，故D错误；
故选AC。
13．BC
【详解】
A．根据光电效应方程，结合动能定理可知
变式可得
斜率
解得普朗克常量为
故A错误；
B．根据爱因斯坦光电效应方程可知，纵轴截距的绝对值表示逸出功，则实线对应金属的逸出功比虚线大，故B正确；
C．入射光频率一定，饱和光电流由入射光的强度决定，即光的颜色不变的情况下，入射光越强，光子数越多，饱和光电流越大，故C正确；
D．分析图丁可知，当达到饱和光电流以后，增加光电管两端的电压，光电流不变，故D错误；
故选BC。
14．ABC
【详解】
AC．根据动能定理
可得光电子的最大初等能
根据光电效应方程
光电管阴极的逸出功为
AC正确；
B．电键S断开后，仍然能发生光电效应，并且没有反向电压加在光电管上，因此电流表G示数不为，B正确；
D．由于的光子小于逸出功，因此不能产生光电效应，电流表G中没有电流，D错误。
故选ABC。
15．BC
【详解】
AB．根据光电效应方程可得
即
由图像可知
解得
选项A错误，B正确；
CD．阴极K的逸出功为
或者由于
则阴极K的逸出功为
选项C正确，D错误。
故选BC。
16．（1）；（2）；（3）
【详解】
（1）每秒钟到达极的光子数量为，则
解得
（2）根据光电效应方程可知
得
解得
（3）逸出的电子在电场中加速向A运动，根据动能定理
联立解得
17．（1）；（2）
【详解】
(1)电子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力为洛伦兹力
所以
电子的最大初动能
（2）入射光子的能量
根据爱因斯坦光电效应方程得金属的逸出功为
??
18．（1）hv-eUC；（2）；（3）；（4），
【详解】
（1）分析电路可知，金属板间加反向电压，当电压为UC时，检流计的电流为零，有
根据爱因斯坦光电效应方程可知
解得逸出功
W0=hv-eUC
（2）交换电源正负极，金属板加正向电压，平行金属板飞出的电子到达M板时，电流达到饱和，该电子做类平抛运动，初速度为v0，则有
联立解得
（3）平行于极板ab向右射出的电子做圆周运动，恰好不能到达cd板时，电流就变为零。
（3）电子动能在0至eUc之间均匀分布，当电压为U2时，动能在eU2至eUc的电子才能到达cd板形成电流。
I=ne
解得
电阻的电压为
19．（1）；（2）
【详解】
（1）
（2）由
代入数据得
20．（1）；（2）
【详解】
（1）处于激发态的氢原子跃迁时，频率最高的光子能量为
（2）根据爱因斯坦方程有
由图3可知
解得