2021-2022学年粤教版（2019）选择性必修第三册 4.2光电效应方程及其意义 跟踪训练（word解析版）

2021-2022学年粤教版（2019）选择性必修第三册
4.2光电效应方程及其意义
跟踪训练（解析版）
1．研究光电效应实验中，某同学研究同一光电管在不同条件下的光电流与电压的关系如图所示。则下列说法中正确的是（　　）
A．甲光频率大于乙光频率
B．乙光的波长大于丙光的波长
C．乙光对应的截止频率小于丙光对应的截止频率
D．若将甲光换成丙光来照射锌板，其逸出功将减小
2．1916年，美国著名实验物理学家密立根完全肯定了爱因斯坦光电效应方程，并且测出了当时最精确的普朗克常量h的值，从而获得1923年度诺贝尔物理学奖。若用如图甲所示的实验装置测量某金属的遏止电压Uc与入射光频率ν，作出如图乙所示的Uc－ν图像，电子电荷量e＝1.6×10－19
C，则下列说法正确的是（　　）
A．图甲中极板A连接电源的正极
B．普朗克常量约为6.64×10－34
J·s
C．该金属的截止频率为5.0×1014
Hz
D．该金属的逸出功约为6.61×10－19
J
3．用频率为ν的光照射某金属表面时，逸出的光电子的最大初动能为Ek；若改用频率为3ν的光照射该金属，则逸出的光电子的最大初动能为（　　）
A．3Ek
B．2Ek
C．3hν-Ek
D．2hν＋Ek
4．一盏电灯的发光功率为100
W，假设它发出的光向四周均匀辐射，光的平均波长为λ=6.0×10-7
m，普朗克常量为6.63×10-34
J·s，光速为3×108
m/s，在距电灯10
m远处，以电灯为球心的球面上，1
m2的面积每秒通过的光子（能量子）数约为（　　）
A．2.4×1017个
B．2.4×1016个
C．2.4×1015个
D．2.4×1010个
5．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．
6．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
7．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=
8．一光电管的阴极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
9．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
10．一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
11．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
12．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
13．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
14．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
15．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
16．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
17．人眼对绿光较为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530
nm的绿光时，只要每秒有6个光量子射入瞳孔，眼睛就能察觉。普朗克常数为6.63×10-34
J·s，光速为3×108
m/s。人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率为多少？
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．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。
20．一光电管的阴极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）
参考答案
1．B
【详解】
A．根据
可知入射光的频率越高，对应的截止电压越大。由题图知甲光、乙光的截止电压相等，所以甲光、乙光的频率相等，故A错误；
B．丙光的截止电压大于乙光的截止电压，所以丙光的频率大于乙光的频率，则乙光的波长大于丙光的波长，故B正确；
C．同一金属，截止频率是相同的，故C错误。
D．同一种金属，逸出功是相等的，与入射光无关，故D错误。
故选B。
2．C
【详解】
A．实验需要加反向电压，可知极板A接电源负极，A错误；
B．由爱因斯坦光电效应方程得
光电子在电场中做减速运动，由动能定理可得
解得
由题图可知，该金属的极限频率
图像的斜率
代入数据解得
B错误C正确；
D．该金属的逸出功
D错误。
故选C。
3．D
【详解】
由爱因斯坦光电效应方程可知
Ek=hν-W0
Ek′=h·3ν-W0
所以
Ek′=2hν＋Ek
D正确。
故选D。
4．A
【详解】
光是电磁波，辐射能量也是一份一份进行的，100W的灯泡每秒产生光能E=100J，设灯泡每秒发出的光子数为n，则
E=nhν=nh
在以电灯为球心的球面上，1m2的面积每秒通过的光子数
n′=≈2.4×1017个故选A。
5．A
【详解】
每个光子的能量
t时间内发光的总能量为，则
故选A。
6．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。
7．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。
8．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。
9．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。
10．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。
11．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。
12．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。
13．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。
14．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。
15．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。
16．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。
17．2.3×10-18
W
【分析】
先根据算出每个光量子的能量，每秒需要接收到6个这样的光量子，故接收到这6个光量子的功率就是人眼能觉察到绿光的最小功率。
【详解】
由公式
可得每个光量子的能量，又因每秒至少有6个绿光的光量子射入瞳孔人眼才能察觉，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小光量子能量为
由公式
得觉察到绿光所需要接收到的最小功率，代入数据联立解得
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）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
=
20．（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