4.1光电效应 达标练习（Word解析版）

2021-2022学年粤教版（2019）选择性必修第三册
4.1光电效应 达标练习（解析版）
1．关于近代物理学，下列说法正确的是（ ）
A．光电效应现象揭示了光具有波动性
B．—群氢原子从n＝4的激发态跃迁时，最多能辐射6种不同频率的光子
C．卢瑟福通过粒子散射实验证实原子核由质子和中子组成
D．氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经过7.6天后一定剩下1个氡原子核
2．大量的氢原子处于n = 4能级，该能级的氢原子向低能级跃迁时能向外辐射不同频率的光子，从n = 3能级跃迁到 n = 2能级时辐射的光子频率为v0．若某种金属的极限频率为v0，则下列说法中正确的是（ ）
A．氢原子跃迁向外辐射的光子中有6种能使该金属发生光电效应现象
B．由n = 4能级向低能级跃迁时，在辐射出的所有光子中只有一种不能使该金属发生光电效应
C．用辐射出的光子照射该金属时，光子的频率越大该金属的逸出功越大
D．当该金属发生光电效应时，入射光的强度越大，则光电子的最大初动能越大
3．已知金属锌发生光电效应时产生的光电子的最大初动能Ek跟入射光的频率的关系图像如图中的直线1所示。某种单色光照射到金属锌的表面时，产生的光电子的最大初动能为E1。若该单色光照射到另一金属表面时产生的光电子的最大初动能E2，E2＜E1，关于这种金属的最大初动能Ek跟入射光的频率的关系图像应如图中的（　　）
A．a B．b
C．c D．上述三条图线都不正确
4．如图所示，两束单色光，分别沿半径方向由空气射入半圆形玻璃砖，出射光合成一束复色光，下列说法正确的是（　　）
A．光的光子频率较大
B．在真空中光传播的速度较小
C．从玻璃向真空中传播时，光发生全反射的临界角较小
D．若用光照射某金属没有光电子逸出，则光照射该金属时也没有光电子逸出
5．中国古人对许多自然现象有深刻认识，唐代张志和在《玄真子·涛之灵》中写道：“雨色映日而为虹”．从物理学的角度看，虹是太阳光经过雨滴的两次折射和一次反射形成的，如图是彩虹成因的简化示意图，其中a、b是两种不同频率的单色光，则（　　）
A．a可能是红光，b可能是紫光，在a、b之间形成彩色光带
B．在同种玻璃中传播，a光的传播速度一定大于b光
C．以相同的入射角从水中射向空气，若在空气中只能看到一种光，则一定是a光
D．分别照射同一光电管，若b光能引起光电效应，则a光一定也能
6．1905年是爱因斯坦的“奇迹”之年，这一年他先后发表了三篇具有划时代意义的论文，其中关于光量子的理论成功地解释了光电效应现象。关于光电效应，下列说法正确的是（　　）
A．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
B．光电子的最大初动能与入射光的强度成正比
C．当入射光的频率大于极限频率时，才能发生光电效应
D．某单色光照射一金属时不发生光电效应，改用波长较短的光照射该金属一定能发生光电效应
7．1916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，从而赢得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与入射光频率，作出如图乙所示的的图象，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．普朗克常量约为
C．该金属的遏止频率为
D．该金属的逸出功约为
8．用相同频率的光照射两块不同材质的金属板M、N，金属板M能发生光电效应，金属板N不能发生光电效应。则（　　）
A．金属板M的逸出功大于金属板N的逸出功
B．若增加光的照射强度，则金属板N有可能发生光电效应
C．若增加光的照射强度，则从金属板M中逸出的光电子的最大初动能会增大
D．若增加光的照射强度，则单位时间内从金属板M中逸出的光电子数会增加
9．氢原子的能级示意图如图所示，现有大量的氢原子处于n=4的激发态，当向低能级跃迁时，会辐射出若干种不同频率的光，若用这些光照射逸出功为4.5 eV的钨时，下列说法中正确的是（　　）
A．氢原子能辐射4种不同频率的光子
B．氢原子辐射的光子都能使钨发生光电效应
C．氢原子辐射一个光子后，氢原子的核外电子的速率增大
D．钨能吸收两个从n=4向n=2能级跃迁的光子而发生光电效应
10．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 光电流大小/mA 逸出光电子的最大动能/eV
第一组 123 4.04.04.0 弱中强 294360 0.90.90.9
第二组 456 6.06.06.0 弱中强 274055 2.92.92.9
由表中数据得出的论断中正确的是（　　）
A．两组实验采用了相同频率的入射光
B．两组实验所用的金属板材质不同
C．若入射光子的能量为5.0eV，逸出光电子的最大动能为2.9eV
D．若入射光子的能量为5.0eV，相对光强越强，光电流越大
11．关于光电效应现象，下列说法正确的是（　　）
A．光电子来源于原子核内部
B．爱因斯坦最早发现光电效应现象
C．入射光频率一定，光强越大饱和光电流越大
D．爱因斯坦在研究光电效应现象时首次提出了能量子的假说
12．半球形介质截面如图所示，O为圆心，两束不同颜色的单色光a、b相互平行，从不同位置进入介质，其中单色光a入射方向正对圆心O，单色光b的入b射点位于圆心O的正上方。两束光线都恰好在半球形介质的底边发生全反射，a且光线b的入射角为45°，则下列说法正确的是（　　）
A．单色光a在介质中的折射率为2
B．单色光a比单色光b的频率高
C．光线b在介质中的折射角一定大于30°
D．若单色光a能使某金属发生光电效应，则光线b也一定能使该金属发生光电效应
13．一束复色光射向玻璃棱镜，在光屏上分成两束单色光a和b，下列说法正确的是（　　）
A．a光束通过棱镜的时间比b光束短
B．在真空中，a光束的传播速度大于b光束的传播速度
C．用同样的装置做双缝干涉实验，b光束的条纹间距小
D．若a光能使某金属发生光电效应，则b光也能使该金属发生光电效应
E.顺时针转动复色光，屏幕上a光束最先消失
14．氢原子的能级图如图甲所示，一群处于第4能级的氢原子，向低能级跃迁过程中能发出6种不同频率的光中，若只有两种光可让图乙所示的光电管阴极K发生光电效应。分别用这两种光照射光电管阴极K，测得电流随电压变化的规律如图丙中a、b图线所示。则下列说法中不正确的是（　　）
A．由图丙可知当电流为0时，电源左侧为负极
B．图丙中的图线a所表示的光是氢原子由第3能级向基态跃迁发出的
C．如图乙，当用a光照射K时，电流表示数为，则t时间内从K发射的电子个数为
D．用图丙中的图线b所表示的光照射阴极K时，光电子的最大初动能比用图线a所表示的光照射时小
15．下列说法中正确的是
A．紫外线照射到金属锌板表面时能够产生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能不会发生改变
B．在某些恒星内，3个α粒子结合成一个，原子的质量是12.000 0u，原子的质量是4.002 6u，已知1u=931.5 MeV/c2，则此核反应中释放的核能约为1.16×10﹣12 J
C．从n=4能级跃迁到n=3能级，氢原子的能量减小，电子的动能减小
D．衰变为，经过3次α衰变，2次β衰变
16．如图所示电路可研究光电效应的规律。图中标有A和K的为光电管，其中K为阴极，A为阳极。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9.5eV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5.0V；现保持滑片P位置不变，求：
(1)光电管阴极材料的逸出功；
(2)若改用光子能量为12.5eV的光照射阴极K，则到达阳极A时光电子的动能的最大值。
17．已知金属铯的极限波长为0.66μm，用波长为0.05μm的光照射铯金属表面，发射光电子的最大初动能为多少？铯金属的逸出功为多少？（h=6.63×10Js）
参考答案
1．B
【解析】
光电效应现象揭示了光具有粒子性，故A错误；—群氢原子从n＝4的激发态跃迁时，最多能辐射，即6种不同频率的光子，故B正确；卢瑟福通过粒子散射实验证实原子的核式结构模型，故C错误；半衰期只适用大量原子核，对极个别原子核没有不适用，故D错误．所以B正确，ACD错误．
2．B
【详解】
大量的氢原子由n＝4能级向低能级跃迁时能向外辐射种频率的光子，其中由n＝4能级跃迁到n＝3能级时，辐射出来的光子频率小于ν0，不能使该金属发生光电效应现象，故A错误，B正确；金属的逸出功与入射光的频率无关，由金属本身的性质决定，故C错误；光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与光的强度无关，故D错误．所以B正确，ACD错误．
3．A
【分析】
光电效应方程为EK=hγ﹣W0，根据EK与γ的关系判断金属乙发生光电效应时产生光电子的最大初动能跟入射光的频率关系。
【详解】
根据光电效应方程
EK=hγ﹣W0
知
EK=hγ﹣hγ0
知图线的横轴截距表示截止频率，图线的斜率表示普朗克常量，知图线应用a图线平行，因为金属不同，则截止频率不同。
故选A。
4．D
【详解】
A．由光路可知，a光的偏折程度较小，可知a光的折射率较小，则a光的光子频率较小，选项A错误；
B．在真空中各种光的传播速度相等，选项B错误；
C．从玻璃向真空中传播时，根据
可知，a光发生全反射的临界角较大，选项C错误；
D．因b光的频率大于a光，则若用b光照射某金属没有光电子逸出，则a光照射该金属时也没有光电子逸出，选项D正确。
故选D。
5．D
【详解】
A．由光路可知，水对a光的偏折程度较大，则a光的折射率较大，a光频率较大，则a光可能是紫光，b光可能是红光，在a、b之间形成彩色光带，选项A错误；
B．根据
可知，在同种玻璃中传播，a光的传播速度一定小于b光，选项B错误；
C．根据
可知，a光的临界角较小，则以相同的入射角从水中射向空气，则首先发生全反射的一定是a光，若在空气中只能看到一种光，一定是b光，选项C错误；
D．因a光的频率大于b光频率，可知分别照射同一光电管，若b光能引起光电效应，则a光一定也能，选项D正确。
故选D。
6．C
【详解】
A．由光电效应方程
可知，光电子的最大初动能与入射光的频率是一次函数关系，不成正比，A错误；
B．光电子的最大初动能与入射光的强度无关，B错误；
C．当入射光的频率大于极限频率时，才能发生光电效应，C正确；
D．由
可知，入射光的波长变短，频率变高，若高于极限频率则会发生光电效应，若低于极限频率，则仍不会发生光电效应，D错误。
故选C。
7．C
【详解】
A、电子从K极出来，在电场力的作用下做减速运动，所以电场线的方向向右，所以A极接电源负极，故A错；
B、由爱因斯坦光电效应方程得：，粒子在电场中做减速，由动能定理可得： ，
解得： 由题图可知，金属的极限频率等于 ，图像的斜率代表了 ，结合数据解得： ，故B错误；C对
D、金属的逸出功 ,故D错误；
故选C
8．D
【详解】
A．金属板M能发生光电效应，金属板N不能发生光电效应，说明入射光的频率大于金属板M的极限频率而小于金属板N的极限频率，由，知金属板M的逸出功小于金属板N的逸出功，故A错误；
B．能否发生光电效应取决于入射光的频率和金属的极限频率的大小关系，而与光的照射强度无关，故B错误；
C．根据爱因斯坦光电效应方程可知，在金属板M逸出功一定的情况下，光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，故C错误；
D．在能发生光电效应的前提下，若增加光的照射强度，则单位时间内从金属板M中逸出的光电子数增加，故D正确。
故选D。
9．C
【详解】
A．氢原子从n=4能级向低能级跃迁时能辐射6种不同频率的光子，选项A错误；
B．从n=4到n=3跃迁辐射出的光子能量
E43=（1.51-0.85）eV=0.66 eV＜4.54 eV
故不能使钨发生光电效应，选项B错误；
C．氢原子辐射一个光子后，能级降低，半径变小，动能变大，速率增大，选项C错误；
D．金属发生光电效应时，不能同时吸收两个光子，选项D错误。
故选C。
10．D
【详解】
A．表格中入射光子的能量不同，根据光子的能量
可知两组实验采用的入射光的频率不同，故A错误；
B．，由光电效应方程
解得两组实验中金属的逸出功都是
所以两组实验所用的金属板材质相同，故B错误；
C．若入射光子的能量为5.0eV，根据
即逸出光电子的最大动能为1.9eV，故C错误；
D．当入射光子的能量为5.0eV时，相对光强越强，单位时间内飞出的光电子越多，光电流越大，故D正确。
故选D。
11．C
【详解】
A．光电效应中的光电子是核外电子获得一定频率光子的能量脱离原子核的束缚逃逸出产生的，A错误；
B．光电效应现象最早是由赫兹提出的，而不是爱因斯坦，B错误；
C．由光电效应方程，入射光频率一定，光强越大，饱和光电流越大，C正确；
D．是普朗克在研究热辐射问题时，提出了能量子的假设，D错误。
故选C。
12．D
【详解】
A．根据临界角公式可知
单色光在点恰好发生全反射，根据几何关系可知，入射角等于临界角，则有
可得单色光在介质中的折射率为
故A错误；
B．分析单色光的光路图可知，在底边处，的入射角小，临界角小，则折射率大，频率高，故单色光比单色光的频率低，故B错误；
C．的折射率大于，根据折射定律可知
则折射角
故C错误；
D．单色光比单色光的频率低，根据发生光电效应的条件可知，若单色光能使某金属发生光电效应，则光线也一定能使该金属发生光电效应，故D正确；
故选D。
13．ACD
【详解】
A．根据折射率定义公式
从空气斜射向玻璃时，入射角相同，光线a对应的折射角较大，故光线a的折射率较小，即
根据公式
故可得
a光路程小于b光路程，故A正确；
B．a光束与b光束在真空中具有相同大小的传播速度，都是3×108m/s，故B错误；
C．根据条纹间距公式
可知，双缝干涉条纹间距与波长成正比，因为
可得两种单色光的波长
所以a光束的条纹间距大，故C正确；
D．a光的折射率小于b光的折射率，则a光的频率小于b光的频率，若a光能使某金属发生光电效应，b光也一定能使该金属发生光电效应，故D正确；
E．由临界角公式
可知折射率越大，临界角越小，则b光的临界角较小，当顺时针方向转动复色光，入射角增大时，b光先发生全反射，则出射光线最先消失的是b光，故E错误；
故选ACD。
14．ACD
【详解】
A．由图丙可知当电流为0时，表示的是遏止电压，不是电源负极，A符合题意；
B．由丙图可知， a光的遏止电压较小，说明a光对应的能量较小，即它的频率较小，所以是氢原子由第3能级向基态跃迁发出的，B不符合题意；
C．如图乙，当用a光照射K时，电流表示数为，则t时间内从K发射的电子个数等于
D．由于a光的遏止电压比b光的遏止电压小，故它对应的光的初动能小，D符合题意；
故选ACD。
15．ABD
【详解】
A．根据爱因斯坦光电效应方程，光电子的最大初动能与入射光的频率有关与光照强度无关，因此增大光照强度，光子的最大初动能不变，故A正确；
B．根据质量亏损，结合爱因斯坦质能方程求出核反应中释放的核能，质量亏损
△m=4.0026×3u﹣12.0000u=0.0078u
则释放的核能
△E=△mc2=1.16×10﹣12J
故B正确；
C．从n=4能级跃迁到n=3能级，氢原子向外发射电子，能量减小，根据可知，电子圆周运动的半径减小，则电子的动能增大，故C错误；
D．在α衰变的过程中，电荷数少2，质量数少4，在β衰变的过程中，电荷数多1，质量数不变，根据该规律求出α衰变和β衰变的次数，设经过m次α衰变，n次β衰变，根据电荷数和质量数守恒可知，，，解得，故D正确．
故选ABD。
16．(1)4.5eV；(2)3.0eV
【详解】
(1)电流计的读数恰好为零，此时电压表的示数为5.0V，可知光电子的最大初动能为5.0eV，根据
代入数据解得
(2)改用光子能量为12.5eV的光照射阴极时，从阴极溢出的光电子的最大初动能为
代入数据解得
则到达阳极时光电子的动能最大值为
17．，
【详解】
金属铯的截止频率对应的波长为
铯的逸出功为
当用波长为
的光照射金属时，光电子最大初动能为
代入解得