4.1光电效应 课时练（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 课时练（解析版）
1．在有雷鸣闪电的下雨天，靠在汽车旁的人被雷电击倒，其原因可解释为（　　）
A．云层与地面间发生电磁感应，发生放电现象
B．云层与地面间发生静电感应，发生放电现象
C．发生光电效应，云层与地面间放电所致
D．云层与地面间传递电磁波
2．用波长为λ1和λ2的单色光1和2分别照射金属1和2的表面．色光1照射金属1和2的表面时都有光电子射出，色光2照射金属1时有光电子射出，照射金属2时没有光电子射出．设金属1和2的逸出功为W1和W2，则有（ ）
A．λ1>λ2，W1>W2 B．λ1>λ2，W1C．λ1<λ2，W1>W2 D．λ1<λ2，W13．如图所示为氢原子的能级图，一群处于n=4的激发态的氢原子向低能级跃迁时可以辐射出多种不同频率的光子，其中两次跃迁分别辐射出a、b两种光子，若用a光照射x金属刚好能发生光电效应，则下列说法正确的是（ ）
A．氢原子辐射出a光子后，氢原子的能量减小了3.4eV
B．a光子的波长比b光子的波长短
C．x金属的逸出功为-2.55eV
D．用b光光子照射x金属，打出的光电子的最大初动能为9.54eV
4．对于任何一种金属，必须满足下列哪种条件，才能发生光电效应现象（　　）
A．入射光的强度大于某一极限强度
B．入射光的波长大于某一极限波长
C．入射光照射时间大于某一极限时间
D．入射光的频率大于某一极限频率
5．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．入射光足够强就会有光电流
C．遏止电压与入射光的频率成正比
D．入射光频率大于极限频率才能产生光电子
6．光电效应实验的装置如图所示,则下列说法正确的是(　　)
A．锌板带的是负电荷
B．用红色光照射锌板,验电器指针会发生偏转
C．用紫外线照射锌板,验电器指针会发生偏转
D．使验电器指针发生偏转的是负电荷
7．入射光A照射到某金属表面上发生光电效应，若改用频率更大入射光B射到某金属表面，而保持两种入射光的强度相同，那么以下说法中正确的是（ ）
A．从光照到金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显变小
B．逸出的光电子的最大初动能减小
C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减小
D．有可能不发生光电效应
8．分别用a、b、c三种颜色的光照射某金属板，当用b光照射时，发现从金属表面有光电子逸出，已知三种光的波长关系是，则下列判断正确是（ ）
A．用c光照射这个金属板时，一定不会有光电子逸出
B．用a光照射这个金属板时，可能没有光电子逸出
C．如果b光的照射强度越强，相同时间内从金属表面逸出的光电子数目就会越多
D．如果b光的照射强度越强，从金属表面逸出的光电子的动能就会越大
9．1905年爱因斯坦提出光子假设，成功地解释了光电效应，因此获得1921年诺贝尔物理学奖，下列关于光电效应的说法正确的是（　　）
A．只有入射光的波长大于金属的极限波长才能发生光电效应
B．电子脱离某种金属所做的功叫这种金属的逸出功，其与入射光的频率和强度无关
C．用不同频率的光照射同种金属，发生光电效应时逸出的光电子的初动能都相同
D．发生光电效应时，保持入射光的频率不变，减弱入射光的强度，单位时间内射出的光电子数将减少
10．对光电效应现象的理解，下列说法正确的是（　　）
A．当某种单色光照射金属表面时，能产生光电效应，如果入射光的强度减弱，从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加
B．若发生了光电效应且入射光的频率一定时，光强越强，单位时间内逸出的光电子数就越多
C．无论光强多强，只要光的频率小于截止频率就能产生光电效应
D．以上说法都不正确
11．氢原子的能级分布图如图甲所示，用一束光子能量为12.09eV的光照射大量处于基态的氢原子，氢原子发生能级跃迁，进而用辐射出的光照射钨（钨的逸出功为4.5eV）进行光电效应实验，如图乙所示，则下列说法正确的是（　　）
A．氢原子向低能级跃迁时，最多能够辐射出2种频率的光
B．氢原子向低能级跃迁时发出的光，有两种频率的光能够使钨发生光电效应
C．在图乙中S打在1上能发生光电效应时，若S打在2上则一定不能发生光电效应
D．分别用两种不同的单色光照射钨，得到如图丙所示的两条光电流随电压变化关系的图像，则a光的频率更高
12．蓝光光碟是利用波长较短（波长约为405nm）的蓝色激光读取和写入数据的光碟，而传统DVD需要光头发出红色激光（波长约为650nm）来读取或写入数据。对于光存储产品来说，目前蓝光是最先进的大容量光碟格式，蓝光极大地提高了光盘的存储容量。如图所示，一束由红、蓝两单色激光组成的复色光从水中射向空气中，并分成a、b两束，则下列说法正确的是（　　）
A．如果用a光照射不能使某金属发生光电效应，则用b光照射就一定能使该金属发生光电效应
B．用b光可在光盘上记录更多的数据信息
C．使用同种装置，用b光做双缝干涉实验得到的条纹比用a光得到的条纹宽
D．b光在水中传播的速度较a光大
13．用光照射某种金属时，从该金属逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线如下图所示，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，由图可知（ ）
A．该金属的极限频率为4.2×1014Hz
B．该金属的极限频率为5.5×1014Hz
C．该图线的斜率表示普朗克常量
D．该金属的逸出功为0.5 eV
E.光电子的最大初动能与入射光频率成正比
14．如图所示,两束细平行单色光a、b射向置于空气中横截面为矩形的玻璃砖的下表面,设玻璃砖足够长,若发现玻璃砖的上表面只有一束光线射出,则下列说法中正确的是( )
A．其中有一束单色光在玻璃砖的上表面发生了全反射
B．在玻璃中单色光a的传播速率大于单色光b的传播速率
C．若用同一套双缝干涉实验装置观察单色光a、b的干涉图样,则单色光b的条纹间距更大
D．若单色光a能使某金属发生光电效应,则单色光b一定能使该金属发生光电效应
15．现让一束单色光照射大量处于基态（量子数）的氢原子，受激的氢原子能自发地发出3种可见光（已知可见光光子的能量范围为）。氢原子的能级图如图所示，下列表述正确的是（ ）
A．照射氢原子的单色光的光子能量为
B．基态的氢原子吸收单色光光子能量后，核外电子会向离核更远的轨道跃迁
C．除了这3种可见光，受激氢原子还发出了3种不可见光
D．已知锌板的逸出功为，若用受激氢原子发出的光去照射锌板，则从锌板表面逸出的光电子的动能可能为
16．(1)有一条横截面积S=1mm2的铜导线，通过的电流I=1A，已知铜的密度=8.9×103kg/m3、摩尔质量M=6.4×10－2kg/mol，阿伏加德罗常数NA=6.02×1023mol－1，电子的电量e=1.6×10－19C。在这个问题中可以认为导线中每个铜原子贡献一个自由电子。求铜导线中自由电子定向移动的速率 （保留1位有效数字）
(2)由上述计算结果可知：自由电子靠定向移动通过一条1m长的导线需要很长时间。可是电灯开关闭合时，电灯瞬间就亮了，感觉不到延迟。如何解释这个现象？
(3)进一步研究表明：金属内自由电子在常温下热运动的速率为105m/s这个量级，其动能用Ek0表示。考虑这个动能之后，光电效应方程应该是Ek0+h=W0+Ekm，可是教材上光电效应方程并没有Ek0这一项。试通过定量计算说明其原因。（已知电子质量m=9.1×10－31kg，铜的截止频率为1.061015Hz，普朗克常量h=6.6310－34Js，某次实验中单个光子能量约75eV=1.210－17J）
17．如图所示，光电管的阴极k是用极限波长为λ0= 5.0×10-7m的钠制成．现用波长为λ=3.0×10-7m的紫外线照射阴极K,当光电管阳极A和阴极K之间的电压U =2.1V时，光电流达到最大值Im=0.56μA．已知元电荷的电荷量e=1.60×10-19C，普朗克常量h =6.63×10-34J.s，光速c=3×108m/s. 求：
（1）每秒钟内由阴极K发射的光电子数目n；
（2）电子到达阳极A时的最大初动能Ekm；(保留三位有效数字)
（3）该紫外线照射下阴极的遏止电压Uc． (保留三位有效数字)
参考答案
1．B
【详解】
因为云层带有大量电荷，形成较强电场，处在电场中的汽车上的金属发生静电感应，发生放电现象，则靠在汽车旁的人被雷电击倒。
故选B。
2．D
【详解】
单色光1照射两种金属时都能产生光电效应现象；单色光2照射时，只能使金属1产生光电效应现象，根据光电效应条件知，单色光1的频率大于单色光2的频率，则λ1<λ2，单色光2照射时，只能使金属1产生光电效应现象，不能使金属2产生光电效应现象．知金属1的逸出功小于金属2的逸出功，即W1故选D。
3．D
【详解】
A、C项：氢原子从n=4跃迁n=2放出的光子a，所以氢原子减小的能量为，故A错误，C错误；
B项：a光子是氢原子从从n=4跃迁n=2放出的，放出的能量为，b光子是氢原子从从n=3迁n=1的，放出的能量为，根据光子的能量为可知，能量越大的光子，波长越小，所以a光子的波长比b光子的波长长，故B错误；
D项：由爱因斯坦光电效应方程：，故D正确确．
4．D
【详解】
入射光的频率大于极限频率时，发生光电效应，因为极限波长，所以入射光的波长必须小于此波长，才能产生光电效应。与入射光的强度和照射时间无关，D正确，ABC错误。
故选D。
5．D
【详解】
AB．发生光电效应的条件是入射光频率大于极限频率，并不是光照时间长和光足够强，就能发生光电效应，故AB错误；
C．根据光电效应方程
知遏止电压与入射光的频率与逸出功有关，与入射光的频率成线性关系，不是成正比。故C错误；
D．发生光电效应的条件是入射光频率大于极限频率。故D正确。
故选D。
6．C
【解析】
【详解】
AD．由于光电子从锌板逸出，则锌板带正电，验电器带正电，故AD错误．
BC．紫外光的频率大于锌板的极限频率，而红光的频率小于锌板的极限频率，则紫外光照射锌板时有光电子产生，验电器指针会发生偏转；而红光照射时没有光电子产生，验电器指针不会发生偏转，故C正确，B错误．
故选C．
【点睛】
解决本题的关键掌握光电效应方程，明确逸出功、极限频率都是由金属本身决定的，与入射光的频率无关，并能灵活运用．
7．C
【解析】
【详解】
若能发生光电效应，发生光电效应的时间与光的强度无关。故A错误；入射光照射到某金属表面上发生光电效应。若入射光的强度不变，频率变大，可知仍然可以发生光电效应，根据光电效应方程Ekm=hv-W0知，光电子的最大初动能变大，故BD错误；入射光的强度不变，而频率变大，则入射光的光子的数目减少，单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减小，故C正确。故选C。
【点睛】
解决本题的关键掌握发生光电效应的条件，知道光的强度不影响是否发生光电效应，只影响发出光电子的数目；光强一定，频率变大，则单位时间内射出的光子数减小，则光电子数减小．
8．C
【解析】A、B、波长关系为λa＜λb＜λc，则由可知，γa＞γb＞γc．b光束照射某种金属时，能发生光电效应，根据光电效应的条件入射光的频率大于极限频率，c光照射可能发生光电效应，a光照射一定能发生光电效应．故A错误，B错误；C、相同时间内从金属表面逸出的光电子数目与入射光的强度有关，如果b光的照射强度越强，相同时间内从金属表面逸出的光电子数目就会越多，故C正确．D、根据光电效应方程： ，知释放出的光电子的最大初动能与光的强度无关．故D错误．故选C.
【点睛】解决本题的关键掌握光电效应的条件，光电效应方程及单位时间内放出光电子的数目由入射光的强度决定．
9．D
【详解】
A．要有光电子逸出，则光电子的最大初动能，即只有入射光的频率大于金属的极限频率，即波长小于极限波长时，才会有光电子逸出，故A错误；
B．逸出功就是使电子脱离金属所做功的最小值，金属的逸出功是金属的固有属性，与入射光的频率和强度无关，故B错误；
C．根据爱因斯坦光电效应方程
可知光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系，不同频率的光照射发生光电效应时，逸出的光电子的最大初动能不同，故C错误；
D．发生光电效应时，对于一定频率的光，减弱入射光的强度，则单位时间内入射的光子的数目越少，所以单位时间内发出光电子的数目越少，故D正确。
故选D。
10．B
【详解】
A．光电效应具有瞬时性，从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔与光的照射强度无关，故A错误；
BD．在发生光电效应的情况下，频率一定的入射光的强度越强，单位时间内发出光电子的数目越多，故B正确，D错误；
C．每种金属都有它的截止频率νc，只有入射光子的频率大于等于截止频率νc时，才会发生光电效应，故C错误。
故选B。
11．B
【详解】
A．由氢原子的能级图得到，能级3的激发态与基态的能级差为
所以用能量为12.09eV的光子去照射大量处于基态的氢原子，氢原子能从基态跃迁到能级3的激发态上去，氢原子吸收光子的能量跃迁到能级3的激发态后，向低能级跃迁时，任意两个能级之间发生一次跃迁，共发射
3种频率不同的光，故A错误；
B．从跃迁到辐射的光子能量为1.89eV小于4.5eV，不能使金属钨发生光电效应，其它两种光子能量都大于4.5eV，故B正确；
C．只要照射光的能量大于金属逸出功，就能发生光电效应，与所加电压正负无关，故C错误；
D．由爱因斯坦光电效应方程
可知入射光频率越高，遏止电压越大，由乙图可知，a、b光的遏止电压一样，所以对应的光频率也一样大，故D错误。
故选B。
12．B
【详解】
AB．根据光的可逆性结合折射定律
折射角相同，入射角大的折射率大，从图可知，b光的折射率大，所以a为红光束，b为蓝光束，由题意得，b光可以在光盘上记录更多的数据信息，折射率大的频率大，a光的频率小于b光频率，所以用a光照射能使某金属发生光电效应，用b光也一定能使该金属发生光电效应，故A错误，B正确；
C．a光的频率小于b光频率，则a波长大于b光的波长，又
波长越长，条纹越宽，故C错误；
D．根据
又
解得
故D错误。
故选B。
13．AC
【详解】
根据爱因斯坦光电效应方程可得直线的斜率表示普朗克常量，光电子的最大初动能与入射光频率成线性关系，不是成正比。直线与X轴的交点为该金属的截止频率即4.2×1014Hz，直线与Y轴的交点为该金属的逸出功，即为0.5eV。故选AC正确。
14．BD
【解析】
A项：产生全反射的必要条件是光线必须从光密介质射入光疏介质，且入射角大于等于临界角．光线从空气射到玻璃砖上表面的入射角等于下表面上的折射角，不可能大于临界角，所以在上表面不可能发生全反射．只有一束光线射出，说明两束光线的折射率不同，射出时沿同一方向出来，故A错误；
B项：根据玻璃砖的光学特点可知出射光线与入射光线平行，且发生了一定侧移，则知a光偏折程度较小，所以a光的折射率小于b的折射率，根据分析知，在玻璃中a的传播速率大于单色光b的传播速率，故B正确；
C项：a光的折射率小于b的折射率，所以a光的频率小于b光的频率，所以光的波长大于b光的波长，由公式可知，单色光a的条纹间距更大，故C错误；
D项：由C分析可知，a光的频率小于b光的频率，所以单色光a能使某金属发生光电效应,则单色光b一定能使该金属发生光电效应，故D正确．
15．ABD
【详解】
A．受激的氢原子要能自发地发出3种可见光，从基态应跃迁到n=5能级，向低能级跃迁时，辐射出的光子能量分别为：0.31eV，0.66eV，1.89eV，10.2eV，0.97eV，12.09eV，2.86eV，13.06eV，12.75eV，2.55eV，共10种，其中处于可见光能量范围的有1.89eV，2.55eV，2.86eV三种，要从基态跃迁到n=5能级，吸收的光子能量为，A正确；
B．基态的氢原子吸收单色光光子能量后，核外电子会向离核更远的轨道跃迁，B正确；
C．除了这3种可见光，受激氢原子还发出了7种不可见光，C错误；
D．已知锌板的逸出功为，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能为
当用能量为12.09eV的光去照射锌板，逸出的光电子的最大初动能为，D正确。
故选ABD。
16．(1)；(2)见解析；(3)见解析
【详解】
(1)设自由电子在导线内定向移动的速率为v，单位体积内自由电子数目n，对导线某截面，设时间内通过导体截面的电量为，由电流强度定义有
由题意，自由电子数目为
代入得
代入数据解得
(2)闭合开关的瞬间，电路中的各个位置迅速建立了恒定电场，在恒定电场的作用下，电路中各处的自由电子几乎同时开始定向移动，整个电路也就几乎同时形成了电流，所以电灯瞬间就亮，感觉不到延迟；
(3)电子热运动的动能为
铜的逸出功为
自由电子热运动动能与铜的逸出功相比小2个数量级，与入射光子能量相比，小3到4个数量级，故在光电效应方程中可以忽略。
17．（1）3.5×1012 (个)（2）6.01×10-19J(或3.76ev) （3）1.66V
【解析】
（1）光电流达到最大值时 ； 其中t=1s
解得n=3.5×1012 (个)
（2）光电子从阴极K逸出时的最大初动能为Ekm0，
由光电效应方程有Ekm0=
由动能定理Ekm= Ekm0+ Ue
解得Ekm=6.01×10-19J(或3.76eV)
（3）由Uce = Ekm0
可得Uc=1.66V