4.2光电效应方程及其意义 课时检测（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 课时检测（解析版）
1．用如图所示的装置演示光电效应，当某种频率的光照射到光电管时，电流表A的示数为零，为了电流表A有示数，可采用的有效方法是（　　）
A．增加光照时间
B．增大入射光的强度
C．改用频率更大的光照射
D．将变阻器的触头c向a端移动
2．图甲是研究光电效应的电路图，图乙是用、、光照射光电管得到的图线，、表示遏止电压，下列说法正确的是（　　）
A．光的频率小于光的频率
B．光的强度大于光的强度
C．光照射时的逸出功小于光的照射时的逸出功
D．在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流一直会增加
3．1905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的解释了光电效应现象。关于光电效应，下列说法正确的是(　　)
A．当入射光的频率低于极限频率时，只要照射时间足够长也能发生光电效应
B．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
C．光电子的最大初动能与入射光的强度成正比
D．能发生光电效应时，遏制电压与光的频率成线性关系
4．如图所示，一束复色光经三棱镜后分开成a、b、c和d四种单色光。用这四种单色光分别照射金属钾板，其中c光恰好可从金属钾板上打出光电子；用这四种单色光分别作为双缝干涉实验的光源。下列说法正确的是（　　）
A．d光的波长最短 B．d光在真空中的传播速度最大
C．a光产生的干涉条纹宽度最大 D．a光打出的光电子的遏止电压最大
5．如图所示为用光电管研究光电效应实验的电路图，现用频率为的光照射阴极，电流表中有电流通过，电路中的滑动变阻器的滑动触头为。下列说法正确的是（　　）
A．当移动到端时，电流表中一定无电流通过
B．向端滑动的过程，电流表示数可能不变
C．改用频率小于的光照射，电流表中一定有电流通过
D．改用频率大于的光照射，电流表中可能无电流通过
6．图甲为研究光电效应的实验装置，阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极。图乙是用单色光1和单色光2分别照射同一阴极K时，得到的光电流随电压变化关系的图像。普朗克常量为h，真空中的光速为c，则下列说法正确的有（　　）
A．在保持入射光不变的情况下向右移动滑片P可以增大饱和电流
B．对应同一阴极K，光电子最大初动能与入射光的频率成正比
C．单色光1和单色光2的频率之差为
D．单色光1比单色光2的波长短
7．绿色植物在光合作用中,每放出1个氧分子要吸收8个波长为的光量子,每放出的氧气,同时植物储存的能量,则绿色植物能量转换效率为(普朗克常量)（ ）
A． B． C． D．
8．如图为研究光电效应现象实验装置，用光子能量为4. 10eV的紫外线照射到光电管上阴极K，发生了光电效应。调节滑片P，当电压表的示数为1. 81V时，电流计的示数恰好为零。则在该实验中（　　）
A．光电子的最大初动能为2. 29eV
B．电流计示数恰好为零时，若增大光强电流计有示数
C．若增大入射光的频率，要使电流计的示数为零，滑片P应向右调节
D．若断开开关S，电流计仍无示数
9．光电效应是十九世纪末人类发现的非常神奇的物理现象之一。关于光电效应，以下说法正确的是（　　）
A．用紫光照射某金属能发生光电效应，用黄光照射该金属一定能发生光电效应
B．对于某种金属，只要入射光的强度足够大，就会发生光电效应
C．在发生光电效应的前提下，仅增大照射光的强度，饱和光电流一定增大
D．在光电效应中，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
10．两支激光笔分别发射红、蓝两种激光，两者发射波长之比为7∶5，发射功率之比为1∶3，则红色激光器每秒发射的光子数约为蓝色激光器的（　　）
A．0.24倍 B．0.47倍 C．2.1倍 D．4.2倍
11．某金属发生光电效应，光电子的最大初动能Ek与入射光频率之间的关系如图所示。已知h为普朗克常量，e为电子电荷量的绝对值，结合图像所给信息，下列说法正确的是（　　）
A．频率大于的入射光不可能使该金属发生光电效应现象
B．该金属的逸出功等于
C．若用频率是的光照射该金属，则遏止电压为
D．遏止电压随入射光的频率增大而减小
12．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。现有含光电管的电路如图（a）所示，图（b）是用甲、乙、丙三束光分别照射光电管得到的I-U图线，Uc1、Uc2表示遏止电压，下列说法中正确的是（　　）
A．图（a）中光电管两端所加的电压为反向电压
B．甲、乙是相同频率的光，甲比乙在单位时间内发射的光子数多
C．如果适当减小丙光的照射强度，则可能导致光电效应不能发生
D．甲光照射时光电子的最大初动能比丙光照射时光电子的最大初动能大
13．关于近代物理学，下列图象在描述现象中，解释正确的是（ ）
A．如图甲所示，由黑体的辐射强度与辐射光波长的关系可知，随温度的升高，辐射强度的极大值向频率较高的方向移动（已知T1 ＞T2）
B．如图乙所示，光电子的最大初动能与入射光的频率v的图象中，该直线的斜率为h
C．如图丙所示，金属的遏制电压Uc与入射光的频率v的图象中，遏制电压与入射光的频率成正比
D．同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线：甲光、乙光、丙光，由饱和电流的关系可知这三束光的光强关系是甲最强，丙最弱
14．小宇同学参加学校科技嘉年华，设计了一个光电烟雾探测器。如图，S为光源，可以发出一束光束，当有烟雾进入探测器时，来自S的光会被烟雾散射进入光电管C，当光射到光电管中的钠表面时（钠的极限频率为6.00×1014Hz）会产生光电子，当光电流大于10－8A时，便会触发报警系统报警。下列说法正确的是（　　）
A．要使该探测器正常工作，光源S发出的光的波长不能小于0.5μm
B．金属钠的最小逸出功为4eV
C．光源S发出的光波能使光电管发生光电效应，那么光源越强，光电烟雾探测器灵敏度越高
D．若射向光电管C的光子有5%会产生光电子，当报警器报警时，每秒射向C的钠表面的光子最少数目N=1.25×1012个
15．研究光电效应的电路图如图所示，电压传感器和电流传感器与计算机相连，在计算机上可以显示它们的示数U和I随时间t的变化图像。用单色光a和b（va>vb）分别照射光电管的阴极K，两种色光均能使光电管发生光电效应。在单刀双掷开关S空置、置于1、置于2三种情境下移动滑片P的位置，观察计算机上图像的变化，当单刀双掷开关S置于2且U=Um时，I=0下列说法正确的是（　　）
A．单色光a和b照射光电管时，光电效应几乎是瞬时发生的
B．单刀双掷开关S空置时，电流I不随时间变化且为0
C．单刀双掷开关S置于1时，滑片P向右移动过程中电流I可能不断增大
D．单刀双掷开关S置于2，单色光b照射时Um较大
16．根据玻尔原子结构理论，氦离子（He+）的能级图如图所示，当大量He+处在n=4的激发态向基态跃迁时，产生的光子照射到某种金属上，其中n=3向n=2跃迁产生的光子刚好能使该金属发生光电效，求：
(1)该金属的逸出功；
(2)光电子的最大初动能。
17．用波长为λ0绿光照射某金属表面，恰好能有光电子从金属表面逸出。现在用波长为λ的紫光照射该金属，期中普郎克常数为h，光速为c，电子电荷量为e。求：
(1)金属的逸出功；
(2)光电子的最大初动能；
(3)紫光照射时的遏止电压。
参考答案
1．C
【详解】
由图可知，当某种频率的光照射到光电管时，电流表A的示数为零，说明没有发生光电效应或光电管反向电压大于遏止电压，所以为了电流表A有示数，可采用的有效方法改用频率更大的光照射。增加光照时间和增大入射光的强度不会让电流表A有示数，将变阻器的触头c向a端移动，反向电压会更大，也不会让电流表A有示数，故C正确，ABD错误。
故选C。
2．A
【详解】
A．根据
可知，入射光的频率越高，对应的截止电压越大。从图象中看出，a光、c光的截止电压相等，所以a光、c光的频率相等，则它们的最大初动能也相等，而b光对应的截止电压最大，所以b光的频率最高，A正确；
B．a光的饱和光电流大于b光，单位时间内逸出a光的光电子数目较多，但是由于a光频率比b光小，则a光的光强不一定大于b光的光强，B错误；
C．金属的逸出功由金属本身决定，与所照射的光无关，C错误；
D．当电压增加使得光电流达到饱和电流后，再增加电压电流也不会增加，D错误。
故选A。
3．D
【详解】
A．当入射光的频率低于极限频率时，不能发生光电效应，故A错误；
B．根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系，不是正比关系，故B错误；
C．光电子的最大初动能与入射光的强度无关，故C错误；
D．根据光电效应方程，以及可得
q为常数，则遏制电压与光的频率成线性关系，故D正确。
故选D。
4．D
【详解】
A．由光路图可知，a光通过三棱镜的偏折程度最大，则折射率最大，a光的频率最大，波长最短；d光的折射率最小，则频率最低，波长最长，A错误；
B．各种光在真空中的传播速度都是相同的，B错误；
C．因a光的频率最大，则波长最短，根据
可知，a光产生的干涉条纹宽度最小，C错误；
D．因为c光恰好可从金属钾板上打出光电子，则a光一定能发生光电效应，因a光的频率最大，则根据
可知，a光打出的光电子的遏止电压最大，D正确。
故选D。
5．B
【详解】
A．当P移动到a端时，由光电效应，仍然有光电流产生，电流表中仍有电流通过，A错误；
B．滑动触头向b端滑动的过程，阳极A吸收光电子的能力增强，光电流会增大，当射出的所有光电子都能到达阳极A时，光电流达到最大，即饱和电流，若在滑动P前，光电流已经达到饱和，则P向b端滑动的过程中，电流表示数不变，B正确；
C．因为不知道阴极K的截止频率，所以改用频率小于的光照射时，不一定能发生光电效应，电流表中不一定有电流通过，C错误；
D．改用频率大于的光照射时，依然能够发生光电效应，电流表中一定有电流通过，D错误。
故选B。
6．C
【详解】
A．饱和光电流由光强决定，与滑动变阻器的阻值无关，故A错误；
B．光电子最大出动能为，对应同一阴极K，其逸出功恒定，光电子最大初动能与入射光的频率成线性增函数关系，故B错误；
C．由
Uce=EK=hv－W0
所以可得
△Uc=
所以，频率差为
故C正确；
D．因Uc2＞Uc1，所以单色光2的频率的频率大，则波长小，故D错误；
故选C。
7．C
【详解】
根据“每放出一个氧分子需吸收8个波长为6.88×10-7m的光量子”，绿色植物释放1mol氧气吸收的光量子数目为
那么消耗的光量子能量
因此，绿色植物能量转换效率为
故选C.．
8．C
【详解】
A．当电压表的示数为1. 81V时，电流计的示数恰好为零，则遏止电压，根据
则光电子的最大初动能为1. 81eV，所以A错误；
B．根据光电效应方程
可知，光电子的最大初动能由入射光的频率与金属的极限频率有关，与入射光的强度无关，所以遏止电压不变时，若增大光强，电流计的示数还是为0，则B错误；
C．若增大入射光的频率，则光电子的最大初动能增大，要使电流计的示数为零，则需要增大遏止电压，所以滑片P应向右调节，则C正确；
D．若断开开关S，光电管两端没有反向电压，光电子可以到达阳极，并且光电管的电路还是闭合电路，所以电流计会有示数，则D错误；
故选C。
9．C
【详解】
A．发生光电效应的条件是入射光的频率大于极限频率，因紫光的频率高于黄光的频率，若用紫光照射某金属表面能发生光电效应，则用黄光照射不一定发生光电效应，A错误；
B．根据发生光电效应的条件可知，增加光照的强度，不一定能发生光电效应，B错误；
C．根据光电效应实验得出的结论知，保持照射光的频率不变，照射光的强度变大，饱和电流变大，C正确；
D．根据光电效应方程式
可知，光电子的最大初动能与入射光的频率为线性关系，不成正比例，D错误。
故选C。
10．B
【详解】
每个光子的能量
每秒（t=1s）激光器发出的光子数是n，则
Pt=nE
故激光器每秒发出的光子数为
则
故选B。
11．B
【详解】
A．由题知，金属的极限频率为，而发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，故频率大于的入射光可以使该金属发生光电效应现象，故A错误；
B．由题知，金属的极限频率为，该金属的逸出功等于
故B正确；
C．根据光电效应方程知
若用频率是的光照射该金属，则光电子的最大初动能是，则遏止电压为
故C错误；
D．根据光电效应方程知
遏止电压为
可知遏止电压随入射光的频率增大而，故D错误。
故选B。
12．B
【详解】
A．如图可知，光电子在电场力作用下做加速运动，则图（a）中光电管两端的电压为正向电压，故A错误；
B．甲、乙两光的遏止电压相同，则频率相同，甲光产生的饱和电流比乙光的大，则甲比乙光照强，甲比乙在单位时间内发射的光子数多，故B正确。
C．能否发生光电效应只与入射光的频率有关，如果适当减小丙光的照射强度，则仍能发生光电效应，选项C错误；
D．丙对应的遏止电压大于甲对应的遏止电压，根据
eUc=mvm2=hγ-W
知丙光照射时光电子的最大初动能比甲光照射时光电子的最大初动能大，故D错误；
故选B。
13．ABD
【详解】
A．由图可知，随温度的升高，相同波长的光辐射强度都会增大，辐射强度的极大值向波长较小方向移动，即向频率高的移动，故A正确；
B．根据光电效应方程有
可知斜率为h，故B正确；
C．由根据光电效应方程有
根据能量守恒定律得
解得
故Uc与入射光的频率为一次函数，而不是正比，故C错误；
D．对于能发生光电效应的光，光强越大，金属单位时间接受的能量就越大，光电流越强，根据图像可知饱和电流甲最强，丙最弱，可知这三束光的光强关系是甲最强，丙最弱故D正确。
故选ABD。
14．CD
【详解】
A．光源S发出的光波最大波长
即要使该探测器正常工作，光源S发出的光的波长不能大于0.5μm，A错误；
B．由于钠的极限频率为6.00×1014Hz，根据
B错误；
C．光源S发出的光能使光电管发生光电效应，那么光源越强，被烟雾散射进入光电管C的光越多，越容易探测到烟雾，即光电烟雾探测器灵敏度越高，C正确；
D．光电流等于10－8A时，每秒产生的光电子的个数
每秒射向C的钠表面的光子最少数目
D正确。
故选CD。
15．AC
【详解】
A．单色光a、b均能与光电管发生光电效应，而光速为，故单色光a和b照射光电管时，光电效应几乎是瞬时发生的，故A正确；
B．单刀双掷开关S空置时，形成了闭合回路，光电管会产生电流，故B错误；
C．单刀双掷开关S置于1时，滑片P向右移动过程中，光电管两端的正向电压增大，单位时间内从阴极到达阳极的光电子数可能增大即光电流可能增大，故C正确；
D．单刀双掷开关S置于2时，由于va>vb，根据光电方程
、eUm=Ek
得，故单色光a照射时Um较大，故D错误。
故选AC。
16．(1)W0=7.56eV (2) Ekm=43.44eV
【解析】
(1)原子从能级n=3向n=2跃迁所放出的光子的能量为13.60eV–6.04eV=7.56eV
当光子能量等于逸出功时，恰好发生光电效应
所以逸出功W0=7.56eV
(2)从能级n=4向n=1跃迁所放出的光子能量为54.4eV–3.4eV=51eV
根据光电效应方程得，最大初动能Ekm=hv–W0=51eV–7.56eV=43.44eV
【点睛】解决本题的关键知道能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差，以及掌握光电效应方程Ekm=hv-W0．
17．(1)；(2)；(3)
【详解】
(1)由题意得金属的逸出功
(2)由
得光电子的最大初动能
(3)由
=
得紫光照射时的遏止电压