4.2光电效应方程及其意义 课时练（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 课时练（解析版）
1．如图甲所示为研究光电效应的实验装置，用频率为的单色光照射光电管的阴极，得到光电流与光电管两端电压的关系图线如图乙所示，已知电子电荷量的绝对值为，普朗克常量为，则（　　）
A．极材料的逸出功为
B．只增大光的频率时，图乙中饱和电流的值会增大
C．时，，意味着光电子具有一定的初速度
D．测量区间的光电流时，极应该与电源的负极相连
2．在物理学发展的过程中，许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程。在对以下几位物理学家所作科学贡献的叙述中或者研究方法中，正确的说法是（　　）
A．在验证力的平行四边形定则的实验中，使用了“控制变量”的实验方法
B．爱因斯坦最早引入了能量子概念，并成功解释了光电效应现象
C．在推导匀变速直线运动位移公式时，使用了“微元法”
D．法拉第发现了磁生电的现象，提出了法拉第电磁感应定律
3．用同一光电管研究a、b两种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图所示．则这两种光（ ）
A．b光的波长大
B．b光子的能量小
C．a光的频率小
D．照射该光电管时a光使其逸出的光电子最大初动能大
4．图甲是“光电效应”实验电路图，图乙为某次“光电效应”实验中得到的同一光电管两端的遏止电压随入射光频率变化的函数关系图像。下列判断正确的是（　　）
A．入射光的频率不同，遏止电压Uc相同
B．图甲所示电路中，当电压表增大到一定数值时，电流计将达到饱和电流
C．只要光的光照强度相同，光电子的最大初动能就一定相同
D．入射光的频率不同，光照强度不同，图像的斜率相同
5．用如图所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为2.5eV的光照射光电管时，电流表G的示数为0.2mA。移动滑动变阻器的滑片c，当电压表的示数大于或等于0.7V时，电流表的示数为0。则下列错误的是（　　）
A．光电管阴极的逸出功为1.8eV
B．开关S断开后，有电流流过电流表G
C．光电子的最大初动能为0.7eV
D．改用能量为1.5eV的光子照射光电管，电流表G中也有电流，但电流较小
6．a、b两束光平行从扇形玻璃砖AB一侧入射，且两束光与距离相同，最终出射时，会聚于P点，则下列说法正确的是（　　）
A．真空中，a光传播速度更快
B．a光光子能量更大
C．若用a光照射金属板时，金属板逸出光电子，则b光不一定可以使金属板逸出光电子
D．b光在玻璃砖中传播时间更长
7．在同一电路装置所做的光电效应实验中，得到了如图所示的三条光电流与电压之间的关系曲线，关于甲、乙、丙三种光，下列叙述正确的有（　　）
A．甲光的频率等于丙光的频率 B．甲光的频率大于乙光的频率
C．乙光的频率小于丙光的频率 D．甲光与丙光的光照强度相同
8．如图所示，甲图所示是研究光电效应的电路图，乙图是阴极发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光频率的关系图线，已知普朗克常量为，下列说法正确的是（　　）
A．由乙图可得
B．由乙图可得
C．甲图中光电管所加电压为零时，电流表示数也一定为零
D．甲图中只要所加电压足够大，即使，电流表也会有电流通过
9．在光电效应中，、两种金属中逸出的光电子的最大初动能与入射光频率的关系如图甲所示，氢原子的光谱如图乙所示。已知普朗克常量为，则（　　）
A．金属的逸出功大于的逸出功
B．甲图中直线的斜率为
C．乙图中的线对应光子的频率小于线对应光子的频率
D．若乙图中线对应的光子能使发生光电效应，它也一定能使发生光电效应
10．甲、乙两种金属发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光频率间的函数关系分别如图中的Ⅰ、Ⅱ所示。纵截距分别为：－Ek1、－Ek2，则下列判断正确的是（　　）
A．甲金属的逸出功等于Ek1
B．甲金属产生的光电子初动能都比乙产生的光电子初动能小
C．入射光的频率为时，甲金属产生的光电子的最大初动能为2Ek1
D．Ⅰ、Ⅱ的斜率是定值，但与入射光和金属材料均有关
11．原子钟是利用原子跃迁产生固定频率的光进行计时的工具。据报道，中国计划在2020年6月发射最后一颗北斗卫星，这也是中国北斗三号系统的“收官之星”，这些卫星都采用星载氢原子钟。图示为氢原子的能级图，用大量处于n=2能级的氢原子跃迁到基态时发射出的光照射光电管阴极K，测得光电管中的遏止电压（也叫截止电压）为7.6V，已知普朗克常量，元电荷，下列判断正确的是（　　）
A．电子从阴极K表面逸出的最大初动能为2.6eV
B．阴极K材料的逸出功为7.6eV
C．阴极K材料的极限频率约为
D．氢原子从能级跃迁到能级，发射出的光照射该光电管阴极K时能发生光电效应
12．关于光电效应，下列说法正确的是（　　）
A．光电流随入射光频率的增大而增大
B．光电子的最大出初动能越大，光电流就越大
C．光子本身所具有的能量取决于光子本身的频率
D．用频率是的绿光照射某金属发生了光电效应，则改用频率是的红光照射该金属就一定不发生光电效应
13．1905年，爱因斯坦把普朗克的量子化概念进一步推广，成功地解释了光电效应现象，提出了光子说。在给出与光电效应有关的四个图像中，下列说法正确的是（　　）
A．图甲中，当紫外线照射锌板时，发现验电器指针发生了偏转，说明锌板带正电，验电器带负电
B．图乙中，从光电流与电压的关系图像中可以看出，电压相同时，光照越强，光电流越大，UC,相同，说明遏止电压和光的强度无关
C．图丙中，若电子电荷量用e表示，、、已知，由图像可求得普朗克常量的表达式为
D．图丁中，由光电子最大初动能Ek与入射光频率的关系图像可知该金属的逸出功为E或
14．如图所示，在光电效应实验中，用频率为的单色光a照射到光电管的阴极K上，光电子的最大初动能为Eka，遏止电压为Ua．下列说法正确的是（ ）
A．若换用频率小的单色光b做实验，一定不能发生光电效应
B．若换用频率大的单色光b做实验，则最大初动能满足Ekb＞Eka
C．若实验中增大单色光a强度，则遏止电压也会增大
D．增大单色光a的强度，保持滑片P不动，光电流变大
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
16．一光电管的阴极用截止频率为的的金属铯制成，并接入如图所示的电路中。当用频率为的单色光射向阴极时，能产生光电流。移动变阻器的滑片，当电压表的示数为时，电流计的示数达到饱和电流。已知普朗克常量为，电子的质量为，电子的电荷量为，真空中的光速为。求：
(1)在时间内阴极逸出的光电子数；
(2)每个单色光的光子的动量大小；
(3)光电子到达阳极时的最大速率。
17．用功率P0=1W的光源，照射离光源3m处的某块金属的薄片，已知光源发出的是波长为589nm的单色光，求：1s内打到金属1m2面积上的光子数。（已知普朗克常量h=6.63×10-34J.s）。
参考答案
1．C
【详解】
A．根据光电效应方程可知，极材料的逸出功为，故A错误；
B．只增大光的频率时，图乙中饱和电流的值会减小，故B错误；
C．即使加速电压等于0，只要光电子具有一定的初速度，就会有光电子从极跑到极，形成光电流，故C正确；
D．测量区间的光电流时，极应该与电源的正极相连，故D错误。
故选C。
2．C
【详解】
A．在验证力的平行四边形定则的实验中，使用了“等效替代”的实验方法，所以A错误；
B．普朗克最早引入了能量子概念，爱因斯坦最早引入了光电子概念，并成功解释了光电效应现象，所以B错误；
C．在推导匀变速直线运动位移公式时，使用了“微元法”，所以C正确；
D．法拉第发现了磁生电的现象，纽曼与韦伯总结出了电磁感应定律，为了纪念法拉第，才称为法拉第电磁感应定律，所以D错误；
故选C。
3．C
【详解】
根据
可知，b光的截止电压大，则b光的光电子的最大初动能较大，b光的频率较大，波长较小，光子能量较大。则选项C正确，ABD错误。
故选C。
4．D
【详解】
A．逸出功与金属材料有关，与入射光的频率无关，由
可知，入射光的频率不同，电子的最大初动能不同，又
所以入射光的频率不同，遏止电压Uc不同，A错误；
B．必须图甲所示电路中的电源正负极反接过来，才能用来验证光电流与电压的关系，即当电压表增大到一定数值时电流计将达到饱和电流，B错误；
C．由爱因斯坦光电效应方程
可知在入射光频率不同的情况下，光电子的最大初动能不同，最大初动能与光照强度无关，C错误；
D．由
可得
故图线的斜率为相同的常量，D正确。
故选D。
5．D
【详解】
AC．由于光子的能量为2.5eV，当加反向电压为0.7V时，电流表的读数为0，即遏止电压，反向电压对光子的功等于光子的最大初动能，即
根据光电效应方程，有
在本题中将各参数代入后得
可得逸出功
故AC正确，不符合题意；
B．电键K断开后，光电效应还在发生，所以电路中还有电流，故B正确，不符合题意；
D．当入射光的能量小于时不发生光电效应，所以改用能量为1.5eV的光子照射，电流表G没有电流流过，故D错误，符合题意。
故选D。
6．D
【详解】
A．所有光在真空中传播速度均为3×108m/s，A错误；
B．作出光路如图
由光路图可知玻璃对b光的折射率大，故b光的频率大，由
知b光的光子能量大，B错误；
C．当入射光的频率大于金属的极限频率时，产生光电效应，由于b的频率大于a的频率，a能使金属产生光电效应，故b一定能使金属产生光电效应，C错误；
D．光在介质中的速度
玻璃对b光的折射率大，故b在玻璃中的速度小，由于在两光在玻璃中传播的距离相等，故b传播的时间更长，D正确。
故选D。
7．A
【详解】
A．甲光与丙光遏制电压相同，说明甲光与丙光的频率相同，所以A正确；
BC．乙光的遏止电压更大，说明乙光的频率吏大，所以BC错误；
D．甲光与丙光是同种频率的光，但甲光的饱和电流大于丙光的饱和电流，所以甲光的光照强度大于丙光的光照强度，D错误；
故选A。
8．B
【详解】
AB．由光电方程可知，光电子的最大初动能与入射光频率成一次函数关系，金属的逸出功在数量上等于轴上的截距，即，所以极限频率
故A错误、B正确；
C．甲图中光电管所加电压为零时，只要光的频率大于极限频率，电流表示数就不为零，故C错误；
D．如果，则不会逸出光电子，即使电压很大，也不会有电流，故D错误。
故选B。
9．D
【详解】
A．根据
由图像可知，金属的逸出功小于的逸出功，A错误；
B．甲图中直线的斜率都为，B错误；
C．根据
可知波长越长则频率越小，所以乙图中的线对应光子的频率大于线对应光子的频率，C错误；
D．由于金属的逸出功小于的逸出功，则乙图中线对应的光子能使发生光电效应，它也一定能使发生光电效应，D正确。
故选D。
10．A
【详解】
A．根据光电效应方程Ek=hv－W0，图象与纵截距的绝对值等于逸出功，则甲的逸出功是Ek1，故A正确；
B．根据光电效应方程Ek=hv－W0，光电子初动能与光的频率和逸出功有关，故B错误；
C．根据光电效应方程Ek=hv－W0，当频率为v1时，则有
hv1=W0=Ek1
当频率为2v1时，则
Ekmax=h 2v1-W0=W0=Ek1
故C错误；
D．根据光电效应方程，图象的斜率是普朗克常量h，与入射光和金属材料均无关，故D错误。
故选A。
11．C
【详解】
A．根据最大初动能
故A错误；
B．处于n=2能级的氢原子跃迁到基态时发射出的光子能量为
据
得
故B错误；
C．根据
得极限频率为
故C正确；
D．从能级跃迁到能级，发射出的光子能量
不能发生光电效应，故D错误。
故选C。
12．C
【详解】
A．在发生光电效应的前提下，光电流随入射光强度的增大而增大。A错误；
B．光电子的最大出初动能越大，遏止电压就越大。B错误；
C．根据光子说，光子本身所具有的能量取决于光子本身的频率。C正确；
D．用频率是的绿光照射某金属发生了光电效应，则改用频率是的红光照射该金属不一定不发生光电效应，根据极限频率与红光频率的关系才能确定。D错误。
故选C。
13．BCD
【详解】
A．图甲中，当紫外线照射锌板时，发现验电器指针发生了偏转，发生光电效应后锌板带正电，所以验电器也带正电。故A错误；
B．图乙中，从光电流与电压的关系图象中可以看出，电压相同时，光照越强，光电流越大，说明饱和光电流与光的强度有关，但遏止电压和光的强度无关。故B正确；
C．根据
解得
斜率
则
故C正确；
D．根据光电效应方程
当时
由图象知纵轴截距为，所以
即该金属的逸出功E；图线与轴交点的横坐标是，该金属的逸出功，故D正确。
故选BCD。
14．BD
【详解】
A．根据光电效应的产生条件可知，入射光的频率大于极限频率才能发生光电效应，若换用频率小的单色光做实验，也可能发生光电效应，故A错误；
B．若换用频率大的单色光做实验，根据光电效应方程可知，，最大初动能增大，满足，故B正确；
C．根据动能定理可知，，增大单色光强度，遏止电压不会增大，故C错误；
D．增大单色光的强度，保持滑片不动，则光电子增多，光电流变大，故D正确。
故选BD。
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．(1)；(2)；(3)
【详解】
(1)根据电流定义式得
解得
(2)设单色光的波长为，则有：
解得
(3)设光电子的最大初动能为，根据光电效应方程及动能定理得：
解得
17．2.64×1016个
【详解】
离光源3m处的金属板每1s单位面积上接收的光能为
每个光子的能量为
所以单位时间内打在金属板上单位面积上的光子数为