4.2光电效应方程及其意义 同步练习（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 同步练习（解析版）
1．2020年5月19日消息，华为5G智能手机在今年一季度全球市场占有率为。第四代移动通信技术4G，采用频段的无线电波；第五代移动通信技术5G，采用频段的无线电波，第5代移动通信技术（简称5G）意味着更快的网速和更大的网络容载能力，与4G相比，5G使用的电磁波（　　）
A．光子能量更大 B．衍射更明显
C．传播速度更快 D．波长更长
2．已知普朗克常量为，元电荷，如图所示为金属钙的遏止电压Uc随入射光频率v变化的图像，图像中v0的数值约为（ ）
A． B． C． D．
3．如图所示为光电效应实验装置，用频率为v的入射光照射阴极K，发生了光电效应，下列说法正确的是（　　）
A．当a端接电源正极时，加在光电管两端的电压越大，电流计的示数越大
B．当b端接电源正极时，电流计的示数一定为零
C．当光电流达到饱和后，若增大入射光的频率，电流计的示数一定增大
D．当光电流达到饱和后，若保持入射光的频率不变，仅增大光照强度，电流计的示数一定增大
4．进行光电效应实验时，若普朗克常量h和元电荷e为已知，我们就可以通过测量入射光的频率v和某金属的遏止电压UC得到该金属的截止频率。其原理表达式正确的是（　　）
A． B．
C． D．
5．第5代移动通信技术（简称5G），使用的电磁波频率更高，频率资源更丰富，在相同时间内能够传输的信息量更大。与4G相比，5G使用的电磁波（　　）
A．速度更大 B．光子能量更大
C．波长更长 D．更容易发生衍射
6．下列说法正确的是
A．就物质波来说，速度相等的电子和质子，电子的波长长
B．原来不带电的一块锌板，被弧光灯照射锌板时，锌板带负电
C．红光光子比紫光光子的能量大
D．光电效应和康普顿效应均揭示了光具有波动性
7．某种金属逸出光电子的最大初动能与入射光频率v的关系如图所示，其中v0为极限频率。下列说法正确的是（　　）
A．逸出功随入射光频率增大而减小 B．图中直线的斜率与普朗克常量有关
C．最大初动能与入射光强度成正比 D．最大初动能与入射光频率成正比
8．在利用光电管装置研究光电效应的实验中，使用某一频率的光照射光电管阴极时，有光电流产生。下列说法正确的是（　　）
A．保持入射光的强度不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生
B．保持入射光的强度不变，增大入射光的频率，饱和光电流一定变大
C．保持入射光的频率不变，不断减小入射光的强度，遏止电压始终不变
D．保持入射光的频率不变，增大入射光的强度，光电子的最大初动能一定变大
9．已知光速为，一束频率为的光从真空入射到某介质中后传播速度变为，则在该介质中，该束光的光子能量为（　　）
A． B． C． D．
10．若氢原子处于基态(第一能级)、激发态(第二、三、四能级)时具有的能量为El=0，E2=10.2eV、E3=12.1eV、E4=12.8eV。当氢原子从第四能级跃迁到第三能级时，辐射的光子照射某种金属时刚好能发生光电效应，现若有大量氢原子处于n=5(第五能级)的激发态，则在向低能级跃迁时所辐射的各种能量的光子中，可使这种金属发生光电效应的频率种类有（　　）
A．7种 B．8种 C．9种 D．10种
11．如图所示光电效应实验装置中，用频率为的光照射光电管阴极，发生了光电效应。下列说法中正确的是（　　）
A．增大入射光的强度，光电流不变
B．减小入射光的强度，光电效应现象消失
C．保证光的强度不变，改用频率大于的光照射，光电流不变
D．改用频率大于的光照射，光电子的最大初动能变大
12．某同学用甲、乙、丙三种色光分别照射同一光电管，研究光电流I与所加电压U之间的关系，得到如图所示的图像。则下列说法正确的是（　　）
A．甲光的波长小于乙光的波长
B．以相同的入射角从空气斜射入玻璃，乙光的折射角大于丙光的折射角
C．甲光可能为蓝光，乙光可能为红光
D．若处于基态的氢原子能吸收甲、乙两种光，且吸收甲光后由高能级向低能级跃迁共能发出6种频率的光，则吸收乙光后共能发出超过6种频率的光
13．某种金属逸出光电子的最大初动能与入射共频率的关系如图所示。已知该金属的逸出功为，普朗克常量为，下列说法正确的是（　　）
A．入射光的频率越高，金属的逸出功越大
B．与入射光的频率成正比
C．图中图线的斜率为
D．图线在横轴上的截距为
14．含有光电管的电路如图（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，下列说法中正确的有（　　）
A．甲、乙是相同频率的光，甲比乙光照强
B．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
C．图（a）中光电管两端的电压为反向电压
D．使用（a）图电路做实验，当光的强度一定时，调节触头P使电压表示数增加，电流表示数并不是一直增大，说明单位时间内产生的光电子数量是一定的
15．下列说法中正确的是
A．用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的初动能大
B．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，但原子的能量增大
C．光电子的最大初动能随入射光频率增大而增大
D．在光照条件不变的情况下，对发射出来的光电子加上正向电压对光电子加速，所加电压不断增大，光电流也不断增大
16．小明用阴极为金属铷的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示。已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s。(计算结果保留3位有效数字)
(1)图甲中电极A为光电管的什么极；
(2)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc和逸出功W0分别是多少；
(3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014 Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek是多少。
17．如图所示，电源的电动势均为E，内阻不计，光电管的阴极K用极限波长为的材料制成。将开关S拨向1，将波长为的激光射向阴极，改变光电管A和阴极K之间的电压，可测得光电流的饱和值为Im，已知普朗克常量h，电子电量e。
（1）求t时间内由K极发射的光电子数N；
（2）当阳极A和阴极K之间的电压为U1时，求电子到达A极时的最大动能Ekm；
（3）将开关S拨向2，为能测出对应的遏止电压，求入射激光频率的最大值vm。
参考答案
1．A
【详解】
由题可知，5G使用的电磁波频率更高，光子波长更短，能量更大，衍射更不明显。传播速度均是光速。
故选A。
2．A
【详解】
根据
当时
解得
当时
故选A。
3．D
【分析】
【详解】
A．a为正极时，AK间所加的电压为正向电压，发生光电效应后的光电子在光电管中加速，加在光电管两端的电压越大，光电流强度越大，但光电流最终会达到饱和。若光电流没达到饱和电流，则电流表示数增大，光电流达到饱和后，电流表示数不变。故A错误；
B．当b接正极时，该装置所加的电压为反向电压，当电压达到遏止电压时，光电子不再到达A极板，电流表示数才为0，故B错误；
CD．当光电流达到饱和后，根据光电效应方程
若增加入射光的频率，光电子的最大初动能增大，若入射光强度减小，光电流可能反而减小；若保持入射光的频率不变，则光电子的最大初动能不变，增大光照强度，则增加单位时间逸出的光电子个数，饱和电流增大，故电流计示数变大，故C错误，D正确。
故选D。
4．A
【详解】
爱因斯坦光电效应方程
而
联立解得
故选A。
5．B
【详解】
A．所有电磁波在真空中传播的速度都相等，为光速c，故A错误；
B．5G电磁波频率更高，根据可知，5G使用的电磁波光子能量更大，故B正确；
C．根据可知，5G电磁波频率更高，则波长更短，故C错误；
D．波长越长，衍射越明显，而5G波长更短了，更不容易发生衍射，故D错误。
故选B。
6．A
【详解】
A：物质波波长，速度相等的电子和质子，电子质量较小，则电子的波长长．故A项正确．
B：原来不带电的一块锌板，被弧光灯照射锌板时，电子从锌板逸出，锌板带正电．故B项错误．
C：红光的频率小于紫光频率，光子能量，则红光光子比紫光光子的能量小．故C项错误．
D：光电效应和康普顿效应均揭示了光具有粒子性．故D项错误．
7．B
【详解】
A．逸出功是金属的固有属性，与金属本身有关，与入射光的频率无关，故A错误；
B．根据Ekm=hv-W0结合图象可知，Ekm-v图线的斜率表示普朗克常量，故B正确。
CD．根据光电效应方程Ekm=hv-W0知，最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，但最大初动能与入射光的频率不是成正比关系，故CD错误；
故选B。
8．C
【详解】
A．保持入射光的强度不变，不断减小入射光的频率，当小于金属的极限频率时，不会再发生光电效应，则不会有光电流产生，选项A错误；
B．保持入射光的强度不变，增大入射光的频率，则单位时间逸出光电子的数量减小，饱和光电流一定减小，选项B错误；
CD．保持入射光的频率不变，则根据
则光电子的最大初动能不变，根据
可知，遏止电压始终不变，选项C正确，D错误。
故选C。
9．A
【详解】
光从真空入射到某介质中，光的频率不变，所以光子的能量为。
故选A。
10．C
【详解】
根据光电效应方程，逸出功等于第四能级和第三能级间的能量差，即
大量氢原子处于n=5(第五能级)的激发态，则在向低能级跃迁时，能放出不同频率的光子数为种，但其中从第五能级向第四能级跃迁放出光子的能量小于0.7eV，不能使该金属产生光电效应，故能使这种金属发生光电效应的频率种类有9种，C正确。
故选C。
11．D
【详解】
A．增大入射光的强度，阴极发射出的光电子将增多，光电流将变大，故A错误；
B．减小入射光的强度，阴极发射出的光电子将减少，光电流将变小，但光电效应不会消失，故B错误；
CD．保证光的强度不变，改用频率大于的光照射，则光子数变少，因此光电流变小，由光电方程
可知，光电子的最大初动能将变大，故C错误、D正确。
故选D。
12．D
【详解】
A．根据爱因斯坦光电效应方程结合动能定理可知
知入射光的频率越高，对应的遏止电压Uc越大。甲光、丙光的遏止电压相等，所以甲光、丙光的频率相等，波长相等，甲光、丙光的遏止电压小于乙光，则甲光、丙光的频率小于乙光，甲光、丙光的波长大于乙光，故A错误；
B．由公式可知，入射角相同，折射率越大的，折射角越小，由于乙的频率大于丙的频率，即乙的折射率大于丙的折射率，所以乙光的折射角小，故B错误；
C．由于甲光的频率小于乙光的频率，则不可出现甲光为蓝光，乙光为红光，故C错误；
D．由于甲光的频率小于乙光的频率，由甲光的光子能量小于乙光光子能量，处于基态的氢原子能吸收甲、乙两种光，乙光能跃迁到更高的能级，则吸收乙光后共能发出超过6种频率的光，故D正确。
故选D。
13．CD
【详解】
试题分析：金属的逸出功是由金属自身决定的，与入射光频率无关，其大小，故A错误；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，不是成正比，故B错误；根据爱因斯坦光电效应方程，可知斜率，故C正确；由图可知，图线在横轴上的截距为，故D正确．
考点：光电效应
【名师点睛】
只要记住并理解了光电效应的特点，只要掌握了光电效应方程就能顺利解决此题，所以可以通过多看课本加强对基础知识的理解．
14．AD
【详解】
A．由图b可知，甲、乙两光的频率相同，甲光产生的饱和光电流比乙光的大，则甲光比乙光照强，甲比乙在单位时间内发射的光子数多，故A正确；
B．光电流为零时光电管两端加的电压为遏止电压，由图b可知，丙对应的遏止电压大于甲对应的遏止电压，根据
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B错误；
C．由图a可知，光电管中电场强度方向向右，在光电子所受电场力向左，光电子在电场力作用下加速运动，则图a中光电管两端的电压为正向电压，故C错误；
D．使用图a电路做实验，当光的强度一定时，调节触头P使电压表示数增加，电流表示数并不是一直增大，说明单位时间内产生的光电子数量是一定的，电流达到饱和光电流后就不再增加，故D正确。
故选AD。
15．BC
【详解】
AC.根据爱因斯坦光电效应方程，入射光的频率越大，光电子的最大初动能也越大，不可见光的频率有比可见光大的，也有比可见光小的，故A错误C正确；
B.氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，原子能量增大，根据
知电子动能减小，则电势能增大，原子总能量增大，B正确；
D.在光照条件不变的情况下，对发射出来的光电子加上正向电压对光电子加速，随电压不断增大，光电流并不是不断增大，当光电流到达最大时，称为饱和光电流．饱和光电流的大小与光照强度有关，故D错误。
故选BC。
16．(1)阳极；(2)5.20×1014 Hz；3.45×10－19 J；(3)1.19×10－19 J
【详解】
(1)由光电管的结构知，A为阳极。
(2)Uc ν图像中横轴的截距表示截止频率，则
νc＝5.20×1014 Hz
逸出功
W0＝hνc≈3.45×10－19 J
(3)由爱因斯坦的光电效应方程得
Ek＝hν－W0≈1.19×10－19 J
17．（1）；（2）；（3）
【详解】
（1）根据公式
解得t时间内由K极发射的光电子数N为
（2）根据爱因斯坦光电效应方程
所以当阳极A和阴极K之间的电压为U1时，求电子到达A极时的最大动能Ekm为
解得
（3）将开关S拨向2时，遏止电压最大值为E，当遏止电压最大时对应的入射激光频率最大，则
解得