2021-2022学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第三册4.2 光电效应 同步练习题(Word版含答案)

4.2 光电效应
一、单选题
1．如图所示，用可见光照射金属板，发现与该金属板相连的验电器指针张开一定角度，下列说法中不正确的有（ ）
A．验电器指针带正电
B．有一部分电子从金属板表面逸出
C．如果改用相同强度的红外线照射，验电器指针也一定会张开一定角度
D．如果改用相同强度的紫外线照射，验电器指针也一定会张开一定角度
2．分别用波长为和的单色光照射同一金属板发出的光电子的最大初动能之比为，以表示普朗克常量，表示真空中的光速，则此金属板的逸出功为（ ）
A． B． C． D．
3．用某单色光照射金属表面，金属表面有光电子飞出．若照射光的频率增大，强度减弱，则单位时间内飞出金属表面的光电子的
A．能量增大，数量增多 B．能量减小，数量减少
C．能量增大，数量减小 D．能量减小，数量增多
4．研究光电效应的电路如图所示．用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板（阴极K），钠极板发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流．下列光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图象正确的是（ ）
B．
C． D．
5．如图所示是某金属在光的照射下，光电子的最大初动能Ek与入射光的波长的倒数（1/λ）的关系图象，由图象可知
A．图象中的λ0是产生光电效应的最小波长
B．普朗克常量和光速的乘积hc=Eλ0
C．该金属的逸出功等于-E
D．若入射光的波长为λ0/3，产生的光电子的最大初动能为4E
6．如图所示，在光电效应实验中，用A、B、C三束光分别照射同一装置中的相同光电管，得到三条不同的光电流与电压之间的关系曲线，根据这组曲线作出的下列判断，正确的是
A．用A光照射光电管时对应的截止频率最大
B．用C光照射光电管时对应的光电子的最大初动能最大
C．若用强度相同的A、B光照射该光电管，则单位时间内逸出的光电子数相等
D．A、C光比较，A光的强度大
7．用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意如图甲所示，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，图线与横轴交点的横坐标为5.15×1014Hz．已知普朗克常量h=6.63×10－34J·s．则下列说法中正确的是
A．欲测遏止电压，应选择电源左端为正极
B．当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的示数持续增大
C．增大照射光的强度，产生的光电子的最大初动能一定增大
D．如果实验中入射光的频率ν=7.00×1014Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek=1.2×10－19J
8．某同学采用如图所示的实验装置研究光电效应现象．当用某单色光照射光电管的阴极K时，会发生光电效应现象．闭合开关S，在阳极A和阴极K之间加上反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计中电流恰为零，此时电压表的电压值U称为遏止电压．现分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极，测量到遏止电压分别为U1和U2，设电子质量为m、电荷量为e，则下列说法中正确的是
A．用频率为ν1的光照射时，光电子的最大初速度v
B．阴极K金属的逸出功W0=eU
C．阴极K金属的极限频率
D．普朗克常量
二、多选题
9．爱因斯坦成功地解释了光电效应现象，提出了光子说，关于与光电效应有关的四个图像的说法正确的是（ ）
图1为光电效应实验，图2为光电流与电压的关系，图3为金属的遏止电压U与入射光频率的关系，图4为光电子最大初动能与入射光频率的关系．
A．如图甲装置，如果先让锌板带负电，再用紫外线照射锌板，则验电器的张角可能变小
B．根据图乙可知，黄光越强，光电流越大，说明光子的能量与光强有关
C．由图丙可知2为该金属的截止频率
D．由图丁可知E等于该金属的逸出功
10．研究光电效应的实验装置如图1所示，阴极K和阳极A封闭在真空管中，光通过小窗照射到阴极K上，在光的作用下，电子从阴极K逸出．把单刀双掷开关S分别接到1、2位置，移动滑动变阻器的滑片，得到如图2所示的电流随电压的变化关系图线，下列各种判断中正确的是
A．图2中的乙图是开关S接1时的图线
B．图2中的乙图是开关S接2时的图线
C．光电子的最大初动能=eU1
D．入射光的频率越大，图2中的电压U2越大
11．如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率的关系图象，由图象可知（　　）
A．该金属的逸出功等于E
B．入射光的频率为时，产生的光电子的最大初动能为
C．入射光的频率为时，产生的光电子的最大初动能为3E
D．该金属的逸出功等于
三、实验题
12．利用光电管产生光电流的电路如图所示．电源的正极应接在_______端（填“a”或“b”）；若电流表读数为8μA，则每秒从光电管阴极发射的光电子数至少是_________个．（已知电子电量为e＝1.6×10-19C）
13．美国物理学家密立根用精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量，这项工作成了爱因斯坦方程式在很小误差范围内的直接实验证据．密立根的实验目的是：测量金属的遏止电压Uc与入射光频率ν，由此计算普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程式的正确性．如图所示是根据某次实验作出的Uc-ν图象，电子的电荷量为1.6×10-19C．根据图象求得这种金属的截止频率νc=_________，普朗克常量h=___________．（均保留三位有效数字）
14．如图所示，一验电器与锌板相连，在A处用一紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保持一定偏角．
(1)现用一带少量负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将________(填“增大”、“减小”或“不变”)．
(2)使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转．那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针________(填“有”或“无”)偏转．
(3)光电效应实验和康普顿实验都证明了光具有________(填“粒子性”或“波动性”)．甲图中金属片张开是因为验电器带________(填“正”或“负”)电，若改用强度较弱的紫外线照射锌板________(填“能”或“不能”)使金属片张开；乙图中ν1________ν(填“>”、“<”或“＝”)．
四、解答题
15．铝的逸出功是4.2 eV，现在将波长200 nm的光照射铝的表面．求：
(1)光电子的最大初动能；
(2)遏止电压；
(3)铝的极限频率．
16．一光电管的阴极用极限波长λ0=5.0×10-7m的钠制成。用波长λ=3.0×10-7m的紫外线照射阴极，光电管阳极A和阴极K之间的电势差U =2.1V，光电流的饱和值I =0.56mA。
(l)求每秒内由K极发射的电子数。
(2)求电子到达A极时的最大动能。
(3)如果电势差U不变，而照射光的强度增到原值的3倍，此时电子到达A极时的最大动能是多少？(普朗克恒量h=6.63×10-34J·s，电子的电量e=1.6×10-19C)。
17．如图所示，伦琴射线管两极加上一高压电源，即可在阳极A上产生X射线．(h＝6.63×10－34 J·s，电子电荷量e＝1.6×10－19C)
(1)若高压电源的电压为20kV，求X射线的最短波长；
(2)若此时电流表读数为5mA，1s内产生5×1013个平均波长为1.0×10－10m的光子，求伦琴射线管的工作效率．
18．如图甲所示是研究光电效应规律的光电管．用波长λ＝0.50 μm的绿光照射阴极K，实验测得流过G表的电流I与AK之间的电势差UAK满足如图乙所示规律，取h＝6.63×10﹣34J s．结合图象，求：（以下所求结果均保留两位有效数字）
（1）每秒钟阴极发射的光电子数；
（2）光电子飞出阴极K时的最大动能为多少焦耳；
（3）该阴极材料的极限频率．
试卷第1页，共3页
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参考答案
1．C
【详解】
AB．验电器的铝箔张开一个角度，说明可见光照射到锌板，有光电子出来，能使锌板带正电，所以验电器指针带正电．故AB正确，不符合题意．
C．红外线的频率小于可见光的频率，如果改用相同强度的红外线照射，不一定发生光电效应，则验电器指针不一定会张开一定角度．故C错误，符合题意；
D．紫外线的频率大于可见光的频率，如果改用相同强度的紫外线照射，验电器指针也一定会张开一定角度．故D正确，不符合题意．
故选C．
【点睛】
本题考查了光电效应现象的特点与光电效应发生的条件，当入射光的频率大于极限频率时，才会发生光电效应，这是物理光学的重点知识，要加强练习加深理解．
2．B
【详解】
ABCD、光子能量为:①
根据爱因斯坦光电效应方程可以知道光电子的最大初动能为: ②
根据题意: ③
联立①②③可得逸出,故B正确；ACD错误；
3．C
【详解】
根据E=hv知，照射光的频率增大，则光子能量增大，光的强度减弱，单位时间内发出光电子的数目减少．故C正确，ABD错误．
4．C
【详解】
根据光电效应方程，联立知，遏止电压越大，入射光的频率越大，光照强度越大，饱和电流越大，所以C正确；A、B、D错误．
5．B
【详解】
由光电效应方程可得：，则图象中的λ0是产生光电效应的最大波长，选项A错误；当时， ；且，则hc=Eλ0，选项B正确，C错误；若入射光的波长为λ0/3，产生的光电子的最大初动能为，选项D错误．
6．D
【详解】
A.同一光电管的逸出功W相同，则截止频率：相同，故A错误；
B.B光对应的遏止电压最大，由：
可知B光的频率最高，B光对应光电子的最大初动能最大，故B错误；
C.由于A、B两光的频率不同，则照射时产生光电子最大初动能不同，用强度相同的光照射，单位时间内逸出的光电子数不等，故C错误；
D. A、C光的遏止电压相等，由：
可知A、C光的频率相等，由于A光照射产生的饱和电流较大，则A光的强度大于C光，故D正确．
7．D
【分析】
根据图甲光电管和图乙能求出截止频率可知，本题考查爱因斯坦的光电效应，根据光电效应规律，运用光电管和光电流以及光电效应方程进行分析求解；
【详解】
A、图甲所示的实验装置测量铷的遏止电压与入射光频率，因此光电管左端应该是阴极，则电源左端为负极，故A错误；
B、当电源左端为正极时，将滑动变阻器的滑片从图示位置向右滑动的过程中，则电压增大，光电流增大，当电流达到饱和值，不再增大，即电流表读数的变化是先增大，后不变，故选项B错误；
C、光电子的最大初动能与入射光的频率和金属的逸出功有关，与入射光的强度无关，故选项C错误；
D、根据图象可知，铷的截止频率，根据，则可求出该金属的逸出功大小
根据光电效应方程，当入射光的频率为时，则最大初动能为：
，故选项D正确．
【点睛】
解决本题的关键掌握光电效应方程，以及知道遏止电压与最大初动能之间的关系，需要学生在学习中要牢记公式以及物理量之间的关系，同时注意计算的准确性．
8．D
【详解】
A.当用频率为的光照射时，根据动能定理得，解得光电子的最大初速度，故选项A错误；
B.根据光电效应方程得，解得逸出功，故选项B错误；
CD.根据光电效应方程有，，联立解得普朗克常量，极限频率，故选项C错误，D正确．
9．AD
【解析】
【详解】
A.如果先让锌板带负电，再用紫外线照射锌板时，由于光电效应激发出电子，锌板带电量减小，验电器的张角会变小，等锌板电量为零时，验电器就无法张开；如果紫外线继续照射锌板，就会使锌板带正电，验电器的张角又会增大，故A正确；
B.由图乙可知，电压相同时，光照越强，光电流越大，只能说明光电流强度与光的强度有关，光子的能量只与光的频率有关，与光的强度无关，故B错误；
C.对于某种金属材料，只有当入射光的频率大于某一频率时，电子才能从金属表面逸出，形成光电流，这一频率就称为截止频率．光电效应中截止频率由金属本身的材料决定，图丙中遏止电压为零时所对应的入射光的频率为截止频率，2对应的遏止电压不为零，故C错误；
D.根据光电效应方程，知道丁图图线的纵轴截距的绝对值表示逸出功，则逸出功为E，当最大初动能为零，入射光的频率等于金属的极限频率，则金属的逸出功等于，故D正确．
10．BD
【解析】
【详解】
AB．电键S接1时，光电管中加正向电压，则随电压增大光电流先增加后达到饱和光电流，则图2中的甲图是开关S接1时的图线；电键S接2时，光电管中加反向电压，则随电压增大光电流减小逐渐到零，则图2中的乙图是开关S接2时的图线；选项A错误，B正确；
C．由乙图可知，光电子的最大初动能=eU2，选项C错误；
D．根据光电效应方程可知，入射光的频率越大，图2中的电压U2越大，选项D正确；
故选BD.
【点睛】
解决本题的关键是掌握光电效应方程以及最大初动能与截止电压的关系：，知道光电管的原理，注意光电子的最大初动能是由入射光的频率决定，与光强无关．
11．AD
【解析】
【详解】
AD、根据光电效应方程有：，其中W为金属的逸出功：，所以有：，由此结合图象可知，该金属的逸出功为E，或者，故A、D正确；
BC、当入射光的频率为时，带入方程可知产生的光电子的最大初动能为E；若入射光的频率为时，小于极限频率，不能发生光电效应，故B、C错误；
故选AD．
【点睛】
关键是根据光电效应方程写出最大初动能和入射光的频率关系式，对于图象问题可以写出函数关系式结合数学知识求解．
12．a 5×1013
【详解】
从光电管阴极K发射的光电子，要在回路中定向移动形成电流，A端应该与电源的正极相连，这样电子出来即可被加速，从而在回路中形成电流；
每秒在回路中通过的电量为，所以产生的光电子数目至少为，联立得个．
13．4.26-4.28×1014Hz 普朗克常量为6.29×10-34J s
【详解】
由爱因斯坦光电效应方程hγ=W+Ek得：
hγ=hγc+eUc
变形得
Uc=（γ-γc）
由题图可知，Uc=0对应的频率即为截止频率γc得
γc=4.27×1014Hz
图线的斜率为
==3.93×10-15V s
代入电子电量计算得
h=6.29×10-34J s
点睛：此题要根据光电效应方程得出遏止电压与入射光频率的关系，通过图线的斜率求出普朗克常量．遏止电压为零时，入射光的频率等于截止频率．
14．减小 无 粒子性 正 能 >
【解析】
【详解】
(1)在A处用一紫外线灯照射锌板，锌板产生光电效应，光电子射出后，锌板带正电，用一带少量负电的金属小球与锌板接触，会使锌板上带的正电减少，验电器指针偏角将减小。
(2)钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转，说明黄光不能使锌板产生光电效应；改用红外线灯照射锌板，红外线的频率小于黄光的频率，红外线也不能使锌板产生光电效应，验电器指针无偏转。
(3)光电效应实验和康普顿实验都证明了光具有粒子性。
紫外线灯照射锌板，锌板产生光电效应，光电子射出后，锌板带正电，验电器带正电，验电器的金属片张开。
只要入射光的频率大于截止频率，光电效应就会发生。较弱的紫外线照射锌板，锌板一样产生光电效应，光电子射出后，锌板带正电，验电器带正电，验电器的金属片张开。
乙图中光子与电子碰撞后，光子的能量减小，光子的频率减小，则。
15．(1)2.02 eV　(2)2.02 V　(3)1.01×1015Hz
【详解】
(1)由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可得：
Ek＝h－W0＝3.23×10－19J＝2.02 eV．
(2)由eUc＝Ek，可得遏止电压．
(3)由W0＝hν0得极限频率：．
16．(1)每秒内由K极发射的电子数：个 (2) 6.01×10-19J (3)当光强度增到原值三倍时，电子到达A极时的最大动能不变
【解析】
【详解】
（1）每秒钟内由K极发射的光电子数个；
（2）阴极K金属的逸出功，
光电子的最大初动能，
由动能定理，
则电子到达A极的最大动能；
（3）入射光强度增到原来的三倍，但光子的能量不变，光电管阳极A和阴极K之间的电势差不变，则到达A极时最大动能不变，仍为6.01×10-19J．
17．（1）6.2×10－11 m（2）0.1%
【解析】
【分析】
（1）X射线是电子受激辐射产生的，热阴极产生的电子在高电压的加速下与阳极K碰撞，如果动能全部转化为x射线的光子的能量，对应的波长最短；
（2）根据P=UI求解电源消耗的电功率，根据求解有用功率，得到效率．
【详解】
（1）伦琴射线管阴极上产生的热电子在20kV高压加速下获得的动能全部变成X光子的能量，X光子的波长最短．
由得
（2）高压电源的电功率P1=UI=100W，
每秒产生X光子的能量
效率为.
18．（1）4.0×1012个； （2）9.6×10﹣20J ；（3）4.6×1014Hz
【详解】
解：(1)每秒发射光电子个数：个
(2) 光电子飞出阴极K时的最大动能：
(3)由光电方程可得：
代入数据可得极限频率：答案第1页，共2页
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