-2021-2022学年高中物理人教版（2019）选择性必修第三册4.2光电效应 精选练习4(Word版含答案)

4.2光电效应 精选练习4（解析版）
一、选择题
1．物理学中的许多规律，都是通过实验直接发现或间接证实的，下列说法中，符合史实的是（　　）
A．赫兹预言了电磁波的存在，并通过实验首次证明了电磁波的存在。
B．牛顿通过理想斜面实验，发现物体的运动不需要力来维持。
C．卢瑟福的光电效应表明光子具有能量，康普顿效应表明光子除了具有能量之外还具有动量。
D．库仑发现了库仑定律，并通过实验测定了静电力引力常量。
2．用锌和铜制成电容为C的平行板电容器，两板原来都不带电，现用某频率光持续照射两板内表面，已知入射光频率大于锌板截止频率，小于铜板截止频率，假设光电子全部到达另一极板，测得锌板最终带电荷量为Q，元电荷量为e，则入射光的频率大小为（　　）
A． B． C． D．
3．我国研发成功的“紫外超分辨光刻装备”对芯片制造领域技术突破作出了重大贡献，光刻所用光的波长越短，分辨率越高。若已知光的波长λ和普朗克常量h，则下列物理量中可以求出的是（　　）
A．光的频率 B．光子的能量 C．光子的动量 D．光子的质量
4．以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子极短时间内能吸收到一个光子而从金属表面逸出。强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实。光电效应实验装置示意如图。用频率为的普通光源照射阴极K，没有发生光电效应，换同样频率为的强激光照射阴极K，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U，即将阴极K接电源正极，阳极A接电源负极，在K、A之间就形成了使光电子减速的电场，逐渐增大U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是下列的（其中W为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电量）（　　）
A． B．
C．U=2h-W D．
5．关于康普顿效应，下列说法正确的是（　　）
A．康普顿效应证明光具有波动性
B．康普顿效应可用经典电磁理论进行解释
C．康普顿在研究石墨对射线的散射时发现，在散射的射线中，有些波长变长了
D．康普顿在研究石墨对射线的散射时发现，在散射的射线中，有些波长变短了
6．运用光子说对下列光电效应现象进行解释，可以得出的正确结论是（　　）
A．当光照时间增大为原来的2倍时，光电流的强度也增大为原来的2倍
B．当入射光频率增大为原来的2倍时，光电子的最大初动能也增大为原来的2倍
C．当入射光波长增大为原来的2倍时，光电子的最大初动能也增大为原来的2倍
D．当入射光强度增大为原来的2倍时，单位时间内产生的光电子数目也增大为原来的2倍
7．物理学中的许多规律，都是通过实验直接发现或间接证实的，下列说法中，符合史实的是（　　）
A．赫兹预言了电磁波的存在，并通过实验首次证明了电磁波的存在。
B．牛顿通过理想斜面实验，发现物体的运动不需要力来维持。
C．卢瑟福的光电效应表明光子具有能量，康普顿效应表明光子除了具有能量之外还具有动量。
D．库仑发现了库仑定律，并通过实验测定了静电力引力常量。
8．单色光从真空射入玻璃时，它的（　　）
A．波长变长，速度变小，光量子能量变小
B．波长变短，速度变大，光量子能量变大
C．波长变长，速度变大，光量子能量不变
D．波长变短，速度变小，光量子能量不变
9．如图所示，用波长为λ0的单色光照射某金属，调节滑动变阻器，当电压表的示数为某值时，电流表的示数恰好减小为零；再用波长为的单色光重复上述实验，当电压表的示数增加到原来的2倍时，电流表的示数又恰好减小为零。已知普朗克常量为h，真空中光速为c、下列分析正确的是（　　）
A．用波长为2λ0的单色光照射该金属一定能发生光电效应
B．该金属的逸出功为
C．两种光照射出的光电子的最大初动能之比为1：2
D．若将电源的正负极调换，仍用波长为λ0的单色光照射，将滑动变阻器滑片向右移动，电流表的示数将一定增大
10．在光电效应实验中，用频率为ν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．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应
D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大
11．如图所示，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，其截止频率，保持入射光不变，则光电子到达A极时动能的最大值随电压U变化关系的图像是（　　）
A．B．C．D．
12．关于光电效应，下列说法正确的是（　　）
A．极限频率越大的金属材料逸出功越大
B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应
C．相同频率的光照射不同金属，则从金属表面逸出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小
D．入射光的强弱一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多
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象中，下列说法正确的是（　　）
A．图1中，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2中，电压相同时，光照越强，光电流越大，说明遏止电压和光的强度有关
C．图3中，若e、v1、vc、U1已知，由图象可求得普朗克常量的表达式
D．图4中，由图象可知该金属的逸出功为E或hv0
14．用如图所示的实验装置研究光电效应现象。所用光子能量为的光照射到光电管上时发生了光电效应，电流表G的示数不为零，移动变阻器的触点c，发现当电压表的示数大于或等于时，电流表示数为零，则在该实验中（　　）
A．当滑动触头向a端滑动时，电流表G示数减小
B．增大照射光的强度，产生的光电子的最大初动能增大
C．光电子的最大初动能为
D．光电管阴极的逸出功为
二、解答题
15．图为通过某光电管的光电流与两极间电压的关系，当用光子能量为 4.5eV 的蓝光照射光电管的阴极 K 时，对应图线的与横轴交点 U1=-2.37V。（普朗克常量 h=6.63×10-34Js，电子电量 e=1.6×10-19C）（以下计算结果保留两位有效数字）
（1）求出阴极 K 发生光电效应的极限频率
（2）当用光子能量为 7.0eV 的紫外线持续照射光电管的阴极 K 时，测得饱和电流为 0.32μA，求阴极 K 单位时间发射的光电子数。
16．已知一球形发光体的功率，设发光体向四周均匀辐射平均波长为的光，求理想情况下在距离发光体处，每秒钟落在垂直于光线方向上面积为的曲面上的光子数是多少？（已知，，计算结果保留两位有效数字）
参考答案
1．D
【详解】
A．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹并通过实验首次证明了电磁波的存在，所以A错误；
B．伽利略通过理想斜面实验，发现物体的运动不需要力来维持，所以B错误；
C．爱恩斯坦的光电效应表明光子具有能量，康普顿效应表明光子除了具有能量之外还具有动量，所以C错误；
D．库仑发现了库仑定律，并通过实验测定了静电力引力常量，所以D正确；
故选D。
2．B
【详解】
用频率为的单色光持续照射两板内表面，根据光电效应的条件，知单色光只有照射锌板才能发生光电效应。通过光电效应方程知，光电子的最大初动能
临界状态是电子减速到负极板时速度刚好减速为零。根据动能定理有
平行板电容器的电容
所以
故选B。
3．C
【详解】
A．光的频率为
光速c未知，则无法求出光的频率，故A不符合题意；
B．光子的能量
E=hv
频率无法求出，则光子的能量无法求出，故B不符合题意；
C．光子的能量为
E=hv
由E=mc 得到，光子的动量为
又有
所以动量为
则可求出光子的动量，故C符合题意；
D．光子的能量为
E=hv
由E=mc 得到，光子的质量为
又有
则有
频率未知，无法求出质量，故D不符合题意。
故选C。
4．B
【详解】
根据题意可知，一个电子吸收一个光子不能发生光电效应，换用同样频率的强烈激光照射阴极K，则发生了光电效应，即吸收的光子能量为
则有
解得
故B正确，ACD错误。
故选B。
5．C
【详解】
A．康普顿效应揭示了光具有粒子性，故A错误；
B．光电效应和康普顿效应都无法用经典电磁理论进行解释，B错误；
CD．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，则动量减小，根据
知波长变长，故C正确，D错误。
故选C。
6．D
【详解】
AB．根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0可知，当入射光频率增大为原来的2倍时，产生光电子的最大初动能大于原来的两倍，光电流的强度与光照时间无关，故AB错误；
C．根据爱因斯坦光电效应方程
当入射光波长增大为原来的2倍时，光电子的最大初动能减小，故C错误；
D．当入射光强度增大为原来的2倍时，单位时间内照射到金属表面的光子数是原来的2倍，所以单位时间内产生的光电子数目也增大为原来的2倍，故D正确。
故选D。
7．D
【详解】
A．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹并通过实验首次证明了电磁波的存在，所以A错误；
B．伽利略通过理想斜面实验，发现物体的运动不需要力来维持，所以B错误；
C．爱恩斯坦的光电效应表明光子具有能量，康普顿效应表明光子除了具有能量之外还具有动量，所以C错误；
D．库仑发现了库仑定律，并通过实验测定了静电力引力常量，所以D正确；
故选D。
8．D
【详解】
因为光的频率不变，光量子的能量不变；再根据折射率
可知，光的速度变小，波长变短，ABC错误，D正确。
故选D。
9．C
【详解】
AB．根据光电效应方程
及
可知当用波长为λ0的单色光照射时，可得
当用波长为的单色光照射时，可得
可得
由
可得
故AB错误；
C．两种光照射出的光电子的最大初动能之比为
故C正确；
D．电流表测量光电流，光电流大小跟照射光子的强度有关，所以将电源的正负极调换，仍用波长为λ0的单色光照射，将滑动变阻器滑片向右移动，电流表的示数不一定增大，故D错误。
故选C。
10．D
【详解】
A．光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，能否发生光电效应，与入射光的强度无关，与光照时间也无关，当发生光电效应时，增大入射光的强度，则单位时间内逸出的光电子数增加，则光电流会增大，故A错误；
B．入射光的频率大于金属的极限频率，才会发生光电效应，与入射光的强度无关，故B错误；
C．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，当频率小于ν，但不一定小于极限频率时，仍然可以发生光电效应，故C错误；
D．在光电效应中，根据光电效应方程知
Ekm＝hν－W0
入射光的频率越高，光电子最大初动能越大，故D正确。
故选D。
11．C
【详解】
光电管所加电压为正向电压，则根据爱因斯坦光电效应方程可知光电子到达A极时动能的最大值
可知图像的斜率相同，均为e；截止频率越大，则图像在纵轴上的截距越小，因，则图像C正确，ABD错误。
故选C。
12．AC
【详解】
A．逸出功与极限频率的关系为
所以极限频率越大的金属材料逸出功越大，A正确；
B．只有入射光的频率大于极限频率才能发生光电效应，与光照时间长度无关。B错误；
C．根据光电效应方程得
所以相同频率的光照射不同金属，则从金属表面逸出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小，C正确；
D．入射光的强弱一定时，频率越高，则光子数越少，单位时间内逸出的光电子数就越少，D错误。
故选AC。
13．CD
【详解】
A．当紫外线照射锌板时，发现验电器指针发生了偏转，仅仅能说明验电器带电；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．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，不能说明遏止电压和光的强度有关，故B错误；
C．根据
Ekm=hv-W0=eUc
解得
图线的斜率
则
故C正确；
D．根据光电效应方程
Ek=hv-W0
当v=0时
Ek=-W0
由图象知纵轴截距-E，所以
W0=E
即该金属的逸出功E；图线与v轴交点的横坐标是v0，该金属的逸出功hv0，故D正确。
故选CD。
14．AD
【详解】
A．当滑动触头向a端滑动时，阴极与阳极之间的反向电压增大，到达阳极的光电子数减少，光电流减小，所以电流表G示数减小，故A正确；
B．根据爱因斯坦光电效应方程可知，若要使产生的光电子的最大初动能增大，需要增大照射光的频率，而不是强度，故B错误；
C．由题意可知光电子的最大初动能为
故C错误；
D．根据爱因斯坦光电效应方程可知，光电管阴极的逸出功为
故D正确。
故选AD。
15．（1）5.1×1014Hz；（2） n=2.0×1012个
【详解】
（1）由图中信息得
又根据光电效应方程
Ek=hν-W0
联立得
ν=5.1×1014Hz
（2）根据
，
得
n=2.0×1012个
16．
【详解】
每个光子的能量
发光体每秒钟发射的光子数
其中
可得每秒钟落在垂直于光线方向上面积为的曲面上的光子数