4.2光电效应 练习5（Word版含答案）

4.2光电效应 精选练习5（解析版）
一、选择题
1．新冠病毒疫情防控工作中，体温枪被广泛使用。其工作原理是∶利用光电效应，将光信号转化为电信号，从而显示出物体的温度。已知人的体温正常时能辐射波长为10 μm的红外线，如图甲所示，用该红外光线照射光电管的阴极K时，电路中有光电流产生，光电流随电压变化的图像如图乙所示，另一种金属铷的遏止电压Uc与入射光频率v之间的关系如图丙所示，已知光在真空中传播的速度为3×108 m/s。则（　　）
A．波长为10μm的红外线在真空中的频率为5×1013Hz
B．将阴极K换成金属铷，体温枪仍然能正常使用
C．由图乙可知，该光电管的遏止电压为2×10-2 V
D．当人体温度升高，辐射红外线的强度将增大，饱和光电流减小
2．如图所示，是四个光学实验现象，下列叙述错误的是（　　）
A．甲图光导纤维内芯的折射率比外套大，光传播时在内芯与外套的界面发生全反射
B．乙图研究光的干涉现象时，减小双缝间的距离，干涉条纹间的距离减小
C．丙图一束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为a、b两种单色光，a光的光子能量小于b光的光子能量
D．丁图光电效应实验中，使验电器指针发生偏转的是正电荷
3．一束黄光照射某金属表面时，不能产生光电效应，则下列措施中可能使该金属产生光电效应的是（　　）
A．换用紫光照射 B．换用红光照射 C．增大光束的强度 D．延长光照时间
4．下列关于光电效应的叙述不正确的是（　　）
A．对任何一种金属都存在一个“极限频率”，入射光的频率必须大于等于这个频率，才能产生光电效应
B．光电流的大小与入射光的强度有关
C．用不可见光照射金属一定比可见光照射金属产生的光电子的最大初动能要大
D．光电效应几乎是瞬时发生的
5．红、黄、蓝、紫四种单色光中，光子能量最小的是（　　）
A．红光 B．黄光 C．蓝光 D．紫光
6．某同学采用如图所示的实验装置（电源正负极可调换）来研究光电效应现象，当分别用频率为、的单色光照射光电管的阴极K时，测得遏止电压之比为，则下列说法中正确的是（　　）
A．若测遏止电压，应选择电源右端为负极
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．增大入射光的强度，光电子的最大初动能也一定增大
D．光电管金属的截止频率为
7．红、黄、蓝、紫四种单色光中，光子能量最小的是（　　）
A．红光 B．黄光 C．蓝光 D．紫光
8．一束黄光照射某金属表面时，不能产生光电效应，则下列措施中可能使该金属产生光电效应的是（　　）
A．换用紫光照射 B．换用红光照射 C．增大光束的强度 D．延长光照时间
9．用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流与照射光的强弱、频率等物理量的关系.图中A、K两极间的电压大小可调，电源的正负极也可以对调，分别用a、b、c三束单色光照射，调节A、K间的电压U，得到光电流I与电压U的关系如图乙所示，由图可知（ ）
A．单色光a和c的频率相同，且a光更弱些，b光频率最大
B．单色光a和c的频率相同，且a光更弱些，b光频率最小
C．单色光a和c的频率相同，且a光更强些，b光频率最大
D．单色光a和c的频率不同，且a光更强些，b光频率最小
10．某光电管的阴极在某单色光照射下恰好发生光电效应。阴极与阳极之间所加电压大小为U，光电流为I。已知电子的质量为m，电荷量为e、假设光电子垂直碰撞阳极且碰撞后即被吸收，则光电子对阳极板的平均作用力F的大小为（　　）
A． B． C． D．
11．光纤通信采用的光导纤维由内芯和外套组成，如图所示，一复色光以入射角θ0射入光导纤维后分为a、b两束单色光，a、b两单色光在内芯和外套界面多次全反射后从光导纤维另一端射出，下列说法正确的（　　）
A．内芯折射率小于外套的折射率
B．a光光子的能量大于b光光子的能量
C．在内芯中单色光a的传播速度比b大
D．入射角由θ0减为0°时，a、b两单色光将从光导纤维的另一端同时射出
12．把一块带负电的锌板连接在验电器上，验电器指针张开一定的角度，用紫外线灯照射锌板发现验电器指针的张角发生变化。下列推断合理的是（　　）
A．验电器指针的张角会不断变大
B．验电器指针的张角会先变小后变大
C．验电器指针的张角发生变化是因为锌板获得了电子
D．若改用红外线照射锌板一定会使验电器指针的张角变大
13．用如图甲所示的装置研究光电效应现象，闭合开关，用频率为的光照射光电管时发生了光电效应，图乙是该光电管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像，图线与横轴交点的坐标为，与纵轴交点的坐标为，下列说法正确的是（　　）
A．普朗克常量为
B．断开开关后，电流表的示数不为零
C．仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大
D．保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表的示数保持不变
14．1905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1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2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，说明遏止电压和光的强度有关
C．图3中，若电子电荷量用表示，、、已知，由图像可求得普朗克常量的表达式为
D．图4中，由光电子最大初动能与入射光频率的关系图像可知该金属的逸出功为或
15．光电管是一种利用光照射金属产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流。表中给出了6次实验的结果。
组 次 入射光子的能量/eV 相对光强 饱和光电流大小/mA 逸出光电子的最大动能/eV
第一组 123 4.04.04.0 弱中强 294360 0.90.90.9
第二组 456 6.06.06.0 弱中强 274055 2.92.92.9
下列根据表中数据得出的论断，其中正确的是（　　）
A．两组实验采用了不同频率的入射光
B．两组实验所用的金属板材质不同
C．若入射光子的能量为4.5eV，逸出光电子的最大动能为1.5eV
D．若入射光子的能量为5.5eV，相对光强越强，饱和光电流越大
二、解答题
16．在演示光电效应的实验中，把某种金属板连在验电器上，用弧光灯直接照射金属板，验电器的指针张开一个角度，现在弧光灯和金属板之间插入一块普通玻璃板，再用弧光灯照射，验电器指针不张开。已知弧光灯发出的光主要包含红外线、可见光、紫外线，由此可以得出什么结论？
17．在光电效应实验中，某金属的极限频率对应的光在真空中波长为。已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h，该金属的逸出功为多少？若用真空中波长为（）的单色光做实验，则其遏止电压为多少？
参考答案
1．C
【详解】
A．根据
可得红外线的频率为
故A错误；
B．根据
由图丙可知金属铷的截止频率为5.1×1014Hz，发生光电效应的条件是入射光的频率大于等于金属的截止频率，而红外线的频率小于金属铷的截止频率，故不会发生光电效应，体温枪不能正常使用，故B错误；
C．当I=0时的电压为遏止电压，由图乙可知，该光电管的遏止电压为2×10-2V，故C正确；
D．若人体温度升高，辐射红外线的强度增大，饱和光电流将增大，故 D错误。
故选C。
2．B
【详解】
A．甲图光导纤维内芯的折射率比外套大，光传播时在内芯与外套的界面发生全反射，选项A正确，不符合题意；
B．乙图研究光的干涉现象时，根据
减小双缝间的距离d，干涉条纹间的距离变大，选项B错误，符合题意；
C．丙图一束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为a、b两种单色光，因a光的偏折程度较小，则a光折射率较小，频率较小，则a光的光子能量小于b光的光子能量，选项C正确，不符合题意；
D．丁图光电效应实验中，从锌板中打出光电子，则锌板带正电，则使验电器指针发生偏转的是正电荷，选项D正确，不符合题意。
故选B。
3．A
【详解】
AB．黄光照射某金属表面时，不能产生光电效应，说明黄光的频率小于极限频率，紫光的频率高于黄光，红光的频率低于黄光，故换用紫光照射可能使该金属产生光电效应，A正确，B错误；
CD．是否能发生光电效应与光束的强弱、光照时间无关，CD错误。
故选A。
4．C
【详解】
A．根据产生光电效应的条件可知，对任何一种金属都存在一个“极限频率”，入射光的频率必须大于等于这个频率，才能产生光电效应，A不符合题意；
B．入射光的强度影响单位时间内发出光电子的数目，即影响光电流的大小，B不符合题意；
C．红外线属于不可见光，且红外线的频率比可见光的频率小，根据光电效应方程知，产生的光电子的最大初动能小，C符合题意；
D．根据光电效应的特点可知，光电效应几乎是瞬时发生的，D不符合题意。
故选C。
5．A
【详解】
某色光每个光子的能量与该种色光频率间的关系为
（其中是普朗克常量）
而可见光中红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的色光频率依次增加，所以红光的光子能量最小、紫光的光子能量最大。
故选A。
6．D
【详解】
A．要用图示的实验装置测量遏止电压，光电管两端应接反向电压，即电源左端为负极，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，单位时间内到达A极的光电子数量增大，电流增大，当电流达到饱和值后，将不再增大，即电流表读数的变化是先增大后不变，故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C错误；
D．由爱因斯坦光电方程
，
解得
故D正确。
故选D。
7．A
【详解】
某色光每个光子的能量与该种色光频率间的关系为
（其中是普朗克常量）
而可见光中红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的色光频率依次增加，所以红光的光子能量最小、紫光的光子能量最大。
故选A。
8．A
【详解】
AB．黄光照射某金属表面时，不能产生光电效应，说明黄光的频率小于极限频率，紫光的频率高于黄光，红光的频率低于黄光，故换用紫光照射可能使该金属产生光电效应，A正确，B错误；
CD．是否能发生光电效应与光束的强弱、光照时间无关，CD错误。
故选A。
9．C
【详解】
光电流恰为零，此时光电管两端加的电压为截止电压，对应的光的频率为截止频率，可知，ac光对应的截止频率小于b光的截止频率，根据
入射光的频率越高，对应的截止电压U截越大。a光、c光的截止电压相等，所以a光、c光的频率相等，b光频率最大；当a、c光照射该光电管，因频率相同，则a光对应的光电流大，因此a光子数多，那么a光的强度较强。
故选C。
10．A
【详解】
根据题意，阴极金属恰好发生光电效应，则说明光电子离开阴极的速度为0，根据动能定理有
可得
每个光电子到达阳极板时的动量变化量大小为
设时间△t有n个电子打在阳极板上，则有
由动量定理可得平均作用力为
由以上整理得
A正确，B、C、D错误。
故选A。
11．C
【详解】
A．发生全反射的必要条件是：光必须从光密介质射入光疏介质，即从折射率大的介质射入折射率小的介质，所以当内芯的折射率比外套的大时，光在内芯与外套的界面上才能发生全反射，A错误；
B．由图可知b光偏转角度大，说明光导纤维对b光的折射率大，则b光的频率大，由
b光光子的能量大于a光光子的能量，B错误；
C．光导纤维对b光的折射率大，根据公式
知在内芯中单色光a的传播速度比b大，C正确；
D．入射角由θ0减为0°时，垂直入射垂直射出，因为在内芯中单色光a的传播速度比b大，a、b两单色光将从光导纤维的另一端不会同时射出，D错误。
故选C。
12．B
【详解】
ABC．用紫外线灯照射锌板会从锌板中逸出光电子，则锌板带的负电减小，与锌板连接的验电器指针的张角会变小，当锌板上带的负电荷全部逸出后，紫外线灯继续照射锌板，则锌板带正电，所带电荷量越来越大，与锌板连接的验电器指针的张角变大，故AC错误，B正确；
D．若改用红外线照射锌板时不一定会逸出光电子，则锌板所带电荷量不一定发生变化，所以验电器指针的张角不一定发生变化，故D错误。
故选B。
13．AB
【详解】
A．根据
可知图线的斜率为普朗克常量，则
故A正确；
B．断开开关S后，初动能大的光电子能到达阳极，所以电流表的示数不为零，故B正确；
C．只有增大入射光的频率，才能增大光电子的最大初动能，故C错误；
D．保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，单个光子的能量增大，而光的强度不变，那么光子数一定减少，逸出的光电子数也减少，电流表的示数要减小，故D错误。
故选AB。
14．CD
【详解】
A．图1中，当紫外线照射锌板时，锌板失去电子而带正电，验电器与锌板相连，所以也带正电，故A错误；
B．图2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，只能说明光电流与光强的关系，而遏止电压和光的强度无关，和入射光的频率有关，故B错误；
C．光电子的最大初动能为
解得
故C正确；
D．根据爱因斯坦光电效应方程有
当时，有
当时，有
故D正确。
故选CD。
15．AD
【详解】
A．光子的能量
入射光的能量不同，故入射光子的频率不同，故A正确；
B．由爱因斯坦的光电效应方程
可求出两组实验的逸出功均为，故两组实验所用的金属板材料相同，故B错误；
C．由
当时
故C错误；
D．若入射光子的能量为5.5eV，金属板能发生光电效应，光强越强，单位时间内射出的光子数越多，单位时间内逸出的光电子数越多，形成的光电流越大，故D正确。
故选AD。
16．见解析
【详解】
第一次能发生光电效应，第二次不能发生光电效应，得知能使金属发生光电效应的光不能透过普通玻璃，使金属板产生光电效应的是弧光灯中的紫外线，所以得出紫外线不能透过普通玻璃的结论。
17．，
【详解】
某金属的极限频率对应的光在真空中波长为，此时光电子的最大初动能Ekm=0，据光电效应方程
可得该金属的逸出功为。
若用真空中波长为的单色光做实验，由光电效应方程可得
设遏制电压为U，则满足
联立可得。