4.2光电效应 学科素养提升练（word版含答案）

4.2光电效应 学科素养提升练（解析版）
一、选择题
1．如图所示，蓝光光盘（BD）可用以储存高品质的影音以及高容量的数据。它采用波长约为的蓝色激光进行读写操作，高密度数字视频光盘（DVD）则采用波长约为的红色激光进行读写操作。若BD和DVD由相同材料制成，则（　　）
A．蓝光在光盘里传播速度比红光大
B．蓝光光子的能量比红光光子能量小
C．蓝光比红光波长短，聚焦后焦点直径更小，因此BD容量更大
D．相同尺寸的空盘最大存储数据能力由写入方式决定，与采用蓝光还是红光写入无关
2．下列说法正确的是（　　）
A．麦克斯韦预言了电磁波的存在，法拉第通过实验证实了电磁波存在
B．只有高温物体才能辐射出红外线，红外线具有热效应
C．黑体由于不反射任何电磁波，所以是黑色的
D．能量子与电磁波的频率成正比
3．用如图所示的装置研究光电效应现象。所用光子能量为2.5eV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0.7V时，电流表示数为0，则下列说法错误的是（　　）
A．光电管阴极的逸出功为1.8eV
B．电键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，电流表G也有电流，但电流较小
4．某同学采用如图甲所示的装置研究光电效应现象，分别用a、b、c三束单色光照射图甲中的光电管的阴极，得到光电管两端的电压与相应的光电流的关系如图乙所示，其中a、c两束光照射时对应的遏止电压相同，均为Ua，则下列论述正确的是（　　）
A．a、c两束光的光强相同
B．a、c两束光的频率相同
C．b光束光子的能量最小
D．b光束的波长最长，遏止电压最大
5．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
6．全飞秒激光是国际上最先进的角膜屈光手术模式之一，目前仅德国蔡司的“VisuMax”全飞秒激光系统可以应用于“全飞秒”近视矫正手术中。经查阅资料得知，飞秒激光是一种波长1053nm的激光，已知普朗克常数为，则下列说法正确的是（　　）
A．飞秒激光的传播速度有可能超过3×108m/s
B．飞秒激光光子的能量是连续的
C．飞秒激光的频率为1.053×106Hz
D．飞秒激光的光子能量约为1.2eV
7．金属板M在某种光照射下可以发射出最大速度为v的电子，电子从金属板M运动到金属网N形成电流。已知图中两电池的供电电压都为U，电子的电荷量为e，质量为m，当单刀双掷开关S与1接通时，电流表的示数刚好为零（即电子恰好不能运动到金属网N）。现单刀双掷开关S与2接通时，电子运动到金属网N时的最大速度为（　　）
A． B． C． D．
8．一束复色光从空气射入光导纤维后分成两束单色光，光路如图所示。对于两束光（　　）
A．在光导纤维中光的传播速度小于光的传播速度
B．光频率小，发生全反射的临界角小
C．对同一双缝干涉装置，光的干涉条纹间距比光的干涉条纹间距小
D．若光照射某金属能发生光电效应，则光照射该金属也一定能发生光电效应
9．新冠病毒疫情防控工作中，体温枪在医院、车站、小区、学校等地方被广泛使用，成为重要的防疫装备之一。某一种体温枪的工作原理是：任何物体温度高于绝对零度（－273℃）时都会向外发出红外线，红外线照射到体温枪的温度传感器，发生光电效应，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 10μm 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，已知 h＝6.63×10－34 J s，e＝1.6×10－19 C，则（　　）
A．波长 10μm 的红外线在真空中的频率为 3×10 16 Hz
B．将图甲中的电源正负极反接，将一定不会产生电信号
C．由图乙可知，该光电管的阴极金属逸出功为 0.1eV
D．若人体温度升高，辐射红外线的强度增大，电子逸出最大初动能增加
10．图甲为某种光电烟雾探测器的装置示意图，光源S发出频率为的光束，当有烟雾进入该探测器时，光束会被烟雾散射进入光电管C，当光照射到光电管中的金属钠表面时会产生光电子，进而在光电管中形成光电流，当光电流大于临界值时，便会触发报警系统报警。用如图乙所示的电路（光电管K极是金属钠）研究光电效应规律，可得钠的遏止电压与入射光频率v之间的关系如图丙所示，元电荷为e。下列说法正确的是（　　）
A．由图丙知，金属钠的极限频率为
B．由图丙知，普朗克常量为
C．图乙中，a端为负极
D．图甲中，光源S发出的光束越强，光电烟雾探测器的灵敏度越低
11．如图所示为研究光电效应的电路图，图中电表均为理想电表，当入射光频率为，调整滑动变阻器使电压表的示数达到U0时，电流表示数减为0；将入射光的频率增大为3，需要将电压表的示数增大到4U0时，电流表的示数再次减为0，已知电子的电荷量为e，则电路中阴极材料K的逸出功为（　　）
A．4eU0 B．2eU0
C．eU0 D．
12．用如图所示的实验装置探究光电效应的规律，如果用频率为的某种单色光照射某种金属，发生光电效应，如果入射光的频率变为原来的2倍，遏止电压变为原来的2.5倍，则该种金属的极限频率为（　　）
A． B． C． D．
13．用图甲所示的实验装置研究光电效应现象，分别用a、b、c三束光照射光电管的阴极，得到光电管两端的电压与相应的光电流的关系如图乙所示，其中a、c两束光照射时对应的遏止电压相同，均为Uc1，则下列论述正确的是（　　）
A．a、c两束光的光强相同，频率不同
B．b光的波长最短
C．a光照射时光电管发出的光电子的最大初动能最大
D．b光束光子的动量最大
14．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 1 2 3 4.0 4.0 4.0 弱 中 强 29 43 60 0.9 0.9 0.9
第二组 4 5 6 6.0 6.0 6.0 弱 中 强 27 40 55 2.9 2.9 2.9
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
15．如图甲所示，阳极A和阴极K是密封在真空玻璃管中的两个电极，阴极K在受到某些频率的光照时能够发射光电子，进而在电路中形成光电流。光电流的遏止电压与照射光的频率之间的关系图像如图乙所示，下列说法正确的是（　　）
A．图线的斜率表示
B．用频率为的光照射，阴极K能产生光电子
C．用频率为的光照射，即使光的强度很弱，阴极K也能产生光电子
D．设图线与横轴的交点坐标为，则该阴极K的逸出功为
二、解答题
16．激光器是一个特殊的光源，它发出的光便是激光，红宝石激光器发射的激光是不连续的一道一道的闪光，每道闪光被称为一个光脉冲，现有一红宝石激光器，发射功率为，所发射的每个光脉冲持续的时间，波长（），则每列光脉冲的长度L是多少？其中含有的光子数是多少？
17．图甲为研究光电效应现象的实验电路图。现用频率为ν0的光照射阴极K，其光电流与光电管两端电压的关系图线如图乙所示，遏止电压大小为Uc，饱和光电流大小为I0。已知电子电量为e，普朗克常量h。求：
（1）阴极K中逸出的光电子的最大初动能Ekm；
（2）阴极材料的逸出功W0；
（3）照射到阴极上的光的最小功率P。
试卷第页，共页
参考答案：
1．C
【解析】
AB．蓝光频率大，在光盘内传播速度小，光子能量大，A、B错误；
CD．蓝光波长短，聚焦后焦点直径更小，可以缩短轨距，记录单元——凹槽也更小，大大增加储存容量，C正确、D错误。
故选C。
2．D
【解析】
A．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波存在，A错误；
B．任何温度的物体都能辐射出红外线，物体温度越高，辐射出红外线越强，红外线具有热效应，B错误；
C．黑体可以完全吸收入射的电磁波而不产生反射，同时自身可以有较强的辐射，即黑体同时辐射和吸收电磁波，当黑体达到高温时所辐射的电磁波强度最大者是可见光、紫外线时，黑体是明亮的，C错误；
D．由能量子公式可知，其中是电磁波的频率，h称为普朗克常量，所以能量子与电磁波的频率成正比，D正确。
故选D。
3．D
【解析】
A．该装置所加的电压为反向电压，发现当电压表的示数大于或等于0.7V时，电流表示数为0，知道光电子点的最大初动能为0.7eV，根据光电效应方程
故A、C正确，但不符合题意；
B．电键S断开后，用光子能量为2.5eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，有光电子逸出，则有电流流过电流表，故B正确，但不符合题意；
D．改用能量为1.5eV的光子照射，由于光电子的能量小于逸出功，不能发生光电效应，无光电流，故D错误，符合题意。
故选D。
4．B
【解析】
A．由图可知，a的饱和电流最大，因此a光束照射时单位时间内产生的光电子数量大，光强大，A错误；
BCD．当光电流为零时，光电管两端加的电压为遏止电压，对应的光的频率为截止频率，根据
的频率越高，对应的遏止电压U越大。a光、c光的遏止电压相等，所以a光、c光的频率相等，而b光的频率大，能量大，且对应的波长最小， CD错误B正确。
故选B。
5．C
【解析】
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。
6．D
【解析】
A．根据爱因斯坦的相对论观点，飞秒激光的速度不可能超过光在真空中的速度，选项A错误；
B．飞秒激光光子的能量的是量子化的，选项B错误；
C．飞秒激光的频率为
选项C错误；
D．飞秒激光的光子能量为
选项D正确。
故选D。
7．D
【解析】
由图可以看出，当单刀双掷开关S与1接通时，MN间电场由M指向N，故电子逸出后做匀减速运动，因为电子恰好不能运动到金属网N，所以电子最大初动能由动能定理得
则当单刀双掷开关S与2接通时，MN间电场由N指向M，故电子逸出后做匀加速运动，电子运动到金属网N时的最大速度由动能定理得
联立解得
故选D。
8．D
【解析】
A．由于b光的偏折程度大，则b光的折射率较大，根据
可得，在在光导纤维中光的传播速度大于光的传播速度，A错误；
B．由于光频率小，折射率小，根据
发生全反射的临界角大，B错误；
C．因为a光的波长大于b光的波长，根据条纹间距公式
可知，通过同一双缝干涉装置，a光所形成的干涉条纹间距比b光的大，C错误；
D．由于光频率比b光频率小，故若光照射某金属能发生光电效应，则光照射该金属也一定能发生光电效应，D正确。
故选D。
9．C
【解析】
A．波长的红外光在真空中的频率为
故A错误；
B．将图甲中的电源反接，根据乙图，反向电压低于遏止电压，即低于时，电流表的示数不为零，故B错误；
C．由乙图可知遏止电压为，根据
代入数据解解得
故C正确；
D．若人体温度升高，则辐射红外线的强度增大，单位时间逸出的光电子的个数增加，光电流增大，但红外线的频率不变，由得电子逸出最大初动能不变，故D错误。
故选C。
10．A
【解析】
AB．由光电效应方程可知
有
由图像两点坐标联立方程可知
故A正确，B错误；
C．研究遏止电压，a端应该为正极，C项错误；
D．光束越强，灵敏度越高，D项错误。
故选A。
11．D
【解析】
根据爱因斯坦光电效应方程可知
电压表的示数达到U0时，电流表示数减为0，则有
所以有
同理可得
联立解得电路中阴极材料K的逸出功
故选D。
12．B
【解析】
【详解】
用频率为的光照射时，根据光电效应方程得
电子向A极板运动时，根据动能定理得
联立得
如果用的光照射时，同理得
联立得
故B正确，ACD错误。
故选B。
13．BD
【解析】
【分析】
【详解】
A．光电流恰为零时，光电管两端加的电压为遏止电压，对应的光的频率为截止频率，根据
可知，入射光的频率越高，对应的遏止电压Uc越大，a光、c光的遏止电压相等，所以a光、c光的频率相同，而a光的饱和光电流较大，则a光的强度比c光的大，故A错误；
BC．b光的遏止电压最大，则b光的频率最大，波长最短，光子的能量最大，照射光电管时发出的光电子的最大初动能也最大，故B正确，C错误；
D．因为b光的频率最大，根据
可知b光束光子的动量最大，故D正确。
故选BD。
14．AD
【解析】
【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。
15．CD
【解析】
【分析】
【详解】
A．根据
可得
可知图线的斜率表示，选项A错误；
B．由图像可知，用频率至少约为的光照射，阴极K才能产生光电子，选项B错误；
C．用频率为的光照射，即使光的强度很弱，阴极K也能产生光电子，选项C正确；
D．设图线与横轴的交点坐标为，则该阴极K的逸出功为，选项D正确。
故选CD。
16．3×10-3m，4.0×1017个
【解析】
【详解】
每列光脉冲的长度
L=c△t=3×108×1.0×10-11 m=3×10-3m
由光速公式
c=λν
能量子公式
ε=hν
及能量关系
P△t=Nε
可得
N=4.0×1017个
17．（1）eUc；（2）hν0 - eUc；（3）
【解析】
【分析】
【详解】
（1）由动能定理可知
Ekm = eUc
（2）由光电效应方程
Ekm = hν0 - W0
解得
W0 = hν0 - eUc
（3）设光照时间为t照射光的能量为
E = Pt，E = n hν0
又
I0t = n e
解得
P =
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