4.2光电效应基础巩固（word版含答案）

4.2光电效应基础巩固2021—2022学年高中物理人教版（2019）选择性必修第三册
一、选择题（共15题）
1．物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识，推动了科学技术的创新和革命，促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步．下列表述正确的是
A．牛顿发现了万有引力定律 B．洛伦兹发现了电磁感应定律
C．光电效应证实了光的波动性 D．相对论的创立表明经典力学已不再适用
2．科学研究证明，光子有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子。假设光子与电子碰撞前的波长为λ，碰撞后的波长为λ′，则碰撞过程中（ ）
A．能量守恒，动量守恒，且λ=λ′ B．能量不守恒，动量不守恒，且λ=λ′
C．能量守恒，动量守恒，且λλ′ D．能量守恒，动量守恒，且λλ′
3．如图甲为氢原子能级图，大量处于激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光子，将其中频率最高的光子照射到某光电管的阴极K上，测得电路中电流随光电管两端电压变化的关系如图乙所示。则下列说法正确的是（　　）
A．跃迁时共发出4种频率的光
B．该光电管阴极K的逸出功为
C．光电子最大初动能与入射光的频率成正比
D．跃迁放出的光子中有3种频率的光子可以使该阴极K发生光电效应
4．用光照射某种金属，金属表面有电子逸出。若保持入射光的频率不变，减小入射光的强度，则（　　）
A．光电子的最大初动能减小 B．光电子的最大初动能保持不变
C．可能无电子从金属表面逸出 D．单位时间内逸出的光电子数目不变
5．在光电效应实验中，小明同学用同一实验装置，如图（a）所示，在甲、乙、丙三种光的照射下得到了三条电流表与电压表读数之间的关系曲线，如图（b）所示。则正确的是（　　）
A．乙光的频率大于甲光的频率
B．甲光的波长小于丙光的波长
C．丙光的光子能量小于甲光的光子能量
D．乙光对应的光电子最大初动能小于丙光的光电子最大初动能
6．图甲是研究光电效应的电路图，图乙是用、、光照射光电管得到的图线，、表示遏止电压，下列说法正确的是（　　）
A．光的频率小于光的频率
B．光的强度大于光的强度
C．光照射时的逸出功小于光的照射时的逸出功
D．在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流一直会增加
7．如图所示为研究光电效应的电路图。开关闭合后，当用波长为的单色光照射光电管的阴极K时，电流表有示数。下列说法正确的是（　　）
A．让滑片P向D端移动，电流表的示数一定增大
B．增加该单色光的强度，电流表示数一定增大
C．改用波长大于的单色光照射阴极K，电流表一定有示数
D．改用波长小于的单色光照射阴极K，阴极K的逸出功变大
8．如图所示，K是光电管M中逸出功为W的碱金属，G是灵敏电流计，S是双刀双掷开关；若入射光的频率为，电子电量为-e，则以下判断中正确的是（ ）
A．当时，灵敏电流计G中一定有电流通过
B．若，当时，灵敏电流计G示数为零
C．若，当S接a和b且滑线变阻器的滑动端P向右滑动时，灵敏电流计G中的电流会增大
D．若，当S接c和d且滑线变阻器的滑动端P向右滑动时，灵敏电流计G中的电流一定会增大
9．在某次光电效应实验中，得到了入射光频率v与遏止电压Uc的关系如图所示。该直线的斜率为k，截距为b，电子电荷量为e，则下列说法正确的是（　　）
A．实验所用金属材料的逸出功可表示为
B．普朗克常量可表示为ke
C．若换另外一种金属实验，则k会发生变化
D．若换另外一种金属实验，则b不会发生变化
10．图示是研究光电效应现象时，由甲、乙、丙三种光照射同一光电管所得的光电流I与光电管两端所加电压U的关系曲线，由图可知（　　）
A．甲、乙、丙三种光的频率互不相同
B．甲、乙两种光的频率相同，乙光的强度大于甲光的强度
C．丙光的频率大于甲光的频率，其强度一定大于甲光的强度
D．丙光的频率大于乙光的频率，其强度可能小于乙光的强度
11．如图所示，利用光照强度一定、波长为的黄光照射K，电路中的饱和光电流为，已知K的金属材料逸出功为，下列说法正确的是（　　）
A．若改用红光照射K，电路中一定也产生光电流
B．若将滑动变阻器的滑片向右移，电路中光电流一定增大
C．从K逸出的光电子最大初动能为
D．若增大该黄光的光照强度，则电路中的饱和光电流一定大于
12．某同学用某一金属为阴极的光电管观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示，测得该金属的遏止电压与入射光频率之间的关系如图乙所示，已知普朗克常量。则（　　）
A．图甲中电极A为光电管的阴极
B．探究遏止电压与入射光频率关系时，电源的左侧是正极
C．该金属的截止频率为
D．该金属的逸出功为
13．用强度相同的黄光和紫光分别照射同一种金属，都能使该金属发生光电效应。下列判断正确的是：
A．用黄光照射时该金属的逸出功小，用紫光照射时该金属的逸出功大
B．用黄光照时，逸出的光电子最大初动能小，用紫光照时，逸出的光电子最大初动能大
C．用黄光照时，逸出的光电子所需时间短，用紫光照时，逸出的光电子所需时间长
D．用两种光照时，产生的光电流强度相同
14．图甲是探究“光电效应”实验电路图，光电管遏止电压UC随入射光频率的变化规律如图乙所示。下列判断正确的是（　　）
A．入射光的频率不同，遏止电压UC相同
B．入射光的频率不同，光照强度不同，UC-图像的斜率相同
C．图甲所示电路中，当电压增大到一定数值时，电流计将达到饱和电流
D．只要入射光的光照强度相同，光电子的最大初动能就一定相同
15．中国古人对许多自然现象有深刻认识，唐代张志和在《玄真子·涛之灵》中写道：“雨色映日而为虹”．从物理学的角度看，虹是太阳光经过雨滴的两次折射和一次反射形成的，如图是彩虹成因的简化示意图，其中a、b是两种不同频率的单色光，则（　　）
A．a可能是红光，b可能是紫光，在a、b之间形成彩色光带
B．在同种玻璃中传播，a光的传播速度一定大于b光
C．以相同的入射角从水中射向空气，若在空气中只能看到一种光，则一定是a光
D．分别照射同一光电管，若b光能引起光电效应，则a光一定也能
二、填空题（共4题）
16．17世纪，荷兰物理学家__________提出了光的波动说，但由于__________支持微粒说，因而微粒说长期占着主导地位，19世纪观察到了光的__________、__________现象，波动说才得到了公认，后来又发现了__________，证实光具有粒子性，因而光具有__________．
17．用单色光照射某种金属表面发生光电效应。已知单色光的频率为，金属的逸出功为W，普朗克常数为h，光电子的最大初动能为，它们之间关系的表达式______。
18．光电效应方程的理解
（1）Ek为光电子的最大初动能，与_______和_____有关；
（2）若Ek＝0，则_______，此时的ν即为金属的_______。
19．光电效应实验的装置如图所示，现用发出紫外线的弧光灯照射锌板，验电器指针张开一个角度。
（1）锌板带的是______电荷，请解释锌板带电的原因；______
（2）将带负电的金属小球与锌板接触，验电器指针偏角会发生什么变化？______
（3）使验电器指针回到零，改用强度更大的弧光灯或强度更大的红外线灯照射锌板，观察到的实验现象是怎样的？______
三、综合题（共4题）
20．分别用λ和λ的单色光照射同一金属，发出的光电子的最大初动能之比为1∶2，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则此金属板的逸出功是多大？
21．太阳的辐射功率（太阳每秒辐射的能量）为，已知射到大气层的太阳能只有到达地面，另有被大气层吸收和反射，而未到达地面。若射到地球上的太阳光可视为垂直于地球表面，把太阳光看成是频率为的单色光，求地球表面上的面积每秒接收到多少个光子。已知太阳到地球的距离为。（最后结果保留两位有效数字）
22．如图所示，某同学利用下列实验装置研究光电效应。首先，该同学用频率为v1的光照射光电管，此时表中有电流。调节滑动变阻器，使电流表μA示数恰好变为0，记下此时电压表的示数U1。然后，再用频率为v2的光照射光电管，同样调节滑动变阻器，使电流表示数恰好变为0，记下此时电压表的示数U2。已知电子的电荷量大小为e，请根据以上实验步骤∶
（1）推导普朗克常量实验测定值h；
（2）求阴极K金属的极限频率vc；
（3）若阴极材料的极限频率为v0，用频率为v的紫外线照射阴极，并调节滑动变阻器使得阳极A和阴极K之间的电势差为UAK=U0>0，求电子到达A极时的最大动能。
23．铝的逸出功是3.0eV，现在用波长为300nm的光照射铝的表面有光电子逸出，其中普朗克常量，电子的电荷量为。求：
(1)光电子的最大初动能？
(2)金属铝的遏止电压？
(3)铝的截止频率？
参考答案
1．A
【详解】
A．牛顿发现了万有引力定律，A正确；
B．电磁感应定律是法拉第发现的，B错误；
C．光电效应证实了光的粒子性，C错误；
D．相对论和经典力学研究的领域不同，不能说相对论的创立表明经典力学已不再适用，D错误．
2．C
【详解】
光子与电子的碰撞过程中，系统不受外力，也没有能量损失，故系统动量守恒，系统能量也守恒。
光子与电子碰撞后，电子能量增加，故光子能量减小，根据E=hv，光子的频率减小，
根据
知波长变长，即λ<λ′。
A. 能量守恒，动量守恒，且λ=λ′。与上述结论不符，故A错误；
B. 能量不守恒，动量不守恒，且λ=λ′。与上述结论不符，故B错误；
C. 能量守恒，动量守恒，且λλ′。与上述结论相符，故C正确；
D. 能量守恒，动量守恒，且λλ′。与上述结论不符，故D错误。
故选：C.
3．D
【详解】
A．跃迁发出频率不同的光子数共6种，即
A错误；
BC．由图甲可得频率最高的光子能量为，由图乙可得其遏止电压为，则有
解得
光电子最大初动能与入射光的频率是一次函数关系，不成正比，BC错误；
D．由跃迁至、跃迁至、跃迁至的三种光子能量大于逸出功，可使阴极K发生光电效应，D正确。
故选D。
4．B
【详解】
根据光电效应的规律可知，光电子的最大初动能随入射光的频率增加而增大，与入射光的强度无关，则若保持入射光的频率不变，减小入射光的强度，则光电子的最大初动能保持不变，但是单位时间内逸出的光电子数目减小。
故选B。
5．A
【详解】
乙丙两个的遏止电压相等，且大于甲光的遏止电压，根据知乙丙两光照射产生光电子的最大初动能相等，大于甲光照射产生的光电子最大初动能；根据光电效应方程知逸出功相等，知乙丙两光的频率相等，大于甲光的频率；所以乙丙两光的光子能量相等大于甲光的光子能量；甲光频率小于乙丙两光的频率，则甲光的波长大于乙丙两光的波长，故A正确，B、C、D错误；
故选A。
6．A
【详解】
A．根据
可知，入射光的频率越高，对应的截止电压越大。从图象中看出，a光、c光的截止电压相等，所以a光、c光的频率相等，则它们的最大初动能也相等，而b光对应的截止电压最大，所以b光的频率最高，A正确；
B．a光的饱和光电流大于b光，单位时间内逸出a光的光电子数目较多，但是由于a光频率比b光小，则a光的光强不一定大于b光的光强，B错误；
C．金属的逸出功由金属本身决定，与所照射的光无关，C错误；
D．当电压增加使得光电流达到饱和电流后，再增加电压电流也不会增加，D错误。
故选A。
7．B
【详解】
A ．只让滑片P向D端移动，A、K间电压增大，所加电压为正向电压，如果光电流达到饱和值，增加电压，电流表示数也不会增大，A错误；
B．只增加单色光强度，逸出的光电子数增多，光电流增大，B正确；
C．改用波长大于的光照射，光子的能量变小，可能不会发生光电效应，则不一定有光电流，选项C错误。
D．金属的逸出功与入射光无关，选项D错误；
故选B。
8．B
【详解】
AB．由图可知，当开关S向上，电路接入反向的电压时，若，当时，光电子无法到达阳极A，所以灵敏电流计G示数为零，故A错误，B正确；
C．若，当S接a和b时，电路接入反向的电压，滑线变阻器的滑动端P向右滑动时，反向电压增大，灵敏电流计G中的电流一定不会增大，故C错误；
D．当S接c和d电路接入正向的电压，滑线变阻器的滑动端P向右滑动时正向电压增大，若光电流早已达到饱和，则灵敏电流计G中的电流不会增大，故D错误。
故选B。
9．A
【详解】
A．光电效应实验中，入射光频率v与遏止电压Uc的关系是
式中W0为金属的逸出功
联立求解得
选项A正确；
B．普朗克常量可表示为，选项B错误；
C．若换另外一种金属实验，斜率k不变，选项C错误;
D．不同金属的逸出功不同，极限频率不同，若换另外一种金属实验，则b会发生变化，选项D错误。
故选A。
10．D
【详解】
A.根据图像上的遏制电压大小，可知甲、乙两种光的频率相同，丙光的频率大于甲光和乙光的频率，所以A项错误；
B.甲、乙两种光的频率相同，根据甲光的饱和光电流大于乙光的饱和光电流，可知甲光的强度大于乙光的强度，B项错误；
CD.由于光的强度与光子的能量（频率）和光子数有关，而光子数与饱和光电流有关，丙光的频率大于乙光的频率，但是其饱和光电流小于乙光的饱和光电流，所以丙光的强度可能小于乙光的强度，可见C项错误，D项正确。
故选D。
11．D
【详解】
A．红光的频率比黄光频率低，若改用红光照射K，电路中不一定会产生光电流，A错误；
B．将滑动变阻器的滑片向右移，增加了A与K之间的电压，光电流可能会增加，但如果开始就达到了饱和光电流，则再增大A与K之间的电压，光电流也不会再增大，B错误；
C．在光电效应中，根据光电效应方程知，光电子最大初动能
C错误；
D．若增大该黄光的光照强度，光子数目增大，光电子数目会增多，饱和光电流会变大，D正确。
故选D。
12．C
【详解】
A．光照射到阴极K上产生光电子，由此可知A板为光电管的阳极，故A错误；
B．探究遏止电压Uc与入射光频率关系时，要在光电管上加反向电压，则电源的左侧是负极，故B错误；
CD．由爱因斯坦光电效应方程可得
又因为
得
因此当遏制电压为零时
由此，结合图中数据可知该金属的截止频率为5.15×1014Hz，则该金属的逸出功
故C正确，D错误。
故选C。
13．B
【详解】
A．强度相同的黄光和紫光分别照射同一种金属，均能使该金属发生光电效应，知黄光和紫光的频率都大于金属的截止频率，但金属的逸出功与照射光的频率无关，故A错误；
B．根据光电效应方程得，
，
某种金属的逸出功恒定不变，黄光的频率小，紫光的频率大，则紫光照射时逸出的光电子的最大初动能大，故B正确；
C．发生光电效应的时间极短，即逸出光电子在瞬间完成，与光的频率无关，故C错误；
D．光的强度
可知强度相同的黄光和紫光，因黄光的频率小，光子数n较多，理论上一个光子能被一个电子吸收变成光电子，由光电流大小：
可得，单位时间内黄光照射产生的光电子数n较多，其光电流较大，D错误；
故选B。
14．B
【详解】
A．根据可知入射光的频率不同，电子的最大初动能不同，又，所以有
可见入射光的频率不同，遏止电压UC不同，选项A错误；
B．由知UC-图像的斜率
与入射光的频率、光照强度无关，选项B正确；
C．图甲所示电路中，必须把电源正负极反接过来，才能用来验证光电流与电压的关系，即当电压增大到一定数值时，电流计将达到饱和电流，选项C错误；
D．根据可知在入射光频率不同的情况下，光电子的最大初动能不同，与光照强度无关，选项D错误。
故选B。
15．D
【详解】
A．由光路可知，水对a光的偏折程度较大，则a光的折射率较大，a光频率较大，则a光可能是紫光，b光可能是红光，在a、b之间形成彩色光带，选项A错误；
B．根据
可知，在同种玻璃中传播，a光的传播速度一定小于b光，选项B错误；
C．根据
可知，a光的临界角较小，则以相同的入射角从水中射向空气，则首先发生全反射的一定是a光，若在空气中只能看到一种光，一定是b光，选项C错误；
D．因a光的频率大于b光频率，可知分别照射同一光电管，若b光能引起光电效应，则a光一定也能，选项D正确。
故选D。
16．惠更斯 牛顿 干涉 衍射 光电效应 波粒二象性
【详解】
[1][2][3][4][5][6]17世纪，荷兰物理学家惠更斯提出了光的波动说，但由于牛顿支持微粒说，因而微粒说长期占着主导地位，19世纪观察到了光的干涉、衍射现象，波动说才得到了公认，后来又发现了光电效应，证实光具有粒子性，因而光具有波粒二象性。
17．
【详解】
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，已知单色光的频率为，金属的逸出功为W，普朗克常数为k，光电子的最大初动能为Ek，则满足
18．金属的逸出功W0 光的频率ν hν＝W0 截止频率νc
19．正 用紫外线照射锌板，锌板发生光电效应，有光电子射出，锌板失去电子带正电 验电器指针偏角将减小 见解析
【详解】
（1）[1][2]用紫外线照射锌板，锌板发生光电效应，有光电子射出，锌板失去电子带正电。
（2）[3]用带负电的金属小球与锌板接触，因中和导致锌板所带的正电变小，所以验电器指针偏角将减小。
（3）[4]改用强度更大的弧光灯照射锌板，入射光的强度影响单位时间内发出光电子的数目，所以锌板所带的正电变多，验电器的指针偏角将增大；发生光电效应的条件是入射光的频率大于极限频率，红外线照射不一定发生光电效应，所以指针不一定偏转。
20．
【详解】
由光电效应方程可得
由于
所以
21．个
【详解】
设想有一个以太阳中心为球心，以太阳到地球表面距离（近似等于太阳到地球的距离）为半径的大球，这个大球面上单位面积每秒接收到辐射的功率为
式中为太阳的辐射功率，则地球表面上的面积每秒接收到的能量
设地球表面上的面积每秒接收到的光子数为，由于光子的能量为，则
个个
22．（1）；（2）；（3）
【详解】
（1）根据光电效应方程，有
，
则有
联立解得
（2）由于
联立解得
（3）根据光电效应方程，有
联立解得
23．(1)；(2)；(3)
【详解】
(1)频率
金属的逸出功为
根据爱因斯坦光电效应方程可得
(2)遏止电压
(3)由逸出功可得