4.2光电效应 课时提升练-2021—2022学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册（word含答案）

4.2光电效应 课时提升练（含解析）
一、选择题
1．用红光照射某一光电管发生光电效应时，测得光电子的最大初动能为E1；若改用紫光照射该光电管时，测得光电子的最大初动能为E2，则（　　）
A．E2＝E1 B．E2>E1 C．E22．1916年，美国著名实验物理学家密立根完全肯定了爱因斯坦光电效应方程，并且测出了当时最精确的普朗克常量h的值，从而获得1923年度诺贝尔物理学奖。若用如图甲所示的实验装置测量某金属的遏止电压Uc与入射光频率ν，作出如图乙所示的Uc－ν图像，电子电荷量e＝1.6×10－19 C，则下列说法正确的是（　　）
A．图甲中极板A连接电源的正极 B．普朗克常量约为6.64×10－34 J·s
C．该金属的截止频率为5.0×1014 Hz D．该金属的逸出功约为6.61×10－19 J
3．光电管是一种利用光照射产生电流的装置，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 光照 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
由表中数据得出的结论中不正确的是（　　）
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5.0 eV，逸出光电子的最大动能为1.9 eV
D．若入射光子的能量为5.0 eV，相对光强越强，光电流越大
4．用能量为5.0eV的光子照射某金属表面，金属发射光电子的最大初动能为1.5eV，则该金属的逸出功为（　　）
A．1.5eV B．3.5eV C．5.0eV D．6.5eV
5．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．
6．波长约为253nm的紫外线照射口罩可以消毒杀菌，若在一个大小约为180cm2的口罩表面，用在每平方厘米的面积上所发射功率大小为6×10-6W的紫外线垂直照射3s，则3s内照射到口罩上的紫外线光子数约为（已知普朗克常数为6.63×10-34J·s，真空中光速为3×108m/s）（　　）
A．4×1012 B．4×1015 C．1×1016 D．5×1018
7．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．
8．如图所示为研究光电效应现象的实验原理图，用光子能量为4.5eV的紫外线照射光电管阴极K，微安表有示数。闭合开关S，调节滑动变阻器滑片P的位置，当电压表的示数为1.9V时，微安表的示数恰好为零。当改用光子能量为3.0eV的可见光照射光电管阴极K进行实验时，发现微安表的示数也为零，则可能的原因是（　　）
A．阴极K没有发生光电效应
B．滑动变阻器滑片P的位置太靠右
C．没有闭合开关S
D．可见光的光照强度较弱
9．关于光子说对光电效应的解释，下列说法中正确的是（　　）
A．金属内的每个电子一次只能吸收一个光子
B．只要入射光强度足够大，便一定能发生光电效应
C．当入射光频率一定时，入射光越强，光电子的最大初动能就一定越大
D．光电子的最大初动能与入射光的频率、光强均有关
10．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．
11．下列说法正确的是（　　）
A．一切物体都能向外辐射电磁波
B．用蓝光照射某金属时能发生光电效应，则改用红光照射该金属也一定能发生光电效应
C．光电效应中，从金属中逸出的光电子就是光子
D．光电效应和康普顿效应说明光具有波动性
12．赫兹于1887年发现光电效应，爱因斯坦第一次成功地解释了光电效应，以下关于光电效应的说法正确的是（　　）
A．饱和电流与光电管两端加的电压有关，电压越大，饱和电流越大
B．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
C．遏止电压与光电子的最大初动能成正比
D．截止频率与金属的种类无关
13．如图甲所示是研究光电效应实验规律的电路.当用强度一定的蓝光照射到光电管上时，测得电流表的示数随电压变化的图像如图乙所示.下列说法正确的是（　　）
A．照射的蓝光增强，饱和光电流将增大
B．若改用红光照射光电管，一定不会发生光电效应
C．若改用紫光照射光电管，则光电管中金属的逸出功变大
D．若改用紫光照射光电管，图像与横轴交点在左侧
14．真空中有一平行板电容器，两极板分别由铂和钾（其极限波长分别为λ1和λ2）制成，板面积为S，间距为d。现用波长为λ（λ1<λ<λ2）的单色光持续照射两板内表面，则（　　）
A．电容器电容将增加
B．钾板带正电
C．电容器极板最终带电量正比于
D．若将电容器视为电源，其电动势最大值为
15．如图所示，锌板与验电器相连，用紫外线灯照射锌板，发现验电器指针张开一个角度，则（　　）
A．锌板带正电，验电器带正电
B．锌板带正电，验电器带负电
C．若改用红外线照射，验电器指针一定仍张开
D．若改用红外线照射，验电器指针可能不会张开
二、解答题
16．普朗克的能量子假说和爱因斯坦的光子假说的内容是什么？它们分别能解释哪些现象？
17．在光电效应实验中，小明用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线（甲、乙、丙），如图所示。回答下面问题，并说明理由。
(1)甲、乙两种光的频率，哪个大？
(2)乙、丙两种光的波长，哪个大？
(3)乙、丙两种光所对应的截止频率，哪个大？
(4)甲、丙两种光所产生光电子的最大初动能，哪个大？
参考答案
1．B
【详解】
根据光电效应方程
知入射光频率增大，则金属表面逸出的光电子最大初动能增大，即
故B正确，ACD错误。
故选B。
2．C
【详解】
A．实验需要加反向电压，可知极板A接电源负极，A错误；
B．由爱因斯坦光电效应方程得
光电子在电场中做减速运动，由动能定理可得
解得
由题图可知，该金属的极限频率
图像的斜率
代入数据解得
B错误C正确；
D．该金属的逸出功
D错误。
故选C。
3．B
【详解】
A．由于光子的能量
又入射光子的能量不同，故入射光子的频率不同，故A正确，不符合题意；
B．由爱因斯坦光电效应方程
可求出两组实验的逸出功均为3.1 eV，故两组实验所用的金属板材料相同，故B错误，符合题意；
C．由
逸出功W0=3.1 eV可知，若入射光子能量为5.0 eV，则逸出光电子的最大动能为1.9 eV，故C正确，不符合题意；
D．相对光强越强，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，不符合题意。
故选B。
4．B
【详解】
由从金属表面逸出的光电子具有最大的初动能是1.5eV，而入射光的能量为5.0eV，由光电效应方程
解得该金属的逸出功为
故B正确，ACD错误。
故选B。
5．D
【详解】
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。
6．B
【详解】
3s内每平方厘米面积上接收到的紫外线的总能量为
①
设3s内每平方厘米面积上接收到的紫外线光子数为n，则有
②
3s内照射到整个口罩上的紫外线光子数为
③
联立①②③并代入数据解得
故选B。
7．D
【详解】
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。
8．B
【详解】
A．由题意可知，用光子能量为4.5eV的紫外线照射光电管阴极K时，光电子的最大初动能为
可得阴极K的逸出功为
当改用光子能量为3.0eV的可见光照射光电管阴极K进行实验时，因为3.0eV＞W0，所以阴极K能发生光电效应，故A错误；
B．根据电路连接方式可知，滑动变阻器的滑片P位置越靠右，光电管两端的反向电压越大，当这个反向电压大于遏止电压时，具有最大初动能的光电子也无法到达阳极A，从而使微安表的示数为零，所以微安表的示数为零的原因可能是滑动变阻器滑片P的位置太靠右，故B正确；
C．若没有闭合开关S，则光电管两端反向电压为零，微安表应有示数，故C错误；
D．光电子的最大初动能与入射光的光照强度无关，在发生光电效应的情况下，即使可见光的光照强度很弱也会有光电子逸出从而形成光电流，故D错误。
故选B。
9．A
【详解】
A．根据光电效应的规律，一个电子一次只能吸收一个光子，选项A正确；
B．能否发生光电效应与入射光的强度无关，只与入射光的频率有关，只有当入射光的频率大于金属的极限频率时才能发生光电效应，选项B错误；
CD．由光电效应方程
知入射光频率越大，光电子的最大初动能就一定越大，与光的强度无关，选项CD错误。
故选A。
10．B
【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。
11．A
【详解】
A．我们周围的一切物体都在向外辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，这种辐射叫热辐射，故A正确；
B．红光的频率小于蓝光的频率，所以红光的频率有可能小于金属的极限频率，不一定能发生光电效应，故B错误；
C．光电效应中，从金属逸出的光电子就是电子，故C错误；
D．光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性，故D错误。
故选A。
12．C
【详解】
A．饱和电流与光电管两端加的电压无关，只与光照强度有关，A错误；
B．根据光电效应方程
可知，光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系，不是正比关系，B错误；
C．根据动能定理可知
可知，遏止电压与光电子的最大初动能成正比，C正确；
D．截止频率与金属的种类有关，D错误。
故选C。
13．AD
【详解】
A．根据光电效应方程：
得知，照射的蓝光增强，则单位时间内产生的光电子数目增大，饱和光电流将增大，故A正确。
B．红光的频率小于蓝光的频率，红光照射不一定发生光电效应，但不是一定不会发生光电效应．故B错误；
C．光电管中金属的逸出功的大小是由材料本身决定的，与入射光的频率无关．故C错误；
D．紫光的频率大于蓝光的频率，则光电子的最大初动能增大，所以反向遏止电压增大，图象与横轴交点在蓝光照射时的左侧．故D正确。
故选AD。
14．BD
【详解】
A．电容器的电容是由本身的结构决定的，则用单色光持续照射两板内表面，则电容器电容不变，A错误；
B．因单色光的波长为λ（λ1<λ<λ2），小于钾的极限波长，可知单色光能使钾极板发生光电效应，打出电子，则钾板带正电，B正确；
CD．电子从钾金属板飞出时的动能为
公式中W2为钾金属的逸出功。光电子不断从钾极板发出，又不断到达铂极板，使电容器带电不断增加，电压也不断增大，这个电压是使光电子减速的反向电压。当某时刻，光电子恰好到达铂极板时其速度减为零，则电容器的电量达到最大值
Q=CU
（这里的电压U相当于反向截止电压。）
由动能定理可得
若将电容器视为电源，其电动势最大值为
平行板电容器的电容
C错误，D正确。
故选BD。
15．AD
【详解】
AB．用紫外线照射锌板时，发现验电器指针张开一个角度，说明发生了光电效应，有电子从锌板逸出，锌板失去电子带正电，所以验电器带正电而张开一定角度，锌板、验电器均带正电，选项A正确，B错误；
CD．若改用红外线照射，能量减小，不一定能使锌板发生光电效应，故验电器指针可能不会张开，选项C错误，D正确。
故选AD。
16．见解析
【详解】
普朗克能量子假设:1900年，德国物理学家普朗克通过对黑体辐射现象的深入研究，对黑体辐射中的能量提出了著名的能量子假设:黑体辐射或吸收电磁波的能量是不连续的，它是以能量子hv为基本单元来吸收或发射能量的，即能量为E=nhv，式中v是电磁波的频率，h称为普朗克常量，n可以取正整数。
爱因斯坦光子假设:为了克服经典理论所遇到的困难，从理论上解释光电效应，爱因斯坦提出了光子假设:光束可以看成是由微粒构成的粒子流，这些粒子叫光量子简称光子。在真空中，每个光子都以光速c运动。这些频率为v的光量子的能量为hv。
区别:两人所研究对象不同，普朗克把黑体内谐振子的能量看作是量子化的，它们与电磁波相互作用时吸收和发射的能量也是量子化的，可以解释黑体辐射;爱因斯坦认为，空间存在的电磁波的能量本质就是量子化的，可用于解释光电效应和康普顿效应。
17．(1)乙光；(2)丙；(3)一样大；(4)一样大
【详解】
(1)根据光电效应方程
结合及相同光电管的逸出功相同，可知乙光的频率大于甲光的频率。
(2)从(1)可知，乙光的频率大于丙光的频率，根据可知，丙光的波长较长。
(3) 截止频率由金属决定，与入射光无关，所以对两种光来说，截止频率一样。
(4)甲丙对应的遏止电压相同，说明两种光的频率一样，根据光电效应方程可知，当两种光照射同一光电管时，甲、丙两种光所产生光电子的最大初动能一样大。