第四章第2节光电效应基础练习（Word版含答案）

2021新教材版选择性必修第三册 第四章 第2节 光电效应 基础练习
一、多选题
1．如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率的关系图像．由图像可知（ ）
A．该金属的逸出功等于E
B．该金属的逸出功等于
C．入射光的频率为时，产生的光电子的最大初动能为E
D．入射光的频率为时，产生的光电子的最大初动能为
E.由该图像可得出普兰克常量
2．在做光电效应的实验时，某种金属被光照射发生了光电效应，实验测得光电子的最大初动能与入射光的频率的关系如图所示，由实验图象可求出
A．该金属的极限频率和极限波长
B．普朗克常量
C．该金属的逸出功
D．单位时间内逸出的光电子数
E.任意入射光频率v时逸出的光电子的动能
3．利用光电效应可以把光信号转变为电信号，动作迅速灵敏，因此利用光电效应制作的光电器件在工农业生产、科学技术和文化生活领域内得到了广泛的应用，其中光电管就是应用最普遍的一种光电器件．把光电管接入如图所示的电路中．闭合电键S，用波长为λ的单色光照射光电管时发生了光电效应，下列说法正确的是
A．照射的单色光越强，饱和光电流将越大
B．若用波长更长的单色光照射光电管，则光电管中金属的逸出功越大
C．若把滑片C向左滑动，电流表G的示数一定增大
D．若把电源正负极反接，电流表G的示数可能为零
4．为了验证光的波粒二象性，在双缝干涉实验中将光屏换成照相底片，并设法减弱光的强度，下列说法正确的是(　　)
A．使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间足够长，底片上将出现双缝干涉图样
B．使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间很短，底片上将出现不太清晰的双缝干涉图样
C．大量光子的运动显示光的波动性
D．光只有波动性没有粒子性
5．某同学研究光电效应的实验电路如图所示，用不同的光分别照射密封管真空管的钠阴极（阴极K），钠阴极发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流，实验得到了三条光电流与电压之间的关系曲线（为甲光、乙光、丙光），如图所示，则以下说法正确的是（ ）
A．甲光的强度大于乙光的强度
B．乙光的频率小于丙光的频率
C．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率
D．甲光对应的光电子最大初速度大于乙光的光电子的最大初动能
6．关于光的波粒二象性的叙述中正确的是（ ）
A．光有波动性，又有粒子性，这是相互矛盾、不统一的
B．频率较低的光子往往显示波动性，频率较高的光子往往显示粒子性
C．大量光子产生的效果往往显示波动性，个别光子产生的效果往往显示粒子性
D．任何光现象都能明显地显示波动性与粒子性
7．下列说法正确的有（　　）
A．光电效应现象揭示了光的粒子性
B．随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释
D．光电效应中产生的光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
8．下列说法正确的是（ ）
A．、射线均是来自原子核的高频电磁波，且射线的频率高于射线的频率
B．声波从空气传入水中，声波的波长与波速都变小
C．在LC振荡电路中，当电流最大时，线圈两端电势差最小
D．光电效应实验和康普顿效应证实光具有粒子性
9．A、B两种单色光从水中射向空气，发生全反射的临界角分别为α、β，。下列说法正确的是（　　）
A．A、B分别用同一套双缝干涉实验装置进行实验，A光的干涉条纹间距比B光大
B．A光在水中的传播速度比B光小
C．用强度相同的A、B光束照射同一种金属，都有光电子飞出，则A光的饱和电流大，B光的遏止电压大
D．A光子的动量比B光子大
10．如图所示的光电管，阴极K的极限频率为v0，现用频率为v（v > v0）的光照射在阴极上，下列说法正确的有
A．照射光强度越大，单位时间内产生的光电子数目就越多
B．阴极材料的逸出功等于hv
C．当在A、K之间加U的反向电压时，光电流恰好为零，则光电子的最大初动能为eU
D．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2倍
11．如图甲为研究光电效应的实验装置，用频率为的单色光照射光电管的阴极K，得到光电流I与光电管两端电压U的关系图线如图乙所示。已知电子电荷量的绝对值为e，普朗克常量为h，则（　　）
A．测量遏止电压UC时开关S应扳向“2” B．只增大光照强度时，图乙中UC的值会增大
C．只增大光照强度时，图乙中I0的值会增大 D．阴极K所用材料的极限频率为
12．如图所示电路可研究光电效应规律，图中标有A和K为光电管，其中A为阳极，K为阴极。理想电流计可检测通过光电管的电流，理想电压表用来指示光电管两端的电压。现接通电源，用光子能量为10.5 eV的光照射阴极K，电流计中有示数，若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动，电流计的读数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为6.0 V，现保持滑片P位置不变，以下判断正确的是（　　）
A．光电管阴极K射出的光电子是具有瞬时性的
B．光电管阴极材料的逸出功为4.5 eV
C．若增大入射光的强度，电流计的读数不为零
D．若用光子能量为12 eV的光照射阴极K，光电子的最大初动能一定变大
二、单选题
13．下列几种说法中有一种是错误的，它是（ ）
A．大如太阳、地球等这些宏观的运动物体也具有波动性，这种波是物质波
B．光子与物质微粒发生相互作用时，不仅遵循能量守恒，还遵循动量守恒
C．光子与光电子是同一种粒子，它们对应的波也都是概率波
D．核力是一种强相互作用力，热核反应中库仑力做功与核力做功相比能忽略
14．下列说法中正确的是（　　）
A．原子的特征光谱是由原子核内部的变化引起的
B．物理学中，合力、交变电流有效值所共同体现的物理思维方法是等效替代法
C．光电效应现象中逸出的电子是原子核内中子转变成质子时产生的
D．牛顿在著名的斜面实验中，让小球分别沿倾角不同、阻力很小的斜面从静止开始滚下，他通过实验观察和逻辑推理，得出位移与时间的平方是成正比的
15．1985年华裔物理学家朱棣文成功利用激光冷冻原子，现代激光致冷技术可实现10-9K的低温。一个频率为的光子被一个相向运动的原子吸收，使得原子速度减为零，已知真空中光速为c，根据上述条件可确定原子吸收光子前的（　　）
A．速度 B．动能 C．物质波的波长 D．物质波的频率
16．如图所示，为氢原子的能级示意图：a表示从能级跃迁到时辐射的光子；b表示从能级跃迁到时辐射的光子；c表示从能级跃迁到时辐射的光子。则以下说法正确的是（　　）
A．玻尔的原子能级模型可以解释所有原子辐射光子的规律
B．若b光可使某金属发生光电效应，则a光也一定可以
C．若有一个处于能级的氢原子向低能级跃迁，则该氢原子只能发出a、b、c三种光子的其中一种
D．若有一群处于能级的氢原子向低能级跃迁，则这些氢原子最多可辐射出10种不同频率的光子
17．图为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于n＝3的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子，用这些光照射逸出功为2.49 eV的金属钠，下列说法正确的是(　　)
A．金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为9.60 eV
B．金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为11.11 eV
C．这群氢原子能发出3种频率不同的光，其中从n＝3跃迁到n＝2所发出的光波长最小
D．这群氢原子能发出3种频率不同的光，其中从n＝3跃 迁到n＝1所发出的光频率最小
18．下列说法正确的是（　　）
A．“康普顿效应”说明光具有能量，“光电效应”说明光具有动量
B．目前的核电站、核潜艇在利用核能时，发生的核反应方程均是
C．对于某种金属来说，其发生光电效应的极限频率是恒定的，且与入射光的强度无关
D．中子与质子结合成氘核时，需要吸收能量
19．用波长为300nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10-19J，已知普朗克常量为6. 63×10-34J.s，真空中的光速为3×108m/s，能使锌产生光电效应单色光的最低频率（ ）
A．1×1014Hz
B．8×1015Hz
C．.2×1015Hz
D．8×1014Hz
三、解答题
20．铝的逸出功Wo=6.72×10﹣19J，现将波长λ=200nm的光照射铝的表面．求：
①光电子的最大初动能（普朗克常量h=6.63×10﹣34J s）．
②若射出的具有最大初动能的光电子与一静止的电子发生正碰，则碰撞中两电子电势能增加的最大值是多少？
试卷第1页，共3页
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参考答案
1．ABC
【解析】
【详解】
AB．根据
得，金属的截止频率等于，纵轴截距的绝对值等于金属的逸出功，逸出功等于E，则，AB正确；
C．根据光电效应方程有
其中W0为金属的逸出功
所以有
由此结合图象可知，该金属的逸出功为E，或者，当入射光的频率为时，带入方程可知产生的光电子的最大初动能为E，C正确；
D．入射光的频率时，小于极限频率，不能发生光电效应，D错误；
E．由
可知，图像的斜率等于h，则由该图像可得出普兰克常量h=，E错误。
故选ABC。
【点睛】
此题关键是根据光电效应方程EKm=hv-W得出最大初动能与入射光频率的关系，结合图线的斜率和截距进行分析．
2．ABC
【详解】
AC．根据得，纵轴截距的绝对值等于金属的逸出功，等于E．当最大初动能为零时，入射光的频率等于截止频率，所以金属的截止频率为．由，可求得极限波长，故A、C正确．
B．逸出功等于E，则，所以或通过图线的斜率求出故B正确．
D．单位时间内逸出的光电子数，与入射光的强度有关，故D错误．
E．只有当入射光频率大于极限频率，即要能发生光电效应现象时，才能有入射光的频率与逸出的光电子的动能关系，故E错误；
故选ABC．
【点睛】
解决本题的关键掌握光电效应方程，知道最大初动能与入射光频率的关系，同时理解光电效应产生的条件．
3．AD
【详解】
发生光电效应时，保持入射光的频率不变，饱和光电流随入射光强度的增大而增大，A正确；金属的逸出功于入射光的频率（波长）无关，由金属本身决定，B错误；若把滑片C向左滑动，当电流达到饱和电流后，电流不在随电压的增大而增大，C错误；若把电源正负极反接，则电压为遏制电压，当遏制电压与电子电量的乘积大于光电子的最大初动能时，光电子不能到达阳极，光电流为0，D正确．
4．AC
【详解】
使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上会出现双缝干涉图样，如果时间很短，少量光子到达底片上，由于光波是概率波，光子的行为是随机的，则底片上不会出现双缝干涉图样，故A正确，B错误；光波是一种概率波，光子落在光屏上各点的概率是不同的．单个光子通过双缝后打在底片的情况呈现出随机性，大量光子通过双缝后打在底片上的情况呈现出规律性．所以个别光子的运动体现粒子性，大量光子的运动体现波动性，故C正确；光既具有波动性又具有粒子性，故D错误．
5．AB
【解析】
【详解】
由图可知甲光和乙光对应的反向截止电压相等，且小于丙光的反向截止电压，因此甲乙光频率相等，小于丙光的频率，B正确；在频率相等时，光的强度越大，则饱和光电流越大，A正确；截止频率由金属决定，与照射光无关，C错误；由光电效应方程可知甲光对应的光电子的最大初动能与乙光的光电子最大初动能相等，D错误．
6．BC
【详解】
波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著．故A错误；大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性；高频光波长短光的粒子性显著，低频光波长长光的波动性显著．故BC正确；光的波长越长，越容易衍射，其波动性越明显；波长越短，越不容易衍射，其粒子性越显著，故D错误；故选BC．
点睛：在宏观世界里找不到既有粒子性又有波动性的物质，同时波长长的可以体现波动性，波长短可以体现粒子性．
7．AB
【详解】
A．光电效应现象揭示了光的粒子性，故A正确；
B．随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故B正确；
C．黑体辐射的实验规律可用能量量子化解释，故C错误；
D．根据，光电效应中产生的光电子的最大初动能不与入射光的频率成正比，故D错误。
故选AB。
8．CD
【解析】
【详解】
A.射线是来自原子核的高频电磁波，而射线是高速的电子流，来自衰变，A错误；
B.波的频率是由波源决定的，故当声波由空气进入水中，频率不变。声波从空气传入水中，波速变大，由波速公式得知，声波的波长变长，B错误；
C.电容器充电的过程，磁场能转化为电场能，电流在减小，线圈中电流产生的磁场的磁感应强度减小，而电压在增大；当电压达到最大值时，充电完毕，电流强度零；电容器放电的过程，电场能转化为磁场能，电流在增大，线圈中电流产生的磁场的磁感应强度增大，而电压在减小；当放电完毕时，电流强度最大，线圈两端电势差最小为0，C正确；
D.光电效应和康普顿效应说明了光具有粒子性，同时没有否定波动性，D正确．
【点睛】
该题考查多个不同的知识点，解决本题的关键知道在LC振荡电路中，当电容器充电时，电流在减小，电容器上的电荷量增大，磁场能转化为电场能；当电容器放电时，电流在增大，电容器上的电荷量减小，电场能转化为磁场能．
9．AC
【详解】
A．由题意可知，两种单色光发生全反射的临界角分别为α、β
则根据
可知
又折射率越大，光的频率越高，则可知
A、B分别用同一套双缝干涉实验装置进行实验，则干涉条纹间距为
则
即A、B分别用同一套双缝干涉实验装置进行实验，A光的干涉条纹间距比B光大，所以A正确；
B．由A选项分析可知
根据
可得
即A光在水中的传播速度比B光大，所以B错误；
C．由A选项分析可得
那么相同强度的A、B光束中含有的光子数不同，A光的光子数大于B光的光子数，所以A光的饱和电流大，而遏制电压的大小取决于光的频率，所以B光的遏制电压大，所以C正确；
D．光子的动量为
由A选项分析可得
则
即A光子的动量比B光子小，所以D错误。
故选AC。
10．AC
【解析】
【详解】
在光电效应现象中，当频率一定时，单位时间内逸出的光电子数与光的强度成正比，故A正确；逸出功W=hv0，B选项错误；若加反向电压U，光电流恰好为零，由动能定理可得，，故C选项正确；根据光电效应方程，有，显然， 与v不成正比，但随v的增大而增大，D选项错误
故选AC。
11．CD
【详解】
A．开关S应扳向1，光电子在电场中减速运动，当到达另外一端时速度恰好减少为0，这时电压被称为遏止电压，故A错误；
B．根据动能定理有
结合爱因斯坦光电效应方程
可知UC的值只与光照频率有关，与光照强度无关，故B错误；
C．只增大光照强度时，k极发射电子数会增多，图乙中I0的值会增大，故C正确；
D．根据动能定理有
结合爱因斯坦光电效应方程
联立解得
故D正确。
故选CD。
12．ABD
【详解】
A．射出的光电子是具有瞬时性的，故A正确；
B．电流计的读数恰好为零，此时电压表的示数为6.0V，根据动能定理得
再根据光电效应方程知
故B正确；
C．光电效应产生光电子的最大初动能与入射光的强度无关，与入射光的频率有关，故C错误；
D．增大入射光的光子能量，根据光电效应方程
知，光电子的最大初动能变大，故D正确。
故选ABD。
13．C
【详解】
试题分析：大如太阳、地球等这些宏观的运动物体也具有波动性，这种波是物质波；故A正确；光子与物质微粒发生相互作用时，不仅遵循能量守恒，还遵循动量守恒；故B正确；光子是光的组成部分，而光电子是电子；故二者不相同；故C错误；根据核力的特点可知，核力是一种强相互作用力，热核反应中库仑力做功与核力做功相比能忽略；故D正确；本题选错误的，故选C．
考点：物质波；核力；概率波
【名师点睛】本题考查光的波粒二象性等知识点的内容，属于对基础知识的考查，要注意明确物质波、光子及光电子等的区别．
14．B
【解析】
【详解】
A．原子发光是原子跃迁形成的，即电子从高能级向低能级跃迁，释放的能量以光子形式辐射出去，没有涉及到原子核的变化，A错误；
B．物理学中，合力、交变电流有效值所共同体现的物理思维方法是等效替代法，B正确；
C．光电效应现象中逸出的电子是核外的电子，不是原子核内部的反应，C错误；
D．伽利略在著名的斜面实验中，让小球分别沿倾角不同、阻力很小的斜面从静止开始滚下，他通过实验观察和逻辑推理，得出位移与时间的平方是成正比，D错误．
15．C
【详解】
C．光子碰撞前动量
光子被吸收过程，动量守恒，由题意知原子碰前的动量大小与光子动量大小相等，即，又满足
联立可求得原子吸收光子前的物质波的波长，C正确；
BD．由及可知，要求得原子吸收光子前的动能E、物质波的频率，还需知道原子的质量m，BD错误。
A．由可知无法求出原子吸收光子前的速度，A错误；
故选C。
16．D
【详解】
A．玻尔的原子能级模型只能解释氢原子的光谱规律，选项A错误；
B．a光的能量比b光的能量小，不一定能使该金属发生光电效应，选项B错误；
C．一个能级的氢原子向低能级跃迁，最多能辐射出4种光子，选项C错误；
D．从跃迁到，最多可辐射出10种不同频率的光子，选项D正确。
故选D。
17．A
【解析】
【详解】
AB．从n=3跃迁到n=1辐射的光子能量最大，发生光电效应时，产生的光电子最大初动能最大，光子能量最大值为，根据光电效应方程得
A正确B错误；
CD．这群氢原子能发出三种频率不同的光，根据玻尔理论（m＞n）得知，从n=3跃迁到n=1所发出的光能量最大，由得知，频率最高，波长最短，CD错误．
故选A.
18．C
【详解】
A．“康普顿效应”说明光具有动量，“光电效应”说明光具有能量，故A错误；
B．目前的核电站、核潜艇在利用核能时，发生的核反应方程均是核裂变方程，故B错误；
C．对于某种金属来说，其发生光电效应的极限频率只和金属本身有关，是恒定的，与入射光的强度无关。故C正确；
D．中子与质子结合成氘核时，核聚变放出能量，故D错误。
故选C。
19．D
【详解】
根据光电效应方程
逸出功
，
可知
代入数据可知：
故D正确，ABC错误
20．①光电子的最大初动能3.225×10﹣19J；②碰撞中两电子电势能增加的最大值是1.6×10﹣19J．
【解析】
试题分析：根据爱因斯坦光电效应方程求解光电子的最大初动能；再由动量守恒定律，结合动能表达式，即可求解．
解：①根据爱因斯坦光电效应方程得：
光电子的最大初动能为Ek=hν﹣W0；
且ν=
解得：Ek=3.225×10﹣19J
②增加的电势能来自系统损失的动能，发生完全非弹性碰撞时电势能最大
由动量守恒 mv0=2mv；
损失的动能：△Ek=mv02﹣mv2=1.6×10﹣19J
答：①光电子的最大初动能3.225×10﹣19J；②碰撞中两电子电势能增加的最大值是1.6×10﹣19J．
【点评】本题是光电效应规律和动量守恒的应用问题，注意单位的统一及运算的正确性．
答案第1页，共2页
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