6.2光电效应的理论解释 自主提升过关练（word含解析）

6.2光电效应的理论解释 自主提升过关练（含解析）
一、选择题
1．按照普朗克的能量子假说，微观粒子的能量是不连续的，每一份能量子的能量为（其中h=6.63×10-34），那么，对应于7.4×10-19J的能量子，其电磁辐射的频率和波长是（　　）
A．1.34×10-7Hz，2.24×1015m
B．2.68×10-7Hz，1.12×1015m
C．2.24×1015Hz，1.34×10-7m
D．1.12×1015Hz，2.68×10-7m
2．用同种频率的单色光分别照射甲、乙两种不同阴极材料的光电管，发现甲装置的遏止电压高于乙装置的遏止电压，下列说法正确的是（　　）
A．照射甲装置的入射光光强一定大于照射乙装置的入射光光强
B．甲装置中光电子的最大初动能一定小于乙装置中光电子的最大初动能
C．甲装置的逸出功一定大于乙装置的逸出功
D．甲装置的截止频率一定小于乙装置的截止频率
3．光电管如图所示，用某频率的单色光照射密封在真空管中的左侧极板，发生光电效应，经过一段时间，A、B两端电压保持稳定，下列说法正确的是（　　）
A．B端电势高于A端电势
B．若仅增大单色光的光强，A、B两端电压增大
C．若换频率更小的单色光照射，A、B两端电压可能为零
D．若换频率更大的单色光照射，A、B两端电压减小
4．用如图甲所示的装置研究光电效应现象，闭合开关S，用频率为v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Ek与入射光频率的关系图像，图线与横轴的交点坐标为（a，0），与纵轴的交点坐标为（0，-b），下列说法中正确的是（　　）
A．普朗克常量为
B．断开开关S后，电流表G的示数为零
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G的示数减小
5．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
6．用某金属进行光电效应实验时，得到光电子的最大初动能Ek与入射光的频率v的关系图线如图所示图线在两坐标轴上的截距分别为a、﹣b（b＞0），图线的斜率为k。若换用逸出功较大的金属进行实验，在同一坐标系中绘制该金属的Ek﹣v图线，该图线在两坐标轴上的截距分别a′、﹣b（b＞0），图线的斜率为k’，则（　　）
A．a′＞a B．b′＝b C．k′＜k D．k′＞k
7．如图所示，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，其截止频率，保持入射光不变，则光电子到达A极时动能的最大值随电压U变化关系的图像是（　　）
A．B．C．D．
8．光刻机是制造芯片的核心装备，利用光源发出的紫外线，将精细图投影在硅片上，再经技术处理制成芯片。为提高光刻机清晰投影最小图像的能力，在透镜组和硅片之间充有液体。紫外线进入液体后与其在真空中相比（　　）
A．波长变短 B．光子能量增加 C．频率降低 D．传播速度增大
9．在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法中正确的是（　　）
A．增大入射光的强度，光电流不变
B．减小入射光的强度，光电效应现象消失
C．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应
D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大
10．如图所示的装置可以利用光电管把光信号转换为电信号，A和K分别是光电管的阳极和阴极，电源电压为U，用发光功率为P的激光器发出频率为的光全部照射在K上。两平行光滑金属轨道倾角为 ，导轨间距为d，平行导轨间存在着垂直于轨道平面向上的有界匀强磁场，磁感应强度为B，导体棒垂直导轨放置且恰好能静止在磁场中。已知阴极K材料的逸出功为W0，普朗克常量为h，电子电荷量为e。假设每个入射的光子会产生1个光电子，所有的光电子都能到A，则下列判断正确的是（　　）
A．光电子到达A时的最大动能
B．光电子到达A时的最小动能
C．回路的电流为
D．导体棒受到的安培力方向沿斜面向上
11．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
12．在光电效应实验中，用单色光照射光电管阴极，发生了光电效应，要使光电管中的电流增大，下列做法正确的是（　　）
A．保持入射光的频率不变，增加照射时间
B．保持入射光的频率不变，增大光的强度
C．保持入射光的强度不变，增加照射时间
D．保持入射光的强度不变，增大光的频率
13．用如图甲所示的装置研究某种金属发生光电效应时的规律：保持入射光不变，向右移动滑动变阻器滑片，读出多组电压表和电流表读数，得到图乙：向右移动滑动变阻器的滑片，读出电流表示数刚好为零时的电压表示数，改变入射光的频率得到多组数据，画出图丙，则（　　）
A．图丙图线的斜率等于普朗克常数
B．该金属的截止频率是
C．图乙入射光的频率为
D．图乙光照条件下饱和光电流为
14．下列说法正确的是（　　）
A．一个电子在平行于纸面的平面内沿逆时针方向做匀速圆周运动，电子在其圆心处产生的磁感应强度方向垂直于纸面向里
B．物体受迫振动的振幅随驱动力频率的增加而一直增大
C．磁感应强度为的匀强磁场中放一根与磁场方向垂直的通电导线，它的电流为，导线长，它受到的磁场力为
D．波长为的单色光的光子能量约为（）
15．已知某单色光的波长为，频率为v，真空中光速为c，普朗克常量为h，则电磁波辐射的能量子ε的值为（　　）
A．hv B． C． D．
二、解答题
16．铝的逸出功是W0，现在将波长λ0的光照射铝的表面（普朗克常量为h，电子电荷量为e）。
（1）求光电子的最大初动能；
（2）求遏止电压。
17．利用如图甲所示的实验装置观测光电效应，已知实验中测得某种金属的遏止电压Uc与入射频率v之间的关系如图乙所示，电子的电荷量为，求：
（1）普朗克常量h；
（2）该金属的逸出功W0；
（3）若电流表的示数为10 ，则每秒内从阴极发出的光电子数的最小值为多少？
参考答案
1．D
【详解】
根据
对应于7.4×10-19J的能量子，其电磁辐射的频率
根据
得波长
故选D。
2．D
【详解】
A．根据爱因斯坦光电效应方程可知
当入射光频率相同时，遏止电压取决于阴极材料的逸出功，与入射光光强无关，且由题意可知甲装置中光电子的最大初动能一定大于乙装置中光电子的最大初动能，甲装置的逸出功一定小于乙装置的逸出功，故ABC错误；
D．根据
可知甲装置的截止频率一定小于乙装置的截止频率，故D正确。
故选D。
3．C
【详解】
A．B端电势低于A端电势，故A错误；
B．仅增大单色光的光强，A、B两端电压不变，故B错误；
C．换频率更小的单色光照射，入射光频率低于极限频率时，可能不发生光电效应，A、B两端可能电压为零，故C正确；
D．换频率更大的单色光照射，A、B两端电压增大，故D错误。
故选C。
4．D
【详解】
A．根据
得，纵轴截距的绝对值等于金属的逸出功，即
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
那么普朗克常量为
故A错误；
B．电键S断开后，因光电效应现象中，光电子存在最大初动能，因此电流表G的示数不为零，故B错误；
C．根据光电效应方程可知，入射光的频率与最大初动能有关，与光的强度无关，故C错误；
D．保持照射光强度不变，仅提高照射光的频率，单个光子的能量将会增大，而光的强度不变，那么光子数一定会减少，发出的光电子数也会减少，电流表G的示数就会变小，故D正确。
故选D。
5．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。
6．A
【详解】
由光电效应方程
Ekm＝hν﹣W
可知图象的斜率为普朗克常量h，故斜率不变
k＝k'
在同一坐标系中绘制逸出功较大的金属的Ekm﹣v图象，该图象一定在题图的右方，即a'＞a，b'＞b，故BCD错误，A正确。
故选A。
7．C
【详解】
光电管所加电压为正向电压，则根据爱因斯坦光电效应方程可知光电子到达A极时动能的最大值
可知图像的斜率相同，均为e；截止频率越大，则图像在纵轴上的截距越小，因，则图像C正确，ABD错误。
故选C。
8．A
【详解】
紫外线进入液体后与真空相比，频率不变，传播速度减小，根据
可知波长变短；根据
可知，光子能量不变。
故选A。
9．D
【详解】
A．光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，能否发生光电效应，与入射光的强度无关，与光照时间也无关，当发生光电效应时，增大入射光的强度，则单位时间内逸出的光电子数增加，则光电流会增大，故A错误；
B．入射光的频率大于金属的极限频率，才会发生光电效应，与入射光的强度无关，故B错误；
C．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，当频率小于ν，但不一定小于极限频率时，仍然可以发生光电效应，故C错误；
D．在光电效应中，根据光电效应方程知
Ekm＝hν－W0
入射光的频率越高，光电子最大初动能越大，故D正确。
故选D。
10．D
【详解】
AB．根据光电效应方程可知，逸出的电子在电场中加速向A运动，根据动能定理得
可解得
因为光子从K射出的最小动能为0，所以光电子到达A时的最小动能
故AB错误；
C．设每秒钟到达K极的光子数量为，由能量关系知
每秒钟逸出光电子个数为个，则回路的电流强度为
解得
故C错误；
D．根据左手定则可知导体棒受到的安培力方向沿斜面向上，故D正确。
故选D。
11．C
【详解】
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。
12．B
【详解】
A．保持入射光的频率不变，增加照射时间只能增加产生光电效应的时间，与饱和光电流无关，故A错误；
B．保持入射光的频率不变，光照强度增大，单位时间内照射到金属表面的光子数目增大，因此单位时间内产生的光电子数目增大，即饱和电流增大，故B正确；
C．结合B的方向可知，保持入射光的强度不变，不能判断出是否增大饱和光电流，故C错误；
D．保持入射光的强度不变，增大光的频率，则单个的光子的能量增大，所以单位时间内入射的光子的数目减少，所以单位时间内产生的光电子减少，所以饱和光电流减小，故D错误；
故选B。
13．BC
【详解】
A．由
得
可知
图丙图线的斜率等于，故A错误；
B．由
结合图象丙可知该金属的截止频率是，故B正确；
C．由图乙可知当反向电压为0.5V时，电流为零，由
则
故C正确；
D．图乙光照条件下电压为反向电压，饱和电流需要在正向电压的情况下使得电流不能增大，D错误。
故选BC。
14．AD
【详解】
A．一个电子在平行于纸面的平面内沿逆时针方向做匀速圆周运动，等效为顺时针方向的环形电流，由安培定则可知，电子在其圆心处产生的磁感应强度方向垂直于纸面向里，A正确；
B．当驱动力的频率接近物体的固有频率时，物体做受迫振动的振幅增大，当驱动力的频率远离固有频率时，物体做受迫振动的振幅减小，B错误；
C．磁感应强度为的匀强磁场中放一根与磁场方向垂直的通电导线，它的电流为，导线长，它受到的磁场力为
C错误；
D．波长为的单色光的光子能量为
代入数据解得
D正确。
故选AD。
15．AC
【详解】
根据
联立可得
所以AC正确；BD错误；
故选AC。
16．（1）；（2）
【详解】
（1）入射光的频率为
则光电子最大初动能为
（2）根据动能定理有
解得遏止电压为
17．（1）；（2）；（3）6.25×1013个。
【详解】
（1）由爱因斯坦光电效应方程可知
知题图乙图线的斜率
则普朗克常量
（2）该金属的逸出功为
（3）每秒内发出的光电子的电荷量为
而
故每秒内至少发出个光电子。