6.2光电效应的理论解释 课时提升练-2021-2022学年高二下学期物理沪教版（2019）选择性必修第三册（word含答案）

6.2光电效应的理论解释 课时提升练（含解析）
一、选择题
1．智能手机带有感光功能，可以自动调整屏幕亮度，其光线传感器的工作原理是光电效应。在光电效应中，当一定频率的光照射某种金属时，实验得到的遏止电压与入射光的频率的关系如图所示，其横截距为a，纵截距为，元电荷电量为e。下列说法正确的是（　　）
A．遏止电压与入射光的频率成正比 B．金属的截止频率为b
C．金属的逸出功为 D．普朗克常量
2．关于能量，下列说法不正确的是（　　）
A．普朗克提出“振动者的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍”，从而建立了“能量量子化”观点
B．我们周围的一切物体都在以电磁波的形式向外辐射能量，这种辐射与温度无关
C．爱因斯坦指出“光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个不可分割的能量子组成的”
D．能量耗散是指耗散在环境中的内能很难被人类利用，并不违背能量守恒定律
3．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
4．下列说法不正确的是（　　）
A．普朗克的假设认为微观粒子的能量是量子化的
B．爱因斯坦认为电磁场本身是连续的
C．奥斯特发现了电流的磁效应
D．法拉第发现了电磁感应现象
5．单色光从真空射入玻璃时，它的（　　）
A．波长变长，速度变小，光量子能量变小
B．波长变短，速度变大，光量子能量变大
C．波长变长，速度变大，光量子能量不变
D．波长变短，速度变小，光量子能量不变
6．新冠肺炎疫情突发，中华儿女风雨同舟、守望相助，筑起了抗击疫情的巍峨长城。志愿者用非接触式体温测量仪，通过人体辐射的红外线测量体温，防控人员用紫外线灯在无人的环境下消杀病毒，为人民健康保驾护航。红外线和紫外线相比较（　　）
A．红外线的光子能量比紫外线的大
B．真空中红外线的波长比紫外线的长
C．真空中红外线的传播速度比紫外线的大
D．红外线的频率比紫外线高
7．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
8．汽车氙气大灯（前照灯）通常需要透镜（近似看作半球形玻璃砖）才能达到更好的照明效果，保证行车安全。如图是某汽车所用的透镜，图中MN为透镜的直径，两单色光A、B照射到圆心O上，出射光线都沿OP方向。下列说法正确的是（　　）
A．不考虑反射，B光在玻璃中传播的时间比A光的短
B．若分别用A、B光照射某金属，只有一种单色光能产生光电效应，则该光一定是A光
C．若A、B两单色光以相同入射角照射到某一界面，只有一种单色光发生了全反射，则该单色光一定是B光
D．若A、B两单色光经同样的装置做“双缝干涉”实验，A光的条纹间距小于B光的条纹间距
9．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
10．如图所示，当开关S断开时，用光子能量为的一束光照射阴极K，发现电流表的示数不为0，闭合开关S，调节滑动变阻器，发现当电压表的示数小于时，电流表的示数仍不为0；当电压表的示数大于或等于时，电流表的示数为0。则（　　）
A．电源的左侧为负极
B．阴极K材料的逸出功为
C．光电子的最大初动能为
D．若入射光的频率加倍，则光电子的最大初动能加倍
11．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
12．对于带电微粒在辐射和吸收能量时的特点，以下说法不正确的是（　　）
A．以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收
B．辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍
C．吸收的能量可以是连续的
D．辐射和吸收的能量是量子化的
13．某同学利用如图甲所示的电路研究光电效应现象。用强度一定、波长为的单色光照射阴极K，正确进行操作，记录相应的电压表（电压表的零刻度在表盘的中央位置）和电流表的示数，将得到的数据在坐标纸上描点连线，得到的图像如图乙所示。表格所示为几种金属的逸出功，已知普朗克常量为，真空中光速为，电子的电荷量。下列说法正确的是（　　）
金属 逸出功/
铯 1.90
钙 3.20
锌 3.34
镁 3.70
钛 4.13
铍 3.88
A．阴极K可能是由金属钛制成的
B．光电流最大时，单位时间内打到阴极K上的光子数至少为个
C．若换用波长为的单色光进行实验，图线与横轴的交点将向右移
D．换用金属铍制成阴极K，饱和光电流大小不变
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．关于光电效应，下列说法正确的是（　　）
A．图a中，若电源右侧是正极，则增大电压，微安表G的示数减小
B．图b中，丙光的频率大于甲光的频率，甲光的光强大于乙光的光强
C．图c中，为金属的截止频率
D．图c中，图线的斜率为普朗克常量
二、解答题
16．自由电子激光器原理如图，自由电子经电场加速后，从正中央射入上下排列着许多磁铁的磁场区域，相邻两磁铁相互紧靠且极性相反．电子在磁场力作用下 “扭动”着前进，每“扭动”一次就会发出一个光子（不计电子发出光子后能量损失），两端的反射镜使光子来回反射，最后从透光的一端发射出激光．
（1）若激光器发射激光的功率为P＝6.63×109W，频率为ν＝1016Hz，试求该激光器每秒发出的光子数（普朗克常量h=6.63×10-34J s）；
（2）若加速电压U=1.8×104V，电子质量m=9.0×10-31kg，电子电量e=1.6×10-19C，每对磁极间的磁场可看作是匀强磁场，磁感应强度B=9.0×10-4T，每个磁极左右宽l1=0.30m，垂直纸面方向长l2=1.0m．当电子从正中央垂直磁场方向射入时，电子可通过几对磁极？
17．某金属逸出功是5eV，现在将波长100nm的光照射此金属的表面．求：
（1）求光电子的最大出动能？
（2）遏止电压多大？
参考答案
1．C
【详解】
A．由得
入射光的频率与遏止电压成线性关系但不是正比关系，故A错误；
B．由公式
得金属的截止频率
故B错误；
CD．结合图像得
，
故金属的逸出功，普朗克常量，故C正确，D错误。
故选C。
2．B
【详解】
A．根据“黑体辐射”以及对黑体辐射的研究普朗克提出“振动者的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍”，从而建立了“能量量子化”观点，A正确；
B．我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与温度有关，B错误；
C．爱因斯坦提出了光子的概念，指出“光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个不可分割的能量子组成的”，C正确；
D．能量耗散是能量在转化过程中有一部分以内能的形式被周围环境吸收，遵守能量守恒定律，但使得能量品质降低，D正确。
本题选不正确的，故选B。
3．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。
4．B
【详解】
A，普朗克的假设认为微观粒子的能量不是连续性的，是一份一份的，是量子化的，A正确；
B．爱因斯坦根据普朗克的能量子假说提出的光子说，也就是电磁场是不连续的，B错误；
C．奥斯特发现了电流的磁效应，C正确；
D．法拉第发现了电磁感应现象，D正确。
本题选错误的，故选B。
5．D
【详解】
因为光的频率不变，光量子的能量不变；再根据折射率
可知，光的速度变小，波长变短，ABC错误，D正确。
故选D。
6．B
【详解】
AD．因为红外线的频率小于紫外线，根据
可知红外线的光子能量比紫外线的小，故AD错误；
B．根据
可知红外线的波长比紫外线的波长长，故B正确；
C．真空中红外线和紫外线的传播速度是一样的，故C错误；
故选B。
7．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。
8．C
【详解】
A．由
可知，B光在玻璃中的传播速度较小，所以不考虑反射，B光在玻璃中传播的时间比A光的长，故A错误；
B．由折射率越大，光的频率越高可知，B光的频率大，由
可知，只有一种光能发生光电效应，则该光一定是B光，故B错误；
C．由
可知，B光更容易发生全反射，若A、B两单色光以相同入射角照射到某一界面，只有一种单色光发生了全反射，则该单色光一定是B光，故C正确；
D．由
可知，A光的波长长，由
若A、B两单色光经同样的装置做“双缝干涉”实验，A光的条纹间距大于B光的条纹间距，故D错误。
故选C。
9．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。
10．B
【详解】
A．当电压表的读数大于或等于1.0V时，电流表的读数为0，说明光电管上加的是反向电压，则电源的左侧为正极，故A错误；
BC．光电子的最大初动能
根据
解得阴极K材料的逸出功为
W0=1.5eV
故B正确，C错误；
D．根据
可知，若入射光的频率加倍，则光电子的最大初动能不加倍，故D错误。
故选B。
11．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。
12．C
【详解】
带电微粒辐射和吸收能量时是以最小能量值，即能量子ε的整数倍一份一份地辐射或吸收的，是不连续的。故ABD正确，C错误。
故选C。
13．BC
【详解】
A．根据题图乙可知该阴极材料对应的遏止电压为0.6V，由
可得光电子的最大初动能为0.6V，又因为入射光的波长300nm，可得入射光的光子能量为
由爱因光电效应方程
则该阴极材料的逸出功
结合题表可知，阴极K不是由金属锌制成的，故A错误；
B．光电流最大为，则单位时间内阴极 K上射出的光电子的数量为
故B正确；
C．结合A项分析可知，入射光的波长变长，光子的能量减小，光电子的最大初动能减小，遏止电压减小，则图线与横轴的交点将右移，故C正确；
D．由于金属铍的逸出功大于光子的能量，将其制成阴极K时，不能发生光电效应，没有光电流，故D错误。
故选BC。
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．BC
【详解】
A．图a中，若电源右侧是正极，则所加电压为正向电压，若增大电压，微安表G的示数开始时将逐渐变大，到达饱和电流时，即使再增大电压，微安表的示数保持不变，选项A错误；
B．图b中，丙光的遏止电压大于甲光的遏止电压，根据
可知，丙光的频率大于甲光的频率；甲乙两光的遏制电压相同，则频率相同，甲光的饱和电流大于乙光，则甲光的光强大于乙光的光强，选项B正确；
CD．图c中，根据
可得
则图线的斜率为；当Uc=0时 即为金属的截止频率，选项C错误，D正确。
故选BD。
16．（1）
（2）5对
【详解】
（1）每个激光光子的能量：E=hυ ①
设激光器每秒发射n个光子 P=nE　 ②
由①②联立解得：n=1.0×1027 ③
（2）设电子经电场加速获得的速度为v，
由动能定理有：eU=mv2 ④
设电子在磁场中做圆周运动的轨道半径为R， ⑤
电子穿过每对磁极的侧移距离均相同，设每次侧移为s，如图所示，
由图可知 ⑥
电子通过的磁极个数：
解得：N=5
17．（1）1.189×10﹣18J；
（2）7.4V
【详解】
试题分析：根据光电效应方程求出光电子的最大初动能，通过mvm2=eUc，求出遏止电压的大小．
解：（1）根据光电效应方程得：
Ekm=h﹣W0=6.63×10﹣34×﹣5×1.6×10﹣19 J=1.189×10﹣18J．
（2）根据mvm2=eUc，解得遏止电压为：
Uc=≈7.4V．
答：（1）光电子的最大初动能1.189×10﹣18J；
（2）遏止电压7.4V．
【点评】解决本题的关键掌握光电效应方程以及知道最大初动能与遏止电压的关系，但是学生在学习中要牢记公式以及物理量之间的关系，同时注意计算的准确性．