6.2光电效应的理论解释学科素养提升练-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 学科素养提升练（解析版）
一、选择题
1．在光电效应实验中，分别用波长为λa、λb的单色光a、b照射到同种金属上产生光电效应，测得相应的遏止电压Ua＞Ub，下列说法正确的是（　　）
A．一定有λa＞λb
B．光电子的最大初动能一定有Eka＞Ekb
C．可以通过增加b的光照强度来使遏止电压相等
D．若用a光去照射另一种金属能产生光电效应，则用b光照射也一定能使该金属产生光电效应
2．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
3．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．
4．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
5．如图所示，蓝光光盘（BD）可用以储存高品质的影音以及高容量的数据。它采用波长约为的蓝色激光进行读写操作，高密度数字视频光盘（DVD）则采用波长约为的红色激光进行读写操作。若BD和DVD由相同材料制成，则（　　）
A．蓝光在光盘里传播速度比红光大
B．蓝光光子的能量比红光光子能量小
C．蓝光比红光波长短，聚焦后焦点直径更小，因此BD容量更大
D．相同尺寸的空盘最大存储数据能力由写入方式决定，与采用蓝光还是红光写入无关
6．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
7．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
8．自2020年1月以来，“新冠肺炎”席卷全国。“新冠肺炎”的典型症状就是持续发烧，因此测温是“新冠肺炎”防控的重要环节，为方便测温，人们习惯采用如图所示的额温枪。额温枪是通过传感器接收红外线，得出感应温度数据，使用时只要将额温枪放于距两眼中间部位大约5cm~6cm处，修正额头与实际体温的温差便能显示准确的体温。则以下说法正确的是（　　）
A．额温枪能测温度是因为温度不同的人体辐射的红外线存在差异
B．额温枪利用的红外线也可用于杀菌消毒
C．红外线是波长比紫外线长的电磁波，它们都是纵波
D．爱因斯坦最早提出“热辐射是一份一份的、不连续的”观点，并成功解释了光电效应现象
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．据《自然》杂志2021年5月17日报道，中国科学家在稻城“拉索”基地（如图所示）探测到迄今为止最高能量的γ射线，其能量值。已知普朗克常量，真空中光速，则该γ射线的波长为（　　）
A． B． C． D．
11．1916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
12．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
13．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
14．光电效应现象的规律中，经典波动理论不能解释的有（　　）
A．入射光的频率必须大于被照金属的极限频率时才产生光电效应
B．光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大
C．入射光照射到金属表面上时，光电子的发射几乎是瞬时的
D．当入射光频率大于极限频率时，光电子数目与入射光的强度成正比
15．用甲、乙两种不同的金属做光电效应实验，得到两条关系图线，如图所示。则（ ）
A．甲、乙两图线的斜率不一定相同
B．甲、乙两图线一定平行
C．同种光照射金属乙时能发生光电效应，则照射金属甲时一定能发生光电效应
D．甲金属的逸出功大于乙金属的逸出功
二、解答题
16．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？
17．2021年7月7日消息，6月份全国用电量同比增长10%左右。LED灯的优势为节能、长寿、安全等，10瓦的LED灯，有30%的能量转化为可见光。设所发射的可见光的平均频率为5.17×1014Hz，那么该LED灯每秒钟辐射的光子数为多少？（已知普朗克常量h=6.63×10－34J·s）
参考答案
1．B
【详解】
A．根据光电效应方程可知
eUc＝Ek＝hγ﹣W
同种金属逸出功相同，遏止电压大的，入射光的频率大，波长短，故a光的频率大，波长短，故A错误。
B．遏止电压大的，光电子的最大初动能大，故Eka＞Ekb，故B正确。
C．遏止电压与入射光的强度无关，故C错误。
D．a光的频率大，用a光去照射另一种金属能产生光电效应，则用b光照射不一定能使该金属产生光电效应，故D错误。
故选B。
2．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。
3．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。
4．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。
5．C
【详解】
AB．蓝光频率大，在光盘内传播速度小，光子能量大，A、B错误；
CD．蓝光波长短，聚焦后焦点直径更小，可以缩短轨距，记录单元——凹槽也更小，大大增加储存容量，C正确、D错误。
故选C。
6．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。
7．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。
8．A
【详解】
A．额温枪能测温度是因为温度不同的人体辐射的红外线存在差异，故A正确；
B．用于杀菌消毒的是紫外线，故B错误；
C．红外线是波长比紫外线长的电磁波，它们都是横波，故C错误；
D．普朗克最早提出“热辐射是一份一份的、不连续的”观点，爱因斯坦成功解释了光电效应现象，故D错误。
故选A。
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．C
【详解】
γ射线的频率为
则γ射线的波长为
故选C。
11．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。
12．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。
13．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。
14．ABC
【详解】
按照经典的光的波动理论，光的能量随光的强度的增大而增大，与光的频率无关，金属中的电子，必须吸收足够的能量后才能从其中飞出，电子有一个能量积蓄的时间，光的强度越大，单位时间内辐射到金属表面的能量越多，被电子吸收的能量自然越多，产生的光电子数越多，故不能解释的为选项ABC。
故选ABC。
15．BC
【详解】
AB．根据
可知，图线斜率
甲、乙两图线的斜率相同为普朗克常量，甲、乙两图线平行，A错误，B正确；
C．当一定时，根据图像有
得
根据
可知
则同种光照射金属乙时能发生光电效应，说明光的频率大于乙的极限频率，也大于甲的极限频率，则该光照射金属甲时一定能发生光电效应，C正确；
D．由C选项分析可知D错误。
故选BC。
16．
【详解】
由光电效应方程可得
由于
所以
17．8.75×1018个
【详解】
解：频率为的光子能量为，设LED灯每秒内发出的光子数为n，LED灯电功率为P，则
式中=30%是LED灯的发光效率，联立得
代入题给数据得
n=8.75×1018（个）