6.2光电效应的理论解释课后练习-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
一、选择题（共15题）
1．如图甲为氢原子能级图，大量处于激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光子，将其中频率最高的光子照射到某光电管的阴极K上，测得电路中电流随光电管两端电压变化的关系如图乙所示。则下列说法正确的是（　　）
A．跃迁时共发出4种频率的光
B．该光电管阴极K的逸出功为
C．光电子最大初动能与入射光的频率成正比
D．跃迁放出的光子中有3种频率的光子可以使该阴极K发生光电效应
2．用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意如图甲所示，实验中测得铷的遏止电压与入射光频率之间的关系如图乙所示，图线与横轴交点的横坐标为Hz。已知普朗克常量。则下列说法中正确的是（　　）
A．欲测遏止电压，应选择电源左端为正极
B．当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的示数持续增大
C．增大照射光的强度，产生的光电子的最大初动能一定增大
D．如果实验中入射光的频率Hz，则产生的光电子的最大初动能约为
3．下列有关物理史实的说法中，正确的是（　　）
A．安培发现了电流的磁效应
B．库仑利用油滴实验测定了元电荷的数值
C．玻尔基于α粒子散射实验的事实，提出了原子的“核式结构模型”
D．爱因斯坦引入了光量子概念，建立了光电效应方程，成功解释了光电效应现象
4．用甲、乙、丙三种单色光在同一个光电管上做光电效应实验，发现光电流I与电压U的关系如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．甲、乙两种单色光的强度相同
B．单色光甲的频率大于单色光丙的频率
C．三种单色光在同种介质中传播时，丙的波长最短
D．三种单色光中，丙照射时逸出光电子的最大初动能最小
5．每年夏季，我国多地会出现日晕现象．日晕是当日光通过卷层云时，受到冰晶的折射或反射形成的．图甲所示为一束太阳光射到六角形冰晶时的光路图，a、b为其折射出的光线中的两种单色光．下列说法正确的是
A．在冰晶中，b光的传播速度小
B．通过同一装置发生双缝干涉，b光的相邻条纹间距大
C．从同种玻璃射入空气发生全反射时，a光的临界角小
D．照射同一光电管时，a光使其逸出的光电子最大初动能大
6．如图所示为氢原子的能级图，一群氢原子处于n=5的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外辐射光子，用这些光子照射逸出功为4.5eV的金属钨表面，则下列说法中正确的是（　　）
A．这群氢原子跃迁时可能辐射出20种不同频率的光子
B．金属钨表面所发出的光电子的最大初动能为8.56eV
C．氢原子从n=5能级跃迁到n=4能级时辐射出的光子波长最短
D．氢原子从n=5能级跃迁到n=4能级时辐射出的光子的能量为1.39eV
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．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
9．光纤通信采用的光导纤维由内芯和外套组成，如图所示，一复色光以入射角θ0射入光导纤维后分为a、b两束单色光，a、b两单色光在内芯和外套界面多次全反射后从光导纤维另一端射出，下列说法正确的（　　）
A．内芯折射率小于外套的折射率
B．a光光子的能量大于b光光子的能量
C．在内芯中单色光a的传播速度比b大
D．入射角由θ0减为0°时，a、b两单色光将从光导纤维的另一端同时射出
10．如图中的甲为研究光电效应的实验装置，用频率为Ｖ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的关系图如乙所示，已知电子电荷量的绝对值为e，普朗克常量为h，则（　　）
A．测量遏止电压时开关S应扳向“2”
B．阴极K所用材料的极限波长为
C．减小入射光的频率，图乙中的值会减小
D．只增大光照强度时，图乙中的值会增大
11．波长为200 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面，遏止电压为3 V。已知普朗克常量为6.63×10-34 J·s，真空中的光速为3×108 m/s，元电荷量为1.6×10-19 C．能使锌板产生光电效应的单色光的最低频率约为（　　）
A．2×1015 Hz B．8×1015 Hz C．1×1014 Hz D．8×1014 Hz
12．金属钙的逸出功为4.3×10-19J，普朗克常量h=6.6×10-34J·s，光速c=3.0×108m/s，以下说法正确的是（　　）
A．用波长为500nm的单色光照射金属钙，能产生光电效应现象
B．若某波长的单色光能使金属钙产生光电效应，则增大光的强度将会使光电子的最大初动能增大
C．用频率为9×1014Hz的单色光照射金属钙，能产生光电效应
D．若某波长的单色光能使金属钙产生光电效应现象，则一定可以使逸出功为7.3×10-19J的金属也发生光电效应现象
13．某种金属逸出光电子的最大初动能与入射共频率的关系如图所示。已知该金属的逸出功为，普朗克常量为，下列说法正确的是（　　）
A．入射光的频率越高，金属的逸出功越大
B．与入射光的频率成正比
C．图中图线的斜率为
D．图线在横轴上的截距为
14．巴耳末系是指氢原子从能级跃迁到n=2能级时发出的光谱线系，如图甲所示。图乙中给出了巴耳末谱线对应的波长。已知可见光的能量在之间，普朗克常量，则下列说法正确的是（　　）
A．Hα谱线对应光子的能量大于Hβ谱线对应光子的能量
B．属于巴耳末系的Hα、Hβ、Hγ、Hδ谱线均属于可见光
C．Hδ谱线的光子照射极限频率为的钨时，不能发生光电效应现象
D．大量处于能级的氢原子向基态跃迁的过程中，可辐射出3种处于巴耳末系的光子
15．新冠病毒疫情防控工作中，体温枪被广泛使用。其工作原理是∶利用光电效应，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10 μm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，另一种金属铷的遏止电压Uc与入射光频率v之间的关系如图丙所示，已知光在真空中传播的速度为3×108m/s。则（　　）
A．波长为10μm的红外线在真空中的频率为3×1013Hz
B．将阴极K换成金属铷，体温枪仍然能正常使用
C．由图乙可知，该光电管的遏止电压为2×10-2V
D．当人体温度升高，辐射红外线的强度将增大，饱和光电流减小
二、填空题
16．光电效应方程的理解
（1）Ek为光电子的最大初动能，与_______和_____有关；
（2）若Ek＝0，则_______，此时的ν即为金属的_______。
17．如图“光电效应”实验，将一块擦得很亮的锌板连 接在不带电的灵敏验电器上，用紫外灯照射锌板，发现验电器指针的张角_______（选填“张开”、“闭合”），这说明锌板_______（选填“带电”、“不带电”）。
18．光电效应经典解释
（1）不应存在_______频率。
（2）遏止电压Uc应该与光的强弱_______关。
（3）电子获得逸出表面所需的能量需要的时间远远_______于实验中产生光电流的时间。
19．如图所示是研究光电管产生的电流的电路图，A、K是光电管的两个电极，已知该光电管阴极的极限频率为ν0，元电荷为e，普朗克常量为h。现将频率为ν（大于ν0）的光照射在阴极上，则：
（1）___________是阴极（填A或K），阴极材料的逸出功等于hv0；
（2）加在A、K间的正向电压为U时，到达阳极的光电子的最大动能为_________。
三、综合题
20．如图所示，一光电管的阴极用极限频率为ν0的钠制成。用波长为λ的紫外线照射阴极，光电管阳极A和阴极K之间的电势差为U，光电流的饱和值为I，普朗克常量为h，真空中光速为c，电子的电荷量为e。
（1）求电子到达A极时的最大动能Ekm；
（2）若每入射N个光子会产生1个光电子，求紫外线照射阴极功率P。
21．图是研究光电效应的电路图。
（1）闭合开关后，当电压表的示数为0时，电流表的示数不是0，说明了什么？
（2）闭合开关，将滑动变阻器的滑片向右移动，会观察到什么现象？说明了什么？
（3）若将电源的正负极对调，闭合开关，滑动变阻器的滑片向右移动时，又会观察到什么现象？说明了什么？
22．法国科学家拉普拉斯曾说过：“认识一位巨人的研究方法对于科学的进步并不比发现本身有更少的用处……”在物理学的发展过程中，科学家们创造出了许多物理学方法，如观察、实验、建立模型、物理类比和物理假说等方法。其中物理假说，是根据一定的科学事实和科学理论对研究的问题提出假说性的看法或说明，如日心说、分子电流、黑洞等。通过本章学习，你对物理假说是否有了更深的认识？能再举出几个物理假说的例子吗？
23．用波长为λ0绿光照射某金属表面，恰好能有光电子从金属表面逸出。现在用波长为λ的紫光照射该金属，期中普郎克常数为h，光速为c，电子电荷量为e。求：
(1)金属的逸出功；
(2)光电子的最大初动能；
(3)紫光照射时的遏止电压。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【详解】
A．跃迁发出频率不同的光子数共6种，即
A错误；
BC．由图甲可得频率最高的光子能量为，由图乙可得其遏止电压为，则有
解得
光电子最大初动能与入射光的频率是一次函数关系，不成正比，BC错误；
D．由跃迁至、跃迁至、跃迁至的三种光子能量大于逸出功，可使阴极K发生光电效应，D正确。
故选D。
2．D
【详解】
A．遏止电压产生的电场对电子起阻碍作用，则电源的右端为正极，故A错误；
B．当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，加速度电场增强，电流增加但加速到一定值后不再增加，故B错误；
C．由可知，最大初动能与光的强度无关，则C错误；
D．由图可知，当时，由公式
代入数值求得
故D正确。
故选D。
3．D
【详解】
A．奥斯特发现了电流的磁效应，选项A错误；
B．密立根利用油滴实验测定了元电荷的数值，选项B错误；
C．卢瑟福于α粒子散射实验的事实，提出了原子的“核式结构模型”，选项C错误；
D．爱因斯坦引入了光量子概念，建立了光电效应方程，成功解释了光电效应现象，选项D正确。
故选D。
4．C
【详解】
A．光照强度决定饱和光电流大小，根据图可知甲光的强度大于乙光的强度，故A错误；
B．根据图可知丙光的遏制电压大于甲光的遏制电压，由公式
所以甲光的频率小于丙光的频率，故B错误；
C．由于丙光的频率最大，所以根据公式
因此丙光的波长最短，故C正确；
D．由于丙光的频率最大，丙照射时逸出光电子的最大初动能最大，故D错误。
故选C。
5．A
【详解】
A．由图看出，太阳光射入六角形冰晶时，a光的偏折角小于b光的偏折角，由折射定律得知，六角形冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率，根据
可知在冰晶中，b光的传播速度小，故A正确；
B．在真空中a光波长大于b光波长，根据
可知，通过同一装置发生双缝干涉，b光的相邻条纹间距小，故B错误；
C．根据
可知从同种玻璃射入空气发生全反射时，a光的临界角大，故C错误；
D．由于六角形冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率，故b光的频率较大；根据公式
E=hv
频率越大，光子的能量越大，即b光光子的能量较大，照射同一光电管时，b光使其逸出的光电子最大初动能大，故D错误；
故选A。
6．B
【详解】
A．这群氢原子跃迁时可能辐射出种不同频率的光子，故A错误；
BC．从n=5到n=1能级差最大，则跃迁发出的光子的频率最大，波长最短，最大光子的能量为
(-0.54eV)-(-13.6eV)=13.06eV
则金属钨表面所发出的光电子的最大初动能为
故B正确，C错误；
D．氢原子从n=5能级跃迁到n=4能级时辐射出的光子的能量为
(-0.54eV)-(-0.85eV)=0.31eV
故D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．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。
9．C
【详解】
A．发生全反射的必要条件是：光必须从光密介质射入光疏介质，即从折射率大的介质射入折射率小的介质，所以当内芯的折射率比外套的大时，光在内芯与外套的界面上才能发生全反射，A错误；
B．由图可知b光偏转角度大，说明光导纤维对b光的折射率大，则b光的频率大，由
b光光子的能量大于a光光子的能量，B错误；
C．光导纤维对b光的折射率大，根据公式
知在内芯中单色光a的传播速度比b大，C正确；
D．入射角由θ0减为0°时，垂直入射垂直射出，因为在内芯中单色光a的传播速度比b大，a、b两单色光将从光导纤维的另一端不会同时射出，D错误。
故选C。
10．B
【详解】
A．遏止电压时光电流为零时加在光电管两端的最小电压，是反向电压，故开关应扳向“1”，故A错误；
B．根据爱因斯坦光电效应方程得，阴极金属的逸出功为
阴极K金属的极限频率为
由公式，计算波长为
故B正确；
C．减小入射光的频率，图乙中的I0的值可能会减小，也可能增大，故C错误；
D．遏止电压跟光照强度无关，故D错误。
故选B。
11．D
【详解】
由光电效应方程
又
代入数据可得
故D正确，ABC错误。
故选D。
12．C
【详解】
A．发生光电效应的截止波长为
则用波长为500nm的单色光照射金属钙，不能产生光电效应现象，所以A错误；
B．根据
若某波长的单色光能使金属钙产生光电效应，则增大光的频率将会使光电子的最大初动能增大，与入射光的强度无关，所以B错误；
C．发生光电效应的极限频率为
所以用频率为9×1014Hz的单色光照射金属钙，能产生光电效应，则C正确；
D．根据
若某波长的单色光能使金属钙产生光电效应现象，则不一定可以使逸出功为7.3×10-19J的金属也发生光电效应现象，所以D错误；
故选C。
13．CD
【详解】
试题分析：金属的逸出功是由金属自身决定的，与入射光频率无关，其大小，故A错误；根据爱因斯坦光电效应方程，可知光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系，不是成正比，故B错误；根据爱因斯坦光电效应方程，可知斜率，故C正确；由图可知，图线在横轴上的截距为，故D正确．
14．BC
【详解】
A．由题图乙和可知，波长越小的光子，能量越大，因此Hα谱线对应光子的能量小于Hβ谱线对应的光子的能量，A错误；
B．可见光的能量在1.64eV~3.10eV之间，由光子能量公式可得
由图乙可知，属于巴尔末系的Hα、Hβ、Hγ、Hδ谱线均属于可见光，B正确；
C．因钨的极限频率是=10.95×1014Hz，其逸出功为
其逸出功大于Hδ谱线的最大能量3.4eV，因此用Hδ谱线的光子照射极限频率为10.95×1014Hz的金属钨时，不能产生光电效应现象，C正确；
D．由于处于大量n=4能级的氢原子向基态跃迁运动中，可辐射出光子的最小能量是
E2 E1= 3.4eV （ 13.6）eV=10.2eV
处于巴尔末系的光子最大能量是3.4eV，因此辐射不出巴尔末系的光子，D错误。
故选BC。
15．AC
【详解】
A．根据
可得红外线的频率
A正确；
B．根据图丙可知金属铷的截止频率5.1×1014Hz，红外线的频率小于金属铷的截止频率不会发生光电效应，体温枪不能正常使用，B错误；
C．由图乙可知，该光电管的遏止电压为2×10-2V，C正确；
D．若人体温度升高，辐射红外线的强度增大，饱和光电流将增大，D错误。
故选AC。
16． 金属的逸出功W0 光的频率ν hν＝W0 截止频率νc
17． 张开 带电
【详解】
紫外灯照射锌板，锌板里的电子吸收光子能量后逸出来光电子，则锌板失去电子后带正电，所以发现验电器指针的张角张开，这说明锌板带电。
18． 截止 有 大
19． K hv-hv0+eU
【详解】
（1）图中K是阴极，阴极材料的逸出功等于hv0；
（2）从阴极飞出的光电子的最大初动能为
则若加在A、K间的正向电压为U时，到达阳极的光电子的最大动能为
20．（1）；（2）
【详解】
（1）由爱因斯坦光电效应方程可知电子从阴极飞出的最大初动能
再由动能定理有
解得
（2）t时间内由K极发射的光电子数
且有
解得
21．（1）说明发生了光电效应现象；（2）电压表、电流表的示数均增大，当电流增大到一定值后，滑动变阻器的滑片再向右移动，电流也不再增大．说明存在饱和电流；（3）电压表示数增大，电流表示数减小，最后电流表的示数可能减小到0.说明存在遏止电压
22．爱因斯坦光子说，光的本性
【详解】
物理假说，是根据一定的科学事实和科学理论对研究的问题提出假说性的看法或说明，例如光的光子说、光的本性。
23．(1)；(2)；(3)
【详解】
(1)由题意得金属的逸出功
(2)由
得光电子的最大初动能
(3)由
=
得紫光照射时的遏止电压