6.2光电效应的理论解释同步训练（Word版含答案）

6.2光电效应的理论解释
一、选择题（共15题）
1．分别用波长为和的单色光照射同一金属板，发出的光电子的最大初动能之比为，以表示普朗克常量，表示真空中的光速，则此金属板的逸出功为（　　）
A． B． C． D．
2．一细束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的三束光,分别照射到相同的金属板a、b、c上,如图所示,已知金属板b有光电子放出,则( ).
A．板a一定不放出光电子 B．板a一定放出光电子
C．板c一定不放出光电子 D．板c一定放出光电子
3．在光电效应的实验结果中，与光的波动理论不矛盾的是(　)
A．光电效应是瞬时发生的
B．所有金属都存在极限频率
C．光电流随着入射光增强而变大
D．入射光频率越大，光电子最大初动能越大
4．下列说法正确的是
A．卢瑟福的能级原子模型，说明了原子能级是不连续的
B．爱因斯坦发现的光电效应现象说明了光具有波粒二象性
C．天然放射现象使人们意识到原子核还有内部结构
D．法拉第发现的电流磁效应将电与磁紧密地联系在了一起
5．如图所示的实验电路，当用黄光照射光电管中的金属涂层时，毫安表的指针发生了偏转．若将电路中的滑动变阻器的滑片P向右移动到某一位置时，毫安表的读数恰好减小到零，此时电压表读数为U，这一电压称为遏止电压．欲使遏止电压增大，可以采用的措施为(　　)
A．增大黄光强度
B．延长照射时间
C．改用蓝光照射
D．改用红光照射
6．氢原子能级图如图，一群氢原子处于n=4能级上。当氢原子从n=4能级跃迁到n=3能级时，辐射光的波长为1 884 nm，下列判断正确的是（　　）
A．氢原子向低能级跃迁时，最多产生4种谱线
B．从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量
C．氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级时，辐射光的波长大于1 884 nm
D．用从n=5能级跃迁到n=2能级辐射的光照射W逸=2.29 eV的钠，能发生光电效应
7．两束单色光a和b沿如图所示方向射向半圆形玻璃砖的圆心O，已知a光在底边界面处发生了全反射，两束光沿相同方向射出，则（ ）
A．在玻璃砖中，a光的速度比b光的大
B．如果用a光照射某金属能产生光电效应，则用b光照射该金属也能产生
C．将a光、b光以相同角度斜射到同一块平行玻璃板，透过平行表面后，a光侧移量大
D．分别用a和b在相同条件下做双缝干涉实验，a光的条纹间距比b光的大
8．美国物理学家密立根曾经是爱因斯坦光电效应理论的质疑者之一，他通过测量金属的遏止电压与入射光频率v，由此算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射得出的相比较，以检验爱因斯坦方程式是否正确。已知电子电量为。若某次实验中得到如下图所示的图像，则下列说法正确的是（　　）
A．该金属的截止频率随入射光的频率增大而增大
B．遏止电压，与入射光的频率和强弱都有关
C．由图像可知普朗克常量约为
D．实验结果说明爱因斯坦的光电效应理论是错误的
9．某种金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率v的关系如图所示，已知该金属的逸出功为W0，普朗克常量为h．下列说法错误的是（ ）
A．入射光的频率最高，金属的逸出功越大
B．Ekm与入射光的强度无关
C．图中图线的斜率为h
D．图线在横轴上的截距为
10．关于光电效应，下列说法正确的是
A．在光电效应实验中，用不同频率的光照射相同的金属表面，这种金属的逸出功不同
B．若用紫光照射某金属表面能发生光电效应，用黄光照射该金属表面时一定能发生光电效应
C．用同一种频率的单色光照射不同的金属（都有光电效应发生），光电子的最大初动能与金属的逸出功成线性关系
D．只要增加光照时间和光照强度照射金属表面，该金属一定能发生光电效应
11．用图甲所示的电路研究光电效应中电子发射的情况与照射光的强弱、光的颜色（频率）等物理量间的关系．电流计G测得的光电流I随光电管两端电压U的变化如图乙所示，则( )
A．通过电流计G的电流方向由d到c
B．电压U增大, 光电流I一定增大
C．用同频率的光照射K极，光电子的最大初动能与光的强弱无关
D．光电管两端电压U为零时一定不发生光电效应
12．2009年诺贝尔物理学奖得主威拉德 博伊尔和乔治 史密斯主要成就是发明了电荷耦合器件(CCD)图象传感器。他们的发明利用了爱因斯坦的光电效应原理。如图所示电路可研究光电效应规律，图中标有A和K的为光电管，其中A为阴极，K为阳极，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2.75eV的光照射阴极A，电流计中有示数，若将滑动变阻器的滑片P缓慢向左滑动，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1.7V；现保持滑片P位置不变，以下判断错误的是（　　）
A．光电管阴极材料的逸出功为1.05eV
B．电键S断开后,电流表G中有电流流过
C．若用光子能量为3eV的光照射阴极A，光电子的最大初动能一定变大
D．改用能量为1.0eV的光子照射，移动变阻器的触点c，电流表G中也可能有电流
13．在甲、乙两次不同的光电效应实验中，得到如图所示的相应的Uc﹣v图象，已知电子电荷量为e，则下列判断正确的是
A．甲、乙图线斜率表示普朗克常数h
B．甲实验中金属的逸出功比乙实验中金属的逸出功大
C．在能发生光电效应的前提下，用频率相同的光照射金属，甲实验中光电子的最大初动能比乙实验中光电子的最大初动能大
D．在乙实验中用某一频率的光照射金属发生光电效应，用频率相同的光在甲实验中照射金属一定能发生光电效应
14．某种金属在光的照射下产生光电效应，其遏止电压与入射光频率的关系图象如图所示．则由图象可知（ ）
A．任何频率的入射光都能产生光电效应
B．该金属的逸出功等于
C．入射光的频率发生变化时，遏止电压不变
D．若已知电子电量e，就可以求出普朗克常量h
E．入射光的频率为时，产生的光电子的最大初动能为
15．如图是某种火灾报警装置的工作电路图，它的核发部件为紫外线光电管，其中为阳极，K为阴极，发生火灾时端有输出电压实施报警。已知地表附近太阳光中紫外线光子能量介于之间，明火中的紫外线光子能量介于之间。几种金属单质的逸出功如下表所示，若光电管阴极材料K选用金属铝，则下列说法正确的是（　　）
金属单质 钾 钠 锌 铝
逸出功/ 2.25 2.29 3.38 4.21
A．太阳光照射时端有输出电压
B．明火照射时端有输出电压
C．若阴极K材料选用金属锌，能实现有效报警
D．明火中紫外线波长越短，光电子的最大初动能越大
三、填空题
16．已知能使某金属产生光电效应的极限频率为υ0 ，当用频率为2υ0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为 ______．当照射光的频率继续增大时，则逸出功 _________（填“增大”“减小”或“不变”）
17．如图所示，某研究性学习小组用如图甲所示电路研究光电效应规律，他们发现当开关S断开时，用光子能量为3.4eV的一束光照射阴极，电流表读数不为零．合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数等于0.8V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于1.0V时，电流表读数为零．由此可知阴极材料的逸出功为_____eV，本次实验光电子的最大初动能为_____eV；该实验小组换用不同频率的光继续做实验，得到如图乙所示的最大初动能和入射光频率的函数图象，请根据图象求出普朗克常量h＝_____（用W0，νC表示）
18．一光电管的阴极K用截止频率为ν0的金属钠制成；普朗克常数为h,电子的电荷量为e；用频率为ν的紫外线照射阴极，有光电子逸出，则逸出光电子最大初动能是_____； 若在光电管阳极A和阴极K之间加反向电压，要使光电子都不能到达阳极，反向电压至少为______；
三、综合题
19．在光电效应实验中，某同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线，如图所示，请判断：
（1）三种光的波长关系。
（2）三次实验中光电子最大初动能的大小关系。
20．如图所示，相距d的A、B两平行金属板足够大， B板带正电、A板带负电，两平行金属板间电压为U，一束波长为的激光照射到B板中央，光斑的半径为r。B板发生光电效应时，其逸出功为W，B板发出光电子有的能到达A板，已知电于质量为m，电量e，求：
(1) B板中射出的光电子的最大初速度的大小，
(2) 光电子所能到达A板区域的面积．
21．我国中微子探测实验利用光电管把光信号转换为电信号。如图所示，A和K分别是光电管的阳极和阴极，加在A、K之间的电压为。现用发光功率为P的激光器发出波长为的光全部照射在K上，回路中形成电流，若将电压正负极对调，回路中电流恰好为0.已知光速为，普朗克常量为，电子电荷量为，电源内阻不计。
（1）每秒钟到达K极的光子数量；
（2）阴极K材料的逸出功为；
（3）求光电子到达A的最大动能。
22．氢原子处于基态时，原子能量，已知电子电荷量，电子质量，氢原子的核外电子的第一条可能轨道的半径为氢原子激发态能量为，轨道半径为，其中，普朗克常量。
（1）氢原子核外电子的绕核运动可等效为一环形电流，则氢原子处于的定态时，核外电子运动的等效电流多大？（用，，，表示，不要求代入数据）
（2）若已知钠的极限频率为，今用一群处于激发态的氢原子发射的光谱照射钠，试通过计算说明有几条谱线可使钠发生光电效应？
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
【详解】
光子能量为
根据爱因斯坦光电效应方程可知光电子的最大初动能为
根据题意知
联立可得金属板的逸出功
故选B。
2．D
【详解】
试题分析：介质对不同频率的色光折射率不同，频率越高折射率越大，通过三棱镜后偏折得越厉害.由题图可知，经玻璃三棱镜分别射向金属板a、b、c的三束光，频率依次 升高.a、b、c是相同的金属板，发生光电效应的极限频率是相同的，b板有光电子放出时，说明金属的极限频率低于射向b板的光的频率，但不能确定其值是否 也低于射向a板的光的频率，则c板一定有光电子放出，a板不一定有光电子放出.故正确选项为D
故选D
3．C
【详解】
试题分析：按照光的波动理论，电子通过波动吸收能量，若波的能量不足以使得电子逸出，那么就需要多吸收一些，需要一个能量累积的过程，而不是瞬时的，选项A对波动理论矛盾．根据波动理论，能量大小与波动的振幅有关，而与频率无关，即使光的能量不够大，只要金属表面的电子持续吸收经过一个能量累积过程，都可以发生光电效应，与选项B矛盾；光电子逸出后的最大初动能与入射光的能量有关，即与入射光的波动振幅有关，与频率无关，所以波动理论与选项D矛盾．对于光电流大小，根据波动理论，入射光增强，能量增大，所以光电流增大，选项C与波动理论并不矛盾，选项C正确．
4．C
【详解】
玻尔的原子原子能级模型，说明了原子能级是不连续的、分立的，故A错误；爱因斯坦发现的光电效应现象说明了光具有粒子性，故B错误；天然放射现象说明原子核具有复杂结构，从而使人们意识到原子核还有内部结构，故C正确；奥斯特发现的电流磁效应将电与磁紧密地联系在了一起，故D错误．所以C正确，ABD错误．
5．C
【详解】
根据光电效应方程得，又，联立得，欲使遏止电压增大，增大入射光的频率，即改用蓝光照射．增大光的强度和延长照射时间，不会增大光电子的最大初动能，不会增大遏止电压．故C正确，ABD错误．故选C．
6．D
【详解】
A．根据
知一群处于n=4能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生6种谱线，故A错误；
B．由高能级向低能级跃迁，氢原子向外辐射能量，不是原子核向外辐射能量，故B错误；
C．n=3和n=2的能级差大于n=4和n=3的能级差，则从n=3能级跃迁到n=2能级比从n=4能级跃迁到n=3能级辐射出的电磁波的频率大，波长短，即辐射光的波长小于1 884 nm，故C错误；
D．从n=5能级跃迁到n=2能级辐射出的光子的能量为
而使金属发生光电效应的条件是光子的能量大于金属的逸出功，故可以发生光电效应，故D正确。
故选D。
7．A
【详解】
本题考查介质的折射率与光的频率的关系，a光发生了全反射，b光发生了折射，反射角与折射角相同，则在此玻璃砖中a光的折射率大于b光的折射率，a光的速度比b光的小；a光频率大于b光频率，如果用a照射某金属能产生光电效应，则用b照射该金属不一定产生光电效应，分别用a和b在相同条件下做单缝衍射实验，a光的中央亮纹比b光的窄，分别用a和b在相同条件下做双缝干涉实验，a光的条纹间距比b光的小；所以答案选A．
8．C
【详解】
A．截止频率是光照射金属时发生光电效应的最低频率，由金属材料本身决定，与入射光的频率无关，故A错误；
B．由
可知入射光的频率越大，光电子的最大初动能越大，则遏止电压越高；入射光的强弱决定了电流的强弱，遏止电压与入射光的强弱无关，故B错误；
CD．由爱因斯坦的光电方程得
整理得
图像的斜率为
带入电子电量得
故C正确，D错误。
故选C。
9．A
【详解】
A、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；
B、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，但是与入射光的强度无关，故B正确；
C、根据爱因斯坦光电效应方程，可知斜率，故C正确；
D、由图可知，图线在横轴上的截距为，故D正确．
点睛：只要记住并理解了光电效应的特点，只要掌握了光电效应方程就能顺利解决此题，所以可以通过多看课本加强对基础知识的理解．
10．C
【详解】
在光电效应实验中，金属的逸出功是由金属本身决定的物理量，与入射光的频率无关，选项A错误；黄光的频率小于紫光，则若用紫光照射某金属表面能发生光电效应，用黄光照射该金属表面时不一定能发生光电效应，选项B错误；根据可知，用同一种频率的单色光照射不同的金属（都有光电效应发生），光电子的最大初动能与金属的逸出功成线性关系，选项C正确；能否发生光电效应，由入射光的频率决定，与光照时间和光照强度无关，选项D错误；故选C.
11．C
【详解】
A、电流方向与逃逸出来的电子运动方向相反，所以通过电流计G的电流方向由c到d，故A错误；
B、光电流的大小与光的强弱有关，遏止电压与光的频率有关，光电流的大小与光的频率无关，故B错误；
C、用同频率的光照射K极，根据爱因斯坦光电效应方程，光电子的最大初动能与光的频率有关，与光的强弱无关，故C正确；
D、光电管两端电压U为零时，光电效应照样发生，打出来的电子沿各个方向飞去，故D错误；
故选C．
12．D
【详解】
电流计的读数恰好为零，此时电压表的示数为1.7V，根据动能定理得．再根据光电效应方程知，故A正确，若断开S后，仍会发生光电效应，所以仍由电流通过，B正确；根据可得若用光子能量为3eV的光照射阴极，则，增大，C正确；改用能量为l.OeV的光子照射，小于1.05eV，不会发生光电效应，D错误．
13．CD
【详解】
根据光电效应方程Ekm=hγ-W，结合Ekm=eUc，则有：，结合图象可知，甲、乙图线斜率表示普朗克常数h与电子电量e的比值，故A错误；图象的纵截距为，因此甲实验中金属的逸出功比乙实验中金属的逸出功小，故B错误；在能发生光电效应的前提下，用频率相同的光照射金属，依据光电效应方程Ekm=hγ-W，甲实验金属的逸出功较小，那么甲实验中光电子的最大初动能比乙实验中光电子的最大初动能大，故C正确；在乙实验中用某一频率的光照射金属发生光电效应，由于甲实验中金属的逸出功比乙实验中金属的逸出功小，那么用频率相同的光在甲实验中照射金属一定能发生光电效应，故D正确；故选CD．
14．BDE
【详解】
v0为截止频率，只有入射光的频率等于或大于v0时，才能发生光电效应，故A错误；由爱因斯坦光电效应方程可知， ，由图象可知，该金属的逸出功等于，故B正确；入射光的频率越大，光电子的最大初动能越大，遏止电压越大，故C错误；，变形得： ，图象的斜率为 ，由此，若已知电子电量e，可求得普朗克常量h，故D正确；当入射光的频率为3v0时，由爱因斯坦光电效应方程可知，产生的光电子的最大初动能为2hv0，故E正确；故选BDE．
15．BD
【详解】
A．太阳光照射时，太阳光中紫外线的能量低于阴极材料的逸出功，不能发生光电效应，端没有输出电压。A错误；
B．明火照射时，其紫外线能量大于逸出功，能发生光电效应，端有输出电压。B正确；
C．若阴极K材料选用金属锌，太阳光能使阴极材料发生光电效应，从而报警。所以不能实线有效报警。C错误；
D．明火中紫外线波长越短，频率越大，光子能量越大，根据光电效应方程，光电子的最大初动能越大。D正确。
故选BD。
16． hυ0 不变
【详解】
由光电效应方程，逸出功与金属材料有关，与入射光频率无关
17． 2.4； 1.0
【详解】
第一空、第二空．设用光子能量为3.4eV的光照射时，光电子的最大初动能为Ekm，阴极材料逸出功为W0，当反向电压达到U＝1.0V以后，具有最大初动能的光电子恰到阳极，因此eU＝Ekm；由光电效应方程：Ekm＝hν﹣W0；由以上二式：Ekm＝1.0eV，W0＝2.4eV．
第三空．根据光电效应方程EKm＝hv﹣W0知，图线的斜率表示普朗克常量，h=．
18． hv-hv0
【详解】
试题分析：根据光电效应方程得，最大初动能Ekm=hv-hv0．
根据动能定理得，-eU=0-Ekm
解得反向电压
19．（1）；（2）
【详解】
（1）根据光电效应方程，入射光的频率越高，对应的遏止电压Uc越大，则可知
根据可知，三种光的波长关系为
（2）根据光电效应方程知，光电子最大初动能与遏止电压Uc成正比，则有
20．(1) ；(2)
【详解】
（1）根据爱因斯坦光电效应方程
又
解得
（2）光电子到达A板上的区域是一个圆
电子在极板中运动时的加速度
越小时越大，在电场中运动的时间越长，到达距圆心最远的电子，到达极板时，竖直速度恰好减为零，此时
且
而x方向做匀速运动
而
光电子到达A板上区域最大面积
联立解得
21．（1）；（2）；（3）
【详解】
（1）每秒钟到达极的光子数量为，则
解得
（2）根据光电效应方程可知
得
解得
（3）逸出的电子在电场中加速向A运动，根据动能定理
联立解得
22．（1）；（2）4条
【详解】
解：（1）氢原子核外电子绕核做匀速圆周运动，库仑力提供向心力，有
其中
根据电流的定义
得
（2）由于钠的极限频率为，则使钠发生光电效应的光子的能量至少为
一群处于激发态的氢原子可发出种频率的光。由
可算出各能级能量
由
知，6种光子的能量分别为
有4个，所以有4条谱线可使钠发生光电效应。
答案第1页，共2页