4.2光电效应方程及其意义 自主提升过关练（Word版含解析）

4.2光电效应方程及其意义 自主提升过关练（含解析）
一、选择题
1．某同学用图甲装置进行光电效应实验：用波长为的单色光照射阴极，调节滑动变阻器，测得流过灵敏电流计的电流与之间的电势差满足如图乙所示规律（　　）
A．用波长为的光照射阴极，遏止电压将增大
B．滑动变阻器由中央向右移动，电流值逐渐趋近于
C．只增加入射光的照射强度，光电流最大值不变
D．只改变阴极K的材料，图像与横轴交点不变
2．下表中给出了三种金属材料的极限波长，其中两种材料发生光电效应时逸出光电子的最大初动能Ek与入射光频率 的关系如图所示，则（　　）
材料 钠 铜 铂
极限波长（nm） 541 268 196
A．这三种材料中，金属钠的逸出功最大
B．图中a、b两条图线的斜率都等于普朗克常量h
C．如果图线a表示的材料是铜，则图线b表示的材料是钠
D．用波长400nm的光分别照射这三种金属，只有铜和铂会发生光电效应
3．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
4．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
5．如图所示，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，颜色相同的a、b两束光分别照射1、2两种材料，光电流I随电压U变化关系如图所示，则下列说法正确的是（　　）
A．a、b光的频率 B．a、b两光的光照强度相同
C．光电子的最大初动能 D．材料1、2的截止频率
6．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．
7．一切温度高于绝对零度的物体都能产生热辐射，人体有体温，每时每刻都在发射红外线，人体红外辐射主要在3~50μm之间。红外测温仪利用人体热辐射原理测温。已知人体正常体温（ ）下辐射波长为9μm的红外光，如图甲所示，用该红外光照射光电管的阴极K时，电路中有光电流产生，该光电流随电压变化的图象如图乙所示，已知电子的电荷量大小为e，普朗克常量为h，则下列说法正确的是（　　）
A．若辐射红外线的强度增强，遏止电压U0减小
B．若辐射红外线的强度增强，光电流减小
C．波长9μm的红外光在真空中的传播速度为2×108m/s
D．将图甲中的电源反接，电流表的示数可能不为零
8．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
9．如图甲所示，分别用两种不同的金属材料作极进行光电效应的实验探究。当保持入射光不变时，光电子到达A极时其动能的最大值随极间所加电压变化的图像如图乙所示，结合图甲与图乙进行分析，下列说法中正确的是（　　）
A．图乙的斜率为
B．图乙的斜率为普朗克常量
C．图乙的纵轴截距为对应金属材料的逸出功
D．图乙的纵轴截距为光电子离开极时的最大初动能
10．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
11．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
12．某激光器能发射波长为的激光，真空中光速为c，普朗克常量为h，则该激光器发射的光量子的能量为（　　）
A． B． C． D．
13．光电效应实验中，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。则可判断出（　　）
A．若甲、乙曲线为同一光电管得出，则甲光的光强大于乙光的光强
B．若甲、丙曲线为同一光电管得出，则甲光的波长小于丙光的波长
C．若甲光照射可使某种金属发生光电效应，则乙光、丙光也一定可以使此金属发生光电效应
D．若甲、乙曲线为同一光电管得出，甲光子频率大于乙光子频率
14．用如图所示的装置研究光电效应现象。所用光子能量为2.75eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，电流表G的示数不为零，移动变阻器的触点c，发现当电压表的示数大于或等于1.7V时，电流表示数为0，则下列说法正确的是（　　）
A．换波长更长的光照射，可能电流表G没有示数
B．光电管阴极的逸出功为1.7eV
C．当滑动触头向b端滑动时，电流增大
D．开关S断开后，没有电流流过电流表G
15．在做光电效应实验中，某金属被光照射发生了光电效应，实验测出了光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν的关系如图所示，由实验图象可求出（　　）
A．该金属的逸出功 B．光电流强度
C．单位时间内逸出的光电子数 D．普朗克常量
二、解答题
16．如图是研究光电效应的实验电路和氢原子的能级示意图。现用等离子态的氢气（即电离态，）向低能级跃迁时所发出的光照射光电管的阴极。测得电压表的示数是。已知光电管阴极材料的逸出功是，普朗克常数,，结果均保留两位有效数字。求：
（1）氢原子由能级跃迁到能级时氢气发光的波长；
（2）该光电管阴极材料发生光电效应的极限波长；
（3）光电子到达阳极的最大动能为多少电子伏特。
17．不同金属的截止频率（ ）和逸出功（）都不同，表是5种金属的截止频率和逸出功。请根据表中的信息回答下列问题。
金属 钨 钙 钠 钾 铷
10.95 7.73 5.56 5.44 5.15
4.54 3.2 2.29 2.25 2.13
（1）用黄光（频率为）分别照在表中的5种金属上，有电子逸出的是哪些？并求出该金属逸出电子的最大初动能。
（2）如果把黄光改为红光（频率为），有电子逸出的是哪些？如果把黄光改为紫光（频率为），有电子逸出的又是哪些？。
参考答案
1．A
【解析】
A．遏止电压随入射光频率的增大而增大，波长减小，频率变大，用波长为的光照射阴极，遏止电压将增大，故A正确；
B．该电路中光电管两侧的电压为反向电压，向右移动滑动变阻器时，光电管上的反向电压增大，则电流表示数将变小，甚至变为零，故B错误；
C．增大入射光的强度，入射光的光子个数增加，逸出的光电子个数增加，光电流最大值增大，故C错误；
D．若只改变阴极K的材料，则逸出功改变，根据光电效应方程可知光电子的最大初动能发生变化，所以遏止电压也将发生变化，即图像与横轴的交点变化，故D错误。
故选A。
2．B
【解析】
【详解】
A．由表可知，金属钠的极限波长最大，根据波长与频率成反比可知，其极限频率最小，根据
金属钠的逸出功最小，故A错误；
B．根据
图中a、b两条图线的斜率都等于普朗克常量h，故B正确；
C．如果图线a表示的材料是铜，则图线b表示的材料的极限频率比铜大则极限波长比铜小，则表示的是铂，故C错误；
D．用波长400nm的光分别照射这三种金属，该光波长只小于钠的极限波长，只有钠会发生光电效应，故D错误。
故选B。
3．D
【解析】
【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。
4．C
【解析】
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。
5．D
【解析】
【详解】
A．a、b两束光颜色相同，所以频率相同，故A错误；
B．饱和光电流越大，光照强度越大，所以a光的光照强度比b光的大，故B错误；
C．光电子的最大初动能为
由图可知
所以
故C错误；
D．根据爱因斯坦光电效应方程可得
所以
故D正确。
故选D。
6．B
【解析】
【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。
7．D
【解析】
【详解】
A．遏止电压与光的强度无关，若辐射红外线的强度增强，遏止电压不变，A错误；
B．若辐射红外线的强度增强，光电管转换成的光电流增大，B错误；
C．红外光是电磁波，则在真空中的传播速度为3×108m/s，C错误；
D．根据图乙可知，遏止电压为U0，如果反接，但电源电压小于U0，电流表的示数不为零，D正确。
故选D。
8．D
【解析】
【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。
9．D
【解析】
【详解】
AB．图中光电管中电场为加速电场，设电子离开K极时的最大初动能为，电子到达A极板的最大动能为，由动能定理可得
解得
所以斜率为e，AB错误；
CD．截距为光电子离开极时的最大初动能，C错误，D正确。
故选D。
10．D
【解析】
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。
11．A
【解析】
【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。
12．A
【解析】
【详解】
由题意得
故A正确，BCD错误。
故选A。
13．AC
【解析】
【详解】
A．若甲、乙曲线为同一光电管得出，由于甲对应的饱和光电流较大，甲光的光子个数多，甲光的光强大于乙光的光强，A正确；
B．根据动能定理及光电效应方程
解得
甲光的遏止电压较小，同一光电管逸出功相同，故甲光的波长大于丙光的波长，B错误；
C．根据动能定理及光电效应方程
解得
因为甲光和乙光的遏止电压相同，所以频率相同，若甲光照射可使某种金属发生光电效应，则乙光也一定可以使此金属发生光电效应；
因为丙光的遏止电压大于甲光的遏止电压，则丙光的频率大于甲光的频率，若甲光照射可使某种金属发生光电效应，则丙光也一定可以使此金属发生光电效应；C正确。
D．甲光和乙光频率相同，D错误。
故选AC。
14．AC
【解析】
A．换波长更长的光照射，一种情况为光的频率偏小，导致不能发生光电效应，从而电流表G没有示数；第二种情况为发生了光电效应，但所加反向电压超过了遏止电压，没有光电子能够导电使得电流表G没有示数，故A正确；
B．该装置所加的电压为反向电压，发现当电压表的示数大于或等于1.7V时，电流表示数为0，知道光电子的最大初动能为1.7eV，根据光电效应方程有
EKm=hv-W0
W0=1.05eV
则光电管阴极的逸出功为1.05eV，故B错误；
C．当滑动触头向b端滑动时，反向电压减小，则到达集电极的电子的数目增多，电流增大，故C正确；
D．若开关S断开后，即去掉反向电压，而光的照射发生了光电效应，则一定有光电子参与导电，一定有电流流过电流表G，故D错误；
故选AC。
15．AD
【解析】
【详解】
AD．根据爱因斯坦光电效应方程
任何一种金属的逸出功W一定，说明Ek随的变化而变化，且是线性关系（与y＝ax+b类似），直线的斜率等于普朗克常量，纵轴截距代表逸出功，可以通过实验图象求出普朗克常量和逸出功，故AD正确；
BC．根据图像可知OA为
时的频率，即为极限频率，无法获得光电流强度和单位时间内逸出的光电子数，故BC错误。
故选AD。
16．(1)487.5nm；(2)460nm；(3)25.9eV
【解析】
【分析】
【详解】
(1) 氢原子由能级跃迁到能级时释放光子的能量为
根据
可知波长为
(2)极限频率满足
解得极限波长
(3)根据光电效应方程可知光电子从从中逸出时最大初动能为
根据能量守恒定律可知光电子到达阳极的最大动能为
17．（1）铷；；（2）没有；钙、钠、钾、铷
【解析】
【分析】
【详解】
（1）入射光频率大于金属截止频率时，才有电子逸出，结合图表可知，只有铷有电子逸出，根据
得该金属逸出电子的最大初动能
（2）红光频率小于以上所有金属的截止频率，没有金属的电子会逸出。
紫光频率大于钙、钠、钾、铷的截止频率，这四种金属会有电子逸出。
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