4.2光电效应方程及其意义 同步训练(Word版含答案)

4.2光电效应方程及其意义
一、选择题（共15题）
1．如图所示，a是由两种单色光组成的一束复色光，射向半圆玻璃砖的圆心O，折射后分成b、c两种单色光。由此可知（　　）
A．玻璃对c光的折射率较大 B．c光在玻璃中的传播速度较大
C．b光的频率较小 D．b光的光子能量较小
2．人类对光的本性的认识经历了曲折的过程．下列关于光的本性的陈述不符合科学规律或历史事实的是
A．牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的．
B．光的双缝干涉实验显示了光具有波动性．
C．麦克斯韦预言了光是一种电磁波．
D．光具有波粒二象性．
3．用两束频率不相同、强度也不同的光线照射两种不同的金属，假若它们都有光电子逸出，则（　　）
A．频率大的光照射逸出功较小的金属表面逸出的光电子的最大初动能一定较大
B．频率大的光照射逸出功较小的金属产生的饱和光电流一定较大
C．强度大的光照射逸出功较小金属产生的光电子最大初动能一定较大
D．强度大的光照射逸出功较大金属产生的光电子最大初动能一定较大
4．某同学通过以下步骤测出了从一定高度落下的排球对地面的冲击力：将一张白纸铺在水平地面上，把排球在水里弄湿，然后让排球从规定的高度自由落下，并在白纸上留下球的水印。再将印有水印的白纸铺在台秤上，将球放在纸上的水印中心，缓慢地压球，使排球与纸接触部分逐渐发生形变直至刚好遮住水印，记下此时台秤的示数即为冲击力的最大值。下列物理学习或研究中用到的方法与该同学的方法相同的是（　　）
A．建立“合力与分力”的概念 B．建立“点电荷”的概念
C．建立“电场强度”的概念 D．建立“光子说”的理论
5．如图所示，先后用波长为、的单色光照射阴极K均可产生光电流。调节滑片P，当电压表示数分别为U1、U2时，、的的光电流恰减小到零.已知U1A．两种单色光光子的动量p1>p2 B．光电子的最大初动能Ek1>Ek2
C．普朗克恒量为 D．逸出功为
6．用同一光管研究a、b两种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图。则这两种光（　　）
A．照射该光电管时a光使其逸出的光电子最大初动能大
B．从同种玻璃射入空气发生全反射时，b光的临界角大
C．通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距大
D．通过同一玻璃三棱镜时，a光的偏折程度大
7．利用如图甲所示的电路完成光电效应实验，金属的遏止电压UC与入射光频率的关系如图乙所示，图乙中U1、、均已知，电子电荷量用e表示。入射光频率为时，下列说法正确的是（　　）
A．光电子的最大初动能
B．由图象可求得普朗克常量
C．滑动变阻器的滑片P向N端移动过程中电流表示数一定一直增加
D．把电源正负极对调之后，滑动变阻器的滑片P向N端移动过程中电流表示数一定直增加
8．美国物理学家密立根用精湛的技术测量了光电效应中几个重要的物理量，其中之一是通过测量金属的遏止电压Uc与入射光频率ν，计算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程式的正确性。如图所示为根据某次实验作出的Uc-ν图像，下列说法正确的是（　　）
A．该图线的斜率表示普朗克常量 B．该金属的截止频率约为4.3×1014 Hz
C．该金属的截止频率约为5.5×1014 Hz D．该金属的逸出功与入射光的频率成正比
9．一束波长为500mm，功率为1.0W的激光可聚焦成一个半径为500nm的光斑，此激光照射在半径和高度均为500nm的圆柱体上，如图所示。假设圆柱体的密度与水相同且完全吸收辐射，已知普朗克常量为6.626×10-34J·s，则（　　）
A．每个光子动量大小为1.32×10-30kg·m/s
B．激光每秒发射的光子约为2.5×1018个
C．圆柱体的加速度约为8.5×108m/s2
D．圆柱体受到的作用力随着激光功率的增大而减小
10．以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子极短时间内能吸收到一个光子而从金属表面逸出．强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子电效应，这已被实验证实．光电效应实验装置示意如图．用频率为v的普通光源照射阴极k，没有发生光电效应，换同样频率为v的强激光照射阴极k，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U，即将阴极k接电源正极，阳极A接电源负极，在k、A之间就形成了使光电子减速的电场，逐渐增大U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是下列的（其中W为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电量）
A．U=- B．U=- C．U=2hv-W D．U=-
11．在利用光电管研究光电效应的实验中，入射光照到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么（ ）
A．从光照射到金属表面到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加
B．饱和光电流将会减弱
C．遏止电压将会减小
D．有可能不再发生光电效应
12．如图，用a、b两种不同频率的光分别照射同一金属板，发现当a光照射时验电器的指针偏转，b光照射时指针未偏转，以下说法正确的是（　　）
A．a光照射金属板时验电器的金属小球带正电
B．增大a光的强度，验电器的指针偏角不变
C．增大b光的强度，验电器的指针将偏转
D．若a光是氢原子从的能级向的能级跃迁时产生的，则b光可能是氢原子从的能级向的能级跃迁时产生的
13．用某种频率的光照射锌板可以发生光电效应．则下列说法正确的是（ ）
A．增大入射光的照射强度，则单位时间发射的光电子会增多
B．增加入射光的照射时间，则单位时间发射的光电子会增多
C．换用频率更高的光照射锌板，则光电子的最大初动能会增大
D．换用波长更长的光照射锌板，则光电子的最大初动能会增大
14．在研究光电效应时，用图甲的电路研究光电效应中电子发射情况与照射光的强弱关系。选用不同颜色和不同强度的光，得到光电流随电压的变化规律如图乙所示。下列说法正确的是（　　）
A．入射光1和入射光3是同一种颜色的光
B．入射光1的频率大于入射光2的频率
C．用入射光1照射时获得的光电子初动能最大
D．用入射光2照射时获得的光电子初动能最大
15．在光电效应实验中，两个实验小组分别在各自的实验室，约定用相同频率的单色光分别照射锌和银的表面，结果都能发生光电效应，如图1，并记录相关数据．对于这两组实验，下列判断正确的是( )
A．因为材料不同,逸出功不同，所以遏止电压Uc不同
B．饱和光电流一定不同
C．光电子的最大初动能不同
D．分别用不同频率的光照射之后绘制Uc-ν图像（ν为照射光频率，图2为其中一小组绘制的图像），图像的斜率可能不同
二、填空题
16．研究光电效应电路如图甲所示．用频率都为ν、强度不同的两束光B、C分别照射密封真空管的钠极板（阴极K），钠极板发射出的光电子（带电荷量为e）被阳极A吸收，在电路中形成光电流．其光电流I与A、K之间的电压UAK的关系如图所示，可知B光的强度___________C光的强度（选填“大于”、“等于”或“小于”），金属钠的逸出功为___________（已知普郎克常量为h）．
17．光电效应实验中，以不同频率的光入射同一金属表面，并测量与各频率ν对应的遏止电压Uc，所得结果如图所示。若图线斜率为k，电子电荷量为e，则普朗克常量h=________（用上述字母表示）。若用频率为3×1014Hz很强的入射光照射到该金属表面________（选填“能”或“不能”）产生光电效应。

18．某光电管的阴极K用截止频率为的金属钠制成，光电管阳极和阴极之间的正向电压为，普朗克常量为，电子的电荷量为．用频率为的紫外线照射阴极，有光电子逸出，光电子到达阳极的最大动能是_________；若在光电管阳极和阴极之间加反向电压，要使光电子都不能到达阳极，反向电压至少为______________．
19．用如图所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为5eV的光照射到光电管上时，测得电流计上的示数随电压变化的图象如图所示．金属的逸出功为_____J．(电子电荷量为l.6×1019C)若用光子能量为7eV的光照射光电管，那么I—U图像与U轴的截距为______V.
三、综合题
20．在某次光电效应实验中，用波长为λ1的单色光照射金属板，能使金属板发出光电子，测得光电子的最大初动能为E1， 改用波长为λ2的单色光照射金属板，也能使金属板发出光电子，测得光电子的最大初动能为E2， 求该金属板的逸出功Wo和普朗克常量h．（已知真空中的光速为c）
21．人眼对绿光最为敏感，如果每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。现有一个光源以0.1W的功率均匀地向各个方向发射波长为530nm的绿光，眼睛最远在多大距离能够看到这个光源？假设瞳孔在暗处的直径为4mm，且不计空气对光的吸收。
22．红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道的闪光，每道闪光称为一个脉冲。现有一红宝石激光器，发射功率为P＝5.0×106 W，所发射的光脉冲持续时间Δt＝1.0×10－11 s，波长为693.4 nm(1 nm＝10－9 m)，求：
（1）每个光脉冲的长度；
（2）每个光脉冲含有的光子数。(已知h＝6.63×10－34 J·s，结果保留2位有效数字)
23．某科技小组买到几个光电管，想测量这种光电管材料的截止频率，他们在实验室找到了几块标有波长数值的滤光片（如图所示），请据此设计可行的测量方案。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
【详解】
AC. 由图知，两束光的入射角相等，b光的折射角大于c光的折射角，由折射定律可知，玻璃砖对b光的折射率大于c光的折射率，所以b光的频率大于c光的频率，AC错误．
B. 根据 可知，折射率大的b光，在玻璃中传播速度小，B正确．
D. 光子能量 ，所以频率大的b光光子能量大，D错误．
2．A
【详解】
试题分析：牛顿的“微粒说”认为光子是一个个实物粒子，爱因斯坦的“光子说”认为光子是一份份能量，两者有本质上的区别，所以A项正确；干涉现象和衍射现象都能显示光的波动性，所以B项错误；麦克斯韦预言了光是一种电磁波，赫兹用实验证实了预言，所以C项错误；现代物理认为光具有波粒二象性，所以D项错误．
3．A
【详解】
A．根据光电效应方程可知根频率大的光照射逸出功较小的金属表面逸出的光电子的最大初动能一定较大，故A正确；
B．在能发生光电效应的条件下，光电流强度与入射光的强度成正比，与入射光的频率无关，与逸出功无关，故B错误；
CD．根据光电效应方程可知光电子最大初动能与入射光的强度无关，故C、D错误；
故选A。
4．A
【详解】
A．通过题干可知，用压力压球得到相同的水印求冲力，是利用同等形变弹力相等的原理进行的实验，因此属于等效法，合力和分力是等效的，故A正确；
B．点电荷是一种理想化的模型，是采用的理想化的方法，故B错误；
C．电场强度的定义是：试探电荷在电场中受到的电场力与试探电荷所带电量的比值，所以，建立“电场强度”的概念是采用了参考变量法，故C错误；
D．光子说是爱因斯坦在总结前人的实验数据和实验结论的前提下，提出的一种新的假设，是采用了新理论假设法，故D错误。
故选A。
5．D
【详解】
AB．当电压表示数分别为U1、U2时，、的的光电流恰减小到零.已知U1所以
两种单色光光子的动量
所以
光电子的最大初动能
所以
故AB错误；
CD．根据
，
解得
，
故C错误D正确。
故选D。
6．C
【详解】
A．根据
所以遏止电压越大的动能越大，则照射该光电管时b光使其逸出的光电子最大初动能大，所以A错误；
B．根据
可知b光的频率大于a光的频率，所以同种介质时，b光的折身率大于a光的折射率，根据
所以从同种玻璃射入空气发生全反射时，a光的临界角大，所以B错误；
C．由于b光的频率大于a光的频率，则b光的波长小于a光的波长，根据
所以通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距大，则C正确；
D．通过同一玻璃三棱镜时，频率越大的光，折射率越大，光的偏折程度大，所以b光的偏折程度大，则D错误；
故选C。
7．B
【详解】
A．依题得，光电子的最大初动能为
故A错误；
B．根据光电效应
其中
可得普朗克常量为
故B正确；
CD．无论电源正负极如何，电流表示数不能一直增加，故CD错误。
故选B。
8．B
【详解】
A．由爱因斯坦光电效应方程得
又
可得
选项A错误；
BC．Uc=0时，对应的频率为截止频率，即该金属的截止频率约为4.3×1014 Hz ，选项B正确，C错误；
D．逸出功与入射光的频率无关，只与金属材料本身有关，选项D错误。
故选B。
9．C
【详解】
A．由公式可知，每个光子动量大小
故A错误；
B．每个光子的能量为
每秒钟激光的能量为
则激光每秒发射的光子
故B错误；
C．圆柱体的质量为
激光的总动量为
由动量守恒可知
得
圆柱体的加速度大小为
故C正确；
D．激光功率越大，单位时间内的能量越大，光子的个数越多，光子的总动量越大，激光对圆柱体的作用力越大，故D错误。
故选C。
10．B
【详解】
一个电子吸收一个光子不能发生光电效应，换用同样频率为的强光照射阴极K，发生了光电效应，即吸收的光子能量为，n=2、3、4 …，根据 ，可知，所以B正确．
11．B
【详解】
A．发生光电效应时，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，则从光照射到金属表面到发射出光电子之间的时间间隔将保持不变，选项 A错误；
B．入射光的强度减弱，则单位时间内逸出的光电子的数目将减小，则饱和光电流将会减弱，选项B正确；
C．根据遏止电压的表达式，光的频率不变，则最大初动能不变，则遏止电压不变，选项C错误；
D．因为光电效应取决于光的频率，故仍能发生光电效应，选项D错误；
故选B。
12．A
【详解】
A．用a、b两种不同频率的光分别照射同一金属板，发现当a光照射时验电器的指针偏转，b光照射时指针未偏转，说明a光使金属发生光电效应，b光没有使金属发生光电效应，a光照射金属板，发生光电效应，电子逸出成为光电子，金属板带正电，A正确；
B．增大a的光照强度，会使更多电子逸出，验电器的指针偏角变大，B错误；
C．b光没有使金属发生光电效应，增大光的强度但光的频率不变，b光的频率小于金属的极限频率，不会使金属发生光电效应，验电器的指针不会偏转，C错误；
D．因为a光的频率大于b光的频率，则辐射a光的两能级差大于辐射b光的两能级差，若a光是氢原子从的能级向的能级跃迁时产生的，则b光不可能是氢原子从的能级向的能级跃迁时产生的，D错误。
故选A。
13．AC
【详解】
A、光的照射强度反映光的能量，表示光子数的多少,增加入射光的强度，即增多单位时间产生的光电子数，故A正确.B、光电效应的发生是瞬时的，光子的能量足够电子吸收就飞出，否则能量就不够不能飞出，故增加照射时间不能增加光电子，B错误．C、D、根据光电效应方程Ekm=hv-W0得，光电子的最大初动能与入射光的强度、照射时间无关．入射光的频率越高，或波长越短，光电子的最大初动能越大．故C正确，D错误．故选AC．
14．AD
【详解】
根据可知，对确定的金属逸出功 不变，遏止电压由入射光的频率决定，入射光的频率越大，对应的遏止电压越大，因为入射光1和入射光3的遏止电压相等，所以入射光1和入射光3的频率相同，因此是同一种颜色的光；入射光1的遏止电压小于入射光2的遏止电压，所以入射光1的频率小于入射光2的频率；遏止电压越大，对应的光电子的最大初动能越大，所以用入射光２照射时获得的光电子初动能最大，A正确，B错误，C错误，D正确
故选AD。
15．AC
【详解】
A、根据光电效应方程和得出，相同频率，不同逸出功，则遏止电压也不同，故A正确；
B、虽然光的频率相同，但光强不确定，所以单位时间逸出的光电子数可能相同，而饱和光电流不一定相同，故B错误；
C、根据光电效应方程得，相同的频率，不同的逸出功，则光电子的最大初动能也不同，故C正确；
D、因为，知图线的斜率等于，从图象上可以得出斜率的大小，已知电子电量，可以求出斜率与普朗克常量有关，即图像的斜率相同，故D错误．
16． 大于
【详解】
试题分析：由图像可知，B光的饱和光电流大于A光，所以B光的强度大于C光的强度；由图像可知，反向截止电压为U0，则光电子的最大初动能为U0e，由光电效应方程可知，金属钠的逸出功为
17． ek 不能
【详解】
由光电效应方程
和
可得
对照题给的图像，则
(2)由图像的直线与轴的交点可知，遏止电压为零时，入射光的频率等于截止频率，该金属板对入射光的截止频率大于Hz ，所以频率为Hz很强的入射光照射到该金属板表面不能产生光电效应。
18．
【详解】
根据光电效应方程得，最大初动能为：Ekm=hv hv0.
根据动能定理得：eU=EK Ekm
解得：Ek=h(ν ν0)+eU.
根据动能定理得： eU=0 Ekm
解得反向电压为：U=h(ν ν0)/e
19． -4V
【详解】
第一空.由图2可知，当该装置所加的电压为反向电压，当电压是-2V时，电流表示数为0，知道光电子点的最大初动能为：2eV=3.2×10-19J，根据光电效应方程：EKm=hγ-W0，W0=3eV=4.8×10-19J．
第二空.若用光子能量为7eV的光照射光电管，那么光电子的最大初动能：
EKm′=hγ′-W0=7eV-3eV=4eV
根据动能定理可知，此时光电管的反向截止电压也是4V，则I-U图象与U轴的截距为-4V.
20．逸出功为，普朗克常数为
【详解】
由爱因斯坦光电效应方程Ek=hv-W0和 可得：
h W0＝E1
h W0＝E2
解得：h= ；
W0=
21．210km
【详解】
每个光子的能量是
hv =
每秒射入瞳孔引起视觉所需的最低能量是
E =
瞳孔的面积为，而以光源为球心，以光源到眼的距离R为半径的球面积是4πR2。于是
E =
解之得
R ==
代入数据解得
R = 210km
22．（1）；（2）
【详解】
（1）每个光脉冲的长度
（2）每个光脉冲的能量
每个光子的能量
每个光脉冲含有的光子数
代入数据得
23．光电管材料截止频率的测量方案如下：
（1）选取某一标称波长（如460 nm）的滤光片，使射入光电管的光为该波长的单色光。
（2）按图所示连接好电路，选择反向电压，调节滑动光、变阻器，使电路中的电流刚好为零，此时电压表示数为遏止电压。
（3）根据动能定理
得到光电子最大初动能．
（4）根据光电效应方程
其中
得到光电管材料逸出功。
（5）根据
可得材料截止频率。
（6）更换滤光片，重复上述实验步骤，最后将测量结果取平均值。
答案第1页，共2页