4.2 光电效应 同步练习（Word版含答案）

4.2、光电效应
一、选择题（共16题）
1．人们对“光的本性”的认识，经历了漫长的发展过程．下列符合物理学史实的是（　　）
A．牛顿提出光是一种高速粒子流，并能解释一切光的现象
B．惠更斯认为光是机械波，并能解释一切光的现象
C．为了解释光电效应，爱因斯坦提出了光子说
D．为了说明光的本性，麦克斯韦提出了光的波粒二象性
2．在光电效应实验中用频率为的光照射光电管阴极发生了光电效应．下列说法正确的是
A．减小入射光的强度，一定不发生光电效应
B．改用频率小于的光照射，一定不发生光电效应
C．增大入射光的强度，光电子的最大初动能变大
D．改用频率大于的光照射，光电子的最大初动能变大
3．关于光子的能量，下列说法中正确的是（ ）．
A．光子的能量跟它在真空中的波长成正比
B．光子的能量跟它在真空中的频率成正比
C．光子的能量跟光子的速度平方成正比
D．以上说法都不正确
4．如图所示，一束复色光通过三棱镜后分解成两束单色光、，下列说法正确的是（　　）
A．若、光分别照射同一光电管都能发生光电效应，则光的遏止电压低
B．在该三棱镜中光波长大于光
C．光能发生偏振现象，光不能发生
D．若增大入射角i，则光先消失
5．某实验小组用同一光电管完成了光电效应实验，得到了光电流与对应电压之间的关系图像甲、乙、丙，如图所示。则下列说法正确的是（　　）
A．甲光的频率大于乙光的频率
B．乙光的波长大于丙光的波长
C．甲光的光强大于丙光的光强
D．甲光和丙光产生的光电子的最大初动能不相等
6．如图所示，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，其逸出功的大小关系为W1>W2，保持入射光不变，则光电子到达A极时动能的最大值Ekm随电压U变化关系的图像是（　　）
A． B．
C． D．
7．由a、b两种单色光组成的细光束A0以45°的入射角从某种介质时问空气时，光路则图所示，关于这两种单色光，下列说法中正确的是（）
A．从该介质射向空气时，a光发生全反射时的临界角一定大于45°
B．该介质对b光的折射率一定大于
C．用a光和b光分别做双缝干涉实验，若实验条件相同，则b光在屏上形成的明条纹的间距比a光小
D．若用a光照射某金属板能发生光电效应，则用b光照射该金属板也可能发生光电效应
8．用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流强度与照射光的强弱、频率等物理量的关系。图中A、K两极间的电压大小可调，电源的正负极也可以对调，分别用a、b、c三束单色光照射，调节A、K间的电压U，得到光电流I与电压U的关系如图乙所示，由图可知（　　）
A．单色光a和c的波长相同，且a光更弱些，b光波长最长
B．单色光a和c的波长不同，且a光更强些，b光频率最小
C．单色光a和c的波长相同，且a光更弱些，b光波长最小
D．单色光a和c的波长相同，且a光更强些，b光频率最大
9．用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图像如图所示。图像与横轴交点的横坐标为，与纵轴交点的纵坐标为0.5eV。由图可知（　　）
A．该金属的极限频率为
B．该金属的极限频率为
C．该图像的斜率的倒数表示普朗克常量
D．该金属的逸出功为0.5eV
10．当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，这时
A．锌板带负电 B．有正离子从锌板逸出
C．有电子从锌板逸出 D．锌板会吸附空气中的正离子
11．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
12．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
13．弗兰克—赫兹实验是研究求原子能量是否具有量子化特点的重要实验。实验原理如图1所示，灯丝K发射出初速度不计的电子，K与栅极G间的电场使电子加速，G、A向加有0.5V电压的反向电场使电子减速，电流表的示数大小间接反映了单位时间内能到达A极电子的多少。在原来真空的容器中充人汞蒸气后，发现K、G间电压U每升高4.9V时，电流表的示数I就会显著下降，如图2所示。科学家猜测电流的变化与电子和汞原子的碰撞有关，玻尔指出该现象应从汞原子能量量子化的角度去解释。仅依据本实验结果构建的微观图景合理的（　　）
A．汞原子基态和第一激发微态的能极之差一定大于4.9eV
B．相对于K极，在G极附近时电原子更容易使汞原子发生跃迁
C．电流增大，是因为单位时间内使汞原子发生跃迁的电子数减少
D．电子运动过程中只可能与汞原子发生一次碰撞
14．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（甲光、乙光、丙光），如图所示。则可判断出（　　）
A．甲光的频率小于丙光的频率
B．乙光的波长小于丙光的波长
C．甲光对应的光电子最大初动能小于丙光的光电子最大初动能
D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能
15．由锌板与铜板构成平行板电容器，其中锌板与静电计相连，静电计金属外壳和铜板都接地，现用频率的紫外线照射锌板，静电计指针偏转最后稳定在偏角上，对应电压。假定已知偏转角度与电势差U成正比。以Q表示两板带的电荷量，E表示两板间的电场强度。则下述过程中正确的是
A．将两板距离减小为原来的一半，则θ先减小后增大最后稳定在，Q不变
B．换用频率的紫外线继续照射锌板θ增大为2后稳定，则有
C．停止光照，将两板距离增大为两倍，则Q增大为2Q，θ增大为2
D．停止光照，将两板距离增大为两倍，则θ增大为2，E不变
16．在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub，光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为普朗克常量。下列说法正确的是（　　）
A．若νa>νb，则一定有Ua＜Ub
B．若νa>νb，则一定有Eka>Ekb
C．若Ua＜Ub，则一定有Eka＜Ekb
D．若νa>νb，则一定有hνa-Eka>hνb-Ekb
二、填空题
17．用光的_____难以解释一束光射到两种介质分界面处会同时发生反射和折射（选填“微粒说”或“波动说”）。目前认为光具有_____。
18．用频率为但强度不同的甲乙两种光做光电效应实验，发现光电流与电压的关系如图所示，由图可知，__________（选填甲或乙）光的强度大，已知普朗克常量为h，被照射金属的逸出功为，则光电子的最大初动能为_________．
19．在某次光电效应实验中，得到的遏制电压与入射光的频率的关系如图所示，若该直线的斜率和截距分别为和，电子电荷量的绝对值为，则普朗克常量可表示为_______，所用材料的逸出功可表示为_______．
20．如图所示，N为金属板，M为金属网，它们分别与电池的两极相连，各电池的电动势和极性如图所示，已知金属板的逸出共为4.8eV．现分别用不同能量的电子照射金属板（各光子的能量已在图上标出），那么各图中没有光电子到达金属网的是________（填正确答案标号），能够到达金属网的光电子的最大动能是________eV．
A． B． C． D．
三、综合题
21．某光电管的阴极是用金属钾制成的，它的逸出功为2.21 eV，现用波长为的紫外线照射阴极，已知真空中光速为，元电荷为，普朗克常量为，则钾的极限频率和该光电管发射的光电子的最大动能为多少？
22．请说明当原子吸收了一个光子时，能量是如何守恒的。
23．强激光的出现丰富了人们对光电效应的认识．用强激光照射金属时，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应．如图所示，用频率为υ的强激光照射光电管阴极K，假设电子在极短时间内吸收两个光子形成光电效应，(已知该金属的逸出功为W0，普朗克常量为h，电子电荷量为e)．求：
①光电子的最大初动能；
②当光电管两极间反向电压增加到多大时，光电流恰好为零．
24．研究光电效应的规律实验的原理图如图（a）所示，按图（a）所示的电路将图（b）中实物连线．
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【详解】
牛顿认为光是一种粒子流，他的观点支持了光的微粒说，能解释光的直线传播与反射现象，不能解释一切现象．故A错误．惠更斯认为光是一种机械波，并能解释光的反射、折射和衍射，但不能解释光的直线传播和光电效应等现象，故B错误．为了解释光电效应爱因斯坦提出光子说，认为光的发射、传播和吸收不是连续的而是一份一份的，每一份就是一个光子，故C正确．麦克斯韦提出了光的电磁波说，认为光是一种电磁波．康普顿效应证明光具有波粒二象性，故D错误．
故选C．
2．D
【详解】
A. 能否发生光电效应，与入射光的强度无关，选项A错误；
B. 光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，当改变频率小于ν，但不一定小于极限频率，故B错误；
C. 光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，则增大入射光的强度，光电子的最大初动能不变，选项C错误；
D. 根据光电效应方程知，Ekm=hv-W0，入射光的频率越高，光电子最大初动能越大．故D正确．
3．B
【详解】
根据可知，光子在真空中的速度是定值，光子的能量与它的频率成正比，与它在真空中的波长成反比。
A．光子的能量跟它在真空中的波长成正比，与上述分析结论不符。故A错误。
B．光子的能量跟它在真空中的频率成正比，与上述分析结论相符。故B正确。
C．光子的能量跟光子的速度平方成正比，与上述分析结论不符。故C错误。
D．以上说法都不正确，与上述分析结论不符。故D错误。
故选B。
4．A
【详解】
A．由图可知a光的偏折程度比b光的大，即三棱镜对a光的折射率比对b光的大，所以a光的频率比b光的大，若、光分别照射同一光电管都能发生光电效应，根据
可知b光的遏止电压低，故A正确；
B．根据
可知
再根据
可知
故B错误；
C．a、b光都能发生偏振现象，故C错误；
D．若增大入射角i，a、b光在左界面的折射角增大，在右界面的入射角减小，不会达到全反射临界角，所以a、b光不会消失，故D错误。
故选A。
5．C
【详解】
A．根据eUc=Ek=hv-W0，入射光的频率越高，对应的遏止电压Uc越大。甲光的遏止电压小于乙光，所以甲光频率小于乙光的频率，故A错误；
B．丙光的遏止电压小于乙光的遏止电压，所以丙光的频率小于乙光的频率，则乙光的波长小于丙光的波长，故B错误；
C．由于甲光的饱和光电流大于丙光饱和光电流，两光频率相等，所以甲光的强度高于丙光的强度，故C正确；
D．甲光的遏止电压等于丙光的遏止电压，由Ekm=e U遏可知，甲光对应的光电子最大初动能等于丙光的光电子最大初动能。故D错误；
故选C。
6．C
【详解】
光电管所加电压为正向电压，则根据爱因斯坦光电效应方程可知光电子到达A极时动能的最大值
可知图像的斜率相同，均为e；逸出功越大，则图像在纵轴上的截距越小，因W1>W2，则图像C正确，ABD错误。
故选C。
7．B
【详解】
当入射角等于临界角时恰好发生全反射，本题没说是恰好发生全反射，A错误；由 知当临界角为45°时，折射率 ，由图知a没发生全反射，所以a的折射率一定小于，B正确；波长越长：条纹间距越大、折射率越小，由图知a的折射率小于b的，所以a光形成的条纹间距较大，C错误；由C知a的波长比b长，频率比b小，所以b能发生光电效应时a不一定，D错误；故选B
8．D
【详解】
光电流恰为零，此时光电管两端加的电压为截止电压，对应的光的频率为截止频率，可知，a、c光对应的截止频率小于b光的截止频率，根据
入射光的频率越高，对应的截止电压U截越大，a光、c光的截止电压相等，所以a光、c光的频率相等，且小于b光频率，a光、c光的频率相等，则此两光的波长也相等，当a、c光照射该光电管，因频率相同，则a光对应的光电流大，因此a光子数多，那么a光的强度较强。
故选D。
9．A
【详解】
AB．当光电子的最大初动能为零时，入射光的光子能量与逸出功相等，即入射光的频率等于金属的截止频率，由题图可知金属的截止频率为4.27×1014Hz，故A正确，B错误；
C．根据
知，图线的斜率表示普朗克常量，故C错误；
D。金属的逸出功为
故D错误。
故选A。
10．C
【详解】
紫外线照射锌板，发生光电效应，此时锌板中有电子逸出，锌板失去电子带正电．故C正确；
11．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。
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。
13．B
【详解】
A．由于电压U每升高4.9V时，电流表的示数I就会显著下降，说明汞原子基态和第一激发态之间的能极之差等于4.9eV，A错误；
B．相对于K极，在G极附近时电子能量越大，更容易使汞原子发生跃迁，B正确；
C．电流增大，即便与汞原子发生碰撞，电压升高后，使电子剩余的能量也足以克服GA间反向电压到达A板，C错误；
D．电子运动过程中有可能与汞原子发生一次，也有可能没发生碰撞，还可能发生多次碰撞，D错误。
故选B。
14．AC
【详解】
入射光的频率决定了遏制电压和光电子的最大初动能，由图可知
因此丙光的频率大于甲光和乙光的频率，丙光的最大初动能大于甲光和乙光的最大出动能，由光的波长、波速和频率的关系公式可知
丙光的频率最大，波长最短，故选AC。
15．BD
【详解】
紫外线照射锌板，发生光电效应，飞出的电子打在铜板，两板之间形成电场，随着电场的增强，最后最大初动能的光电子也不能打在铜板上，形成遏止电压，即静电计指针偏转角对应电压有：（W为锌板逸出功），换用频率的紫外线继续照射锌板θ增大为2稳定，则对应电压2，有：，联立两式得：，选项B正确；光照条件下，两板距离减小电容增大，电压降低，电荷量继续积累，Q增大，E增大，一直到重新回到遏止电压，选项A错误；停止光照，Q不变，E不变，两板距离增大为两倍，电压增大为两倍，即θ增大为2，选项C错误，D正确。
16．BC
【详解】
AB．由爱因斯坦光电效应方程得
Ek=hν-W0
由动能定理得
Ek=eU
用a、b单色光照射同种金属时，逸出功W0相同。当νa>νb时，一定有
Eka>Ekb
Ua>Ub
故选项A错误，B正确；
C．若Ua＜Ub，则一定有
Eka＜Ekb
故选项C正确；
D．因逸出功相同，有
W0= hνa- Eka= hνb- Ekb
故选项D错误。
故选BC。
17． 微粒说 波粒二象性
【详解】
用光的微粒说难以解释一束光射到两种介质分界面处会同时发生反射和折射．目前认为光具有波粒二象性．
18． 甲
【详解】
根据光的强度越强，则光电子数目越多，对应的光电流越大，即可判定甲光的强度较大
由光电效应方程可知，电子的最大初动能
19．
【详解】
光电效应中，入射光子能量，克服逸出功后多余的能量转换为电子动能，反向遏制电压；整理得，斜率即，所以普朗克常量，截距为，即，所以逸出功
20． AC 1.5
【详解】
解：因为金属钨的逸出功为4.5eV．所以能发生光电效应的是B、C、D；
B选项所加的电压为正向电压，则电子一定能到达金属网；C选项光电子的最大初动能为1.3eV．小于反向电压，根据动能定理，知电子不能到达金属网；D选项光电子的最大初动能为2.3eV，大于反向电压，根据动能定理，有光电子能够到达金属网．故没有光电子达到金属网的是A、C．
故选AC
B项中逸出的光电子最大初动能为：Ekm=E光﹣W溢=4.8eV﹣4.5eV=0.3eV，到达金属网时最大动能为0.3eV+1.5eV="1.8" eV．
D项中逸出的光电子最大初动能为：Ekm=E光﹣W溢=6.8eV﹣4.5eV=2.3eV，到达金属网时最大动能为2.3eV﹣1.5eV="0.8" eV．
能够到达金属网的光电子的最大动能是1.8eV．
故答案为AC，1.8
21．；J
【详解】
根据逸出功
得
根据光电效应方程
光速、波长、频率之间关系为
联立解得
J
22．见解析
【解析】
原子吸收了一个光子后，光子的一部分能量被电子用来脱离原子核的束缚，剩下的能量提供电子逸出后的初动能。
23．①2hυ－W0；②
【详解】
①根据爱因斯坦光电效应方程可知光电子的最大初动能为：Ek＝2hυ－W0
②根据动能定理有：eUC＝Ek，解得：UC＝
24．见解析
【解析】
试题分析: 实物图连线．
答案第1页，共2页