6.1光电效应及其解释 同步训练（Word版含答案）

6.1光电效应及其解释
一、选择题（共15题）
1．以下是有关近代物理内容的若干叙述，其中正确的是
A．粒子散射实验揭示了原子核内部的复杂性
B．光电效应现象揭示了光具有粒子性
C．紫外线照射到金属锌板表面时能产生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能也随之增大
D．处于基态的氢原子最不稳定
2．已知钙和钠的截止频率分别为7.73×1014Hz和5.53×1014Hz，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，则下列说法正确的是（　　）
A．钙具有较大的逸出功
B．钙的遏止电压较大
C．钙逸出的光电子最大初动能较大
D．钙更容易发生光电效应
3．如图所示为氢原子的能级图，一群处于能级的氢原子辐射出的光子照射某金属表面，逸出的光电子的最大初动能为，则下列说法正确的是（　　）
A．该金属的逸出功为
B．共有3种不同频率的光子能使该金属发生光电效应
C．从直接跃迁到辐射的光子被电子吸收后，电子一定会从金属表面飞出
D．从跃迁到辐射出的光子照射该金属，打出的光电子的最大初动能为
4．研究光电效应的电路图如图所示，关于光电效应，下列说法正确的是（　　）
A．任何一种频率的光，只要照射时间足够长，电流表就会有示数
B．若电源电动势足够大，滑动变阻器滑片向右滑，电流表的示数能一直增大
C．调换电源的正负极，调节滑动变阻器的滑片，电流表的示数可能会消失
D．光电效应反应了光具有波动性
5．光电管是把光信号转换为电信号的装置。如图所示，A和K分别是光电管的阳极和阴极，在A、K之间接有电源和电流表。现用频率为v的光照射在K上，电路中有电流出现。已知阴极K材料的逸出功为，普朗克常量为h，下列说法正确的是（　　）
A．若只减小光照强度，阴极K上没有光电子逸出
B．若只将电源的极性反接，则电路中一定没有电流
C．从阴极K上逸出的光电子最大初动能为
D．若只换用电动势更大的电源，则电路中电流一定增大
6．下列说法中正确的是
A．无论入射光的频率如何，只要该入射光照射金属的时间足够长，就一定能产生光电效应
B．氢原子的核外电子，由离核较远的轨道自发跃迁到离核较近的轨道的过程中，放出光子，电子动能减小，原子的电势能减小
C．天然放射现象的发现揭示了原子核有复杂的结构
D．核力存在于原子核内的所有核子之间
7．光电管是应用光电效应原理制成的光电转换器件，在光度测量、有声电影、自动计数、自动报警等方面有着广泛的应用。某同学为了测出某光电管阴极的极限频率，设计了如图所示的电路。用频率为的光照射光电管阴极K，调节滑动变阻器滑片到某一位置，电压表的示数为时，表的示数刚好为零，换用频率为的光照射光电管阴极K，调节滑动变阻器滑片到某一位置，电压表的示数为时，表的示数也刚好为零，则该光电管阴极K的极限频率为（　　）
A． B．
C． D．
8．利用如图甲所示的实验装置观测光电效应，已知实验中测得某种金属的遏止电压与入射频率之间的关系如图乙所示，电子的电荷量为e，则（　　）
A．普朗克常量为
B．该金属的逸出功随入射光频率的增大而增大
C．若用频率是的光照射该金属，则最大初动能为
D．若要测该金属的遏止电压，则电源右端为负极
9．如图所示为光电管工作原理图，当有波长(均指真空中的波长，下同)为λ的光照射阴极板K时，电路中有光电流，则（ ）
A．换用波长为λ1（λ1>λ）的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流
B．换用波长为λ2（λ2<λ）的光照射阴极K时，电路中一定有光电流
C．增加电路中电源的端电压,电路中的光电流一定增大
D．将电路中电源的极性反接,电路中一定没有光电流
10．如图所示，一束复合光沿半径方向从A点射入半圆形玻璃砖，在O点发生反射和折射，a、b为折射光，c为反射光．下列说法正确的有（）
A．用a、b光分别照射同一单缝做衍射实验，a光的中央亮纹比b光的中央 亮纹窄
B．单色光a通过玻璃砖所需的时间小于单色光b通过玻璃砖所需的时间
C．保持复合光沿半径方向入射到O点，若入射点由A向B缓慢移动，则c光逐渐变暗
D．用a、b光分别照射同一光电管，只有一种光能引起光电效应，则一定是a光
11．如图所示，用某一频率的光照射光电管的阴极，阴极材料的逸出功为W，光电子的最大初动能为Ek，缓慢向右移动滑动变阻器的滑片发现电流表示数逐渐增大，当滑片移动到某一位置以后再移动滑片电流表示数不再增加，此时电流表示数为0.16A。已知h为普朗克常量，下列说法中正确的是（　　）
A．A端接的是电源的负极
B．该实验中饱和电流为0.16A
C．入射光的频率可能为
D．若将电源极性颠倒，缓慢向右移动滑片，当电流表示数刚好为零时，电压表示数为
12．用两种不同频率的光A和B照射同一种金属，都能发生光电效应，光电子的最大初动能分别是Eka、Ekb，如果Eka > Ekb，则以下说法正确的是
A．A光波长大于B光波长
B．A光频率小于B光频率
C．A光对应的遏止电压大于B光对应的遏止电压
D．A光对应的饱和光电流一定大于B光对应的饱和光电流
13．如图所示，一条红色光线和一条紫色光线，以不同的角度同时沿不同的半径方向射入同一块横截面为半圆形的玻璃柱体，其透射光线都是由圆心O点沿OC方向射出，则下列说法正确的是___________
A．AO光线是紫光，BO光线是红光
B．若AO光线能使某金属发生光电效应，则BO光线也一定能使该金属发生光电效应
C．AO光线比BO光线穿过玻璃柱体所需时间长
D．将AO光线顺时针转动到BO光线与其重合，则O点的透射光线一定会变为两条
E．在双缝干涉实验中，若仅将入射光由AO光线变为BO光线，则干涉亮条纹间距变大
14．利用如图所示的电路研究光电效应现象，其中电极K由金属钾制成，其逸出功为2. 25V．用某一频率的光照射时，逸出光电子的最大初动能为1. 50 eV，电流表的示数为I．已知普朗克常量约为6.6×10 34Js,下列说法正确的是( )
A．金属钾发生光电效应的截止频率约为5.5×1014Hz
B．若入射光频率加倍，光电子的最大初动能变为3.00eV
C．若入射光频率加倍，电流表的示数变为2I
D．若入射光频率加倍，遏止电压的大小将变为5.25V
15．下列说法正确的是（ ）
A．“物体的长度”体现了量子化的思想
B．发生光电效应时，增大入射光的强度能增大光电子的最大初动能
C．比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢靠，原子核越稳定
D．能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性
二、填空题
16．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_______．
17．小明用金属铷为阴极的光电管观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示。已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s。
(1)图甲中电极A为光电管的____（选填“阴极”或“阳极”）。
(2)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc=_____Hz，逸出功W0=______J。
(3)如果实验中入射光的频率ν=7.00×1014Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek=____J。
18．用如图甲所示的电路研究电子发射的情况与照射光的强弱、频率等物理量的关系，图中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三束单色光照射阴极，调节两极间的电压U，得到光电流I与电压U的关系如图乙所示．
若单色光a是光子能量为2.652eV的紫光，对应的遏制电压为0.852V，由图乙可知：该金属的逸出功为_____eV：单色光b的频率一定_____（填“大于”“小于”或“等于”）单色光a的频率；单色光c的亮度一定比单色光a的亮度_____（填“强”或“弱”）．
19．下列说法正确的是（ ）
A．极限频率越大的金属材料逸出功越大
B．β射线是从原子核内部射出的高速电子流
C．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
D．通过化学反应不能改变物质的放射性
E．在光的双缝干涉实验中，光通过双缝时显出波动性，通过单缝时显出粒子性
三、综合题
20．在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长λ=6.4×10-7m，每个激光脉冲的能量E=1.5×10-2J．求每个脉冲中的光子数目．（已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s，光速c=3×108m/s．计算结果保留一位有效数字）
21．如图所示，平滑轨道ABC固定在竖直平面内，其表面光滑，在C点与高度为H0粗糙的水平轨道CD相切，滑块M从高度为H的斜坡上A处静止滑下，与B处的滑块N发生对心弹性碰撞，碰后滑块N滑上右侧水平轨道，此过程中滑块N一直未脱离右侧轨道，沿CD滑行一段距离后停止。已知M、N的质量均为m，滑块N与CD间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g，求：
(1)滑块N到达C点的动能Ek；
(2)若增大H的值，但仍保持滑块N一直不脱离轨道，则滑块N在CD段滑行的距离x也随之变化。请推导x与H的关系式，并作出x﹣H图象且指出横截距物理量的意义；
(3)对比两实例，光电效应中的逸出功对应于该过程的哪个表达式？
22．太阳光垂直射到地面上时，地面S＝1m2的面积上接收的太阳光的功率P＝1.4kW其中可见光部分约占45%，普朗克常量h＝6.6×10﹣34J s。（结果保留2位有效数字）
(1)假如认为可见光的波长约为λ＝0.55μm，日地间的距离R＝1.5×1011m，估算太阳每秒辐射出的可见光子数为多少；
(2)若已知地球的半径R0＝6.4×106m，估算地球接收的太阳光的总功率。
23．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？。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
【详解】
卢瑟福的α粒子散射实验，让α粒子穿越原子，少数α粒子发生偏转，极少数α粒子发生大角度偏转，揭示了原子的核式结构，故A错误；光电效应现象揭示了光具有粒子性，故B正确；紫外线照射到金属锌板表面时能产生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能不变，故C错误；处于基态的氢原子最稳定，故D错误．所以B正确，ACD错误．
2．A
【详解】
A．金属的逸出功与截止频率的关系W=hv0，由于钙和钾的截止频率分别为7.73×1014Hz和5.53×1014Hz，钙的截止频率大，所以钙的逸出功大，故A正确；
B．遏止电压
故钙的截止频率大，钙的遏止电压较小，钙逸出的光电子最大初动能较小，故BC错误；
D．钙的截止频率大，更不容易发生光电效应，故D错误。
故选A。
3．D
【详解】
A．辐射光子的最大能量
金属的逸出功
故A错误；
B．根据共能辐射6种不同频率的光，其中有两种光子的能量大于，故B错误；
C．电子吸收光子能量后有可能向金属内部运动，而不一定会从金属表面飞出，故C错误；
D．从跃迁到辐射出的光子照射该金属，打出的光电子的初动能为
故D正确。
故选D。
4．C
【详解】
A．能否发生光电效应取决于光的频率，与照射时间长短无关，A错误；
B．增加极板间电压，会出现饱和电流，不会一直增大， B错误；
C．调换电源正负极，若反向电压达到遏止电压，则电流表示数消失，C正确；
D．光电效应反应了光具有粒子性，D错误。
故选C。
5．C
【详解】
A．光电子能否逸出与入射光频率有关，与光强无关，A错误；
B．将电源极性反接，在光电管两段电压小于遏止电压的情况下，仍能发生光电效应，电路中仍能有电流，B错误；
C．由光电效应方程可知
C正确；
D．若在没有更换电源时电路中的电流已经达到饱和光电流，则即使换电动势更大的电源电路中的电流也不会增大，D错误。
故选C。
6．C
【详解】
光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，与入射光的强度无关，照射时间无关，A错误；氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，轨道半径变小，根据知，半径减小，速度增大，动能增大，能量减小，则电势能减小，故B错误．天然放射现象的发现揭示了原子核有复杂的结构，故C正确；核力是短程力，每个核子只跟它邻近的核子间存在核力作用，D错误．
7．A
【详解】
根据光电效应方程有
解得
故选A。
8．C
【详解】
A．由爱因斯坦光电效应方程有
在光电管中减速，根据动能定理有
联立解得
知题图乙图线的斜率
则普朗克常量
该金属的逸出功为
故A错误；
B．金属的逸出功与入射光的频率无关，故B错误；
C．若用频率是的光照射该金属，则最大初动能为
故C正确；
D．要测该金属的遏止电压，应加反向电压，电源右端为正极，故D错误。
故选C。
9．B
【详解】
发生光电效应的条件是当入射光的频率大于截止频率，就会发生光电效应．
解：A、用波长为λ的光照射阴极K时，电路中有光电流，知波长为λ的光照射阴极K时，发生了光电效应．换用波长为λ1（λ1＞λ）的光照射阴极K时，由于频率变小，不一定发生光电效应，电路中不一定有光电流．故A错误．
B、换用波长为λ2（λ2＜λ）的光照射阴极K时，频率变大，一定能发生光电效应，电路中一定有光电流．故B正确．
C、增加电路中电源的路端电压，当达到饱和电流，不再增大．故C错误．
D、将电路中电源的极性反接，光电子做减速运动，还可能到达阳极，所以还可能有光电流．故D错误．
故选B．
10．B
【详解】
A、a光的偏折程度比b光的小，所以玻璃对a光的折射率较小，故a光的频率小，波长长．所以用a、b光分别照射同一单缝做衍射实验，a光的中央亮纹比b光的中央亮纹宽，衍射现象明显，故A错误；
B、a光的折射率小于b光的折射率，由v分析可知，a光在玻璃中的传播速度大于b光在玻璃中的传播速度，故单色光a通过玻璃砖所需的时间小于单色光b通过玻璃砖所需的时间，B正确；
C、入射点由A向B缓慢移动，光线射到直边的入射角增大，反射光增强，折射光减弱，则知c光逐渐变亮，故C错误；
D、a光的折射率小于b光的折射率，所以a光的频率小于b光的频率，故用a、b光分别照射同一光电管，只有一种光能引起光电效应，则一定是b光，故D错误．
11．B
【详解】
A．由题意可知，当逃逸出来的所有电子全部到达阳极时电流表的示数不再随着滑片的右移而增大，所以此时加的是正向电压，所以A端接的是电源的正极，故A错误；
B．当电流表示数不再增加时所有逃逸出来的电子都形成了饱和光电流，故该实验中饱和电流为0.16A，故B正确；
C．通常情况下电子逃逸时只能吸收一个光子，所以由爱因斯坦光电效应方程有
解得
故C错误；
D．若将电源极性颠倒，光电管接的是反向电压，缓慢向右滑动滑片，当动能最大的电子也刚好不能到达阳极时，电流表示数刚好为零，此时有
所以电压表示数
故D错误。
故选B。
12．C
【详解】
AB．根据爱因斯坦光电效应方程，用两种不同频率的光A和B照射同一种金属，光电子的最大初动能Eka > Ekb，所以A光频率大于B光频率，A光波长小于B光波长，故AB错误；
C．因为光电子的最大初动能Eka > Ekb，由遏制电压和最大初动能的关系
所以A光对应的遏止电压大于B光对应的遏止电压，故C正确；
D．发生光电效应所产生的饱和光电流与光照强度有关，所以无法判断A光对应的饱和光电流与B光对应的饱和光电流哪个大，故D错误；
故选C。
13．ACE
【详解】
由图可知，AO的折射率大于BO，而紫光的折射率大于红光，即AO光线是紫光，BO光线是红光，A正确；红光的光子能量小于紫光，若AO（紫光）能使某金属发生光电效应，则BO（红光）光线不能使该金属发生光电效应，B错误；紫光AO的光速小于红光OB，所以传播时间长，C正确；将AO光线顺时针转动到BO光线与其重合，AO光线的入射角增大，有可能发生全反射，所以出射光线可能只有一条，选项D错误；波长越长干涉条纹间距越大，BO的波长大于AO，则在双缝干涉实验中，若仅将入射光由AO光线变为BO光线，则干涉亮条纹间距变大，则选项E正确；故选ACE．
14．AD
【详解】
设金属的截止频率为，由解得，A正确；由光电效应方程，若入射光的频率加倍，不变，所以光电子的最大初动能并不加倍， B错误；若入射光的频率加倍，电流表的示数不一定是原来的2倍，C错误；由知入射光的能量为hv=3.75eV，若入射光的频率加倍，则，而，所以遏止电压UC=5.25V，D正确；故选AD．
15．CD
【详解】
所谓量子化是指数据是分立的，不连续的，物体的长度物理量的数值都可以取小数或分数，甚至取无理数也可以，因而是连续的，非量子化的，故选项A错误；根据光电效应方程知，，最大初动能与入射光的强度无关，故B错误；比结合能越大表示原子核中核子结合得越牢靠，原子核越稳定，故C正确；根据热力学第二定律可知，宏观自然过程自发进行是有其方向性，能量耗散就是从能量的角度反映了这种方向性，故D正确．
16．
【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
17． 阳极 5.15×1014 3.41×10-19 1.23×10-19
【详解】
(1)在光电效应中，电子向A极运动，故电极A为光电管的阳极。
(2)由图像可知，铷的截止频率νc为5.15×1014Hz，逸出功
W0=hνc=6.63×10-34×5.15×1014J≈3.41×10-19J
(3)当入射光的频率为ν=7.00×1014Hz时，由Ek=hν-W0得，光电子的最大初动能为
Ek=6.63×10-34×（7.00-5.15）×1014J≈1.23×10-19J
18． 1.8 大于 弱
【详解】
第一空：根据爱因斯坦光电效应方程可知，，若单色光a是光子能量为2.652eV的紫光，对应的遏制电压为0.852V，则该金属的逸出功为1.8eV；
第二空：单色光b的遏制电压大，则单色光b的频率一定大于单色光a的频率；
第三空：单色光c的饱和光电流小，故单色光c的亮度一定比单色光a的亮度弱．
19．ABD
【详解】
试题分析：根据可得极限频率越大的金属材料逸出功越大，A正确；β衰变中产生的β射线实际上是原子核中的中子转化而来的不是原子内部核外电子释放出来的，故B正确；根据光电效应公式可得光电子的最大初动能与入射光的频率不成正比，C错误；物质的放射性与外界因素无关，是原子核自身决定的，D正确；在光的双缝干涉实验中，光通过双缝时显出波动性，通过单缝时，发生衍射现象，仍显出波动性，故E错误
20．光子能量，光子数目n=，代入数据得n=5×1016
【详解】
每个光子的能量为 ，每个激光脉冲的能量为E，所以每个脉冲中的光子个数为： ，联立且代入数据解得：．
21．(1)mgH-mgH0；(2)与H的关系式为，，横截距物理量表示H0；(3)μmgx
【详解】
(1)M从A到B的过程，由机械能守恒定律得
M与N发生弹性碰撞，没有机械能损失，由于M与N质量相等，碰撞后交换速度。所以碰后瞬间N的动能为
N从B到C的过程，由机械能守恒定律得
可得
(2)对整个过程，根据动能定理得
得
作出x﹣H图象如图所示
横截距表示H0。
(3)M、N碰撞过程与光电效应相类似，光电效应过程光子与原子中的电子碰撞，电子吸收光子的能量，电子成为光电子，由此可知，M相当于光子，N相当于光电子，光电效应中的逸出功对应于该过程的μmgx。
22．(1) 5.0×1044个；(2)2×1014kW
【详解】
(1)根据题意有
P＝1.4kW＝1.4×103W
设地面上lm2的面积上每秒接受的可见光子数为n，则有
代入数据解得
n＝1.75×1021个/m2
设想一个以太阳为球心，以日地间距离R为半径的大球面包围着太阳，大球面接受的光子数即太阳辐射的全部光子数，则所求的可见光光子数为
N＝n×4πR2＝1.75×1021×4×3.14×（1.5×1011）2＝5.0×1044个
(2)地球背着阳光的半个球面没有接收到太阳光，地球向阳的半个球面面积也不都与太阳光垂直，接收太阳光辐射且与太阳光垂直的有效面积是以地球半径为半径的圆平面的面积，则地球接受太阳光的总功率为
P地＝P πR02＝1.4×3.14×（6.4×106）2＝2×1014kW
23．（1）铷；；（2）没有；钙、钠、钾、铷
【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。
答案第1页，共2页