6.1光电效应及其解释 同步练习（word版含答案）

6.1、光电效应及其解释
一、选择题（共16题）
1．如图所示，一束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的a、b、c三束单色光。比较a、b、c三束光，可知（　　）
A．当它们在真空中传播时，a光的波长最短
B．当它们在玻璃中传播时，a光的速度最小
C．若它们都从玻璃射向空气，a光发生全反射的临界角最小
D．若它们都能使某种金属产生光电效应，a光照射出光电子的最大初动能最小
2．如图所示，真空中有一平行板电容器，电容为C，两极板M、N分别由银和锌（其极限频率分别为v1和v2）制成。现用频率为v（）的单色光持续照射两极板内表面，已知普朗克常量h，电子的电荷量为e，则电容器两个极板最终带电情况是（　　）
A．N极板带负电，带电荷量为
B．N极板带正电，带电荷量为
C．M极板带负电，带电荷量为
D．M极板带正电，带电荷量为
3．关于光电效应的规律，下列说法中正确的是(　　)
A．发生光电效应时，不改变入射光的频率，增大入射光强度，则单位时间内从金属内逸出的光电子数目增多
B．光电子的最大初动能跟入射光强度成正比
C．发生光电效应时，光电子的逸出不可认为是瞬时的
D．只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能产生
4．下列说法正确的是
A．氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子
B．原子核发生衰变时要遵守电荷守恒和质量守恒的规律
C．发生光电效应时光电子的动能只与入射光的强度有关
D．α射线、β射线、γ射线都是高速运动的带电粒子流
5．如图甲所示是研究光电效应规律的实验电路。用波长为的单色光a照射阴极K，反复调节滑动变阻器，灵敏电流计的指针都不发生偏转；改用波长为的单色光b照射，调节滑动变阻器，测得流过灵敏电流计的电流I与AK之间的电势差UAK满足如图乙所示规律，则（　　）
A．光波长小于
B．增加a光照射强度一定能使电流计指针偏转
C．若只改变阴极K的材料，图像与横轴交点不变
D．若只增加b光的照射强度，图像与横轴交点不变
6．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
7．如图所示为研究光电效应的电路图，图中电表均为理想电表，当入射光频率为，调整滑动变阻器使电压表的示数达到U0时，电流表示数减为0；将入射光的频率增大为3，需要将电压表的示数增大到4U0时，电流表的示数再次减为0，已知电子的电荷量为e，则电路中阴极材料K的逸出功为（　　）
A．4eU0 B．2eU0
C．eU0 D．
8．如图所示，在研究光电效应的实验中，用波长一定的光照到阴极K上时，灵敏电流计G有示数，则下列判断正确的是（　　）
A．流经电流计的电流方向为自a向b
B．若将滑片向右移，电路中光电流一定增大
C．若将电源极性反接，电流计读数一定增大
D．若换用波长更长的光照射K，电流计读数一定增大
9．爱因斯坦由光电效应的实验规律提出了光子说，以下对光电效应的解释，正确的是（ ）
A．金属内的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属
B．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力逸出时需要做的最小功，只要照射时间足够长，光电效应也能发生
C．由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应的入射光的最低频率也不相同
D．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大
10．下列说法不正确的是（　　）
A．普朗克的假设认为微观粒子的能量是量子化的 B．爱因斯坦认为电磁场本身是连续的
C．奥斯特发现了电流的磁效应 D．法拉第发现了电磁感应现象
11．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．
12．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
13．频率为的入射光照射某金属时发生光电效应现象。已知该金属的逸出功为W，普朗克常量为h，电子电荷量大小为e，下列说法正确的是（　　）
A．该金属的截止频率为
B．该金属的遏止电压为
C．增大入射光的强度，单位时间内发射的光电子数不变
D．增大入射光的频率，光电子的最大初动能不变
14．下列表述符合物理学史实的是（　　）
A．普朗克通过对黑体辐射的探索和研究，提出了能量子假说
B．麦克斯韦建立了完整的电磁场理论，并通过实验证明了电磁波的存在
C．爱因斯坦最早发现并成功解释了光电效应现象
D．卢瑟福在粒子散射实验中发现了质子
15．下列说法中正确的是（ ）
A．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关
B．在工业和医疗中经常使用激光，是因为其光子的能量远大于γ 光子的能量
C．卢瑟福通过 α 粒子散射实验，提出原子的核式结构模型
D．一个处于 n=4 激发态的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生 3 种不同频率的光子
16．一群处于能级的氢原子自发跃迁，产生了光子a、b、c，射入如图甲所示的光电管且都能发生光电效应，实验中三种光子对应的光电流I与电压U的关系图像如图乙所示，则（　　）
A．光子a对应产生的光电子的遏止电压最大 B．光子c对应产生的光电子最大初动能最大
C．在同一介质中，光子c的折射率最大 D．在同一介质中，光子a的全反射临界角最大
二、填空题
17．用图甲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，测得电流计的示数随电压变化的图像如图乙所示.则光电子的最大初动能为__________J，金属的逸出功为________J.
18．如图是光电管及其工作原理图，它是应用_______的原理制成的光电原件，实际应用中，为了使频率范围更广的入射光照射到阴极K时，电路里都会产生电流，应该选用下表中_______材料做阴极．
材料 铯 钠 锌 银 铂
极限 波长 0.66 0.50 0.37 0.26 0.19
19．一群氢原子处于量子数n=4能级状态，氢原子的能级图如图甲所示，氢原子可能发射______种频率的光子；用n=4的能级跃迁到n=2的能级时辐射的光子照射图乙表中___种金属，能发生光电效应的有_____种金属．
20．某光源能发出波长为的可见光，用它照射某金属能发生光电效应，产生光电子的最大初动能为．已知普朗克常量，光速，则上述可见光中每个光子的能量为_______；该金属的逸出功_______。（结果保留三位有效数字）
三、综合题
21．一群处于第4能级的氢原子，最终都回到基态能发出6种不同频率的光，将这些光分别照射到图甲电路阴极的金属上，只能测得3条电流随电压变化的图像（如图乙），已知氢原子的能级图如图丙所示。
（1）求该金属逸出功；
（2）求乙图中的值。
22．氢原子从-3.4eV的能级跃迁到-0.85eV的能级时，
(1)是发射还是吸收光子？
(2)这种光子的波长是多少（计算结果取一位有效数字）？
(3)图中光电管用金属材料铯制成，电路中定值电阻R0＝0.75Ω，电源电动势E＝1.5V，内阻r＝0.25Ω，图中电路在D点交叉，但不相连．R为变阻器，O是变阻器的中间抽头，位于变阻器的正中央，P为滑动端．变阻器的两端点ab总阻值为14Ω．当用上述氢原子两能级间跃迁而发射出来的光照射图中的光电管，欲使电流计G中电流为零，变阻器aP间阻值应为多大？已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，金属铯的逸出功为1.9eV，1eV=1.6×10－19J.
23．真空中一组间距为 2R，长度为 R 的平行金属板P、Q 可以用作光电转换装置，放置在 X 轴的正上方，如图所示，在X 轴的正下方放置同样间距，长度为 R的平行金属板M、N，两组金属板间绝缘，M 板接地，且在两板间加有电压UMN，大小、方向均连续可调．P、Q 间有垂直平面的匀强磁场，光照前 P 不带电．当以频率为 f 的光照射P 板时，板中的电子吸收光的能量而逸出．假设所有逸出的电子都垂直于 P 板飞出，在磁力作用下电子会聚于坐标为(R，0)的 S 点，且 P 板最上端的电子从 S 点飞出的方向垂直 X 轴竖直向下，进入 M、N 极板间的电场区域．忽略电子之间的相互作用，保持光照条件不变时，单位时间内从 P 板持续地飞出的电子数为 N，且沿 P 板均匀分布，电子逸出时的初动能均为 EKm，元电荷量为 e，电子的质量为 m．
（1）求金属板P 的逸出功；
（2）求磁感应强度B 的大小和所需磁场区域的最小面积；
（3）到达 N 板的电子全部被收集，导出形成电流 i．计算一些关键参数，在图上面画出 i-UMN的关系曲线．
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【详解】
A．由光路图可知，a光的偏转程度最小，则a光的折射率最小，频率最小，根据可知，a光的波长最大，故A错误；
B．光的折射率最小，根据 ，a光在玻璃中传播的速度最大，故B错误；
C．根据知，a光的折射率最小，则a光发生全反射的临界角最大，故C错误；
D．a光频率最小，由光电效应方程可知，a光照射出光电子的最大初动能最小，故D正确。
故选D。
2．B
【详解】
现用频率为v()，的单色光持续照射两板内表面，根据光电效应的条件，知单色光只有照射锌板才能发生光电效应，可知N极板将带正电，M极板带负电，通过光电效应方程知，光电子的最大初动能
临界状态是电子减速到负极板时速度刚好减速为零。根据动能定理有
平行板电容器的电容为C，由Q=CU，所以
两个极板的带电量是相等的
故选B。
3．A
【详解】
发光的强弱不影响光电子的能量，只影响单位时间内发出光电子的数目，只增大入射光的强度，单位时间内逸出的光电子数目将增多，A正确；根据光电效应方程可知，；可知，光电子的最大初动能跟入射光强度无关，B错误；发生光电效应的反应时间非常短，一般都小于10-7s，可认为是瞬时的，C错误；发生光电效应的条件是入射光的频率大于截止频率，只有入射光的波长小于该金属的极限波长，光电效应才能产生，D错误．
4．A
【详解】
根据玻尔理论，氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子，选项A正确；原子核发生衰变时要遵守电荷数守恒和质量数守恒的规律，选项B错误；发生光电效应时光电子的动能只与入射光的频率有关，与强度无关，选项C错误；α射线、β射线都是高速运动的带电粒子流，γ射线不带电，选项D错误；故选A．
5．D
【详解】
A．单色光a不能使阴极发生光电效应，所以其波长大于单色光b。A错误；
B．光电效应的发生由光的频率决定，与光强无关。B错误；
C．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。C错误；
D．若只增加b光的照射强度，光电子的最大初动能不变，遏止电压不变，图像与横轴交点不变。D正确。
故选D。
6．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。
7．D
【详解】
根据爱因斯坦光电效应方程可知
电压表的示数达到U0时，电流表示数减为0，则有
所以有
同理可得
联立解得电路中阴极材料K的逸出功
故选D。
8．A
【详解】
A．光电子带负电，从阴极K发出，则流经电流计的电流方向为自a向b，A正确；
B．若将滑片向右移，光电管两端加的电压不断增大，可能不会有光电流，B错误；
C．若将电源极性反接，如果已经达到饱和光电流，则光电流不会增大，C错误；
D．若换用波长更长的光照射K，入射光的频率变小，有可能不能发生光电效应，则电流计读数为零，D错误。
故选A。
9．C
【详解】
试题分析：金属内每个电子可以吸收一个光子，吸收的能量若能克服金属束缚力逸出金属表面，即可发生光电效应，不会积累能量．故A错误．光电效应的条件是入射光的光子能量大于逸出功，若小于逸出功，不能发生光电效应，与照射的时间长短无关．故B错误．根据逸出功W0=hv0知，不同的金属逸出功不同，则使不同金属产生光电效应的入射光的最低频率也不相同．故C正确．根据光电效应方程Ekm=hv-W0知，入射光的频率越大，光电子的最大初动能越大，与入射光的强度无关．故D错误．故选C．
10．B
【详解】
A，普朗克的假设认为微观粒子的能量不是连续性的，是一份一份的，是量子化的，A正确；
B．爱因斯坦根据普朗克的能量子假说提出的光子说，也就是电磁场是不连续的，B错误；
C．奥斯特发现了电流的磁效应，C正确；
D．法拉第发现了电磁感应现象，D正确。
本题选错误的，故选B。
11．A
【详解】
根据光电效应方程有
解得
故选A。
12．D
【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。
13．B
【详解】
A．金属的逸出功大小和截止频率都取决于金属材料本身，用光照射某种金属，要想发生光电效应，要求入射光的频率大于金属的截止频率，入射光的能量为，只有满足
便能发生光电效应，所以金属的逸出功为
即金属的截止频率为
所以A错误；
B．使光电流减小到0的反向电压称为遏制电压，为
再根据爱因斯坦的光电效应方程，可得光电子的最大初动能为
所以该金属的遏止电压为
所以B正确；
C．增大入射光的强度，单位时间内的光子数目会增大，发生了光电效应后，单位时间内发射的光电子数将增大，所以C错误；
D．由爱因斯坦的光电效应方程可知，增大入射光的频率，光电子的最大初动能将增大，所以D错误。
故选B。
14．AC
【详解】
A．普朗克通过对黑体辐射的探索和研究，提出了能量子假说，A正确；
B．麦克斯市建立了完整的电磁场理论，赫兹通过实验证明了电磁波的存在，B错误；
C．爱因斯坦最早提出光子说，发现并成功解释了光电效应现象，C正确；
D．卢瑟福在粒子散射实验中提出原子的核式结构，并未在该实验中发现质子，D错误。
故选AC。
15．ACD
【详解】
A．黑体辐射规律可知：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，故A正确；
B．工业和医疗中经常使用激光，但其光子的能量仍小于γ光子的能量，故B错误；
C．卢瑟福提出了原子的核式结构模型，并能很好解释了氢原子光谱的不连续性，这是电磁理论所不能解决的问题．故C正确；
D．一个处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生3种不同频率的光子，即从4到3，3到2，2到1这三种跃迁产生的光子，故D正确；
16．BCD
【详解】
A．由图乙可知，光子c与横坐标截距的绝对值最大，说明其产生的光电子的遏止电压最大，光子a与横坐标截距的绝对值最小，说明其产生的光电子的遏止电压最小，故A错误；
B．由可得，光子c对应产生的光电子最大初动能最大，光子a对应产生的光电子最大初动能最小，故B正确；
C．由光电效应方程可知，光子c的频率最大，光子a的频率最小，根据同一介质中频率大的单色光折射率大，则在同一介质中，光子c的折射率最大，故C正确；
D．由全反射临界角公式可知，折射率越小，临界角越大，则在同一介质中，光子a的全反射临界角最大，故D正确。
故选BCD。
17． 3.2×10－19 4.8×10－19
【详解】
第一空. 由题中I－U图像可知：遏止电压Uc=2V，即Ekm=eUc=3.2×10-19J．
第二空. 由光电效应方程Ekm=hv－W0解得W0=hv－Ekm=3eV=4.8×10-19J.
18． 光电效应， 铯
【详解】
光电管是应用光电效应的原理制成的光电原件，实际应用中，为了使频率范围更广的入射光照射到阴极K时，电路里都会产生电流，应该选用极限频率较小的，即极限波长较大的金属材料，即选用下表中铯材料做阴极．
19． 6 3
【详解】
根据 知,氢原子可能发射6种不同频率的光子.
用n=4的能级跃迁到n=2的能级时辐射的光子能量为：根据光电效应发生条件,入射光的频率大于极限频率,因此有3种金属能发生光电效应现象,
20．
【详解】
根据光子能量公式，可得光子的能量为
根据光电效应方程
得，金属的逸出功
21．（1）；（2）
【详解】
（1）由图可知：
a光的光子能量为
根据光电效应方程
可得
（2）b光的光子能量为
根据光电效应方程
可得
22．(1)吸收光子； (2)； (3)
【详解】
(1)因氢原子是从低能级向高能级跃迁，故应是吸收光子；
(2)吸收能量为
E=3.4eV-0.85eV=2.55eV
由
得
(3)当光照射金属时，逸出电子的最大初动能为
EK=2.55eV-1.9eV=0.65eV
欲使电流计G中电流为零，则光电管的电势左高右低，且电势差等于0.65V．
从电路图可知：变阻器最大值与定值电阻R0串联．由
得
那么
23．（1）（2）；（3）图见解析；
【详解】
解：（1）根据光电效应方程可得： ，
解得 ；
（2）从P板水平飞出的电子均能过S点，则要求磁场区域半径为R的圆，可知运动半径r=R；由 ，且
解得
所需磁场区域的最小面积
（3）①截止电压：OS方向电子刚好不能到达N板：；
；
②饱和电压：垂直OS方向电子刚好到达N板；竖直方向匀速，水平方向加速；
；
；
；
③不加电压：出射方向与水平成θ角的电子恰好打到N板；
；
；
；
；
电流i=0.5Ne
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