4.2光电效应方程及其意义 同步练习（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．在光电效应实验中，某同学用不同颜色的可见光照射同一光电管，结果得到了两条光电 流与电压之间的关系曲线，如图所示，则下列判断正确的是
A．甲光的频率大于乙光的频率，甲光的光强大于乙光的光强
B．甲光的频率小于乙光的频率，甲光的光强小于乙光的光强
C．用红外线照射该光电管，一定能发生光电效应，遏止电压比甲光照射时低
D．用紫外线照射该光电管，一定能发生光电效应，遏止电压比乙光照射时高
2．在研究甲、乙两种金属发生光电效应现象的实验中，光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系如图所示，则下列说法正确的是（　　）
A．两条图线与横轴的夹角α和β一定不相等
B．若增大入射光频率ν，则所需的遏止电压Uc将增大
C．某一频率的光可以使乙金属发生光电效应，则不一定能使甲金属发生光电效应
D．若不改变入射光频率ν，而增加入射光的强度，则光电子的最大初动能Ek将增大
3．关于光电效应，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．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应
C．从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小
D．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多
4．如图所示,一束复色光AO以一定的入射角从玻璃射向真空时分成a、b两束，关于a、b这两种单色光，下列说法中正确的是（　　）
A．此玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率
B．用同一双缝干涉装置进行实验a光的干涉条纹间距比b光的大
C．a光光子能量小于b光光子能量
D．在玻璃中a光的全反射临界角小于b光的全反射临界角
5．如图所示是研究光电效应现象装置，当用光子能量为2.82eV的光照射到光电管中的金属涂层时，电流表G的读数为0.2mA．移动滑动变阻器的滑片c，当电压表的示数大于或等于1V时，电流表读数为零．下列说法中不正确的是(　　)
A．光电子的最大初动能为1eV
B．光电管阴极的逸出功为1.82eV
C．开关K断开后，有电流流过电流表G
D．改用光子能量为0.85 eV的光照射，电流表G也有电流，但电流较小
6．用如图所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为2.5eV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；移动变阻器的触头c，发现当电压表的示数大于或等于1.7V时，电流表G示数为0，则下列说法正确的是（　　）
A．光电子的最大初动能为1.05eV
B．光电管阴极的逸出功为1.7eV
C．当滑动触头向a端滑动时，电流增大
D．改用能量为2.5eV的光子照射，移动变阻器的触头c，电流表G中也可能有电流
7．如图甲为氢原子的能级图，设一群处于n=4能级的氢原子向基态跃迁时，发出的频率最大的光照射光电管阴极K。阴极K在极短时间内吸收频率最大的光子后逸出光电子，实验测得的其反向遏止电压为10.92V（如图乙）。下列判断正确的是（　　）
A．频率最大的光子是氢原子由能级4跃迁到能级1时发出的
B．频率最大的光子能量是12.09eV
C．阴极K的逸出功为10.92eV
D．阴极K逸出的光电子的最大初动能为1.83eV
8．在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面，都能发生光电效应。对于这两个过程，下列四个物理过程中，一定相同的是（　　）
A．遏止电压 B．饱和光电流
C．光电子的最大初动能 D．逸出功
9．氢原子部分能级图如图所示，某金属的逸出功为2.50eV，一群处于基态（n=1）的氢原子被激发后能辐射出不同频率的光子，这些光子能够使该金属发生光电效应的有3种，至少应给氢原子提供的能量为（　　）
A．12.75eV B．12.09eV C．10.20eV D．1.51eV
10．在某次光电效应实验中，得到的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系如图所示。若该直线的斜率和截距分别为k和b，电子电荷量的绝对值为e，则普朗克常量和所用材料的逸出功可表示为（　　）
A．　eb B．ek　－eb C．ek　eb D．ek　－
11．一含有光电管的电路如下图甲所示，乙图是用a、b、c光照射光电管得到的I-U图线，Uc1、Uc2表示截止电压，下列说法正确的是( )
A．甲图中光电管得到的电压为反向电压
B．a、b光的波长相等
C．a、c光的波长相等
D．a、c光的光强相等
12．某氦氖激光器发光的功率为P，发射频率为的单色光，真空中光速为c，下列说法正确的是（　　）
A．激光器每秒发射的光子数为
B．每个光子的能量为
C．该单色光在真空中的波长为
D．单色光从空气进入水中后波长变大
13．用绿光照射一光电管能产生光电效应，欲使光电子从阴极逸出时的最大初动能增加，可以（　　）
A．改用红光照射
B．改用紫光照射
C．增加光电管上的加速电压
D．改用逸出功较小的金属做光电管的阴极
14．下列对光电效应的理解，正确的是（　　）
A．金属钠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．如果射入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所需要的最小功，便能发生光电效应
C．发生光电效应时，入射光的频率越大，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大
D．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，入射光的最低频率也不同
15．如图所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子处干n=4的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外辐射光子，用这些光照射逸出功为1.90eV的金属铯，下列说法正确的是（　　）
A．这群氢原子最多能发出6种不同频率的光，其中从n=4能级跃迁到n=3能级所发出的光的波长最长
B．这群氢原子发出的光子均能使金属铯发生光电效应
C．金属铯表面逸出的光电子最大初动能一定小于12.75eV
D．金属铯表面所逸出的光电子的初动能最大值为10.19eV
二、填空题
16．红外线可以穿透云雾，是因为它的波长_____，所以它的 _____现象比较显著；γ射线可以穿透金属，是因为它的频率_____，所以它的光子能量______，穿透能力强．
17．在光电效应实验中，小明同学用同一 实验装置在甲、乙、丙三种光的照射下得到了三条电流表与电压表读数之间的关系曲线，则甲光和乙光的频率相比较v甲_____v乙（填“>”，“<”或“＝”）；乙光和丙光每一秒照射到金属板上的光子数相比较n乙_____n丙（填“>”，“<”或“＝”）如果知道这种金属的极限频率是v0，（普朗克常量为 h，电子电量为 e）则甲入射光的频率v甲=_____
18．判断下列说法的正误。
（1）任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应。( )
（2）金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关。( )
（3）“光子”和“光电子”指的都是被光激发的电子。( )
（4）逸出功的大小与入射光无关。( )
（5）光电子的最大初动能与入射光的频率成正比。( )
19．（1）关于光电效应，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．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应
C．从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小
D．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多
（2）两个质量分别为M1和M2的劈A和B，高度相同，放在A和B的倾斜面都是光滑曲面，曲面下端与水平相切，如图所示．一块位于劈A的倾斜面上，距水平面的高度为h．物块从静止开始滑下，然后又滑上劈B．物块在B上能够达到的是大高度______；
综合题
20．已知金属铯的极限波长为λ0，现用波长为λ的光照射铯金属表面，普朗克常量为h，真空中的光速为c，求：
（1）铯金属的逸出功；
（2）发射光电子的最大初动能．
21．如图所示，电源的电动势均为E，内阻不计，光电管的阴极K用极限波长为的材料制成。将开关S拨向1，将波长为的激光射向阴极，改变光电管A和阴极K之间的电压，可测得光电流的饱和值为Im，已知普朗克常量h，电子电量e。
（1）求t时间内由K极发射的光电子数N；
（2）当阳极A和阴极K之间的电压为U1时，求电子到达A极时的最大动能Ekm；
（3）将开关S拨向2，为能测出对应的遏止电压，求入射激光频率的最大值vm。
22．在图中，直线PQ表示光电子的最大初动能与入射光频率的变化关系．
（1）图中哪一个值可确定普朗克恒量h．
（2）图中哪一个线段表示极限频率0的值．
（3）图中哪一个线段相当于金属的逸出功W．
23．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．D
【详解】
根据eU截=mvm2=hγ-W，入射光的频率越高，对应的截止电压U截越大．甲光的截止电压小于乙光，所以甲光的频率小于乙光；光的强度决定光电流的最大值，可知甲光的光强大于乙光的光强，故AB错误．红外线的频率小于可见光的频率，则用红外线照射该光电管，不一定能发生光电效应，选项C错误；紫外线的频率大于可见光的频率，则用紫外线照射该光电管，一定能发生光电效应，遏止电压比乙光照射时高，故D正确；故选D．
2．B
【详解】
A．根据爱因斯坦光电效应方程
Ek＝hν－W0
可知光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像的斜率k＝h，所以两条图线的斜率一定相等，α和β一定相等，选项A错误；
B．由
Ek＝hν－W0
可知，若增大入射光的频率ν，则产生的光电子的最大初动能增大。由
eUc＝Ek
可知若增大入射光频率ν，则所需的遏止电压Uc将增大，选项B正确；
C．光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像与横轴的截距等于金属的逸出功W0与普朗克常量h的比值，由图像可知甲的逸出功较小，因此某一频率的光可以使乙金属发生光电效应，则一定能使甲金属发生光电效应，选项C错误；
D．根据光电效应规律，若不改变入射光频率ν，而增加入射光的强度，则光电子的最大初动能不变，选项D错误。
故选B。
3．A
【详解】
A．逸出功与极限频率满足关系为
W0＝hυ0
所以极限频率越大的金属材料逸出功越大，故A正确；
B．发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，与入射光的照射时间无关，故B错误；
C．根据光电效应方程
Ekm＝hυ﹣W0
可知从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，说明照射光的频率越大，而金属的逸出功由金属材料本身决定，是固定不变的，故C错误；
D．入射光的光强一定时，频率越高，光子的能量越大，入射光中的光子的数目越少，单位时间内逸出的光电子数就越少，故D错误。
故选A。
4．D
【详解】
A．以相同的入射角从玻璃射向真空，a光的偏折角大，所以折射率
选项A错误；
B．由于
所以光频率大于光频率，根据
可得
双缝干涉的条纹间距
知a光波长短，干涉条纹间距小，选项B错误；
C．频率，根据光子能量
判断a光频率高能量高，故C错误；
D．在玻璃中的全反射临界角
知a的折射率大，临界角小，故D正确。
故选D。
5．D
【详解】
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1V时，电流表示数为0，知道光电子的最大初动能为1eV，根据光电效应方程EKm=hγ-W0，W0=1.82eV．故AB正确．电键S断开后，用光子能量为2.82eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，有光电子逸出，则有电流流过电流表．故C正确．改用能量为0.85eV的光子照射，0.85eV小于1.82eV，则不能发生光电效应，电流表无电流，故D错误；此题选择错误的选项，故选D．
6．D
【详解】
AB．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=-W0
解得
W0=0.8eV
故AB错误；
C．当滑动触头向a端滑动时，反向电压增大，则到达集电极的电子的数目减小，电流减小，故C错误；
D．改用能量为2.5eV的光子照射，2.5eV仍然大于1.7eV，仍然可以发生光电效应，电流表G也有电流，即使移动变阻器的触点c，电流表G中也可能有电流，故D正确；
故选D。
7．A
【详解】
A．频率最大的光子对应着能级差最大的跃迁，则是氢原子由能级4跃迁到能级1时发出的，选项A正确；
B．氢原子从n=4能级向基态跃迁，辐射光子的能量为
E=E4-E1=-0.85+13.6eV=12.75eV
选项B错误；
CD．逸出光电子的最大初动能为
Ek初=eUC=10.92eV
根据光电效应方程得阴极K的逸出功
W0=E-Ek初=12.75-10.92eV=1.83eV
选项CD错误。
故选A。
8．B
【详解】
同一种单色光照射不同的金属，入射光的频率和光子能量一定相同，金属逸出功不同，根据光电效应方程Ekm＝hν－W0知，最大初动能不同，由可知，遏止电压不同；同一种单色光照射，入射光的强度相同，所以饱和光电流相同，故B正确，ACD错误。
故选B。
9．A
【详解】
本题考查考生的推理能力，需要考生利用能级跃迁、光电效应相关知识解题。
金属逸出功为2.50eV，要发生光电效应则光子的能量必须大于等于2.50eV，因此从高能级向低能级跃迁时两个能级之差必须大于等于2.50eV，而且要有3种，所以处于基态的氢原子必须跃迁到n＝4能级，则至少应给氢原子提供的能量为
13.6eV-0.85eV=12.75eV
故选A。
10．B
【详解】
光电效应中，入射光子能量hν，克服逸出功W0后多余的能量转换为电子动能，反向遏制电压
eU=hν－W0
整理得
斜率即，所以普朗克常量h=ek，截距为b，即
eb=－W0
所以逸出功
W0=－eb
故选B。
11．C
【详解】
如图可知，从金属出来的电子在电场力作用下，加速运动，则对应电压为正向电压，故A错误；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eU截=mvm2=hγ-W，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，则a、c光的波长相等；因b光的截止电压大于a光的截止电压，所以b光的频率大于a光的频率，则a光的波长大于b光的波长，故B错误，C正确；由图可知，a的饱和电流大于c的饱和电流，而光的频率相等，所以a光的光强大于c光的光强，故D错误；故选C．
12．A
【详解】
A．经时间发出的光子能量为
则激光器每秒发射的光子数为
故A正确；
B．根据爱因斯坦的光子说可知，一个光子的能量为
故B错误；
C．该单色光在真空中的波长为
故C错误；
D．单色光从空气进入水中后，频率不变，而波速减小，由知波长变小，故D错误；
故选A。
13．BD
【详解】
根据光电效应方程
入射光的频率越大，金属的逸出功越小，光电子从阴极逸出时的最大初动能越大。
故选BD。
14．CD
【详解】
A、电子增加的动能来源于照射光的光子能量，一个电子一次只能吸收一个光子，不能吸收多个光子，若吸收的能量足够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．
B、根据光电效应的条件可知，入射光子的能量小于电子克服原子核的引力逸出时需要做的最小功即逸出功，便不能发生光电效应，故B错误．
C、根据光电效应方程可知，入射光频率越大，光子能量 越大，最大初动能就越大，故C正确．
D、根据光电效应方程知，当入射光的能量刚好能使电子克服原子核的引力逸出时需要做的最小功时，有，此时的频率为最低频率，即极限频率，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，故D正确．
15．AC
【详解】
A．一群氢原子处于n=4的激发态，向低能级跃迁时可能发出的不同频率的光子种类
因为n=4和n=3两个能级之间的能级差最小，所以从n=4跃迁到n=3的电子发出的光子能量最小，即光子的频率最小，所以波长最长，故A项正确；
B．从n=4跃迁到n=3发出的光子能量值最小为
eV<1.90eV
所以不能使金属铯发生光电效应，故B项错误；
CD．从n=4跃迁到n=1发出的光子频率最高，发出的光子能量为
13.60eV-0.85eV=12.75eV
根据光电效应方程得金属铯表面所逸出的光电子的最大初动能为
eV
所以C项正确，D项错误。
故选AC。
16． 长 衍射 高 大
【详解】
红外线可以穿透云雾，是因为它的波长较长，波长越长越容易穿透云雾发生明显的衍射现象；由于γ射线的频率很高，所以它的光子能量很大，穿透能力很强，它可以穿透金属．
17． ＜ ＞
【详解】
分析图b可知，乙、丙两个的遏止电压相等，且大于甲光的遏止电压，根据爱因斯坦光电效应方程和动能定理可知
eUc=Ek=hv-W
则甲光的频率小于乙光，乙、丙光的频率相等；
乙光对应的饱和光电流大于丙光，则金属板上每秒钟逸出的光电子数目多，则照射到金属板上的光子数多，即n乙＞n丙；
对于甲光，根据爱因斯坦光电效应方程和动能定理可知
eU2=hv甲-hv0
解得甲入射光的频率
18． 错误 错误 错误 正确 错误
【详解】
（1）入射光的频率必须大于等于金属的极限频率，才会有光电效应现象发生，故（1）错误；
（2）发生光电效应的条件是入射光的频率必须大于等于金属的极限频率，与入射光的强弱无关，故（2）错误；
（3）光子是光的组成成分，光电子是金属表面被激发的电子，故（3）错误；
（4）逸出功的大小取决于金属本身，与入射光无关，故（4）正确；
（5）根据光电效应方程
可知，光电子的最大初动能与入射光成线性关系，但不是成正比，故（5）错误。
19． A
【详解】
（1）A．极限频率越大的金属材料逸出功越大，选项A正确；
B．能否发生光电效应，与光照时间无关，选项B错误；
C．金属的逸出功由金属本身决定，与最大初动能无关，故C错误．
D．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间发出的光子数越小，则单位时间内逸出的光电子数就越少，故D错误．
（2）设物块到达劈A的低端时，物块和A的的速度大小分别为v和V，由机械能守恒和动量守恒得
设物块在劈B上达到的最大高度为，此时物块和B的共同速度大小为，由机械能守恒和动量守恒得
联立得
20．（1）（2）
【详解】
(1)由逸出功为
而光的波速
联立可得：
(2)根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能为
联立解得：
21．（1）；（2）；（3）
【详解】
（1）根据公式
解得t时间内由K极发射的光电子数N为
（2）根据爱因斯坦光电效应方程
所以当阳极A和阴极K之间的电压为U1时，求电子到达A极时的最大动能Ekm为
解得
（3）将开关S拨向2时，遏止电压最大值为E，当遏止电压最大时对应的入射激光频率最大，则
解得
22．(1) (2) Q (3)P
【详解】
（1）根据光电效应方程有：，可知图线的斜率；
（2）当时，光电子最大初动能为零，知金属的极限频率；
（3）金属的逸出功，或由图线的纵轴截距可知逸出功．
23．见解析
【解析】
实物图连线．
答案第1页，共2页