2022-2023学年高二物理粤教版（2019）选择必修三4.2光电效应方程及其意义 课时作业 解析版

4.2光电效应方程及其意义
一、单选题
1．用强度相同的红光和蓝光分别照射同一种金属，均能使该金属发生光电效应．下列判断正确的是
A．用红光照射时，该金属的逸出功小，用蓝光照射时该金属的逸出功大
B．用红光照射时，逸出光电子所需时间长，用蓝光照射时逸出光电子所需时间短
C．用红光照射时，逸出的光电子最大初动能小，用蓝光照射时逸出的光电子最大初动能大
D．若增加入射光的强度，逸出的光电子最大初动能相应增加
2．下列说法正确的是（　　）
A．法拉第建立了经典电磁场理论
B．麦克斯韦用实验证实了电磁波的存在
C．电磁波的传播需要介质
D．光子的频率越高所具有的能量越大
3．两束能量相同的色光，都垂直地照射到物体表面，第一束光在某段时间内打在物体上的光子数与第二束光在相同时间内打在物体表面上的光子数之比为4∶5，则这两束光的光子能量和波长之比为(　　)
A．4∶5　4∶5 B．5∶4　5∶4
C．5∶4　4∶5 D．4∶5　5∶4
4．在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银金属的表面，都能发生光电效应对于这两个过程，可能相同的物理量是（　　）
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
5．如图甲所示为一块平行玻璃砖，一束复色光穿过平行玻璃砖后，分成a、b两束光，如图乙所示，则下列说法正确的是（　　）
A．a光在该玻璃中传播的速度比b光小
B．单色光a、b由该玻璃中射向空气时，a光的临界角较小
C．单色光a、b通过相同的单缝衍射实验装置，b光的中央亮条纹较宽
D．若用单色光a、b照射同一金属均能发生光电效应，b光使其逸出的光电子的最大初动能较大
6．一盏电灯的发光功率为100 W，假设它发出的光向四周均匀辐射，光的平均波长为λ=6.0×10-7 m，普朗克常量为6.63×10-34 J·s，光速为3×108 m/s，在距电灯10 m远处，以电灯为球心的球面上，1 m2的面积每秒通过的光子（能量子）数约为（　　）
A．2.4×1017个 B．2.4×1016个 C．2.4×1015个 D．2.4×1010个
7．如图所示，是研究光电效应的电路图，对于某金属用绿光照射时，电流表指针发生偏 转.则以下说法正确的是( )
A．将滑动变阻器滑动片向右移动，电流表的示数一定增大
B．当滑动变阻器不动时，光电流大小与光强成正比
C．将 K 极换成逸出功小的金属板，仍用相同的绿光照射时，遏止电压不变
D．将电源的正负极调换，仍用相同的绿光照射时，将滑动变阻器滑动片 向右移动一些， 电流表的读数一定为零
8．处于基态的一群氢原子被一束单色光照射后，最多能发出6种频率的光，氢原子的能级图如图所示，如果用这束光照射某一金属，测得从该金属中射出电子的最大初动能为10.54ev，则该金属的逸出功是（　　）
A．12.75eV B．12.1eV C．2.21eV D．1.56eV
二、多选题
9．下列说法正确的是（ ）
A．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关
B．通电直导线中电流的方向总是与其产生的磁场的方向垂直
C．无线电波、紫外线、可见光、红外线、X射线、γ射线的波长依次减小
D．在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光子，其能量为ε=hv
10．下列说法中正确的是 （ ）
A．用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的初动能大
B．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，但原子的能量增大
C．“探究碰撞中的不变量”的实验中得到的结论是碰撞前后两个物体mv的矢量和保持不变
D．在光照条件不变的情况下，对发射出来的光电子加上正向电压对光电子加速，所加电压不断增大，光电流也不断增大
11．关于近代物理学，下列图像在描述现象中，解释错误的是（　　）
A．如图甲所示，由黑体的辐射强度与辐射光波长的关系可知，随温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长方向移动
B．如图乙所示，发生光电效应时，入射光越强，光电子的最大初动能也就越大
C．如图丙所示，金属的遏制电压Uc与入射光的频率的图像中，该直线的斜率为，纵截距的绝对值为
D．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），如图丁所示。则可判断甲、乙、丙光的频率关系为
12．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
三、解答题
13．铝的逸出功为4.2 eV，现用波长200 nm的光照射铝的表面。已知h = 6.63 × 10 34 J s，求：（结果保留三位小数）
（1）光电子的最大初动能；
（2）遏止电压；
（3）铝的截止频率。
14．二氧化碳能强烈吸收红外长波辐射，这种长波辐射的波长范围约是1.4×10－3～1.6×10－3 m，相应的频率范围是多少，相应的光子能量的范围是多少。（已知普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，真空中的光速c＝3.0×108 m/s。结果取两位有效数字）
15．美国物理学家密立根用精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量，这项工作成了爱因斯坦方程式在很小误差范围内的直接实验证据。密立根的实验目的是：测量金属的遏止电压与入射光频率，由此计算普朗克常量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。如图乙所示，是根据某次实验作出的图像，电子的电荷量。试根据图像和题目中的已知条件：
（1）写出爱因斯坦光电效应方程；
（2）求这种金属的截止频率；
（3）用图像的斜率k，写出普朗克常量h的表达式，并根据图像中的数据求出普朗克常量h。
参考答案：
1．C
【分析】金属的截止频率由金属本身的性质决定，根据光电效应方程判断出最大初动能与什么因素有关．
【详解】强度相同的红光和蓝光分别照射同一种金属，均能使该金属发生光电效应，知红光和蓝光的频率都大于金属的截止频率．金属的逸出功与照射光的频率无关．故A错误；发生光电效应的时间极短，即逸出光电子在瞬间完成，小于10-9s，与光的频率无关，故B错误；根据光电效应方程得，Ekm=hv-W0，金属的逸出功不变，红光的频率小，蓝光的频率大，则蓝光照射时逸出的光电子最大初动能大，与光照强度无关，故C正确，D错误．故选C
【点睛】解决本题的关键掌握光电效应的条件，以及掌握光电效应方程Ekm=hv-W0．
2．D
【详解】A．麦克斯韦系统总结了电磁规律的研究成果，建立了经典电磁场理论，故A错误；
B．麦克斯韦建立了电磁场理论并预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波的存在，故B错误；
C．电磁波的传播不需要介质，真空中也能传播，故C错误；
D．根据
可知光子的频率越高所具有的能量越大，故D正确。
故选D。
3．C
【详解】两束能量相同的色光，都垂直地照射到物体表面，在相同时间内打到物体表面的光子数之比为4：5，根据
E=NE0
可得光子能量之比为5：4；再根据
光子能量与波长成反比，故光子波长之比为4：5，故C正确，ABD错误．
故选C。
4．B
【详解】同一束光照射不同的金属，一定相同的是入射光的光子能量，不同的金属，逸出功不同，根据光电效应方程
知，最大初动能不同，则遏止电压不同；同一束光照射，光中的光子数目相等，所以饱和光电流是相同的，故B正确ACD错误。
故选B。
5．D
【详解】A．因为光线进入玻璃砖时，b光的偏折程度大于a光的偏折程度，则玻璃砖对单色光b的折射率大于对单色光a的折射率，根据
可知a光在该玻璃中传播的速度比b光大，故A错误；
B．根据
可知单色光a、b由该玻璃中射向空气时，a光的临界角较大，故B错误；
C．a光折射率较小，a光的波长较大，根据
可知单色光a、b通过相同的单缝衍射实验装置，b光的中央亮条纹较窄，故C错误；
D．由光电效应方程
Ek=hγ-W0
因为b光的折射率大，频率大，若用单色光a、b照射同一金属均能发生光电效应，b光使其逸出的光电子的最大初动能较大，故D正确。
故选D。
6．A
【详解】光是电磁波，辐射能量也是一份一份进行的，100W的灯泡每秒产生光能E=100J，设灯泡每秒发出的光子数为n，则
E=nhν=nh
在以电灯为球心的球面上，1m2的面积每秒通过的光子数
n′=≈2.4×1017个
故选A。
7．B
【详解】滑动变阻器滑片向右移动，电压虽然增大，但若已达到饱和电流，则电流表的示数可能不变，故A错误；当滑动变阻器不动时，光电管两端电压一定，则光电流大小与光强成正比，选项B正确；将 K 极换成逸出功小的金属板，仍用相同的绿光照射时，则最大初动能变大，根据可知，遏止电压变大，选项C错误．电源的正负极调换，仍用相同的绿光照射时，将滑动变阻器滑片向右移一些，若此时的电压仍小于反向截止电压，则电流表仍可能有示数，故D错误；
8．C
【详解】因受到激发后的氢原子能辐射出6种不同频率的光子，故氢原子是从n=4的能级跃迁，而从金属表面逸出的电子具有最大的初动能是10.54eV，则光子的能量要大于10.54eV，满足条件的有
从n=3跃迁到n=1辐射出的能量为
E=-1.51eV-(-13.6eV)=12.09eV
用此种光子照射该金属，可得逸出功
光子从n=4能级跃迁到n=1能级辐射出的能量
E=-0.85eV-(-13.6eV)=12.75eV
用此种光子照射该金属，可得逸出功
符合上述分析的只有C选项。
故选C。
9．ABD
【详解】A．根据黑体辐射实验研究得出：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关。故A正确；
B．根据右手螺旋定则可知，通电直导线中电流的方向总是与其产生的磁场的方向垂直。故B正确；
C．电磁波谱按照波长从长到短排列顺序为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。故C错误；
D．根据爱因斯坦的光子说，可知在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光子，其能量为
ε=hv
故D正确。
故选ABD。
10．BC
【分析】光电效应；玻尔理论；动量守恒
【详解】A．根据爱因斯坦光电效应方程
入射光的频率越大，光电子的最大初动能也越大，不可见光的频率有比可见光大的，也有比可见光小的，A错误；
B．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，但原子的能量增大，B正确；
C．“探究碰撞中的不变量”的实验中得到的结论是碰撞前后两个物体mv的矢量和保持不变，即碰撞前后系统的动量守恒，C正确；
D．在光照条件不变的情况下，对发射出来的光电子加上正向电压对光电子加速，随电压不断增大，光电流并不是不断增大，当光电流到达最大时，称为饱和光电流，饱和光电流的大小与光照强度有关，D错误；
故选BC。
11．ABD
【详解】A．由图可知，随温度的升高，相同波长的光辐射强度都会增大，辐射强度的极大值向波长较小方向移动，故A错误，符合题意；
B．根据光电效应方程有
可知光电子的最大初动能与光的强度无关，故B错误，符合题意；
C．根据光电效应方程有
又有
整理得
可知，图像中图线的斜率为，纵截距的绝对值为，故C正确，不符合题意；
D．结合C分析，由图丁可知，丙光的遏止电压大于甲光、乙光的遏止电压，所以甲光、乙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，则
故D错误，符合题意。
故选ABD。
12．BD
【详解】B．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；
A．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；
CD．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。
故选BD。
13．（1）3.225 × 10 19 J：（2）Uc = 2.016 V；（3）vc = 1.014 × 1015 Hz
【详解】（1）根据光电效应方程有
（2）由可得
（3）由可得
14．，
【详解】根据
代入数据得频率范围为
根据
代入数据得能量范围为
15．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）爱因斯坦光电效应方程
（2）根据
时对应的频率为截止频率。由动能定理
知时对应的遏止电压。由图读出时，这种金属的截止频率
（3）由
解得
即斜率
代入数值计算得