第四章 原子结构和波粒二象性 2　第1课时　光电效应 课时练（含解析）-2024春高中物理选择性必修3（人教版）

2　光电效应
第1课时　光电效应
考点一　光电效应现象及实验规律
1．如图所示，把一块不带电的锌板用导线连接在验电器上，当用某频率的紫外线灯照射锌板时，发现验电器指针偏转一定角度，下列说法正确的是(　　)
A．验电器带正电，锌板带负电
B．验电器带负电，锌板也带负电
C．若改用红光照射锌板，验电器的指针一定也会偏转
D．若改用同等强度、频率更高的紫外线照射锌板，验电器的指针也会偏转
2.如图所示为研究光电效应现象的实验装置，真空光电管的阴极K涂有一层光电材料，阳极A是金属材料。当用紫光照射阴极K时，微安表μA中能检测到光电流，下列说法正确的是(　　)
A．若增大紫光的光照强度，光电流一定会增大
B．若用紫光照射阳极A时，一定也有光电流
C．若换用红光照射阴极K时，一定也有光电流
D．若停止用紫光照射阴极K，能观测到光电流缓慢减小直至为0
3.(2022·常州市高二联考期中)如图所示为研究光电效应的电路图，开关闭合后，当用波长为λ0的单色光照射光电管的阴极K时，电流表有示数。下列说法正确的是(　　)
A．若只让滑片P向D端移动，则电流表的示数一定增大
B．若只增加该单色光的强度，则电流表示数一定增大
C．若改用波长小于λ0的单色光照射光电管的阴极K，则阴极K的逸出功变大
D．若改用波长大于λ0的单色光照射光电管的阴极K，则电流表的示数一定为零
4.(2022·无锡市高二期中)光伏电池是利用半导体材料的光电效应将太阳光能直接转换为电能的一种非机械装置。研究光电效应的电路图如图所示，下列有关分析正确的是(　　)
A．发生光电效应时，入射光的强度越大，遏止电压越高
B．发生光电效应时，入射光的频率越高，饱和电流一定越大
C．用不同颜色的光照射阴极K，发生光电效应时电流表的示数可能相同
D．若电流表的示数为0，则说明入射光的频率小于或等于阴极材料的截止频率
考点二　爱因斯坦的光电效应理论
5．做光电效应实验时，用黄光照射一光电管，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大，应(　　)
A．改用红光照射
B．增大黄光的强度
C．增大光电管上的加速电压
D．改用紫光照射
6．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UaB．若νa>νb，则一定有EkaC．若UaD．若νa>νb，则一定有hνa－Eka>hνb－Ekb
7．(2022·苏州市高二期中)某金属在一束单色光的照射下发生光电效应，光电子的最大初动能为Ek，已知该金属的逸出功为W0，普朗克常量为h。根据爱因斯坦的光电效应理论，该单色光的频率ν为(　　)
A. B.
C. D.
8．(2022·镇江市高二期末)如图，当开关K断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零。合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零。由此可知阴极材料的逸出功为(　　)
A．1.9 eV B．0.6 eV
C．2.5 eV D．3.1 eV
9．(2022·江苏省高二期末)单光子光电效应，即一个电子极短时间内能吸收到一个光子而从金属表面逸出。强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，一个电子在短时间内能吸收多个光子形成多光子光电效应。用频率为ν的普通光源照射金属，没有发生光电效应，换同样频率为ν的强激光照射，则可以发生光电效应，测得其遏止电压为U，该金属的逸出功为W，普朗克常量为h，则发生光电效应时一个电子能吸收的光子个数为(　　)
A. B.
C. D.
10.(2022·南通市高二统考开学考试)如图所示，用绿光照射阴极K，当A极板电势比阴极高出2.5 V时，光电流达到饱和，电流表示数为0.64 μA，当A极板电势比阴极低0.6 V时，光电流恰好为零，电子的电荷量e＝1.60×10－19 C，则(　　)
A．当下方滑片从图示位置左移时，阴极K的电势比A极板低
B．每秒阴极发射的光电子数6.4×1012个
C．光电子飞出阴极时的最大初动能为9.6×10－20 J
D．如果把绿光的光强增大为原来的2倍，饱和光电流仍然不变
11．光电管是一种利用光照金属材料产生光电流的装置。表中给出了6次实验结果，由此得出的论断不正确的是(　　)
组 次 入射光子的能量/eV 相对光强 饱和光电流/mA 光电子的最大初动能/eV
第 一 组 1 2 3 4.0 4.0 4.0 弱 中 强 29 43 60 0.9 0.9 0.9
第 二 组 4 5 6 6.0 6.0 6.0 弱 中 强 27 40 55 2.9 2.9 2.9
A.两组实验入射光的频率不同
B．两组实验金属材料不同
C．若入射光子的能量为5.0 eV，则光电子的最大初动能为1.9 eV
D．若入射光子的能量为5.0 eV，相对光强越强，饱和光电流越大
12．(2022·镇江市高二期末)如图所示，一光电管的阴极用极限频率为ν0的钠制成。用波长为λ的紫外线照射阴极，光电管阳极A和阴极K之间的电势差为U，光电流的饱和值为I，普朗克常量为h，真空中光速为c，电子的电荷量为e。
(1)求电子到达A极时的最大动能Ekm；
(2)若每入射N个光子会产生1个光电子，求紫外线照射阴极的功率P。
13．(2022·江苏省苏州中学高二期末)如图为某同学设计的一个光电烟雾探测器，光源S发出一束波长为0.8 μm的红外线，当有烟雾进入探测器时，来自光源S的红外线会被烟雾散射进入光电管C，当红外线射到光电管中的金属表面时发生光电效应，光电流大于8×10－9 A时，便会触发报警系统。已知元电荷e＝1.6×10－19 C，光在真空中的传播速度为3×108 m/s，下列说法正确的是(　　)
A．光电流的大小与光照强度无关
B．若光源发出的是可见光，则该装置将会失去报警功能
C．该金属的极限频率大于3.75×1014 Hz
D．若射向光电管C的光子中有10%会产生光电子，当报警器报警时，每秒射向该金属表面的光子数最少为5×1011个
2　光电效应
第1课时　光电效应
1．D　[用紫外线灯照射锌板，锌板失去电子带正电，验电器与锌板连接，则验电器带正电，A、B错误；根据产生光电效应的条件可知，若改用红光照射锌板，不一定能发生光电效应，所以验电器的指针不一定会发生偏转，C错误；根据产生光电效应的条件可知，发生光电效应与光的频率有关，若改用同等强度、频率更高的紫外线照射锌板，验电器的指针也会偏转，D正确。]
2．A　[若增大紫光的光照强度，单位时间内逸出的光电子的数量增加，光电流一定会增大，A正确；若用紫光照射阳极A时，不一定产生光电效应，因此不一定有光电流，B错误；若红光频率小于光电材料的极限频率，就不会产生光电效应，C错误；若停止用紫光照射阴极K，能观测到光电流立刻减小为0，D错误。]
3．B　[电路所加电压为正向电压，如果电流达到饱和电流，增加电压，电流也不会增大，故A错误；只增加单色光强度，相同时间内逸出的光子数增多，电流增大，故B正确；阴极的逸出功只与阴极的材料有关，与入射光无关，故C错误；改用波长大于λ0的光照射，虽然光子的能量变小，但也可能发生光电效应，可能有电流，故D错误。]
4．C　[由eUc＝hν－W0可知入射光的频率越高，遏止电压越高，但饱和电流不一定越大，饱和电流还和入射光的强度有关，故A、B错误；
用不同颜色的光照射阴极K，只要单位时间内产生的光电子数目相同，则电流表的示数相同，故C正确；电流表的示数为0，可能是反向电压遏止光电流的产生，故D错误。]
5．D　[红光的能量低于黄光，可能导致不能发生光电效应或者减小最大初动能，A错误；单纯增加黄光强度，会增加逸出光电子数目，但不会改变光电子的最大初动能，B错误；光电管的加速电压与光电子逸出时的最大初动能无关，C错误；紫光的能量高于黄光，改用紫光可以增大光电子逸出时的最大初动能，D正确。]
6．C　[由爱因斯坦光电效应方程有Ek＝hν－W0，又由动能定理有Ek＝eUc，当νa>νb时，Eka>Ekb，Ua>Ub，A、B错误；若Ua7．D　[根据爱因斯坦的光电效应方程可知hν＝W0＋Ek
解得该单色光的频率为ν＝，故选D。]
8．A　[根据爱因斯坦光电效应方程有Ek＝hν－W
电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零
所以Ek＝eU
联立解得W＝1.9 eV
故B、C、D错误，A正确。]
9．C　[设发生光电效应时一个电子能吸收的光子个数为n，根据光电效应方程可得Ekm＝nhν－W，根据动能定理可得－eU＝0－Ekm，联立解得n＝，C正确，A、B、D错误。]
10．C　[由电路可知，当下方的滑片从题图所示位置左移时，阴极K的电势比A极板高，选项A错误；
每秒阴极发射的光电子数
n＝＝＝个＝4×1012个，故B错误；
由题可知，遏止电压Uc＝0.6 V，则光电子飞出阴极时的最大初动能为Ekm＝eUc＝1.60×10－19
×0.6 J＝9.6×10－20 J，故C正确；饱和光电流随光照强度的增加而增大，则把照射阴极的绿光的光强增大为原来的2倍，饱和光电流将增大，故D错误。]
11．B　[光子的能量E＝hν，入射光的能量不同，故入射光的频率不同，故A正确；由爱因斯坦光电效应方程有hν＝W＋Ek①，可求出两组实验的逸出功W均为3.1 eV，故两组实验所用的金属材料相同，故B错误；金属材料的逸出功W为3.1 eV，当光子的能量hν＝5.0 eV时，由①式知Ek＝hν－W＝5.0 eV－3.1 eV＝1.9 eV，故C正确；若入射光子的能量为5.0 eV，金属材料能发生光电效应，光强越强，单位时间内射出的光子数越多，单位时间内逸出的光电子数越多，形成的光电流越大，饱和电流也越大，故D正确。]
12．(1)－hν0＋eU　(2)
解析　(1)由爱因斯坦光电效应方程可知电子从阴极飞出的最大初动能Ek＝hν－hν0＝－hν0
再由动能定理有eU＝Ekm－Ek
解得Ekm＝－hν0＋eU
(2)t时间内由K极发射的光电子数n＝
且有P＝
解得P＝。
13．D　[光电流的大小与光照强度有关。在达到饱和电流之前，光照强度越大，光电流越大，故A错误；根据报警器的工作原理可知，由于可见光的光子能量大于红外线的光子能量，所以若光源发出的是可见光，则该装置不会失去报警功能，故B错误；根据波长与频率的关系式，有c＝λν，代入数据，可得ν＝3.75×1014 Hz，根据光电效应原理可知该金属的极限频率小于3.75×1014 Hz，故C错误；当光电流等于8×10－9 A时，每秒光电子的数目为N＝个＝5×1010个，若射向光电管C的光子中有10%会产生光电子，故光子数最少为个＝5×1011个，故D正确。]