第四章 原子结构和波粒二象性 专题强化练7　光电效应方程及其应用 （含解析）-2024春高中物理选择性必修3（人教版）

专题强化练7　光电效应方程及其应用
考点一　光电效应方程的应用
1．用频率为ν的光照射某金属表面时，逸出的光电子的最大初动能为Ek；若改用频率为3ν的光照射该金属(普朗克常量为h)，则逸出的光电子的最大初动能为(　　)
A．3Ek B．2Ek
C．3hν－Ek D．2hν＋Ek
2.利用光电管研究光电效应的实验电路图如图所示，用波长为λ的光照射某种金属，发生光电效应时，光电子的最大初动能为Ek；若用波长为的光照射该金属，发生光电效应时光电子的最大初动能为2.25Ek。则该金属极限波长λ0为(　　)
A．3λ B．5λ C．7λ D．9λ
3．A、B两种光子的能量之比为2∶1，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子的最大初动能分别为EkA、EkB，普朗克常量为h，则下列说法正确的是(　　)
A．A、B两种光子的频率之比为1∶2
B．所产生光电子的最大初动能之比为2∶1
C．该金属的逸出功W0＝EkA－2EkB
D．该金属的截止频率νc＝
考点二　光电效应图像问题
4．(2022·南通市高二期末)在探究光电效应实验规律的过程中，用两束强度相同的红、蓝光分别照射同一光电管，得到两条光电流I与电压之间U的关系图像，以下图像正确的是(　　)
5.如图所示为金属A和B的遏止电压Uc和入射光频率ν的关系图像，由图可知(　　)
A．金属A的逸出功大于金属B的逸出功
B．金属A的截止频率小于金属B的截止频率
C．图线的斜率表示普朗克常量
D．如果用频率为5.5×1014Hz的入射光照射两种金属，从金属B逸出的光电子的最大初动能较大
6．(2023·苏州市高二阶段练习)用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线如图，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，电子电荷量e＝1.6×10－19 C，则下列说法不正确的是(　　)
A．该金属的截止频率为5.5×1014 Hz
B．该金属的截止频率为4.27×1014 Hz
C．该图线的斜率表示普朗克常量
D．该金属的逸出功约为1.77 eV
7．(2022·无锡市高二期末)用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率ν变化的Ek－ν图像。已知钨的逸出功是3.28 eV，锌的逸出功是3.24 eV，若将二者的图线画在一个Ek－ν坐标图中，用实线表示钨，用虚线表示锌，则能正确反映这一过程的图是(　　)
8．如图甲所示是研究光电效应规律的实验电路。用波长为λ1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λ2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A、K之间的电势差UAK满足如图乙所示规律，则(　　)
A．光波长λ1小于λ2
B．增加a光照射强度一定能使灵敏电流计指针偏转
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
9．如图甲是利用光电管进行光电效应的实验装置。分别用a、b、c三束单色光照射阴极K，调节A、K间的电压U，得到光电流I与电压U的关系图像如图乙所示，由图可知(　　)
A．b光照射时，阴极的逸出功较小
B．b光子的能量小于a光子的能量
C．对于b光，A、K间的电压低于Uc1时，将不能发生光电效应
D．a光和c光的频率相同，但a光的强度更大
10.(2023·江苏省响水中学高二校考阶段练习)在利用光电管探究光电效应规律的实验中，当用不同波长的光照射光电管的阴极时，测出光电管的遏止电压Uc与对应入射光的波长λ。以遏止电压Uc为纵坐标，入射光波长倒数为横坐标，作出Uc－图像如图所示。a、b为已知量，光电子的电荷量为e，真空中光速为c，则下列说法正确的是(　　)
A．光电管阴极材料的逸出功为be
B．普朗克常量为－
C．波长λ<的光照射光电管的阴极时，产生的光电流与λ成正比
D．波长λ>的光照射光电管的阴极时，一定能发生光电效应
11．(2022·镇江市高二期末)有一种红外测温仪的原理是：任何物体在高于绝对零度(－273 ℃)以上时都会向外发出红外线，额温枪通过红外线照射到温度传感器，发生光电效应，将光信号转化为电信号，计算出温度数据。已知人体温正常时能辐射波长为10 μm的红外光，如图甲所示，用该红外光照射光电管的阴极K时，电路中有光电流产生，得到的电流随电压变化图像如图乙所示，已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，电子电荷量e＝1.6×10－19 C，真空中的光速c＝3×108 m/s，则(　　)
A．波长10 μm的红外光在真空中的频率为3×1014 Hz
B．将图甲的电源反接，一定不会产生电信号
C．由图乙数据可知该光电管的阴极金属逸出功约为0.1 eV
D．若人体温度升高，则辐射红外线的强度减弱，光电管转换成的光电流减小
12．如图甲所示是研究光电效应饱和电流和遏止电压的实验电路图，A、K为光电管的两极，调节滑动变阻器触头P可使光电管两极获得正向或反向电压。现用光子能量E＝11.2 eV的光持续照射光电管的极板K。移动滑动变阻器触头P，获得多组电压表、电流表读数，作出电流与电压关系的图线如图乙所示。求：
(1)光电管K极材料的逸出功；
(2)恰达到饱和电流3.1 μA时，到达A极板的光电子的最大动能。
专题强化练7　光电效应方程及其应用
1．D　[由爱因斯坦光电效应方程可知Ek＝hν－W0，Ek′＝h·3ν－W0，所以Ek′＝2hν＋Ek，选D。]
2．B　[设金属的逸出功为W0，根据光电效应方程－W0＝Ek,2－W0＝2.25Ek，联立解得W0＝，又因为W0＝，所以λ0＝5λ，故选B。]
3．C　[由ε＝hν 知，光子的能量与频率成正比，则A、B两种光子的频率之比为2∶1，故A错误；EkA＝hνA－W0，EkB＝hνB－W0，解得＝≠，W0＝EkA－2EkB，故B错误，C正确；该金属的截止频率为νc＝＝，故D错误。]
4．A　[根据遏止电压与光频率的关系可知eUc＝hν－Wo，
而红光频率小于蓝光频率，因此红光的遏止电压更小。同时，饱和光电流不可能出现在反向电压的情况下，故应选A。]
5．B　[根据Ek＝hν－W0＝eUc得Uc＝－。当Uc＝0时，对应的频率为截止频率，由题图知，金属A的截止频率小于金属B的截止频率，故B正确；金属的逸出功为W0＝hνc，νc是截止频率，所以金属A的逸出功小于金属B的逸出功，故A错误；根据Uc＝－可知图线斜率为，故C错误；由于A的逸出功较小，用相同频率的入射光照射A、B两金属时，从金属A逸出的光电子的最大初动能较大，故D错误。]
6．A　[由光电效应方程Ek＝hν－W0＝hν－hν0
可知图线的横截距表示该金属的截止频率，则该金属的截止频率约为ν0＝4.27×1014Hz
故A错误，满足题意要求，B正确，不满足题意要求；
由光电效应方程Ek＝hν－W0＝hν－hν0
可知该图线的斜率表示普朗克常量，故C正确，不满足题意要求；该金属的逸出功约为
W0＝hν0＝ eV≈1.77 eV，故D正确，不满足题意要求。]
7．B　[依据光电效应方程Ek＝hν－W0可知，Ek－ν图线的斜率表示普朗克常量h，因此钨和锌的Ek－ν图线应该平行，故选项C、D不符合题意；图线的横轴截距表示截止频率νc，而νc＝，因此钨的截止频率νc大些，故选项A不合题意，选项B符合题意。]
8．D　[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的波长，A错误；光电效应能否发生由光的频率及阴极材料决定，与光强无关，B错误；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；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。]
9．D　[逸出功由材料本身决定，与照射光无关，故A错误；根据光电效应方程Ek＝hν－W0，光电子最大初动能Ek＝eUc，可知b光照射时光电子的最大初动能较大，b光子的能量高于a光子的能量，故B错误；能否产生光电效应与所加电压无关，故C错误；a光和c光照射时遏止电压相同，故两者的频率相同，由于a光的饱和电流更大，故a光的强度更大，故D正确。]
10．B　[由光电效应方程eUc＝hν－W0＝h－W0
由光电效应方程整理得Uc＝－
故光电管阴极材料的逸出功为－be，
图像的斜率为k＝
可求得h＝，故A错误，B正确；
波长λ<的光照射光电管的阴极时，发生光电效应，产生的光电流与λ成反相关，不成正比，C错误；
波长λ>的光，则频率小于截止频率，照射光电管的阴极时，一定不能发生光电效应，D错误。]
11．C　[红外光的频率为ν＝＝3×1013 Hz，故A错误；由题图甲可知，当加的反向电压小于遏止电压，就会有电子到达A极板，此时有电信号；当加的反向电压大于遏止电压，没有电信号，故B错误；由题图乙可知，遏止电压为0.02 V，故最大初动能Ek＝0.02 eV，由光电效应方程有Ek＝hν－W逸
计算得W逸≈0.1 eV，故C正确；
若人体温度升高，则辐射红外线的强度增强，光电管转换成的光电流增大，故D错误。]
12．(1)5.4 eV　(2)8.0 eV
解析　(1)由题图乙可知，用光子能量E＝11.2 eV的光持续照射光电管的极板K时，遏止电压为Uc＝5.8 V，根据动能定理以及爱因斯坦光电效应方程可得eUc＝Ekm＝E－W0，
解得光电管K极材料的逸出功为W0＝5.4 eV
(2)由题图乙可知，恰达到饱和电流3.1 μA时，在A、K间有正向电压U＝2.2 V，电子在两极间加速，设到达A极板的光电子的最大动能为Ekm1，
则由动能定理有eU＝Ekm1－Ekm＝Ekm1－(E－W0)，
解得Ekm1＝8.0 eV。