第4章　波粒二象性 分层作业11　光电效应　光电效应方程及其意义--2025粤教版高中物理选择性必修第三册同步练习题（有答案）

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2025粤教版高中物理选择性必修第三册
分层作业11　光电效应　光电效应方程及其意义
A组必备知识基础练
1.关于光电效应,下列说法正确的是(　　)
A.只要光照射的时间足够长,任何金属都能发生光电效应
B.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
C.截止频率越大的金属材料逸出功越大
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.(多选)现有a、b、c三束单色光,其波长关系为λa>λb>λc,用b光束照射某种金属时,恰能发生光电效应.若分别用a光束和c光束照射该金属,则可以断定(　　)
A.a光束照射时,释放光电子数目最多
B.c光束照射时,释放光电子的最大初动能最小
C.a光束照射时,不能发生光电效应
D.c光束照射时,一定能发生光电效应
3.人眼对绿光最为敏感,正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时,只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔,眼睛就能察觉.普朗克常量为6.63×10-34 J·s,光速为3.0×108 m/s,则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是(　　)
A.2.3×10-18 W B.3.8×10-19 W
C.7.0×10-10 W D.1.2×10-18 W
4.分别用波长为λ和λ的单色光照射同一金属板,发出的光电子的最大动能之比为1∶2.已知普朗克常量为h,真空中的光速为c,则该金属板的逸出功为(　　)
A. B. C. D.
5.如图所示,分别用强度相同的甲光和乙光照射相同的光电管阴极,甲光的频率为ν1,乙光的频率为ν2,ν1<ν2,产生的光电流I随阳极与阴极间电压U的变化规律,正确的是(　　)
6.几种金属的逸出功W0见下表:
金属 钨 钙 钠 钾 铷
W0/(×10-19 J) 7.26 5.12 3.66 3.60 3.41
用一束可见光照射上述金属的表面,已知该可见光的波长的范围为4.0×10-7~7.6×10-7 m,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,光速c=3×108 m·s-1.
(1)请通过计算说明哪些金属能发生光电效应.
(2)照射哪种金属时逸出的光电子最大初动能最大 最大值是多少
7. 用某种金属甲为阴极的光电管观测光电效应现象,如图所示,将开关拨向2,用光子能量为2.6 eV的一束光照射阴极K,发现电流表读数不为零,调节滑动变阻器,发现当电压表读数小于0.8 V时,电流表读数不为零,当电压表读数大于或等于0.8 V时,电流表读数为零.
(1)求该束光的波长(保留两位有效数字).
(2)求金属甲的逸出功.
(3)将开关拨向1,当电压表读数为2.2 V时,电子到达阳极时的最大动能为多少
B组关键能力提升练
8.(多选)一光电管的阴极K用截止频率为ν0的金属铯制成,并接入如图所示的电路中.当用频率为ν的单色光射向阴极K时,能产生光电流.移动变阻器的滑片,当电压表的示数为U时,电流计的示数达到饱和电流I.已知普朗克常量为h,电子的质量为m,电子的电荷量为e,真空中的光速为c.下列说法正确的是(　　)
A.该单色光的光子的能量为hν0
B.在Δt时间内阴极K逸出的光电子数为
C.每个单色光的光子的动量大小为
D.光电子到达阳极时的最大速率为
9.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.若该直线的斜率和纵截距分别为k和-b,电子电荷量的绝对值为e,则(　　)
A.普朗克常量可表示为
B.若更换材料再实验,得到的图线k改变,b改变
C.所用材料的逸出功可表示为eb
D.b由入射光决定,与所用材料无关
10.(多选)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所示(直线与横轴的交点坐标4.27,与纵轴交点坐标0.5),由图可知(　　)
A.该金属的截止频率为4.27×1014 Hz
B.该金属的截止频率为5.5×1014 Hz
C.该图线的斜率表示
D.该金属的逸出功约为1.74 eV
11.大功率激光器通常都是脉冲式输出.我国第一台红宝石激光器发射的激光是不连续的一道一道的闪光,每道闪光称为一个光脉冲.若其发射功率为1.0×107 kW,所发射的每个光脉冲持续的时间为1.0×10-11 s,在真空中的波长为793.4 nm.已知真空中的光速为3.0×108 m/s,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,1 nm=10-9 m,下列说法正确的是(　　)
A.发射的激光频率为7×1014 Hz
B.每列光脉冲在真空中的长度为3×10-2 m
C.每个光子的能量为3×10-20 J
D.每列光脉冲含有的光子数为4×1017个
12.人们利用光电效应原理制作了紫外光电管,来对油库等重要场所进行火灾报警,其工作电路如图.只有当明火中的紫外线照射到K极时,电流表有示数同时报警装置启动.已知太阳光中紫外线波长在3.0×10-7~4.0×10-7 m之间,而明火中的紫外线波长在2.0×10-7~2.7×10-7 m之间,下列说法正确的是(　　)
A.通过电流表的电流是由c到d
B.只有明火照射时间足够长,电流表才会有示数
C.可以通过图中电流表示数的变化监测火情的变化
D.为避免太阳光中紫外线干扰,K极材料的截止频率应大于1.5×1015 Hz
13.如图所示,某同学利用下列实验装置研究光电效应.首先,该同学用频率为ν1的光照射光电管,此时表中有电流.调节滑动变阻器,使电流表μA示数恰好变为0,记下此时电压表的示数U1;然后,再用频率为ν2的光照射光电管,同样调节滑动变阻器,使电流表示数恰好变为0,记下此时电压表的示数U2.已知电子的电荷量大小为e,请根据以上实验步骤解决下列问题.
(1)推导普朗克常量实验测定值h.
(2)求阴极K金属的截止频率νc.
(3)若阴极材料的截止频率为ν0,用频率为ν的紫外线照射阴极,并调节滑动变阻器使得阳极A和阴极K之间的电势差为UAK=U0>0,求电子到达A极时的最大动能.
参考答案
分层作业11　光电效应　光电效应方程及其意义
1.C　电子一次只能吸收一个光子,而所谓截止频率是指处于最外层的电子发生电离所要吸收的光子的频率,故只要入射光的频率低于金属的截止频率,无论时间多长,无论光的强度多大,都不会发生光电效应,故A错误;根据爱因斯坦光电效应方程Ekm=hν-W0,可知光电子的最大初动能跟入射光的频率和金属的逸出功都有关,故B错误;根据爱因斯坦光电效应方程Ekm=hν-W0,可知hν0=W0,故金属的截止频率越大,金属材料的逸出功越大,故C正确;单位时间内逸出的光电子的数目多少跟入射光的强度有关,入射光的光强一定时,频率越高,光子能量越大,则光子数越小,单位时间内逸出的光电子的数目越小,故D错误.
2.CD　光电效应的条件是入射光的频率大于截止频率,即ν>ν0,a、b、c三束单色光,其波长关系为λa>λb>λc,则频率νa<νb<νc,b光束照射某种金属时,恰能发生光电效应,根据光电效应的条件,a光束照射不能发生光电效应,c光束照射能发生光电效应,A选项错误,C、D选项正确;根据光电效应方程Ekm=h-W0,c光束照射时,释放出的光电子的最大初动能最大,B选项错误.
3.A　因每秒有6个绿光的光子射入瞳孔,眼睛就能察觉,所以察觉到绿光所接收的最小功率P=,式中E=6ε,t=1 s,又ε=hν=h,可解得P= W=2.3×10-18 W.
4.A　根据光电效应方程得hν=h=W0+Ekm,所以有=1∶2,解得W0=,故选A.
5.C　根据爱因斯坦光电效应方程式得Ek=hν-W0,根据遏止电压和最大初动能的关系eUc=Ek,联立可得Uc=,由于乙光的频率大于甲光的频率,即ν2>ν1,由上式知:乙光对应的遏止电压大于甲光所对应的遏止电压.由于甲光和乙光的强度相同,即在单位时间单位面积上甲光的能量等于乙光的能量,设甲光的光子个数为n1,乙光的光子个数为n2,则有n1hν1=n2hν2,由于ν1<ν2,故n1>n2,即甲光光子个数大于乙光光子个数.由于光子和光电子是一一对应的关系,所以甲光照射光电管单位时间内产生的光电子个数大于乙光单位时间内产生的光电子个数,故甲光对应的饱和光电流大于乙光对应的饱和光电流.满足此特征的只有C.故C正确,A、B、D错误.
6.答案 (1)能使钠、钾、铷发生光电效应　(2)铷　1.56×10-19 J
解析 (1)波长越小,光子频率越大,根据最小波长求出光子的最大能量
ε=hν,ν=
联立解得ε=h
将λ=4.0×10-7 m代入,解得ε=4.97×10-19 J
根据光电效应规律可知,入射光的频率大于金属的截止频率可发生光电效应,即入射光的能量大于逸出功,则可见光能使钠、钾、铷发生光电效应.
(2)根据光电效应方程可知,Ekm=ε-W0,入射光的光子能量ε越大,金属的逸出功W0越小,则逸出的光电子初动能越大
照射金属铷时,逸出的光电子最大初动能最大
将ε=4.97×10-19 J和W0=3.41×10-19 J代入,解得Ekm=1.56×10-19 J.
7.答案 (1)4.8×10-7 m　(2)1.8 eV　(3)3.0 eV
解析 (1)由ε=
可得λ=
代入数据得λ≈4.8×10-7 m.
(2)由题可知遏止电压为0.8 V,由Ekm=hν-W0
eU遏=Ekm
联立解得W0=1.8 eV.
(3)将开关拨向1时加正向电压,由动能定理得eU2=Ek-Ekm
则Ek=eU2+Ekm=(0.8+2.2)eV=3.0 eV.
8.BC　单色光的光子的能量为hν,A错误;根据电流定义式得q=IΔt=ne,在Δt时间内阴极K逸出的光电子数为n=,B正确;每个单色光的光子的动量大小为p=,C正确;根据动能定理光电子到达阳极时Ue=mv2-(hν-hν0),解得v=,D错误.
9.C　由光电效应方程Ekm=hν-W0,Ekm=eUc,得Uc=,图线的斜率k=,普朗克常量为h=ke,故A错误;更换材料再实验,因为逸出功发生变化,所以图线的斜率k不变,纵轴截距b发生改变,故B错误;纵轴截距的绝对值b=,可得逸出功W0=eb,故C正确;b等于逸出功与电荷电量的比值,而逸出功与材料有关,则b与材料有关,故D错误.
10.AD　根据爱因斯坦光电效应方程Ekm=hν-hν0,可知当Ekm=0时,入射光频率ν恰好等于该金属的截止频率ν0,则ν0=4.27×1014 Hz,A正确,B错误;根据前面分析可知该图线的斜率表示普朗克常量h,故C错误;根据前面分析可知该金属的逸出功为W0=hν0= eV≈1.74 eV,D正确.
11.D　发射的激光频率为ν==3.78×1014 Hz,A错误;每列光脉冲在真空中的长度为L=cΔt=3×10-3 m,B错误;每个光子的能量为ε=hν=2.5×10-19 J,C错误;每列光脉冲含有的光子数为n==4×1017个,D正确.
12.C　光电子是从c到d通过电流表,而电流方向与电子定向移动方向相反,则通过电流表的电流是由d到c,故A错误;光电效应具有瞬时性,只要明火中的紫外线照射到K极,电流表就有示数,故B错误;若火情变大,则明火中会有更多且更高频率的紫外线照射到K极上,将有更多的光电子运动到A极板,形成更大的光电流,电压表示数变大,反之,则电压表示数变小,所以可以通过图中电流表示数的变化监测火情的变化,故C正确;当发生明火时,需要启动报警装置,根据c=λf可知,明火中的紫外线频率主要在1.1×1015~1.5×1015 Hz之间,则K极材料的截止频率应大于1.1×1015 Hz,故D错误.
13.答案 (1)　(2)　(3)eUAK+
解析 (1)根据光电效应方程,有
hν-W0=Ek,-eU=0-Ek
则有hν1-W0=eU1
hν2-W0=eU2
联立解得h=.
(2)由于hν1-W0=eU1
W0=hνc
联立解得νc=ν1-.
(3)根据光电效应方程,有hν-hν0=Ek
eUAK=Ekm-Ek
联立解得Ekm=eUAK+h(ν-ν0)=eUAK+.
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