绵阳市普明中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-5：4.2光电效应与光的量子说 课时训练（含解析）

4.2光电效应与光的量子说
1．用频率为v0的单色光照射某金属表面时，产生的光电子的最大初动能为Ekm，已知普朗克常量为h，光速为c，要使此金属发生光电效应，所用入射光的波长应不大于（　　）
A． B． C． D．
2．如图所示，用绿光照射一光电管的阴极时产生光电效应，欲使光子从阴极逸出时的最大初动能增大，应采取的措施是
A．改用红光照射
B．改用紫光照射
C．增大绿光的强度
D．增大加在光电管上的正向电压
3．某金属的逸出功为，用波长为的光照射该金属表面时能够发生光电效应，已知光电子的电荷量为e，普朗克常量为h，光速为c。则下列说法中正确的是（　　）
A．照射光的强度越大，逸出的光电子的最大初动能越大
B．逸出金属表面的光电子的最大初动能为
C．该金属的截止频率为
D．截止电压为
4．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，电流表G的读数为0.2mA，移动变阻器的触点c，当电压表的示数大于或等于0.7V时，电流表读数为0，则（ ）
A．光电管阴极的逸出功为1.8eV
B．电键K断开后，没有电流流过电流表G
C．光电子的最大初动能为2.5eV
D．改用能量为1.5eV的光子照射，电流表G也有电流，但电流较小
5．用同一光电管研究a、b两种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图．下列说法中正确的是(　　)
A．a光光子的频率大于b光光子的频率，a光的强度小于b光的强度
B．a光光子的频率小于b光光子的频率，a光的强度小于b光的强度
C．如果使b光的强度减半，则在任何电压下，b光产生的光电流强度一定比a光产生的光电流强度小
D．另一个光电管加一定的正向电压，如果a光能使该光电管产生光电流，则b光一定能使该光电管产生光电流
6．在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是
A．增大入射光强度，光电流增大
B．减小入射光的强度，光电效应现象消失
C．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应
D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大
7．按如图的方式连接电路，当用紫光照射阴极K时，电路中的微安表有示数．则下列正确的叙述是
A．如果仅将紫光的光强减弱一些，则微安表可能没有示数
B．仅将滑动变阻器的触头向右滑动一些，则微安表的示数一定增大
C．仅将滑动变阻器的触头向左滑动一些，则微安表的示数可能不变
D．仅将电源的正负极对调，则微安表仍可能有示数
8．如图所示，是研究光电效应的实验装置。断开电键S，用一束光照射光电管的金属极板K，发现电流表读数不为零。合上电键S，将滑动变阻器的滑动触头P逐渐向右移动，当电压表的读数为U0时，电流表读数恰好为零，电子所带的电荷量为e。则（　　）
A．入射光的频率一定大于K极板的极限频率
B．合上电键S，从K极板逸出的光电子向右做加速运动
C．根据题干信息可求得光电子的最大初动能
D．若保持电压表的读数U0不变，换用频率更高的光照射，电流表的读数仍为零
9．下列说法正确的有（　　）
A．光电效应现象揭示了光的粒子性
B．随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释
D．光电效应中产生的光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
10．关于光电效应的规律，下列说法中正确的是（ ）
A．发生光电效应时，不改变入射光的频率，增大入射光强度，则单位时间内从金属内逸出的光电子数目增多
B．光电子的最大初动能跟入射光强度成正比
C．发生光电效应的反应时间一般都大于10－7 s
D．只有入射光的波长小于该金属的极限波长，光电效应才能发生
11．用频率为ν的单色光照射某种金属时，逸出光电子的最大动能为EK，已知普朗克常量为h，则该金属的逸出功为______ ；若改用频率为2ν的单色光照射此种金属时，则逸出光电子的最大动能为______ ．
12．如图甲所示为研究光电效应的电路图．
(1)对于某金属用紫外线照射时，电流表指针发生偏转．将滑动变阻器滑片向右移动的过程中，电流表的示数不可能________(选填“减小”或“增大”)．如果改用频率略低的紫光照射，电流表______(选填“一定”“可能”或“一定没”)有示数．
(2)当用光子能量为5 eV的光照射到光电管上时，测得电流表上的示数随电压变化的图象如图乙所示．则光电子的最大初动能为________ J，金属的逸出功为______ J．
13．小明用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意如图甲所示。已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s。
（1）图中电极A为光电管的_____（填“阴极”或“阳极”）；
（2）实验中测得铷的遏止电压UC与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率ν0=______Hz，逸出功W0=_______________J；
（3）如果实验中入射光的频率ν=7.00×1014Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek=_____J.(计算结果均保留三位有效数字)
14．用不同频率的光照射某金属产生光电效应，测量金属的遏止电压Uc与入射光的频率ν，得到Uc－ν图象如图所示，根据图象求：
（1）该金属的截止频率νc；
（2）普朗克常量h。（已知电子电荷量e＝1.6×10－19C）
15．如图所示电路可研究光电效应的规律。图中标有A和K的为光电管，其中K为阴极，A为阳极。理想电流计可检测通过光电管的电流，理想电压表用来指示光电管两端的电压。现接通电源，用光子能量为9.5eV的光照射阴极K，电流计中有示数，若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动，电流计的读数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为5.0V；现保持滑片P位置不变，求：
(1)光电管阴极材料的逸出功；
(2)若改用光子能量为12.5eV的光照射阴极K，则到达阳极A时光电子的动能的最大值。
参考答案
1．A
【解析】
用频率为v的光照射某种金属时会发生光电效应，且光电子最大初动能为E，根据光电效应方程：
Ekm=hv－W
而W=hv0，则该金属发生光电效应的极限频率为：
v0=v－
那么所用入射光的极限波长为：
λ0=
因此所用入射光的波长应不大于，故A正确，BCD错误。
故选A。
2．B
【解析】
红光的能量低于绿光，可能导致不能发生光电效应或者减小最大初动能，故A错误．紫光的能量高于绿光，改用紫光可以增大粒子逸出时的最大初始动能，故B正确；单纯增加绿光强度，会增加逸出粒子数目，但不会改变粒子的最大初始动能，故C错误．光电管的加速电压与粒子逸出时的最大初始动能无关，故D错误．故选B
3．B
【解析】
A．根据光电效应规律，逸出的光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与光强无关，选项A错误；
B．根据
即逸出金属表面的光电子的最大初动能为，选项B正确；
C．根据 该金属的截止频率为
与入射光的波长无关，选项C错误；
D．根据
可得截止电压为
选项D错误。
故选B。
4．A
【解析】
AC.由于光子的能量为2.5eV，当加反向电压为0.7V时，电流表的读数为0，即遏止电压，反向电压对光子的功等于光子的最大初动能，即
根据光电效应方程，有
在本题中将各参数代入后得
可得逸出功
故A正确，C错误；
B. 电键K断开后，光电效应还在发生，所以电路中还有电流，故B错误；
D. 当入射光的能量小于时不发生光电效应，所以改用能量为1.5eV的光子照射，电流表G没有电流流过，故D错误。
故选A。
5．D
【解析】
AB．由图像可得b光照射光电管时反向截止电压大，使其逸出的光电子最大初动能大，所以b的频率大，光子的能量大．由图像可知，a光的饱和光电流大于b光，故a的光强大于b光，故AB错误；
C．如果使b光的强度减半，则只是b光的饱和光电流减半，在特定的电压下，b光产生的光电流强度不一定比a光产生的光电流强度小，选项C错误；
D．因b光的频率大于a光，故另一个光电管加一定的正向电压，如果a光能使该光电管产生光电流，则b光一定能使该光电管产生光电流，选项D正确；
故选D．
【名师点睛】
要熟练掌握所学公式，明确各个物理量之间的联系．如本题中折射率、临界角、光子能量、最大初动能等都有光的频率有关；对于本题解题的关键是通过图象判定a、b两种单色光谁的频率大，反向截止电压大的则初动能大，初动能大的则频率高，故b光频率高于a光的．逸出功由金属本身决定．
6．AD
【解析】
光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，与入射光的强度无关，根据光电效应方程判断影响光电子最大初动能的因素．
【详解】
A．增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积上的光子数增加，光电流增大，A正确；
B．光电效应现象是否消失与光的频率有关，而与照射强度无关，B错误；
C．用频率为ν的光照射光电管阴极，发生光电效应，用频率较小的光照射时，若光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，C错误；
D．根据可知，增加照射光频率，光电子的最大初动能也增大，D正确．
7．CD
【解析】
如果仅将紫光的光强减弱一些，则单位时间内逸出的光电子数减小，则微安表示数减小，选项A错误；饱和光电流与入射光的强度有关，仅将滑动变阻器的触头向右滑动，不改变光的强度，则微安表的示数不一定增大；同理仅将滑动变阻器的触头向左滑动一些，则微安表的示数可能不变，故B错误，C正确．将电路中电源的极性反接后，即加上反向电压，若光电子的动能足够大，电路中还有光电流，微安表仍可能有示数，故D正确．故选CD.
点睛：本题考查了发生光电效应的条件，知道光电流的大小与入射光的强度有关，同时注意形成的电流的条件．
8．AC
【解析】
A．断开电键S，用一束光照射光电管的金属极板K，发现电流表读数不为零，说明已经发生光电效应，故入射光的频率一定大于K极板的极限频率，故A正确；
B．合上电键S，光电管左边电势高于右边电势，电场水平向右，电子受到水平向左的电场力，可见电场力与运动速度方向相反，做减速运动，故B错误；
C．最大初动能
故C正确；
D．若保持电压表的读数U0不变，换用频率更高的光照射，根据
可知，增大频率，动能增大，遏止电压增大，如果光电管两端电压保持不变，则电路中会有电流，故D错误。
故选AC。
9．AB
【解析】
A．光电效应现象揭示了光的粒子性，故A正确；
B．随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故B正确；
C．黑体辐射的实验规律可用能量量子化解释，故C错误；
D．根据，光电效应中产生的光电子的最大初动能不与入射光的频率成正比，故D错误。
故选AB。
10．AD
【解析】
A．发生光电效应时，不改变入射光的频率，增大入射光强度，则单位时间内打到金属上的光子个数增加，则从金属内逸出的光电子数目增多，选项A正确；
B．光电子的最大初动能跟入射光强度无关，随入射光的频率增大而增大，选项B错误；
C．发生光电效应的反应时间一般都不超过10－9s，选项C错误；
D．只有入射光的频率大于该金属的极限频率时，即入射光的波长小于该金属的极限波长时，光电效应才能产生，选项D正确。
故选AD。
11．hν-EK hν+Ek
【解析】
[1][2]用频率为ν 的单色光照射某种金属时，由光电效应方程得：
EK=hν-W0
则该金属的逸出功为
W0=hν-EK
若改用频率为2ν的单色光照射此种金属时，则有
E′K=2hν-W0=hν+Ek
12．减小 可能 2eV 3eV
【解析】
（1）AK间所加的电压为正向电压，发生光电效应后的光电子在光电管中加速，滑动变阻器滑动片向右移动的过程中，若光电流达到饱和，则电流表示数不变，若光电流没达到饱和电流，则电流表示数增大，所以滑动变阻器滑动片向右移动的过程中，电流表的示数不可能减小．如果将电源正负极对换，AK间所加的电压为反向电压，发生光电效应后的光电子在光电管中减速，仍可能有一部分初动能较大的光电子，在克服电场力做功后，到达A极，所以电流表可能有示数．
（2）由图2可知，当该装置所加的电压为反向电压，当电压是-2V时，电流表示数为0，知道光电子点的最大初动能为：EKm=2eV，根据光电效应方程有：EKm=hγ-W0，解得：W0=3eV．
13．阳极 5.15×1014Hz 3.41ⅹ10-19J 1.23ⅹ10-19J
【解析】
（1）电子从金属板上射出的位置是阴极，所以A板为阳极,
（2）根据 ，因此当遏制电压为零时 ,根据图象可以知道,铷的截止频率,根据,则可求出该金属的逸出功大小 .
（3）由代入数据可知
14．（1）νc＝5.0×1014Hz；（2）h＝6.4×10－34J·s。
【解析】
本题考查光电效应相关计算。
【详解】
(1)由图线的横截距可知
νc＝5.0×1014Hz
(2)光电子的最大初动能
Ek＝hν－hνc
根据动能定理得
－eUc＝0－Ek
Uc－ν关系式为
Uc＝ν－νc
图线的斜率
k＝
由图线可知
解得
h＝6.4×10－34J·s
15．(1)4.5eV；(2)3.0eV
【解析】
(1)电流计的读数恰好为零，此时电压表的示数为5.0V，可知光电子的最大初动能为5.0eV，根据
代入数据解得
(2)改用光子能量为12.5eV的光照射阴极时，从阴极溢出的光电子的最大初动能为
代入数据解得
则到达阳极时光电子的动能最大值为