四川省合江中学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 同步练习（含解析）

4.2光电效应与光的量子说
1．如图所示，是某次试验中得到的甲、乙两种金属的遏止电压Uc与入射光频率ν关系图象，两金属的逸出功分别为W甲、W乙，如果用v0频率的光照射两种金属，光电子的最大初动能分别为E甲、E乙，则下列关系正确的是（ ）
A．W甲＞W乙
B．W甲＜W乙
C．E甲＜E乙
D．E甲=E乙
2．关于光电效应，下列说法正确的是（　　）
A．普朗克提出来光子说，成功地解释了光电效应现象
B．只要入射光的强度足够强，就一定能使金属发生光电效应
C．要使金属发生光电效应，入射光子的能量必须大于金属的逸出功
D．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
3．原子钟是利用原子跃迁产生固定频率的光进行计时的工具。据报道，中国计划在2020年6月发射最后一颗北斗卫星，这也是中国北斗三号系统的“收官之星”，这些卫星都采用星载氢原子钟。图示为氢原子的能级图，用大量处于n=2能级的氢原子跃迁到基态时发射出的光照射光电管阴极K，测得光电管中的遏止电压（也叫截止电压）为7.6V，已知普朗克常量，元电荷，下列判断正确的是（　　）
A．电子从阴极K表面逸出的最大初动能为2.6eV
B．阴极K材料的逸出功为7.6eV
C．阴极K材料的极限频率约为
D．氢原子从能级跃迁到能级，发射出的光照射该光电管阴极K时能发生光电效应
4．某同学采用如图所示的实验装置研究光电效应的遏止电压，分别用频率为的单色光甲和频率为的单色光乙照射该光电管的阴极K时，测得甲、乙遏止电压之比为1：2。 已知电子电荷量为e，普朗克常量为h，则（　　）
A．电源a端为正极，b端为负极
B．增大甲、乙光的强度，则对应遏止电压也随之增大
C．甲光照射时的遏止电压大小为
D．光电管阴极K金属的截止频率为
5．如图所示，在光电效应实验中用a光照射光电管时，灵敏电流计指针发生偏转，而用b光照射光电管时，灵敏电流计指针不发生偏转，则（　　）
A．a光的强度一定大于b光
B．b光的频率一定小于截止频率
C．a光照射光电管时，电流计中的光电流沿d到c方向
D．将K极换成逸出功较小的金属板，仍用a光照射，其遏止电压将减小
6．爱因斯坦提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年的诺贝尔物理学奖．某种金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率ν的关系如图所示，其中ν0为极限频率．从图中可以确定的是（）
A．逸出功与ν有关
B．Ekm与入射光强度成正比
C．ν<ν0时，会逸出光电子
D．图中直线的斜率与普朗克常量有关
7．物理学史的学习是物理学习中很重要的一部分，下列关于物理学史叙述中不正确的是 ( )
A．汤姆孙通过研究阴极射线实验，发现了电子
B．卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析，提出了原子的核式结构模型
C．爱因斯坦发现了光电效应，并提出了光量子理论成功解释了光电效应
D．巴耳末根据氢原子光谱分析，总结出了氢原子光谱可见光区波长公式
8．用如图所示的光电管研究光电效应的实验中，用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转，而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，那么（　　）
A．a光的频率一定大于b光的频率
B．增大b光的强度可能使电流计G的指针发生偏转
C．用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电流是由d到c
D．只增大a光的强度可使通过电流计G的电流增大
9．如图所示为氢原子的能级图．现有大量处于n＝3激发态的氢原子向低能级跃迁，下列说法正确的是
A．氢原子由n＝3跃迁到n＝2能级时，其核外电子的动能将减小
B．这些氢原子总共可辐射出三种不同频率的光
C．这些氢原子跃迁时辐射出光子能量的最大值为10.2 ev
D．氢原子由n＝3跃迁到n＝1产生的光照射逸出功为6.34eV的金属铂能发生光电效应
10．在做光电效应实验中，某金属被光照射发生了光电效应，实验测出了光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν的关系如图所示，电子电量为e，由实验图象可求出（ ）
A．该金属的极限频率ν0 B．该金属的逸出功W0=hv0
C．遏止电压为E/e D．普朗克常量h=E/ν0
11．爱因斯坦提出光子说，认为每个光子所具有的能量跟它的频率成正比，比例常数为普朗克常量h，则h的单位为______；该单位用国际单位制基本单位可表示为_________。
12．氢原子的能级图如图所示，现让光子能量为E的一束光照射到大量处于基态的氢原子上，氢原子能发出3种不同频率的光，那么入射光光子的能量E为________eV.若某种金属的逸出功为3.00 eV，则用上述原子发出的三种光照射该金属，产生的光电子的最大初动能的最大值为________eV.
13．从1907年起，美国物理学家密立根开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量．他通过如图1所示的实验装置测量某金属的遏止电压与入射光频率，作出的图象图，由此算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射测出的h相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性．求：
（1）普朗克常量______
（2）该金属的截止频率______（已知量：频率、，遏止电压、及电子的电荷量）。
14．我国自行研制的一种大型激光器，能发出频率为ν、功率为P0的高纯度和高亮度激光．如图所示，光电管的阴极K用某金属制成，闭合开关S，当该激光射向阴极，产生了光电流．移动变阻器的滑片P，当光电流恰为零时，电压表的示数为Uc，已知普朗克常量为h，电子电荷量为e，真空中的光速为c．求：
①激光器发出的光子的动量p；
②光电管阴极K的截止频率νc．
15．如图所示，电源的电动势为E，内阻不计，K为光电管的阴极．闭合开关S，将波长为λ的激光射向阴极，产生了光电流．调节滑片P，当电压表示数为U0时，光电流恰好减小到零，已知普朗克常量为h，电子电荷量为e，真空中光速为c。求：
(1)入射激光光子的动量p；
(2)从阴极K发出光电子的最大初动能；
(3)增大入射激光的频率，为能测出对应的遏止电压，入射激光频率的最大值。
参考答案
1．B
【解析】
根据光电效应方程得：
Ekm=hγ-W0=hγ-hγ0
又Ekm=qUc；解得：
知Uc-γ图线；当Uc=0，γ=γ0；由图象可知，金属甲的极限频率小于金属乙，则金属甲的逸出功小于乙的，即W甲＜W乙．如果用v0频率的光照射两种金属，根据光电效应方程，当相同的频率入射光时，则逸出功越大的，其光电子的最大初动能越小，因此E甲＞E乙，故B正确，ACD错误；
故选B．
2．C
【解析】
A．爱因斯坦用光子说成功的解释了光电效应现象，故A错误；
B．发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，与入射光的强度和照射时间等无关，故B错误；
C．根据光电效应方程知，使金属发生光电效应，入射光子的能量必须大于金属的逸出功，故C正确；
D．根据光电效应方程知，光电子的最大初动能与光子频率成一次函数关系，随照射光的频率增大而增大，不是成正比关系，故D错误。
故选C。
3．C
【解析】
A．根据最大初动能
故A错误；
B．处于n=2能级的氢原子跃迁到基态时发射出的光子能量为
据
得
故B错误；
C．根据
得极限频率为
故C正确；
D．从能级跃迁到能级，发射出的光子能量
不能发生光电效应，故D错误。
故选C。
4．D
【解析】
A．要用图所示的实验装置研究遏止电压，光电管两端应接反向电压，即电源a端为负极，b端为正极，故A错误；
B．遏止电压与甲、乙光的强度无关，则B错误；
CD．由爱因斯坦光电方程
，
解得，，故C错误，D正确。
故选D。
5．C
【解析】
AB．由图可知，该电源的接法为反向电压，即电源的正极与阴极K连接，电场对光电子做负功，单色光a照射光电管能够使灵敏电流计偏转，说明光电子的动能大，a光的频率大；b光照射光电管不能使灵敏电流计偏转，可能发生了光电效应，b光的频率可能大于截止频率，只不过是产生的光电子动能小，无法到达对阴极，即b光的频率小，故AB错误；
C．电流的方向与负电荷定向移动的方向相反，若灵敏电流计的指针发生偏转，则电流方向一定是由d→c方向，故C正确；
D．将K极换成逸出功较小的金属板，仍用a光照射，根据
可知其遏止电压将增大。故D错误。
故选C。
6．D
【解析】
光电子的最大初动能与入射光频率的关系是Ekm=hv－W，结合图象易判断D正确．
7．C
【解析】
A．1897年汤姆孙根据放电管中的阴极射线在电磁场和磁场作用下的轨迹确定阴极射线中的粒子带负电，并测出其荷质比，这在一定意义上是历史上第一次发现电子，故A正确；
B．卢瑟福的 粒子散射实验结果：绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数粒子发生了较大的偏转，并有极少数粒子的偏转超过90°，有的甚至几乎达到180°而被反弹回来，这就是α粒子的散射现象。通过分析并提出了原子的核式结构模型，故B正确；
C．光电现象由德国物理学家赫兹于1887年发现，故C错误，符合题意；
D．巴耳末，瑞士数学家、物理学家。主要贡献是建立了氢原子光谱波长的经验公式——巴耳末公式，故D正确。
故选C。
8．AD
【解析】
A．单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，结合光电管的正负极可知b光不能使金属发生光电效应，根据光电效应方程
可知a光的频率一定大于b光的频率，故A正确；
B．b光频率较小，根据光电效应方程可知增强光照强度仍然不能发生光电效应，电流计G仍然无示数，故B错误；
C．用a光照射光电管阴极K时，光电子从，电流是，故C错误；
D．只增大a光的强度，光子数增加，金属中逸出的光电子数目增加，光电流增大，通过电流计G的电流增大，故D正确。
故选AD。
9．BD
【解析】
氢原子由n=3跃迁到n=2能级时，氢原子放出光子，则能量减小，轨道半径减小，根据知，电子动能增大，故A错误；根据=3知，这些氢原子可能辐射出三种不同频率的光子．故B正确．氢原子由n=3向n=1能级跃迁时辐射的光子能量最大，频率最大，最大能量为13.6-1.51eV=12.09eV．故C错误；氢原子由n=3跃迁到n=1能级，辐射的光子能量为12.09eV，大于金属铂的逸出功6.34eV，故能发生光电效应．故D正确．故选BD．
点睛：解决本题的关键知道光电效应的条件以及知道能级间跃迁时辐射或吸收的光子能量等于两能级间的能级差．
10．ABD
【解析】
A．频率大于ν0时，才能发生光电效应，所以该金属的极限频率为ν0，故A正确；
B．根据光电效应方程EKm=hγ?W0=hγ?hγ0知，EKm=0时，W0=-E=hv0，故B正确；
C．不同频率的入射光对应光电子的最大初动能不同，根据Ekm=Uce，遏止电压不同，故C错误；
D．图线的斜率表示普朗克常量，根据图线斜率可得出普朗克常量h=E/ν0．故D正确．
故选ABD.
11．J·s（或J/Hz） kg·m2/s
【解析】
[1]光子能量计算公式 = h，其中光子能量的单位为J，光子频率的单位为s-1（或Hz），所以普朗克常量h的单位为J·s（或J/Hz）。
[2]能量的单位J与动能的单位kg·m2/s2相同，所以h的单位J·s可表示为kg·m2/s。
12．12.09 9.09
【解析】
根据题意可知，氢原子能发出3种不同频率的光，所以光子的照射使基态的氢原子跃迁到3能级上，所以光子的能量；根据光电效应方程可知，，若某种金属的逸出功为3.00 eV，则用上述原子发出的三种光照射该金属，产生的光电子的最大初动能的最大值为9.09eV
13．
【解析】
[1][2]根据爱因斯坦光电效应方程
动能定理
解得
结合图象知
解得普朗克常量
截止频率
14．① p= ② νc=ν-
【解析】
根据光电效应方程，求出光电子的最大初动能，根据逸出功和截止频率的大小关系求出光电管阴极K的截止频率；
【详解】
解：① 由：
解得p=
② 由
又
解得
由
解得
15．(1)；(2)Ekm=eU0；(3)
【解析】
本题考查光电效应实验的原理及相关计算。
【详解】
(1)由得
(2)根据动能定理有
-eU0=0-Ekm
则
Ekm=eU0
(3)设阴极K的逸出功为W0，遏止电压为U0，有
遏止电压最大为E时，对应入射光的频率最大，则
联立解得