四川省夹江中学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 跟踪训练（含解析）
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| 名称 | 四川省夹江中学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 跟踪训练（含解析） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 547.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 教科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-07-12 13:02:42 | ||
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4.2光电效应与光的量子说
1．如图为玻尔理论的氢原子能级图，一群氢原子处于的激发态，在向低能级跃迁时会辐射光子，用发出的光子照射逸出功为2.49eV的金属钠。以下说法中正确的是（ ）
A．能使金属发生光电效应的光有三种
B．在辐射光子过程中电子绕核运动的动能减小
C．由能级跃迁到能级时产生的光波长最长
D．金属钠表面所发出的光电子的最大初动能9.6eV
2．如图a为氢原子的能级图，大量处于n=2激发态的氢原子吸收一定频率的光子后跃迁到较高的能级，之后再向低能级跃迁时辐射出10种不同频率的光子。当用这些辐射出的光子去照射如图b所示光电管阴极K时，光电管发生了光电效应，改变电源的正负极并调节滑动变阻器滑片，发现遏止电压最大值为8V。则（ ）
A．该光电管阴极K的逸出功为7.06eV
B．吸收的光子能量为2.86eV
C．跃迁过程中辐射出的光子能量是连续的
D．辐射出来的10种光子中只有3种能使该光电管发生光电效应
3．密立根实验的目的是：测量金属的遏止电压与入射光频率，由此算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较，以检验爱因斯坦方程式的正确性。其根据实验数据得到图像，则从图中可以得到物理量描述正确的是（ ）
A．普朗克常量为：
B．普朗克常量为：
C．该金属的逸出功为：
D．该金属的逸出功为：
4．用波长为300nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10-19J，已知普朗克常量为6. 63×10-34J.s，真空中的光速为3×108m/s，能使锌产生光电效应单色光的最低频率（ ）
A．1×1014Hz
B．8×1015Hz
C．.2×1015Hz
D．8×1014Hz
5．氢原子的能级图如图所示，用氢原子从能级跃迁到能级辐射的光照射逸出功为6.34eV的金属铂，下列说法正确的是（ ）
A．氢原子从能级向能级跃迁辐射的光也能使金属铂发生光电效应
B．氢原子从能级向能级跃迁时辐射的光不能使金属铂发生光电效应
C．产生的光电子的最大初动能是12.75eV
D．产生的光电子的最大初动能是6.41eV
6．用波长200nm的光照射铝的表面发生光电效应，已知铝的逸出功是4.2eV，普朗克常量h=6.6×10-34J·s，电子电量e=1.6×10-19C，则光电子的最大初动能约为（ ）
A．0.2 eV B．2 eV C．20eV D．200eV
7．如图所示，是研究光电效应的电路图，对于某金属用黄光照射时，电流表指针发生偏转。则以下说法正确的是（ ）
A．将滑动变阻器滑动片向右移动，电流表的示数可能不变
B．如果改用红光照射该金属时，电流表无示数
C．若增加黄光的照射强度，电流表的示数一定增大
D．将电源的正负极调换，仍用相同的黄光照射时，将滑动变阻器滑动片向右移动一些，电流表的读数一定为零
8．如图是光电流与加在阴极K和阳极A上的电压的关系图像，下列说法正确的是（ ）
A．由图线①、③可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大
B．由图线①、②、③可知对某种确定的金属来说，其遏止电压与入射光的频率有关
C．在光频率确定的情况下，遏止电压越大，说明从该金属中逸出的光电子的最大初动能越小
D．不论哪种颜色的入射光，只要光足够强，就能发生光电效应
9．研究光电效应现象的实验电路如图所示，A、K为光电管的两个电极。已知该光电管阴极K的极限频率为0，元电荷电量为，普朗克常量为。现用频率为（vv0）的光照射阴极K，则下列说法正确的是（ ）
A．将滑片P向右滑动，可增大光电子的最大初动能
B．若两电极间电压为，则到达阳极A的光电子最大动能为
C．将滑片P向右滑动，则电流表的示数一定会不断增大
D．将电源正负极对调，当两电极间的电压大于时，电流表的示数为0
10．某金属在光的照射下发生光电效应，产生的光电子最大初动能与入射光的频率关系如图所示，则下列说法正确的是（ ）
A．普朗克以量子化思想对光电效应做出解释，并提出了光电效应方程
B．当入射光频率为，照射很长时间才能发生光电效应
C．当入射光频率为2，产生的光电子最大初动能为2h
D．当入射光频率为2，光强极小，也可以发生光电效应
11．在光电效应试验中，某金属的截止频率相应的波长为，该金属的逸出功为______。若用波长为（<）单色光做实验，则其遏止电压为______。已知电子的电荷量，真空中的光速和布朗克常量分别为e，c和h。
12．如图所示，一块铜板暴露在紫外线中，观测到有电子e从铜板下表面逸出。当在铜板所在空间加一方向垂直于板面、大小为E的匀强电场时，电子能运动到距板面的最大距离为d，则电场对电子所做的功是__________；若紫外线的频率为，普朗克常量为h，则铜板的截止频率为___________。
13．如图甲所示为光电管的原理图，当频率为ν的可见光照射到阴极K上时，电流表中有电流通过：
(1)当变阻器的滑片P向____________滑动时（填“左”或“右”），通过电流表的电流将会减小；
(2)由乙图I－U图像可知光电子的最大初动能为_______________；
(3)如果不改变入射光的频率，而减小入射光的强度，则光电子的最大初动能____________ （填“增加”、“减小”或“不变”）。
14．铝的逸出功是4.2eV，现在用波长为200nm的光照射铝的表面，求：（h=6.626×10-34J?s）
（1）光电子的最大初动能；
（2）遏止电压；
（3）铝的截止频率。
15．铝的逸出功为W0=6.72×10－19J，用波长λ=200nm的光照射不带电的铝箔，发生光电效应，普朗克常量h=6.63×10－34J·s，电子电量为e=1.6×10－19C。求：
(1)发生光电效应时，铝箔的电性；
(2)若用铝箔制作光电管，则它的遏止电压Uc（结果保留两位有效数字）。
参考答案
1．D
【解析】
A．由n=3能级的激发态向低能级跃迁时，辐射出三种频率光子的能量分别为12.09eV、10.2eV、1.89eV， 其中1.89eV<2.49eV，根据光电效方程可知，能使金属发生光电效应的光有二种，故A错误；
B．在辐射光子过程中向外界辐射能量，库仑力提供向心力，由向心力公式得
电子绕核运动的动能
可知电子轨道半径变小，动能变大，故B错误；
C．由能级跃迁到能级时产生的光波能量最大，频率最大，波长最小，故C错误；
D．由能级跃迁到能级时产生的光波照射金属钠表面所发出的光电子的最大初动能最大，所以金属钠表面所发出的光电子的最大初动能
故D正确。
故选D。
2．B
【解析】
A．跃迁过程中所放出的光子最大能量为
由光电效应方程
可得该光电管的逸出功
故A错误；
B．从跃迁到较高能级后能辐射出10种不同频率的光子，由
故吸收的光子能量
故B正确；
C．根据玻尔理论可知跃迁过程中辐射出的光子能量是不连续的，故C错误；
D．由该光电管的逸出功
可知，辐射出的光子能使其发生光电效应的有能级5到基态，能级4到基态，能级3到基态，能级2到基态4种，故D错误。
故选B。
3．A
【解析】
AB．根据光电子最大初动能与遏止电压的关系式
利用光电方程化简得到
则知图像斜率为
解得
A正确B错误；
CD．该金属的逸出功为
CD错误。
故选A。
4．D
【解析】
根据光电效应方程
逸出功
，
可知
代入数据可知：
故D正确，ABC错误
5．D
【解析】
A．氢原子从能级向能级跃迁时辐射的光能量为
则氢原子从能级向能级跃迁时辐射出的光不能使该金属发生光电效应，故A错误；
B．氢原子从能级向能级跃迁时辐射的光能量为
则能使金属铂发生光电效应，故B错误；
CD．处于能级的氢原子跃迁到能级辐射出的光子的能量为
根据光电效应方程，照射逸出功为6.34eV的金属铂产生的光电子的最大初动能为
故C错误，D正确；
故选D。
6．B
【解析】
根据光电效应方程
带入数据得
ACD错误B正确。
故选B。
7．AC
【解析】
A．滑动变阻器滑片向右移动，电压虽然增大，但已达到饱和电流，则电流表的示数可能不变，故A正确；
B．如果改用红光照射该金属时，也可能产生光电效应，这时电流表有示数，故B错误；
C．只增加光照强度，从而增加了光子的个数，则产生的光电子数目增多，光电流增大，使通过电流表的电流增大，故C正确；
D．电源的正负极调换，仍用相同的黄光照射时，将滑动变阻器滑片向右移动一些，此时的电压若小于反向截止电压，则电流表仍可能有示数，故D错误。
故选AC。
8．AB
【解析】
A．由图线①、③可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大，故A正确；
B．根据光电效应方程知，可知入射光频率越大，最大初动能越大，遏止电压越大，可知对于确定的金属，遏止电压与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，故B正确；
C．根据知，遏止电压越大，说明从该金属中逸出的光电子的最大初动能越大，故C错误；
D．发生光电效应的条件是入射光的频率大于极限频率，与入射光的强度无关，故D错误；
故选AB。
9．BD
【解析】
A．分析电路图可知，光电管加正向电压，将滑片P向右滑动，光电管两端电压增大，根据爱因斯坦光电效应方程可知
最大初动能由入射光的频率决定，与光电管两端电压无关，故A错误；
B．若两电极间电压为，根据动能定理可知
解得到达阳极的光电子最大动能
故B正确；
C．将滑片P向右滑动，增大光电管的正向电压，当达到饱和光电流时，电流表的示数不变，故电流表的示数不是不断增大的，故C错误；
D．将电源正负极对调，则光电管加反向电压，根据动能定理可知
解得
即当两电极间的电压大于，电流表的示数为0，故D正确；
故选BD。
10．D
【解析】
A.爱因斯坦对光电效应做出解释并提出了光电效应方程，故A错误；
BD.当入射光频率大于，无论照射时间长短、光强大小，均可发生光电效应，故B错误、D正确;
C.当入射光频率为2，产生的光电子最大初动能为h，故C错误。
故选D。
11．
【解析】
由和得
由爱因斯坦质能方程
得
12．
【解析】
[1]．电场对电子所做的功是
[2]．根据光电效应方程
其中
解得
13．右 2 eV 不变
【解析】
(1)[1] 由图可知光电管两端所加的电压为反向电压，当变阻器的滑动端P向右移动，反向电压增大，光电子到达右端的速度减小，则通过电流表的电流变小。
(2)[2] 当电流表电流刚减小到零时，电压表的读数为U，根据动能定理得：
则光电子的最大初动能为2eV。
(3)[3] 根据光电效应方程知，Ekm=hv-W0，知入射光的频率不变，则光电子的最大初动能不变。
14．（1）光电子的最大初动能是3.2×10-19J；
（2）遏止电压是2V；
（3）铝的截止频率是1.0×1015Hz。
【解析】
（1）根据光电效应方程：EK=hγ-W0=代入数据解得：EK=3.2×10-19J，
（2）光电子动能减小到0时，反向电压即遏制电压，根据动能定理：eU=EK
得：U==2.0V
（3）根据据逸出功W0=hγ0得截止频率：≈1.0×1015Hz
15．(1)正；(2)2.0V
【解析】
(1)根据爱因斯坦光电效应现象可知道，电子逃出来，结合电荷守恒定律，则铝箔表面带正电。
(2)根据爱因斯坦光电效应方程得，光电子最大初动能为
根据动能定理可得
联立解得
1．如图为玻尔理论的氢原子能级图，一群氢原子处于的激发态，在向低能级跃迁时会辐射光子，用发出的光子照射逸出功为2.49eV的金属钠。以下说法中正确的是（ ）
A．能使金属发生光电效应的光有三种
B．在辐射光子过程中电子绕核运动的动能减小
C．由能级跃迁到能级时产生的光波长最长
D．金属钠表面所发出的光电子的最大初动能9.6eV
2．如图a为氢原子的能级图，大量处于n=2激发态的氢原子吸收一定频率的光子后跃迁到较高的能级，之后再向低能级跃迁时辐射出10种不同频率的光子。当用这些辐射出的光子去照射如图b所示光电管阴极K时，光电管发生了光电效应，改变电源的正负极并调节滑动变阻器滑片，发现遏止电压最大值为8V。则（ ）
A．该光电管阴极K的逸出功为7.06eV
B．吸收的光子能量为2.86eV
C．跃迁过程中辐射出的光子能量是连续的
D．辐射出来的10种光子中只有3种能使该光电管发生光电效应
3．密立根实验的目的是：测量金属的遏止电压与入射光频率，由此算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较，以检验爱因斯坦方程式的正确性。其根据实验数据得到图像，则从图中可以得到物理量描述正确的是（ ）
A．普朗克常量为：
B．普朗克常量为：
C．该金属的逸出功为：
D．该金属的逸出功为：
4．用波长为300nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10-19J，已知普朗克常量为6. 63×10-34J.s，真空中的光速为3×108m/s，能使锌产生光电效应单色光的最低频率（ ）
A．1×1014Hz
B．8×1015Hz
C．.2×1015Hz
D．8×1014Hz
5．氢原子的能级图如图所示，用氢原子从能级跃迁到能级辐射的光照射逸出功为6.34eV的金属铂，下列说法正确的是（ ）
A．氢原子从能级向能级跃迁辐射的光也能使金属铂发生光电效应
B．氢原子从能级向能级跃迁时辐射的光不能使金属铂发生光电效应
C．产生的光电子的最大初动能是12.75eV
D．产生的光电子的最大初动能是6.41eV
6．用波长200nm的光照射铝的表面发生光电效应，已知铝的逸出功是4.2eV，普朗克常量h=6.6×10-34J·s，电子电量e=1.6×10-19C，则光电子的最大初动能约为（ ）
A．0.2 eV B．2 eV C．20eV D．200eV
7．如图所示，是研究光电效应的电路图，对于某金属用黄光照射时，电流表指针发生偏转。则以下说法正确的是（ ）
A．将滑动变阻器滑动片向右移动，电流表的示数可能不变
B．如果改用红光照射该金属时，电流表无示数
C．若增加黄光的照射强度，电流表的示数一定增大
D．将电源的正负极调换，仍用相同的黄光照射时，将滑动变阻器滑动片向右移动一些，电流表的读数一定为零
8．如图是光电流与加在阴极K和阳极A上的电压的关系图像，下列说法正确的是（ ）
A．由图线①、③可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大
B．由图线①、②、③可知对某种确定的金属来说，其遏止电压与入射光的频率有关
C．在光频率确定的情况下，遏止电压越大，说明从该金属中逸出的光电子的最大初动能越小
D．不论哪种颜色的入射光，只要光足够强，就能发生光电效应
9．研究光电效应现象的实验电路如图所示，A、K为光电管的两个电极。已知该光电管阴极K的极限频率为0，元电荷电量为，普朗克常量为。现用频率为（vv0）的光照射阴极K，则下列说法正确的是（ ）
A．将滑片P向右滑动，可增大光电子的最大初动能
B．若两电极间电压为，则到达阳极A的光电子最大动能为
C．将滑片P向右滑动，则电流表的示数一定会不断增大
D．将电源正负极对调，当两电极间的电压大于时，电流表的示数为0
10．某金属在光的照射下发生光电效应，产生的光电子最大初动能与入射光的频率关系如图所示，则下列说法正确的是（ ）
A．普朗克以量子化思想对光电效应做出解释，并提出了光电效应方程
B．当入射光频率为，照射很长时间才能发生光电效应
C．当入射光频率为2，产生的光电子最大初动能为2h
D．当入射光频率为2，光强极小，也可以发生光电效应
11．在光电效应试验中，某金属的截止频率相应的波长为，该金属的逸出功为______。若用波长为（<）单色光做实验，则其遏止电压为______。已知电子的电荷量，真空中的光速和布朗克常量分别为e，c和h。
12．如图所示，一块铜板暴露在紫外线中，观测到有电子e从铜板下表面逸出。当在铜板所在空间加一方向垂直于板面、大小为E的匀强电场时，电子能运动到距板面的最大距离为d，则电场对电子所做的功是__________；若紫外线的频率为，普朗克常量为h，则铜板的截止频率为___________。
13．如图甲所示为光电管的原理图，当频率为ν的可见光照射到阴极K上时，电流表中有电流通过：
(1)当变阻器的滑片P向____________滑动时（填“左”或“右”），通过电流表的电流将会减小；
(2)由乙图I－U图像可知光电子的最大初动能为_______________；
(3)如果不改变入射光的频率，而减小入射光的强度，则光电子的最大初动能____________ （填“增加”、“减小”或“不变”）。
14．铝的逸出功是4.2eV，现在用波长为200nm的光照射铝的表面，求：（h=6.626×10-34J?s）
（1）光电子的最大初动能；
（2）遏止电压；
（3）铝的截止频率。
15．铝的逸出功为W0=6.72×10－19J，用波长λ=200nm的光照射不带电的铝箔，发生光电效应，普朗克常量h=6.63×10－34J·s，电子电量为e=1.6×10－19C。求：
(1)发生光电效应时，铝箔的电性；
(2)若用铝箔制作光电管，则它的遏止电压Uc（结果保留两位有效数字）。
参考答案
1．D
【解析】
A．由n=3能级的激发态向低能级跃迁时，辐射出三种频率光子的能量分别为12.09eV、10.2eV、1.89eV， 其中1.89eV<2.49eV，根据光电效方程可知，能使金属发生光电效应的光有二种，故A错误；
B．在辐射光子过程中向外界辐射能量，库仑力提供向心力，由向心力公式得
电子绕核运动的动能
可知电子轨道半径变小，动能变大，故B错误；
C．由能级跃迁到能级时产生的光波能量最大，频率最大，波长最小，故C错误；
D．由能级跃迁到能级时产生的光波照射金属钠表面所发出的光电子的最大初动能最大，所以金属钠表面所发出的光电子的最大初动能
故D正确。
故选D。
2．B
【解析】
A．跃迁过程中所放出的光子最大能量为
由光电效应方程
可得该光电管的逸出功
故A错误；
B．从跃迁到较高能级后能辐射出10种不同频率的光子，由
故吸收的光子能量
故B正确；
C．根据玻尔理论可知跃迁过程中辐射出的光子能量是不连续的，故C错误；
D．由该光电管的逸出功
可知，辐射出的光子能使其发生光电效应的有能级5到基态，能级4到基态，能级3到基态，能级2到基态4种，故D错误。
故选B。
3．A
【解析】
AB．根据光电子最大初动能与遏止电压的关系式
利用光电方程化简得到
则知图像斜率为
解得
A正确B错误；
CD．该金属的逸出功为
CD错误。
故选A。
4．D
【解析】
根据光电效应方程
逸出功
，
可知
代入数据可知：
故D正确，ABC错误
5．D
【解析】
A．氢原子从能级向能级跃迁时辐射的光能量为
则氢原子从能级向能级跃迁时辐射出的光不能使该金属发生光电效应，故A错误；
B．氢原子从能级向能级跃迁时辐射的光能量为
则能使金属铂发生光电效应，故B错误；
CD．处于能级的氢原子跃迁到能级辐射出的光子的能量为
根据光电效应方程，照射逸出功为6.34eV的金属铂产生的光电子的最大初动能为
故C错误，D正确；
故选D。
6．B
【解析】
根据光电效应方程
带入数据得
ACD错误B正确。
故选B。
7．AC
【解析】
A．滑动变阻器滑片向右移动，电压虽然增大，但已达到饱和电流，则电流表的示数可能不变，故A正确；
B．如果改用红光照射该金属时，也可能产生光电效应，这时电流表有示数，故B错误；
C．只增加光照强度，从而增加了光子的个数，则产生的光电子数目增多，光电流增大，使通过电流表的电流增大，故C正确；
D．电源的正负极调换，仍用相同的黄光照射时，将滑动变阻器滑片向右移动一些，此时的电压若小于反向截止电压，则电流表仍可能有示数，故D错误。
故选AC。
8．AB
【解析】
A．由图线①、③可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大，故A正确；
B．根据光电效应方程知，可知入射光频率越大，最大初动能越大，遏止电压越大，可知对于确定的金属，遏止电压与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，故B正确；
C．根据知，遏止电压越大，说明从该金属中逸出的光电子的最大初动能越大，故C错误；
D．发生光电效应的条件是入射光的频率大于极限频率，与入射光的强度无关，故D错误；
故选AB。
9．BD
【解析】
A．分析电路图可知，光电管加正向电压，将滑片P向右滑动，光电管两端电压增大，根据爱因斯坦光电效应方程可知
最大初动能由入射光的频率决定，与光电管两端电压无关，故A错误；
B．若两电极间电压为，根据动能定理可知
解得到达阳极的光电子最大动能
故B正确；
C．将滑片P向右滑动，增大光电管的正向电压，当达到饱和光电流时，电流表的示数不变，故电流表的示数不是不断增大的，故C错误；
D．将电源正负极对调，则光电管加反向电压，根据动能定理可知
解得
即当两电极间的电压大于，电流表的示数为0，故D正确；
故选BD。
10．D
【解析】
A.爱因斯坦对光电效应做出解释并提出了光电效应方程，故A错误；
BD.当入射光频率大于，无论照射时间长短、光强大小，均可发生光电效应，故B错误、D正确;
C.当入射光频率为2，产生的光电子最大初动能为h，故C错误。
故选D。
11．
【解析】
由和得
由爱因斯坦质能方程
得
12．
【解析】
[1]．电场对电子所做的功是
[2]．根据光电效应方程
其中
解得
13．右 2 eV 不变
【解析】
(1)[1] 由图可知光电管两端所加的电压为反向电压，当变阻器的滑动端P向右移动，反向电压增大，光电子到达右端的速度减小，则通过电流表的电流变小。
(2)[2] 当电流表电流刚减小到零时，电压表的读数为U，根据动能定理得：
则光电子的最大初动能为2eV。
(3)[3] 根据光电效应方程知，Ekm=hv-W0，知入射光的频率不变，则光电子的最大初动能不变。
14．（1）光电子的最大初动能是3.2×10-19J；
（2）遏止电压是2V；
（3）铝的截止频率是1.0×1015Hz。
【解析】
（1）根据光电效应方程：EK=hγ-W0=代入数据解得：EK=3.2×10-19J，
（2）光电子动能减小到0时，反向电压即遏制电压，根据动能定理：eU=EK
得：U==2.0V
（3）根据据逸出功W0=hγ0得截止频率：≈1.0×1015Hz
15．(1)正；(2)2.0V
【解析】
(1)根据爱因斯坦光电效应现象可知道，电子逃出来，结合电荷守恒定律，则铝箔表面带正电。
(2)根据爱因斯坦光电效应方程得，光电子最大初动能为
根据动能定理可得
联立解得