山东省怀仁县巨子高中2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：5.1光电效应 学业测评（含解析）

5.1光电效应
1．如图甲所示，这是某学校科技活动小组设计的光电烟雾探测器，当有烟雾进入探测器时，来自光源S的光会被烟雾散射进入光电管C如图乙所示。烟雾浓度越大，进入光电管C中的光就越强，光射到光电管中的钠表面时会产生光电流，当光电流大于10－8A时，便会触发报警系统报警。已知钠的极限频率为6.0×1014Hz，光速c=3.0×108m/s，元电荷e=1.6×10－19C。下列说法正确的是（　　）
A．要使探测器正常工作，光源S发出的光的波长不能小于5.0×10－7m
B．探测器正常工作时，提高光源发出光的频率，就能让报警器在烟雾浓度较低时报警
C．光电管C中能发生光电效应是因为光发生了全反射
D．当报警器报警时，钠表面每秒释放的光电子数最少是6.25×1010个
2．如图所示，用a、b两种不同频率的光分别照射同一金属板，发现当a光照射时验电器的指针偏转，b光照射时指针未偏转，以下说法正确的是(　)
A．增大a光的强度，验电器的指针偏角一定减小
B．a光照射金属板时验电器的金属小球带负电
C．增大b光的强度，验电器指针偏转
D．若a光是氢原子从n＝4的能级向n＝1的能级跃迁时产生的，则b光可能是氢原子从n＝5的能级向n＝2的能级跃迁时产生的
3．如图所示，电路中所有元件完好，当光照射到光电管上时，灵敏电流计G中没有电流通过，可能的原因是（ ）
A．入射光强度较弱 B．光照射时间太短
C．入射光的频率较小 D．光电管上金属对应的极限频率较小
4．一束绿光照射某金属发生了光电效应，则下列说法正确的是（　　）
A．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子数增加
B．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子最大初动能增加
C．若改用紫光照射，则可能不会发生光电效应
D．若改用红光照射，则逸出的光电子的最大初动能增加
5．图甲是光电效应的实验装置图，图乙是光电流与加在阴极K和阳极A上的电压的关系图象，下列说法不正确的是（　　）
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，其遏止电压只由入射光的频率决定
C．遏止电压越大，说明从该金属中逃出来的光电子的最大初动能越大
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
6．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
7．下图甲是光电效应的实验装置图，图乙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．只要增大电压，光电流就会一直增大
B．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
C．由图线①、②、③可知对某种确定的金属来说，其遏止电压只由入射光的频率决定
D．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
8．如图是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，普朗克常量，由图可知　　
A．该金属的截止频率为
B．该金属的截止频率为
C．该图线的斜率表示普朗克常量
D．该金属的逸出功为
9．如图所示为用某金属研究光电效应规律得到的光电流随电压变化关系的图像，用单色光1和单色光2分别照射该金属时，逸出的光电子的最大初动能分别为Ek1和Ek2，普朗克常量为h，则说法正确的是（　　）
A．
B．单色光1的频率比单色光2的频率低
C．增大单色光1的强度，其遏止电压不变
D．单色光1的入射光子数比单色光2的入射光子数多
10．下列说法正确的是__________
A．原子的核式结构模型是汤姆逊最早提出的
B．铀核（）衰变为铅核（）的过程中，要经过8 次衰变和6次衰变
C．一个氢原子从量子数n=3 的激发态跃迁到基态时最多可辐射2 种不同频率的光子
D．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能因为这束光的强度太小
E. 考古专家发现某一骸骨中C14 的含量为活着的生物体中C14 的1/4，，已知C14 的半衰期为5730 年,则确定该生物死亡时距今约11460 年
11．用波长为的单色光射向阴极，产生了光电流，已知普朗克常量为h，电子电荷量为e，真空中的光速为测出光电流i随电压U的变化图象如图所示，则照射在金属表面上的这束光的最小功率P________；该光电管的阴极K是用截止频率为的金属铯制成，在光电管阳极A和阴极K之间加正向电压则光电子到达阳极的最大动能________________．

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．某电台发射功率为10kW，在空气中波长为200 m的电磁波。（结果均保留1位有效数字）求：
(1)该电台每秒钟从天线发射多少个光子？（h=6.63×10-34 J。s，取6.63×3=20）
(2)若发射的光子四面八方视为均匀的，求在离天线2.5 km处，直径为2 m的环状天线每秒接收的光子数和天线的接收功率？
14．图甲为利用光电管研究光电效应的电路图，其中光电管阴极K的材料是钾，钾的逸出功为。图乙为实验中用某一频率的光照射光电管时，测量得到的光电管伏安特性曲线，当时，光电流刚好截止。已知。求
(1)本次实验入射光的频率是多少？
(2)当时，光电子到达阳极A的最大动能是多少？
参考答案
1．D
【解析】
A．根据
可知要使探测器正常工作，光源S发出的光的波长不能大于5.0×10－7m，A错误；
B．探测器正常工作时，要想使报警器在烟雾浓度较低时报警，应提高光源发光的强度，B错误；
C．光电管C中能发生光电效应是因为光发生了散射进入C，且入射光的频率超过了极限频率，C错误；
D．当报警器报警时，根据
可知每秒钟内电路通过的电荷量，因此钠表面每秒释放的光电子数最少是6.25×1010个，D正确。
故选D。
2．D
【解析】
A、增大a光的强度，单位时间内发出的光电子数目增多，则验电器的指针偏角增大，故A错误；
B、a光照射金属板时，发生光电效应，有光电子逸出，金属板带正电，所以验电器金属小球带正电，故B错误；
C、用a、b两种不同频率的光分别照射同一金属板，发现b光照射时指针未偏转，根据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可知b的频率小于该金属的极限频率，增大b光的强度，或增大b光的照射时间都不能使金属发生光电效应，验电器的指针偏角一定不偏转，故C错误；
D、因为a光的频率大于b光的频率，则辐射a光的两能级差大于辐射b光的两能级差，因为n=4和n=1间的能级差大于n=5和n=2之间的能级差，则从n=5的能级向n=2的能级跃迁时产生的，可能是b光，故D正确；
故选D。
【点睛】
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，根据光电效应的条件比较出a、b两光的频率大小，从而比较波长的大小，能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差。
3．C
【解析】
由、和光电效应的产生条件可知，能不能产生光电效应现象和光照强度、光照时间无关，和入射光的频率及光电管上金属对应的极限频率有关，综合分析可知，选项C项正确，ABD错误。
故选C。
4．A
【解析】
A．绿光能使金属发生光电效应，增加绿光的光照强度，光子数增加，则逸出的光电子数增加，A正确；
B．根据光电效应方程可知光电子的最大初动能与光的频率有关，与光照强度无关，B错误；
C．紫光的频率大于绿光，所以若改用紫光照射，则一定会发生光电效应，C错误；
D．红光的频率小于绿光，根据光电效应方程可知逸出的光电子的最大初动能减小或者不会发生光电效应，D错误。
故选A。
5．D
【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说法正确；
B.根据光电效应方程可得：
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，故B说法正确；
C.根据最大初动能：中，遏止电压越大，说明从该金属中逃出来的光电子的最大初动能越大，故C说法正确；
D.发生光电效应的条件是入射光的频率大于截止频率，与入射光的强度无关，故D说法错误．
本题选择错误的，所以选D．
6．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．
7．BCD
【解析】
A．由乙图可知，当电压增大到一定程度时，再增大电压，光电流基本不变，故A错误；
B．根据
可知遏止电压越大，说明从该金属中逸出的光电子的最大初动能越大，故B正确；
C．黄光（强）和黄光（弱）遏止电压相同，黄光和蓝光遏止电压不相同，说明对某种确定的金属来说，其遏止电压只由入射光的频率决定，故C正确；
D．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D正确。
故选BCD。
8．AC
【解析】
当最大初动能为零时，入射光的光子能量与逸出功相等，即入射光的频率等于金属的截止频率，可知金属的截止频率为4.３×1014Hz，故A正确B错误；根据知，图线的斜率表示普朗克常量，故C正确；金属的逸出功为，故D错误．
9．BCD
【解析】
A．根据图象知单色光1的遏止电压绝对值小于单色光2的遏止电压，再根据最大初动能和遏止电压的关系eU=Ekm，可知Ek1＜Ek2，故A错误；
B．根据光电效应方程：Ek=hν-W可知单色光2的频率较高，选项B正确；
C．光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与光强无关，则增大单色光1的强度，其光电子最大初动能不变，遏止电压不变，选项C正确；
D．由于单色光1的饱和光电流比单色光2的饱和光电流大，则单色光1的入射光子数比单色光2的入射光子数多，选项D正确。
故选BCD。
10．BCE
【解析】
A、原子的核式结构模型是卢瑟福提出的，故选项A错误；
B、铀核衰变为铅核的过程中，质量数减少32，所以经过8次衰变，电荷数应该减少16，而实际上只减少10，故有6次衰变，故选项B正确；
C、一个氢原子从量子数的激发态跃迁到基态时最多可辐射2种不同频率的光子，先从3到2，再从2到1，故选项C正确；
D、一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能因为这束光的频率太小，与光的强度无关，故选项D错误；
E、根据半衰期与放射性元素的质量之间的关系：，当时，知，即该生物死亡时间距今为两个半衰期，为5730×2=11460年，故选项E正确；
11．
【解析】
第一空. 由于饱和光电流为I0，可知单位时间内产生的光电子的个数： ，若照射到金属上的光子全部被金属吸收，且每个光子对应一个光电子，则照射到金属上的光子的个数： ，所以这束光照射在金属表面上的最小功率 。
第二空. 根据光电效应方程得，光电子逸出金属的最大初动能 ，根据题意可知 ，经电压加速，根据动能定理可知，光电子到达阳极的最大动能 。
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．(1)1×1031个；(2) 个，4×10-4W
【解析】
(1)每个光子的能量
则每秒钟电台发射上述波长光子数
个
(2)设环状天线每秒接收光子数为个，以电台发射天线为球心，则半径为R的球面积
而环状天线的面积
所以
整理得
个
接收功率
代入数据，整理得
14．(1)；(2)
【解析】
(1)由图像可知反向遏止电压为，根据爱因斯坦光电效应方程且
联立解得
(2)光电子由K运动到A过程，由动能定理有
解得