山东省宁阳第四中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：5.1光电效应 课时练（含解析）

5.1光电效应
1．下列各种物理现象中，与原子核内部变化有关的是（　　）
A．用紫外线照射锌板，锌板向外发射光电子的现象
B．氢原子发光时，形成不连续的线状光谱的现象
C．用α粒子轰击金箔后，极少数α粒子发生大角度偏转的现象
D．比结合能小的原子核结合成或分解成比结合能大的原子核时释放核能的现象
2．图为氢原子能级图。现有一群处于n=4激发态的氢原子，用这些氢原子辐射出的光照射逸出功为2.13eV的某金属，已知电子的电荷量为1.6×10-19C，则（　　）
A．这群氢原子能够发出8种不同频率的光
B．如果发出的光子中有两种能使某金属产生光电效应，其中一种一定是由n=3能级跃迁到n=1能级发出的
C．从n=4能级跃迁到n=3能级发出的光的波长最短
D．该金属逸出的所有光电子中，初动能的最大值为1.7×1018J
3．在研究光电效应规律的实验中，用频率为的单色光照射光电管，测得遏止电压为U（ ）
A．若仅增大该单色光的强度，则遏止电压一定大于U
B．若改用频率为2的单色光照射，则遏止电压一定大于2U
C．若改用频率为2的单色光照射，则饱和光电流一定变为原来的2倍
D．若改用频率为0.5的单色光照射，则一定不可能照射出光电子
4．光电效应实验，得到光电子最大初动能Ekm与入射光频率ν的关系如图所示。普朗克常量、金属材料的逸出功分别为（　　）
A．， B．， C．， D．，
5．以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子极短时间内能吸收到一个光子而从金属 表面逸出。强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实。光电效应实验装置示意如下图。用频率为的普通光源照射阴极k，没有发生光电效应，换同样频率为的强激光照射阴极k，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U，即将阴极k接电源正极，阳极A接电源负极，在k、A之间就形成了使光电子减速的电场，逐渐增大U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是（其中W为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电量）（　　）
A．U= B．U= C．U= 2hv-W D．U=
6．已知能使某金属产生光电效应的极限频率为，则（　　）
A．当用频率为的单色光照射该金属时，则逸出功随之增大
B．当用频率为的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为
C．当照射光的频率增大，光电流强度也随之增大
D．当照射光的频率大于时，若增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍
7．用甲、乙、丙三种单色光在同一个光电管上做光电效应实验，发现光电流I与电压U的关系如图所示，下列说法正确的是
A．甲、乙两种单色光的强度相同
B．单色光甲的频率大于单色光丙的频率
C．三种单色光在同种介质中传播时，丙的波长最短
D．三种单色光中，丙照射时逸出光电子的最大初动能最小
8．如图甲所示为研究光电效应的电路图，当用一定频率的光照射金属阴极K时，通过调节光电管两端电压U，测量对应的光电流强度I，并绘制了如图乙所示的I﹣U图象。已知电子所带电荷量为e，图象中遏止电压Uc、饱和光电流Im及入射光的频率ν、普朗克常量h均为已知量。下列说法正确的是（　　）
A．阴极金属的逸出功为hν+│eUc│
B．阴极逸出电子的最大初动能为eUc
C．若仅增大入射光的频率ν，则光电子的最大初动能的数值也随之增大
D．若仅增大入射光的强度，则光电子的最大初动能的数值也随之增大
E.当用波长大于的光照射阴极K时，一定不能产生光电流
F.当用频率小于ν的光照射阴极K时，一定不能产生光电流
9．在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub，光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为普朗克常量。下列说法正确的是（　　）
A．若，则一定有
B．若，则一定有
C．若，则一定有
D．若，则一定有
10．如图所示一束光通过三棱镜折射后分成a、b、c三束单色光（　　）
A．三束光在真空中传播速度间的关系是
B．由水斜射入空气恰发生全反射时，c光的临界角最大
C．若b光束照射到某种金属表面上有光电子发出，则a光束照射到同种金属表面上发射出的光电子最大初动能将更大
D．通过同一双缝干涉装置产生的干涉条纹的间距
11．在电光效应实验中，某同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线（甲光、乙光、丙光），如图所示，则可以判断出它们的光强关系为：甲_____乙_____丙；频率关系为甲____乙_____丙（填>、=、<号）。
12．用图甲所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为5eV的光照射到光电管上时，测得电流计的示数随电压变化的图像如图乙所示.则光电子的最大初动能为__________J，金属的逸出功为________J.
13．在实验室做了一个这样的光学实验，即在一个密闭的暗箱里依次放上小灯泡（紧靠暗箱的左内壁）、烟熏黑的玻璃、狭缝、针尖、感光胶片（紧靠暗箱的右内壁），整个装置如图所示．小灯泡发出的光通过熏黑的玻璃后变得十分微弱，经过三个月的曝光，在感光胶片上针尖影子周围才出现非常清晰的衍射条纹．对感光胶片进行了光能量测量，得出每秒到达感光胶片的光能量是5×10－13 J．假如起作用的光波波长约为500 nm，且当时实验测得暗箱的长度为1．2 m，若光子依次通过狭缝，普朗克常量h＝6．63×10－34 J·s，求：
（1）每秒钟到达感光胶片的光子数目．
（2）光束中相邻两光子到达感光胶片相隔的时间和相邻两光子之间的平均距离．
（3）根据第（2）问的计算结果，能否找到支持光是概率波的证据？请简要说明理由．
14．一光电管的阴极用极限波长λ0=4.0×10-7m的钠制成。现用波长λ=3.0×10-7m的紫外线照射阴极，光电管阳极A和阴极K之间的电势差UAK=2.0V，光电流的饱和值I=0.40μA，普朗克常量，电子电量e=1.6×10-19C。
(1)求每秒内由K极发射的光电子数；
(2)求电子到达A极时的最大动能；
(3)如果电势差UAK变为0，而照射光强度增到原值的2倍，此时电子到达A极时的最大动能是多少？
参考答案
1．D
【解析】
A．光电效应是原子核外层电子脱离原子核的束缚而逸出，没有涉及到原子核的变化，故A错误；
B．原子发光是原子跃迁形成的，即电子从高能级向低能级跃迁，释放的能量以光子形式辐射出去，没有涉及到原子核的变化，故B错误；
C．α粒子散射实验表明了原子内部有一个很小的核，并没有涉及到核内部的变化，故C错误；
D．比结合能小的原子核结合成或分解成比结合能大的原子核时原子核发生变化，即原子核内部变化，故D正确。
故选D。
2．B
【解析】
A．由题意得一群处于n=4激发态的氢原子可能辐射出种不同频率的光，故A错误；
B．氢原子由n=3能级跃迁到n=1产生的光的能量为
故B正确；
C．从n=4能级跃迁到n=3，辐射的光子频率最小，波长最长，故C错误；
D．氢原子由n=4能级向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
根据光电效应方程
入射光的能量越高，则电子的动能越大，初动能的最大值为
故D错误。
故选B。
3．B
【解析】
A．根据题意有
可知遏止电压与单色光的强度无关，若仅增大该单色光的强度，则遏止电压不会增大，故A错误；
B．若改用频率为的单色光照射，则有
可知若改用频率为的单色光照射，则遏止电压一定大于，故B正确；
C．发生光电效应后，饱和光电流的大小取决于入射光的强度，与入射光频率无关，所以若改用频率为的单色光照射，则饱和光电流不变，故C错误；
D．根据光电效应的产生条件可知，入射光的频率大于极限频率才能发生光电效应，若改用频率为的单色光照射，也可能发生光电效应，故D错误；
故选B。
4．A
【解析】
根据得纵轴截距的绝对值等于金属的逸出功，等于b，图线的斜率
故A正确，BCD错误；
故选A。
5．A
【解析】
根据题意知，一个电子吸收一个光子不能发生光电效应，换用同样频率为的强激光照射阴极K，则发生了光电效应，即吸收的光子能量为，n=2，3，4…
则有
eU=nhv-W
解得
；n=2，3，4…
故A正确，BCD错误。
故选A。
6．B
【解析】
A．金属中电子的逸出功为
是一定的， 称为金属的极限频率，与入射光的频率无关，故A错误；
B．根据光电效应方程
故B正确；
C．发生光电效应时，光电流的大小与入射光的频率无关，跟入射光的强度有关，故C错误；
D．根据光电效应方程
光电子的最大初动能不和入射光的频率成正比，故D错误。
故选B。
7．C
【解析】
A、甲乙两种单色光对应的遏止电压相同，则两种光的频率相同，但加正向电压时甲的饱和电流更大，说明甲光的光更强；故A错误.
B、D、由光电效应方程和可知遏止电压越大时，对应的光的频率越大，故；三种光照射同一金属，飞出的光电子的最大初动能关系为；故B，D均错误.
C、光在同种介质中传播的速度相同，由可得，；故C正确.
故选C.
8．BC
【解析】
AB．光电子在电场中做减速运动，根据动能定理得
则得光电子的最大初动能为
根据爱因斯坦光电效应方程得，那么阴极金属的逸出功为
故A错误，B正确；
CD．根据爱因斯坦光电效应方程可知，若仅增大入射光的频率ν，则光电子的最大初动能的数值也随之增大，且光电子的最大初动能与光照强度无关，故C正确，D错误；
EF．波长大于的光即频率小于，但不一定小于金属的极限频率，故不一定不能产生光电流，故EF错误。
故选BC。
9．BC
【解析】
AB．由爱因斯坦光电效应方程可知，同种金属的逸出功W0相同，若，则；遏止电压用于反映最大初动能的大小，即，则，故A错误，B正确；
C．由可知，若，则，故C正确；
D．金属的逸出功，由于金属的逸出功W0由金属材料本身决定，与单色光的频率无关，故D错误。
故选BC。
10．BC
【解析】
A．所有光在真空中传播速度相同，故A错误；
B．由光路图可知，三束光的折射率关系为
由可知，由水斜射入空气发生全反射时的临界角关系为
故B正确；
C．由可知，三束光的频率关系为，因此若能发生光电效应，则a光照射时产生的光电子最大初动能最大，故C正确；
D．由可知，，由可知，干涉间距条纹关系为
故D错误；
故选BC。
11．> > = <
【解析】
[1][2][3][4]由图像可以看出，甲光的饱和光电流大于乙光的饱和光电流大于丙光的饱和光电流，而饱和光电流由光强决定，因此甲光光强大于乙光大于丙光。
根据
可知，入射光的频率越高，对应的遏止电压越大。由图可知甲光、乙光的遏止电压相等，所以甲光、乙光的频率相等，而丙光的频率大于甲光和乙光。
12．3.2×10－19 4.8×10－19
【解析】
第一空. 由题中I－U图像可知：遏止电压Uc=2V，即Ekm=eUc=3.2×10-19J。
第二空. 由光电效应方程Ekm=hv－W0解得W0=hv－Ekm=3eV=4.8×10-19J.
13．（1）1．26×106个（2）7．9×10－7 s 2．4×102 m（3）见解析
【解析】
根据光子能量为与每秒达到感光胶片的光子数为求解；根据运动学公式，依据感光时间，即可求解；依据衍射现象产生的原理，在衍射条纹的亮区是光子到达可能性较大的区域，而暗区是光子到达可能性较小的区域，即可求解；
【详解】
(1)设每秒到达感光胶片的光能量为E0，对于λ=500nm的光子能量为
因此每秒达到感光胶片的光子数为
代入数据得个
(2)光子是依次到达感光胶片的，光束中相邻两光子到达感光胶片的时间间隔为：
相邻两光子间的平均距离为：
(3)由第(2)问的计算结果可知,两光子间距有2．4×102 m，而小灯泡到感光胶片之间的距离只有1.2m，所以在熏黑玻璃右侧的暗箱里一般不可能有两个光子同时同向在运动．这样就排除了衍射条纹是由于光子相互作用产生的波动行为的可能性．因此，衍射图形的出现是许多光子各自独立行为积累的结果，在衍射条纹的亮区是光子到达可能性较大的区域，而暗区是光子到达可能性较小的区域．这个实验支持了光波是概率波的观点．
14．(1)；(2)；(3)
【解析】
(1)由分析得
代入数据得
(2)由光电效应方程可得
到达A极时的最大动能为
解得
(3)增大光强，增加了光电子的数目，但不变，则不变，即到达阳极A时的最大动能仍然为