山东省章丘中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：5.1光电效应 课时作业（含解析）

5.1光电效应
1．用图甲同一实验装置研究光电效应现象，分别用A、B、C三束光照射光电管阴极，得到光电管两端电压与相应的光电流的关系如图乙所示，其中A、C两束光照射时对应的遏止电压相同，根据你所学的相关理论判断下列论述正确的是（　　）
A．B光束光子的能量最大
B．A、C两束光的波长相同，要比B的波长短
C．三个光束中B光束照射时单位时间内产生的光电子数量最多
D．三个光束中A光束照射时光电管发出的光电子最大初动能最大
2．物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知，推动物理学的发展。下列说法符合事实的是 （ ）
A．汤姆孙发现了电子，并提出了“原子的核式结构模型”
B．卢瑟福用α粒子轰击获得反冲核，发现了质子
C．查德威克发现了天然放射性现象，说明原子核有复杂结构
D．普朗克提出的“光子说”成功解释了光电效应
3．在光电效应现象中，用绿光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是（　　）
A．绿光强度越大，光电子的最大初动能越大
B．绿光照射时间越长，光电子的最大初动能越大
C．改用黄光照射时，一定不会发生光电效应
D．改用紫光照射时，光电子的最大初动能变大
4．利用如图甲所示的实验装置观测光电效应，已知实验中测得某种金属的遏止电压与入射频率之间的关系如图乙所示，电子的电荷量为e，则（　　）
A．普朗克常量为
B．该金属的逸出功随入射光频率的增大而增大
C．若用频率是的光照射该金属，则最大初动能为
D．若要测该金属的遏止电压，则电源右端为负极
5．如题图所示，图甲是研究光电效应的电路图，图乙是用a、b、c光照射光电管得到的I?U图线，Uc1、Uc2表示遏止电压，下列说法正确的是（　　）
A．a光的波长大于b光的波长
B．a、c光的强度相等
C．光电子的能量只与入射光的强弱有关，而与入射光的频率无关
D．在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流一直会增加
6．一群处于n=3 的氢原子自发跃迁，产生的光子a、b、c射入图甲所示光电管且都能发生光电效应，实验中三种光子的光电流 I 与电压 U 的关系图像如图乙所示，则（　　）
A．光子a 产生的光电子的遏止电压最小
B．光子c 产生的光电子最大初动能最小
C．在同一介质中光子c 的折射率最小
D．在同一介质中光子a 的临界角最小
7．从1907 年起，密立根就开始测量金属的遏止电压 （即图1 所示的电路中电流表G 的读数减小到零时加在电极K 、A 之间的反向电压）与入射光的频率，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，以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性．按照密立根的方法我们利用图示装置进行实验，得到了某金属的图像如图2 所示．下列说法正确的是
A．该金属的截止频率约为4．27× 1014 Hz
B．该金属的截止频率约为5．50× 1014 Hz
C．该图线的斜率为普朗克常量
D．该图线的斜率为这种金属的逸出功
8．在光电效应实验中，某同学按如图a方式连接电路，利用该装置在不同实验条件下得到了三条光电流与A、K两极之间电压UAK的关系曲线（甲光、乙光、丙光）如图b所示，则下列说法正确的是 （ ）
A．甲、乙两光的光照强度相同
B．甲、乙两光的频率相同
C．丙光照射阴极时，极板的逸出功最小
D．乙光的波长大于丙光的波长
9．入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，下列说法错误的是（　　）
A．从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加
B．逸出的光电子的最大初动能将减小
C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少
D．有可能不发生光电效应
10．一透明球体置于空气中，MN是一条穿过圆心的直线，平行单色光a、b，平行于MN射向球体且到MN的距离相等，经透明球体折射后交于MN下方的P点，如图所示。则下列说法正确的是（　　）
A．a的光子能量较大
B．a、b经过同一双缝干涉装置，b的条纹间距小
C．a、b从某种介质射向空气发生全反射，a的临界角较小
D．a、b照射某种金属表面都能发生光电效应，b 照射产生的光电子最大初动能较大
11．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．则a光光子的频率 b光光子的频率（选填“大于”、“小于”、“等于”）；用a光的强度 b光的强度（选填“大于”、“少于”、“等于”）．
12．如图所示，一验电器与锌板相连，在A处用一紫外灯照射锌板一段时间，关闭紫外灯使指针保持一定偏角。
(1)现用与毛皮摩擦过的橡胶棒接触（刮擦）锌板，则观察到验电器指针偏角将________（填“增大”或“减小”或“不变”）。
(2)使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器计指针无偏转，若改用强度更大的钠灯发出的黄光照射锌板，可观察到验电器指针________（填“有”或“无”）偏转。
13．当用频率为的光子照射处于基态的氢原子时，刚好使氢原子核外的电子脱离原子核的引力束缚而成为自由电子。已知电子质量为，普朗克常量为。
(1)求基态氢原子的电离能；
(2)当用频率为的光子照射处于基态的氢原子时，能激发出电子，求该电子在脱离核以后速度的大小。
14．如图所示，有一束单色光入射到极限频率为ν0的金属板K上，具有最大初动能的某出射电子，沿垂直于平行板电容器极板的方向，从左侧极板上的小孔入射到两极板间的匀强电场后，到达右侧极板时速度刚好为零。已知电容器的电容为C，带电荷量为Q，极板间距为d，普朗克常量为h，电子电荷量的绝对值为e，不计电子的重力。
(1)电容器右侧极板带正电荷还是负电荷？
(2)求入射光的频率ν。
参考答案
1．A
【解析】
ABD．光电流恰为零，此时光电管两端加的电压为截止电压，对应的光的频率为截止频率，根据可知，入射光的频率越高，对应的截止电压越大，A光、C光的截止电压相等，所以A光、C光的频率相等，则波长相同，同时它们的最大初动能也相等，而B光的频率最大，能量大，则最大初动能也大，且对应的波长最小，即A、C两束光的波长要比B的波长大，故A正确，BD错误；
C．由图可知，A的饱和电流最大，因此A光束照射时单位时间内产生的光电子数量最多，故C错误。
故选A。
2．B
【解析】
A. 汤姆孙发现了电子，卢瑟福提出了“原子的核式结构模型”，选项A错误；
B. 卢瑟福用α粒子轰击获得反冲核，，发现了质子，选项B正确；
C. 贝克勒尔发现了天然放射性现象，说明原子核有复杂结构，选项C错误；
D. 爱因斯坦提出的“光子说”成功解释了光电效应，选项D错误.
3．D
【解析】
AB．根据
可知光电子的最大初动能与光的强度和光照时间无关，故AB错误；
C．光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，当改用黄光照射时，黄光的频率不一定小于极限频率，故有可能发生光电效应，故C错误；
D．紫光的频率大于绿光的频率，根据
可知当增大照射光频率，光电子的最大初动能增大，故D正确。
故选D。
4．C
【解析】
A．由爱因斯坦光电效应方程有
在光电管中减速，根据动能定理有
联立解得
知题图乙图线的斜率
则普朗克常量
该金属的逸出功为
故A错误；
B．金属的逸出功与入射光的频率无关，故B错误；
C．若用频率是的光照射该金属，则最大初动能为
故C正确；
D．要测该金属的遏止电压，应加反向电压，电源右端为正极，故D错误。
故选C。
5．A
【解析】
ABC．根据可知，入射光的频率越高，对应的截止电压越大。从图象中看出，a光、c光的截止电压相等，所以a光、c光的频率相等，则它们的最大初动能也相等，而b光对应的截止电压最大，所以b光的频率最高，b光的波长最短，b光对应的光电子最大初动能也最大，根据图示可知，a光光强大于c光，选项A正确，BC错误；
D．当电压增加到达到饱和电流后，再增加电压电流也不会增加，选项D错误。故选A。
6．A
【解析】
A．由图乙可知，加反向电压时，a先减小到零，因此光子a 产生的光电子的遏止电压最小，A正确；
B．由图乙可知，光子c 产生的光电子的遏止电压最大，因此初动能最大，B错误；
C．根据
光子c的能量最大，频率最高，在同种介质中，折射率最大，C错误；
D．光子a的能量最小，频率最低，折射率最小，根据
在同一介质中光子a 的临界角最大，D错误。
故选A。
7．A
【解析】
试题分析：设金属的逸出功为，截止频率为，因此；光电子的最大初动能Ek 与遏止电压UC 的关系是，光电效应方程为；联立两式可得：，因此图像的斜率为，ＣＤ错误；当可解得，即金属的截止频率约为Hz，在误差允许范围内，可以认为A 正确；B 错误．
考点：光电效应．
8．BD
【解析】
B.根据eUc=Ek=hv-W0，入射光的频率越高，对应的遏止电压Uc越大。甲光、乙光的遏止电压相等，所以甲光、乙光的频率相等，故B正确；
A. 甲光、乙光的频率相等，由图可知，甲光饱和光电流大于乙光，因此甲光的光强大于乙光的光强，故A错误；
C.极板的逸出功只与极板金属的材料有关，与入射光无关，选项C错误；
D. 丙光的遏止电压大于乙光的遏止电压，所以丙光的频率大于乙光的频率，则乙光的波长大于丙光的波长，故D正确；
9．ABD
【解析】
A．光的强弱影响的是单位时间内发出光电子的数目，不影响发射出光电子的时间间隔，A错误；
B．根据光电效应方程知
入射光的频率不变，则最大初动能不变，B错误；
C．光的强弱影响的是单位时间内发出光电子的数目，入射光的强度减弱，单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少，光电流减弱，C正确；
D．入射光的频率不变，则仍然能发生光电效应，D错误。
故选ABD。
10．AC
【解析】
A．由图可知平行单色光a的折射率比平行单色光b大，根据折射率大光的频率关系可得a的光子能量比b的光子能量大，A正确；
B．根据双缝干涉条纹间距公式
再由a光子频率大，波长短可得当a、b经过同一双缝干涉装置，a的条纹间距小，B错误；
C．由a的折射率大于b的折射率
再由全反射临界角公式
可得a的临界角较小，C正确；
D．根据光电效应最大初动能公式
因为a光子的频率较大，所以a照射发生光电效应产生的光电子最大初动能较大, D错误。
故选AC。
11．大于 大于
【解析】
由题意可得a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a光光子的频率大；由图可知，a的光电流较大，因此a光的光强大于b光．
12．减小 无
【解析】
(1)[1]紫外灯照射锌板，发生光电效应，光电子从锌板中逸出，锌板带正电，毛皮摩擦过的橡胶棒带负电，接触锌板后，验电器指针偏角将减小。
(2)[2]验电器指针不发生偏转，说明黄光的频率较小不能使锌板发生光电效应，增大光照强度，黄光的频率不变，所以仍然不能产生光电效应，验电器指针不发生偏转。
13．(1)；(2)
【解析】
(1)根据题意可知基态氢原子的电离能为
(2)当用频率为的光子照射处于基态的氢原子时，由能量守恒定律得
解得
14．(1)负电；(2)
【解析】
(1)以最大初动能入射至电容器的电子经板间电场到达右侧极板时速度刚好为零，说明电场力做负功，电场强度方向向右，右侧极板带负电
(2)电子在电容器中有
根据爱因斯坦光电效应方程有，解得