山东省寿光中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：5.1光电效应 跟踪训练（含解析）

5.1光电效应
1．美国物理学家密立根利用图甲所示的电路研究金属的遏止电压UC与入射光频率v的关系，描绘出图乙中的图象，由此算出普朗克常量h。电子电量用e表示，下列说法正确的是（　　）
A．图甲中光电管两极间形成使电子加速的电场
B．该金属的截止频率是
C．图乙中图象的斜率即为普朗克常量
D．用同种颜色光照射金属板，光照强度越大，遏止电压越大
2．如图所示为氢原子能级的示意图。现有大量的氢原子处于n=4的激发态。当向低能级跃迁时将辐射出若干不同频率的光。关于这些光，下列说法正确的是（　　）
A．频率最大的光是由n=4能级跃迁到n=1能级产生的
B．频率最小的光是由n=2能级跃迁到n=1能级产生的
C．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光
D．用n=3能级跃迁到n=2能级辐射出的光照射逸出功为6.34eV的金属箔能发生光电效应
3．如图所示，把一块不带电的锌板连接在验电器上，当用紫外线照射锌板时，发现验电器指针偏转一定角度，则（　　）
A．锌板带正电，验电器带负电
B．若改用强度更小的紫外线照射锌板，验电器的指针也会偏转
C．若改用红外线照射锌板，验电器的指针仍然会发生偏转
D．这个现象可以说明光具有波动性
4．如图所示，用绿光照射一光电管，能产生光电效应。欲使光电子从阴极逸出时的初动能增大，应该（　　）
A．改用红光照射
B．改用厂的高温炉子上开一个小孔，小孔可看做黑体，由小孔的热辐射特征，就可以确定炉内的温紫光照射
C．增大光电管上的加速电压
D．增大绿光的强度
5．利用如图甲所示的电路完成光电效应实验，金属的遏止电压UC与人射光频率的关系如图乙所示，图乙中U1、、均已知，电子电荷量用e表示。入射光频率为时，下列说法正确的是（　　）
A．光电子的最大初动能
B．由图象可求得普朗克常量
C．滑动变阻器的滑片P向N端移动过程中电流表示数一定一直增加
D．把电源正负极对调之后，滑动变阻器的滑片P向N端移动过程中电流表示数一定直增加
6．物理学家金斯说过：“虽然h的数值很小，但是我们应当承认，它是关系到保证宇宙存在的。如果说h严格等于零，那么宇宙的物质、宇宙的物质能量，将在十亿万分之一秒的时间内全部变为辐射。”其中h是普朗克常量，关于它的单位，若用国际单位制的基本单位可表示为（　　）
A．kg·m2/s2 B．kg·m/s2 C．kg·m2/s D．kg·m2·s3
7．现有大量处于n=4能级的氢原子，当这些氢原子向低能级跃迁时会辐射出若干种不同频率的光，氢原子能级示意图如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．跃迁后核外电子的动能减小
B．最多可辐射出4种不同频率的光
C．由n=4能级跃迁到n=1能级产生的光的波长最短
D．用n=4能级跃迁到n=2能级辐射的光照射逸出功为2.65eV的某种金属能发生光电效应
8．如图所示，是研究光电效应的电路图，对于某金属用绿光照射时，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，电流表的示数一定增大
B．如果改用紫光照射该金属时，电流表无示数
C．将K极换成逸出功小的金属板，仍用相同的绿光照射时，电流表的示数一定增大
D．将电源的正负极调换，仍用相同的绿光照射时，将滑动变阻器滑动片向右移动一些，电流表的读数可能不为零
9．在做光电效应的实验时，某种金属被光照射发生了光电效应，实验测得光电子的最大初动能Ek与入射光的频率v的关系如图所示(A、C坐标值已知），由实验图象可求出
A．该金属的截止频率
B．普朗克常量
C．该金属的逸出功
D．单位时间内逸出的光电子数
10．图甲为研究光电效应的电路图，实验得到了如图乙所示的遏止电压Uc和入射光频率ν的关系图象，电子所带电荷量为e，由图可知(　　)
A．入射光的波长越长，遏止电压越大
B．该金属的截止频率为ν0
C．电流表示数为0就表示没有发生光电效应
D．普朗克常量可表示为
11．如图所示是使用光电管的原理图，当频率为的可见光照射到阴极K上时，电流表中有电流通过．
（1）当变阻器的滑动端P向_____滑动时（填“左”或“右”），通过电流表的电流将会增大．
（2）当电流表电流刚减小到零时，电压表的读数为U，则光电子的最大初动能为________（已知电子电荷量为e）．
（3）如果不改变入射光的频率，而增加入射光的强度，则光电子的最大初动能将_______（填“增加”、“减小”或“不变”）．
12．如图所示是使用光电管的原理图，当用某种可见光照射到阴极K上时，电流表中有电流通过：
（1）当变阻器的滑动端P向______滑动时（填“左”或“右”），通过电流表的电流将会减小，当电流表电流刚减小到零时，电压表的读数为U，则阴极K的逸出功为______________（已知电子电荷量为e，普朗克常量为h，可见光的频率为）．
（2）如果保持变阻器的滑动端P的位置不变，也不改变入射光的频率，而增大入射光的强度，则光电子的最大初动能将______（填“增大”、“减小”或“不变”），通过电流表的电流将会________（填“增大”、 “减小”或“不变”）．
（3）如果将电源的正负极对调，将变阻器的滑动端P从A端逐渐向B端移动的过程中， 通过电流表的电流先______________后____________（填“增大”、“减小”或“不变”）(电源电压足够大）
13．钙的逸出功是，现在用波长100nm的光照射钙的表面．
求光电子的最大初动能；????
求遏止电压；????
求钙的极限频率．
14．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3.00×108m/s，求能使锌产生光电效应的单色光的最低频率。(保留1位小数)
参考答案
1．B
【解析】
A．由图甲可知，光电管的阴极电势较高，因此光电管两极间形成使电子减速运动的电场，A错误；
B．由图乙可知，当频率减小到时，即便两极间不加电压，回路也没有电流，因此该金属的截止频率是，B正确；
C．根据光电效应方程和动能定理
整理得
①
因此图乙中图象的斜率为 ，C错误；
D．由①可知，遏止电压仅与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，因此用同种颜色光照射金属板，即使光照强增大，遏止电压也不变，D错误。
故选B。
2．A
【解析】
A．根据
由n=4能级跃迁到n=1能级产生的光，能量最大，频率最大，故A正确；
B．根据
由n=4能级跃迁到n=3能级产生的光，能量最小，频率最小，故B错误；
C．大量的氢原子处于n=4的激发态，可能发出光子频率的种数
种
故C错误；
D．n=3能级跃迁到n=2能级辐射出的光子能量为1.89eV，小于金属的逸出功，不能使金属铂发生光电效应，故D错误。
故选A。
3．B
【解析】
A．当用紫外线照射锌板时，发生光电效应打出光电子，可知锌板带正电，验电器带正电，选项A错误；
B．能否发生光电效应与入射光的强度无关，只与入射光的频率有关，则若改用强度更小的紫外线照射锌板，仍会发生光电效应，验电器的指针也会偏转，选项B正确；
C．若改用红外线照射锌板，因红外线的频率小于紫外线的频率，则不能发生光电效应，验电器的指针不会发生偏转，选项C错误；
D．这个现象可以说明光具有粒子性，选项D错误。
故选B。
4．B
【解析】
AB．由爱因斯坦光电效应方程
可知同种物质的逸出功相同，当入射光的频率增大时，最大初动能增大，而紫光的频率大于红光的频率，故应该改用厂的高温炉子上开一个小孔，小孔可看做黑体，由小孔的热辐射特征，确定炉内的温紫光照射，故A错误，B正确；
CD．由爱因斯坦光电效应方程
可知与增大光电管上的电压或增大绿光的强度无关，故CD错误。
故选B。
5．B
【解析】
A．依题得，光电子的最大初动能为
故A错误；
B．根据光电效应
其中
可得普朗克常量为
故B正确；
CD．无论电源正负极如何，电流表示数不能一直增加，故CD错误。
故选B。
6．C
【解析】
根据能量子表达式可知
用国际单位制的基本单位可表示为
故ABD错误，C正确。
故选C。
7．C
【解析】
A．氢原子向低能级跃迁时，库仑力做正功，核外电子的电势能减小、动能增大，故A错误；
B．大量处于n=4能级的氢原子，当这些氢原子向低能级跃迁时会辐射出
种不同频率的光，故B错误；
C．由n=4能级跃迁到n=1能级产生的光的能量最大即光子的频率最大，则光的波长最短，故C正确；
D．n=4能级跃迁到n=2能级辐射的光的能量为
则不能发生光电效应，故D错误。
故选C。
8．D
【解析】
当滑动变阻器向右移动时，正向电压增大，光电子做加速运动，需讨论光电流是否达到饱和，从而判断电流表示数的变化．发生光电效应的条件是当入射光的频率大于金属的极限频率时，会发生光电效应，而光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系，当将电源的正负极调换，即加反向电压，则电流表可能没有示数，也可能有示数．
【详解】
A．滑动变阻器滑片向右移动，电压虽然增大，但若已达到饱和电流，则电流表的示数可能不变，故A错误；
B．如果改用紫光照射该金属时，因频率的增加，导致光电子最大初动能增加，则电流表一定有示数，故B错误；
C．将K极换成逸出功小的金属板，仍用相同的绿光照射时，则光电子的最大初动能增加，但单位时间里通过金属表面的光子数没有变化，因而单位时间里从金属表面逸出的光电子也不变，饱和电流不会变化，则电流表的示数不一定增大，故C错误；
D．电源的正负极调换，仍用相同的绿光照射时，将滑动变阻器滑片向右移一些，此时的电压仍小于反向截止电压，则电流表仍可能有示数，故D正确．
【点睛】
本题考查光电效应基础知识点，难度不大，关键要熟悉教材，牢记并理解这些基础知识点和基本规律，注意饱和电流的含义，及掌握紫光与绿光的频率高低．理解饱和电流与反向截止电压的含义，注意光电子最大初动能与入射光的频率有关．
9．ABC
【解析】
ABC.根据可知，图像与横轴交点对应的是截止频率，与纵轴交点的绝对值对应的是逸出功的，根据，可求出普朗克常量，ABC正确．
D.单位时间逸出的光电子数目与光强有关，而图像得不出光强，所以不能判断，D错误．
10．BD
【解析】
B．由动能定理得
①
由爱因斯坦光电效应方程得
②
由①②式可知，当Uc＝0时有ν＝ν0，即截止频率为ν0，故B正确；
A．入射光的波长越长，频率越小，遏止电压越小，故A错误；
C．电流为零时发生光电效应， 可能是射出的光电子减速不能到达对面极板，故C错误；
D．由①②式解得
图象的斜率为
解得
故D正确；
故选BD。
11．左 eU 不变
【解析】
①当变阻器的滑动端P向左移动，反向电压减小，光电子到达右端的速度变大，则通过电流表的电流变大；
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eU；
③光的强度影响单位时间内发出光电子的数目，光照强度增大，光子数目增多，光电流增大．
12．右 hv-eU 不变 增大 增大 保持不变
【解析】
（1）电流表中的电流减小，则两极上的反向电压增大，所以滑动变阻器应向右滑动，因为反向电压为U时，电流表读数为零，根据动能定理得：光电子的最大初动能，根据光电效应方程可得，故
（2）根据爱因斯坦光电效应方程，可知如果不改变入射光的频率，而增加入射光的强度，但光电子的最大初动能不变，由于光照强度越大，光子数目多，那么通过电流表的电量增大，则电流表示数将增大．
（3）对调后反向电压变为正向电压，光电子受到的电场力是动力，滑动变阻器从A到B过程中两极间的电压增大，使得更多的光电子到达另一极，即电流增大，因为光电子数目由限，所以当所有光电子都到达另一极时，随着电压的增大，光电流不再增大，故先增大后保持不变
13．(1) (2) (3)
【解析】
根据爱因斯坦光电效应方程求出光电子的最大初动能，结合eUc=Ek求出遏止电压，根据逸出功与极限频率的关系公式求出钙的极限频率．
【详解】
（1）由爱因斯坦光电效应方程为：Ek=hν-W0
可得：Ek=h-W0=6.63×10?34×-3.2×1.6×10-19J≈1.48×10-18?J
（2）由eUc=Ek
得遏止电压为：
（3）由W0=hνc得极限频率为：
14．8.1×1014Hz
【解析】
入射光照射到锌板上，发生光电效应，根据光电效应方程Ekm＝hν－W0，其中ν＝，代入数据可知，逸出功
W0＝5.35×10－19 J
能使锌产生光电效应的单色光的最低频率
ν0＝≈8.1×1014 Hz