2020-2021学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册第四章第二节光电效应 同步练习word版含答案

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※※请※※不※※要※※在※※装※※订※※线※※内※※答※※题※※
)
(
…………○…………内…………○…………装…………○…………订…………○…………线…………○…………
)
2
光电效应
一、单选题
1.关于光电效应和康普顿效应的规律，下列说法正确的是（??
）
A.?光电效应中，金属板向外发射的光电子又可以叫做光子
B.?在光电效应实验中，光照时间越长光电流越大
C.?对于同种金属而言，遏止电压与入射光的频率无关
D.?石基对Ｘ射线散射时，部分Ｘ射线的散射光波长会变长，这个现象称为康普顿效应
2.在光电效应实验中，两种不同波长的紫外光a和b以不同的强度分别照射同一块金属表面，两者都有光电子逸出。已知a光的波长和强度为：
、
；b光的波长和强度为：
、
。下列说法正确的是（??
）
A.?a光照射时金属的逸出功比b光照射时大??????????????B.?a光照射时需要的遏止电压比b光照射时小
C.?a光照射时产生的光电流与b光照射时相同???????????D.?a光照射时光电子的最大初动能比b光照射时大
3.如图所示，是研究光电效应的实验装置。断开电键S，用一束光照射光电管的金属极板K，发现电流表读数不为零。合上电键S，将滑动变阻器的滑动触头P逐渐向右移动，当电压表的读数为U0时，电流表读数恰好为零，电子所带的电荷量为e。则（??
）
A.?入射光的频率一定小于K极板的极限频率
B.?合上电键S，从K极板逸出的光电子向右做加速运动
C.?根据题干信息可求得光电子的最大初动能
D.?若保持电压表的读数U0不变，换用频率更高的光照射，电流表的读数仍为零
4.用如图所示的实验装置研究光电效应现象。所用光子能量为2.75eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，电流表G的示数不为零，移动变阻器的触点c，发现当电压表的示数大于或等于1.7V时，电流表示数为零，则在该实验中（??
）
A.?光电子的最大初动能为1.05eV
B.?光电管阴极的逸出功为1.7eV
C.?开关S断开，电流表G示数为零
D.?当滑动触头向a端滑动时，电压表示数增大
5.用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措施是（???
）
A.?改用频率更小的紫外线照射????????????????????????????????B.?延长原紫外线的照射时间
C.?改用X射线照射???????????????????????????????????????????????????D.?改用强度更大的原紫外线照射
6.研究光电效应的电路图如图所示，若用黄光照射某金属时，电流表指针发生偏转，则下列说法正确的是（??
）
A.?若减小黄光的光照强度，则光电子的最大初动能减小
B.?若增大黄光的光照强度，则该金属的逸出功增大
C.?用红光照射该金属，一定能发生光电效应
D.?用紫光照射该金属，一定能发生光电效应
7.某同学采用如图所示的装置来研究光电效应现象。某单色光照射光电管的阴极K时，会发生光电效应现象，闭合开关S，在阳极A和阴极K之间加反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计中电流恰为零，此时电压表显示的电压值U称为反向截止电压。现分别用频率为
和
的单色光照射阴极，测量到的反向截止电压分别为U1和U2。设电子质量为m，电荷量为e，则下列关系式中正确的是（??
）
A.?两种单色光照射阴极时，光电子的最大初动能之比
B.?阴极K金属的极限频率
C.?普朗克常量
D.?阴极K金属的逸出功
二、多选题
8.a、b两种可见光在同一光电效应装置中测得的光电流和电压的关系如图甲所示。图乙为氢原子能级图，已知可见光的光子能量在1.62eV到3.11eV之间，下列说法正确的是（??
）
A.?a光的波长比b光的大
B.?单色光a的光子动量比单色光b的光子动量大
C.?若a光是从n=4跃迁到n=2能级时发出的光，则b光是从n=3跃迁到n=2能级时发出的光
D.?用E=12.8eV的电子去轰击基态的氢原子，可以得到两种可见光
9.某同学用甲、乙、丙三种色光分别照射同一光电管，研究光电流I与所加电压U之间的关系，得到如图所示的图像。则下列说法正确的是（??
）
A.?甲光的波长大于乙光的波长????B.?乙光的频率小于丙光的频率
C.?甲光的光强大于丙光的光强????D.?甲光产生的光电子的最大初动能大于丙光产生的光电子最大初动能
10.某同学采用如图所示的实验装置来研究光电效应现象。当用某单色光照射光电管的阴极K时，会发生光电效应现象。闭合开关S，在阳极A和阴极K之间加上反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计中电流恰为零，此电压表的电压值U称为遏止电压，根据遏止电压，可以计算出光电子的最大初动能Ek。现分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极，测量到遏止电压分别为U1和U2
，
设电子质量为m、电荷量为e，则下列关系式中正确的是（??
）
A.?用频率为ν1的光照射时，光电子的最大初速度
B.?阴极K金属的逸出功
C.?阴极K金属的极限频率
D.?普朗克常量
11.用图示的光电管研究光电效应的实验中，用某种频率的单色光
a照射光电管阴极
K，电流计
G
的指针发生偏转。而用另一频率的单色光
b照射光电管阴极
K
时，电流计
G
的指针不发生偏转，那么（??
）
A.?用
a
光照射光电管阴极
K，若将滑动变阻器的滑动触头移到
a
端时，电流表中仍有电流通过
B.?只增加
a
光的强度可使通过电流计
G
的电流增大
C.?增加
b
光的强度可能使电流计
G
的指针发生偏转
D.?用
a
光照射光电管阴极
K，滑动变阻器的滑动触头由a
端向
b
端滑动的过程中，电流表的示数一定会持续增大
12.光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成电流。表中给出了4次实验的结果。
由表中数据得出的论断中正确的是（??
）
A.?第一组实验的入射光频率较第二组低
B.?第一组实验的入射光频率较第二组高
C.?两组实验所用的金属板逸出功相同
D.?两组实验所用的金属板逸出功不同
三、计算题
13.如图是光电效应实验示意图．当能量为E=3.1eV的光照射金属K时，产生光电流．若K的电势高于A的电势，且电势差为0.9V，光电流刚好截止．那么当A的电势高于K的电势，且电势差也为0.9V时，光电子到达A极的最大动能是多大？此金属的逸出功是多大？
四、解答题
14.我国自行研制的一种大型激光器，能发出频率为ν、功率为P0的高纯度和高亮度激光．如图所示，光电管的阴极K用某金属制成，闭合开关S，当该激光射向阴极，产生了光电流．移动变阻器的滑片P，当光电流恰为零时，电压表的示数为Uc
，
已知普朗克常量为h，电子电荷量为e，真空中的光速为c．求：
①激光器发出的光子的动量p；
②光电管阴极K的截止频率νc
．
五、实验探究题
15.某学习小组决定探究“光电效应”的实验规律，采用如图所示的实验电路，用稳定的黄色强光照射光电管的阴极板：
（1）要描绘光电管的伏安曲线，开关闭合前，滑动变阻器的滑片P应该在________端（选填“a或b”）。
（2）实验过程中发现，实验室提供的微电流传感器G（电阻为Rg＝1995Ω）量程太小了，该小组同学决定把量程放大400倍，应该给微电流传感器________联一个________Ω的电阻。
（3）滑动滑片P，读出电压表示数U，微电流传感器示数I示
，
并换算成光电管的实际电流I实际
，
如表：
U（V）
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
I示（×10﹣10A）
0.01
0.07
0.11
0.14
0.17
0.19
0.21
0.23
0.25
0.26
0.28
0.29
0.29
0.29
I实际（×10﹣10A）
4
28
44
56
68
76
84
92
100
104
112
116
116
116
通过所采集的数据描出光电管的伏安曲线，实验证实：随着电压的增大，电流有饱和值的存在。
在上述探究“光电效应”中的“饱和电流”实验中，电路图中电源的负极为________端（选填“M或N”）。每个光电子带电量为e＝1.6×10﹣19C，则在实验中每秒钟阴极板上被光照射而逸出的光电子个数约为________个。（结果保留3位有效数字）
答案解析部分
一、单选题
1.【答案】
D
【解析】【解答】A．光电效应中，金属板向外发射的光电子是电子，不可以叫光子，A不符合题意；
B．在光电效应实验中，光电流的大小与光照时间无关，B不符合题意；
C．根据
则对于同种金属而言，遏止电压随入射光的频率增加而增大，C不符合题意；
D．石基对Ｘ射线散射时，部分Ｘ射线的散射光波长会变长，频率变小，这个现象称为康普顿效应，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】当入射光的频率大于或等于极限频率时，才会发生光电效应，根据光电效应方程，及遏止电压与最大初动能的关系求解。
2.【答案】
D
【解析】【解答】A．金属的逸出功仅和金属材料的性质以及金属表面的状态有关，用不同的光的照射同一块金属表面，故金属逸出功相同，A不符合题意；
B．由电场力对在其内的电子做功与能量关系得，遏止电压U与光电子的最大初动能为Ek=eU
故遏止电压U与光电子的最大初动能成正比，而光电子的最大初动能与所照射光的频率成正比，与光的波长成反比，故遏止电压U所照射光的波长成反比，因为
A光照射时需要的遏止电压比b光照射时大；
C．光电效应中，光电流的大小与光照强度成正比，光的频率成反比，即与波长成正比，可得
A光照射时产生的光电流比b光照射时的光电流大，C不符合题意；
D．光电子的最大初动能与所照射光的频率成正比，与光的波长成反比，又有
A光照射时光电子的最大初动能比b光照射时大，D符合题意；
故答案为：D。
【分析】金属板的逸出功与光的频率大小无关；利用光照频率的大小结合光电效应方程可以比较光电子最大初动能的大小，进而比较遏止电压的大小；利用光照强度的不同可以判别产生的光电流大小不同。
3.【答案】
C
【解析】【解答】A．断开电键S，用一束光照射光电管的金属极板K，发现电流表读数不为零，说明已经发生光电效应，故入射光的频率一定大于K极板的极限频率，A不符合题意；
B．合上电键S，光电管左边电势高于右边电势，电场水平向右，电子受到水平向左的电场力，可见电场力与运动速度方向相反，做减速运动，B不符合题意；
C．最大初动能
C符合题意；
D．若保持电压表的读数U0不变，换用频率更高的光照射，根据
可知，增大频率，动能增大，遏止电压增大，如果光电管两端电压保持不变，则电路中会有电流，D不符合题意。
故答案为：C。
【分析】光电效应中，当外界的光子能量比较大时，电子获得的能量就大，溢出电子的动能利用公式Ekm=hν﹣W求解即可。其中W是材料的逸出功，v是光子的频率。
4.【答案】
D
【解析】【解答】A．由题目可知，遏制电压UC=1.7V，最大初动能
A不符合题意；
B．根据光电效应方程可知，逸出功
B不符合题意；
C．断开开关S，光电效应依然发生，有光电流，光电管、电流表、滑动变速器构成闭合回路，电流表中电流不为零，C不符合题意；
D．电源电压为反向电压，当滑动触头向a端滑动时，反向电压增大，电压表示数增大，电流表中电流减小，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】装置加的电压为反向电压，发现电压表的示数大于或等于0.7V时，电流表示数为零，即该电压就是遏止电压，从而求出最大初动能；根据光电效应方程求出逸出功；开关s断开，只要有光电子发出，则就有光电流流过电流表；根据分压电路知识判断电压表和电流表示数的变化。
5.【答案】
C
【解析】【解答】用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，知紫外线的频率小于金属的极限频率，要能发生光电效应，需改用频率更大的光照射（如X射线）.能否发生光电效应与入射光的强度和照射时间无关
故答案为：C。
【分析】同一金属的逸出功为一固定值，增大照射光的频率，溢出的电子动能变大，有无电子溢出，只与光的频率有关，与光强无关，有电子溢出时，光强越大，溢出的电子就越多。
6.【答案】
D
【解析】【解答】A．光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，则若减小黄光的光照强度，则光电子的最大初动能不变，A不符合题意；
B．金属的逸出功由金属本身决定，与入射光强度无关，B不符合题意；
C．红光的频率小于黄光，用黄光照射金属能发生光电效应，则用红光照射该金属不一定能发生光电效应，C不符合题意；
D．紫光的频率大于黄光，用黄光照射金属能发生光电效应，则用紫光照射该金属，一定能发生光电效应，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】光照强度的大小对光电子的最大初动能和逸出功的大小没有影响；减小光的频率不一定能发生光电效应。
7.【答案】
D
【解析】【解答】光电子在电场中做减速运动，根据动能定理得
根据爱因斯坦光电效应方程得
两种单色光照射阴极时，光电子的最大初动能之比
阴极K金属的极限频率
普朗克常量
阴极K金属的逸出功
故答案为：D。
【分析】利用动能定理结合遏止电压的大小可以求出最大初动能的比值；利用光电效应方程可以求出极限频率、普朗克常量和逸出功的大小。
二、多选题
8.【答案】
A,D
【解析】【解答】A．在光电效应装置中，a的遏止电压
低，根据
可知a光的光子能量小，又由于
因此a光的波长比b光的大，A符合题意；
B．根据
由于a光的波长比b光的大，因此单色光a的光子动量比单色光b的光子动量小，B不符合题意；
C．从n=4跃迁到n=2能级时发出的光子能量
从n=3跃迁到n=2能级时发出的光子能量
由于a光的光子能量小，因此若b光是从n=4跃迁到n=2能级时发出的光，则a光是从n=3跃迁到n=2能级时发出的光，C不符合题意；
D．用E=12.8eV的电子去轰击基态的氢原子，由于
光子可获得的能量最多可以跃迁到n=4的能级，向回跃迁时，最多产生6中不同频率的光，6种光子的能量分别为
……
其中
，
对应的是可见光，因此D符合题意。
故答案为：AD。
【分析】利用遏止电压的大小可以比较光的能量和频率的大小，利用光的能量可以比较光的波长大小；利用光的波长可以比较光动量的大小；利用能级跃迁的能量差可以判别对应光的能量；利用能级跃迁的排列组合可以判别得到可见光的数量。
9.【答案】
A,C
【解析】【解答】A．由图可知，甲光的截止电压低于乙光的遏止电压，所以甲光的频率低于乙光的频率，则甲光的波长大于乙光的波长，A符合题意；
B．由图可知，乙光的遏止电压大于丙光的遏止电压，所以乙光的频率大于丙光的频率，B不符合题意；
C．由图可知，甲光的饱和电流大于丙光的饱和电流，甲光的电压等于丙光的电压，即甲光的频率等于丙光的频率，所以甲光的光强大于丙光的光强，C符合题意；
D．因为甲光的遏止电压等于丙光的遏止电压，由
可知，甲光产生的光电子的最大初动能等于丙光产生的光电子最大初动能，D不符合题意。
故答案为：AC。
【分析】利用遏止电压的大小可以比较光照频率和光照波长的大小；利用饱和电流的大小可以比较光照强度的大小；利用遏制电压的大小可以比较最大初动能的大小。
10.【答案】
A,B,C
【解析】【解答】A．用频率为ν的光照射时，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速度
A符合题意；
BD．根据爱因斯坦光电效应方程得
解得
D不符合题意，B符合题意；
C．阴极K金属的极限频率
C符合题意。
故答案为：ABC。
【分析】光电效应中，当外界的光子能量比较大时，电子获得的能量就大，溢出电子的动能利用公式Ekm=hν﹣W求解即可。其中W是材料的逸出功，v是光子的频率。
11.【答案】
A,B
【解析】【解答】A．若将滑动变阻器的滑动触头移到
a
端时，从K中逸出的光电子仍能运动至A，在闭合回路中形成电流，所以电流表中仍然有电流流过，A符合题意；
B．只增加
a
光的强度，从K中逸出的光电子数目增大，所以通过电流计
G
的电流增大，B符合题意；
C．根据电路结构可知光电管右边电势高，为正极板，说明
光不能使金属发生光电效应，根据光电效应方程
可知增加光照强度不能发生光电效应，金属板中仍然无光电子逸出，电流表无示数，C不符合题意；
D．滑动变阻器的滑动触头由a
端向
b
端滑动的过程中，可能在某一位置，光电管中的电流达到饱和光电流，此后电流便不再变大，所以电流表示数先增大后不变，D不符合题意。
故答案为：AB。
【分析】光电效应中，当外界的光子能量比较大时，电子获得的能量就大，溢出电子的动能利用公式Ekm=hν﹣W求解即可。其中W是材料的逸出功，v是光子的频率。
12.【答案】
A,C
【解析】【解答】AB．第一组实验时，光子能量为
，第二组实验时，光子能量为
，根据
第一组实验的入射光频率较第二组低，A符合题意，B不符合题意；
CD．由爱因斯坦质能方程
可得，第一组实验
第二组实验
解得
即两种材料的逸出功相同，C符合题意，D不符合题意。
故答案为：AC。
【分析】同一金属的逸出功为一固定值，增大照射光的频率，溢出的电子动能变大，有无电子溢出，只与光的频率有关，与光强无关，有电子溢出时，光强越大，溢出的电子就越多。
三、计算题
13.【答案】
解：⑴若K的电势高于A的电势，且电势差为0.9V，光电流刚好截止．
有：Ekm=
=0.9eV．
根据动能定理得，
则光电子到达A极的最大动能
代入数据得：Ek=1.8eV．
⑵根据光电效应方程得，Ekm=hv﹣W0
解得逸出功W0=hv﹣Ekm=3.1﹣0.9eV=2.2eV．
答：（1）光电子到达A极的最大动能是1.8电子伏特．（2）金属的逸出功是2.2电子伏特．
【解析】【分析】（1）若K的电势高于A的电势，且电势差为0.9V，光电流刚好截止．该电压为遏止电压，根据动能定理求出光电子从金属中逸出的最大初动能．根据动能定理求出光电子到达A极的最大动能．（2）根据光电效应方程求出金属的逸出功．
四、解答题
14.【答案】
解：①
由：
解得p=
?
②?
由
??
又
解得
由
?
解得
【解析】【分析】（1）利用动量和频率的关系可以求出光子的动量；
（2）利用遏止电压和光电效应可以求出截止频率的大小。
五、实验探究题
15.【答案】
（1）a
（2）并；5
（3）N；7.19×1010
【解析】【解答】解：（1）为了保护电表和光电管，开关闭合前，滑动变阻器的滑片P应该在a端。（2）根据电表改装原理，小量程的电流表改装成大量程的电流表需要并联分流电阻，根据并联电路的规律可知，IgRg＝（I﹣Ig）R并
，
解得并联电阻：R并＝5Ω。（4）研究“光电效应”的“饱和电流”需要在光电管两端加正向电压，电路图中电源的负极为N端；
分析光电管的伏安曲线可知，饱和电流：I＝115×10﹣10A＝1.15×10﹣8A，
根据电流的定义式可知，每秒钟阴极板上被光照射而逸出的光电子个数：n＝
＝
个＝7.19×1010个。
故答案为：（1）a；（2）并；5；（4）N；7.19×1010。
【分析】（1）刚开始需要分压等于0所以滑片的位置要在最左端；
（2）利用电表的改装可以判别电流表并联电阻的大小；
（3）利用电流的方向可以判别电源的正负极；利用电流的定义式可以求出光电子的数量。