物理选择性必修 第三册第6章 波粒二象性第1节 光电效应及其解释练习题

2021-2022学年鲁科版（2019）选择性必修第三册

6.1光电效应及其解释 课时作业（解析版）

一、选择题

1．用两束频率相同，强度不同的紫外线去照射两种不同金属，都能产生光电效应，则（　　）

A．因入射光频率相同，产生光电子的最大初动能必相同

B．用强度大的紫外线照射时，所产生的光电子的初速度一定大

C．从极限波长较长的金属中飞出的光电子的初速度一定大

D．由强度大的紫外线所照射的金属，单位时间内产生的光电子数目一定少

2．关于光电效应，下列说法不正确的是（　　）

A．极限频率越大的金属材料逸出功越大

B．只要光照射时间足够长，任何金属都能产生光电效应

C．入射光的频率越大，从金属表面逸出的光电子的最大初动能也越大

D．若发生了光电效应且入射光的频率一定时，光强越强，单位时间内逸出的光电子数就越多

3．下列说法正确的是（　　）

A．在光电效应实验中光电子的最大初动能与入射光的频率成正比

B．大亚湾核电站反应堆是利用了核聚变原理

C．放射性元素发生一次β衰变，原子序数增加1

D．当氢原子从的状态跃迁到的状态时，吸收光子

4．研究光电效应实验中，某同学研究同一光电管在不同条件下的光电流与电压的关系如图所示。则下列说法中正确的是（　　）

A．甲光频率大于乙光频率

B．乙光的波长大于丙光的波长

C．乙光对应的截止频率小于丙光对应的截止频率

D．若将甲光换成丙光来照射锌板，其逸出功将减小

5．一紫外线光电管如图所示，其中A为阳极，K为阴极。已知地表附近太阳光中紫外线光子能量介于3.1eV～3.9eV之间，紫外线灯中的紫外线光子能量介于4.4eV～6.2eV之间。若光电管阴极材料K选用逸出功为4.21eV的金属铝，则下列说法正确的是（　　）

A．太阳光照射时可能会逸出光电子

B．紫外线灯照射时产生光电子的最大初动能可能为1.99eV

C．紫外线波长越长，产生的光电子的最大初动能越大

D．紫外线频率越高，产生的光电子的最大初动能越小

6．金属、的逸出功大小关系为，用不同频率的光照射两金属、，可得光电子最大初动能与入射光的频率的关系图线分别为直线、，则下列四图中可能正确的是（　　）

A．B．C． D．

7．单色光从真空射入玻璃时，它的（　　）

A．波长变长，速度变小，光量子能量变小

B．波长变短，速度变大，光量子能量变大

C．波长变长，速度变大，光量子能量不变

D．波长变短，速度变小，光量子能量不变

8．如图中的甲为研究光电效应的实验装置，用频率为Ｖ的单色光照射光电管的阴极K，得到光电流Ｉ与光电管两端电压U的关系图如乙所示，已知电子电荷量的绝对值为e，普朗克常量为h，则（　　）

A．测量遏止电压时开关S应扳向“2”

B．阴极K所用材料的极限波长为

C．减小入射光的频率，图乙中的值会减小

D．只增大光照强度时，图乙中的值会增大

9．一单色光照到某金属表面时，有光电子从金属表面逸出，下列说法中正确的是（　　）

A．只增大入射光的频率，金属逸出功将减小

B．只增大入射光的频率，光电子的最大初动能将增大

C．只增大入射光的强度，光电子的最大初动能将增大

D．只增加入射光的照射时间，光电子的总大初动能将增大

10．1916年，美国著名实验物理学家密立根完全肯定了爱因斯坦光电效应方程，并且测出了当时最精确的普朗克常量h的值，从而获得1923年度诺贝尔物理学奖。若用如图甲所示的实验装置测量某金属的遏止电压Uc与入射光频率ν，作出如图乙所示的Uc－ν图像，电子电荷量e＝1.6×10－19 C，则下列说法正确的是（　　）

A．图甲中极板A连接电源的正极 B．普朗克常量约为6.64×10－34 J·s

C．该金属的截止频率为5.0×1014 Hz D．该金属的逸出功约为6.61×10－19 J

11．如图所示，甲图为演示光电效应的实验装置；乙图为、、三种光照射下得到的三条电流表与电压表读数之间的关系曲线；丙图为氢原子的能级图；丁图给出了几种金属的逸出功和极限频率。以下说法正确的是（　　）

A．若光为绿光，光可能是紫光

B．光的光照强度一定大于光的光照强度

C．若光光子能量为，用它照射由金属铷构成的阴极，产生的大量具有最大初动能的光电子去轰击大量处于激发态的静止的氢原子，一定可以产生6种不同频率的光

D．若光光子能量为，用它直接照射大量处于激发态的氢原子，可以产生6种不同频率的光

12．氢原子能级示意图如图所示，已知可见光光子的能量在范围内，一群处于能级的氢原子回到的过程中（　　）

A．最多放出6种频率不同的光子

B．放出的光子中，属于可见光的光子有2种

C．放出的光子的最大能量为12.75eV，最小能量是0.66eV

D．放出的光能够使逸出功为13.0eV的金属发生光电效应

13．如图甲所示是研究光电效应规律的光电管。用强度一定的波长 λ=0.50μm 的单色光照射阴极 K，实验测得流过G表的电流 I 与 AK 之间电势差 UAK满足如图乙所示规律，取 e=1.6×10-19 C，h=6.63×10-34 J·s。，下列说法正确的是（　　）

A．若用波长 λ=0.30μm 的单色光照射阴极 K，则乙图图线与横轴的交点会向右移动

B．若只增大入射光的强度，则乙图图线与横轴的交点会向左移动

C．每秒钟阴极发射的光电子数约为 4.0×1012个

D．光电子飞出阴极 K 时的最大初动能约为 9.6×10-20 J

二、解答题

14．已知钠发生光电效应的极限波长为λ0＝5×10－7 m。现用波长为4×10－7 m的光照射用钠做阴极的光电管。求：

(1)钠的逸出功W0；

(2)为使光电管中的光电流为零，在光电管上所加反向电压至少多大？

15．美国物理学家密立根用精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量，这项工作成了爱因斯坦方程式在很小误差范围内的直接实验证据。密立根的实验目的是：测量金属的遏止电压Uc。入射光频率v，由此计算普朗克常量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式的正确性。如图所示，是根据某次实验作出的Uc－v图像，电子的电荷量e=1.6×10－19C。试根据图像和题目中的已知条件：

(1)写出爱因斯坦光电效应方程（用Ekm、h、v、W0表示）；

(2)由图像求出这种金属的截止频率vc；

(3)若图像的斜率为k，写出普朗克常量的表达式，并根据图像中的数据求出普朗克常量h。以上均保留两位有效数字。

参考答案

1．C

【详解】

A．根据

可知，虽然入射光频率相同，但是金属的逸出功不同，则产生光电子的最大初动能不相同，选项A错误；

B．光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与光强无关，选项B错误；

C．从极限波长较长的金属逸出功较小，则根据

可知，飞出的光电子的初速度一定大，选项C正确；

D．光强越大，单位时间逸出光电子的数量越多，则由强度大的紫外线所照射的金属，单位时间内产生的光电子数目一定多，选项D错误。

故选C。

2．B

【详解】

A．根据可知，极限频率越大的金属材料逸出功越大，A正确，不符合题意；

B．能否发生光电效应与光照射时间长短无关，B错误，符合题意；

C．根据

可知，入射光的频率越大，从金属表面逸出的光电子的最大初动能也越大，C正确，不符合题意；

D．若发生了光电效应且入射光的频率一定时，光强越强，单位时间内逸出的光电子数就越多，D正确，不符合题意。

故选B。

3．C

【详解】

A．由光电效应方程，可知光电子的最大初动能与入射光的频率有关，频率越高，光电子最大初动能越大，不是成正比，A错误；

B．目前的核电站均用的是核裂变，核聚变的应用尚在实验阶段，B错误；

C．由电荷数守恒，质量数守恒可知，β衰变一次，放出一个电子，产生的新核电荷数增加1，即原子序数增加1，C正确；

D．当氢原子从的状态跃迁到的状态时，氢原子的能量减小，所以向外放出光子，D错误。

故选C。

4．B

【详解】

A．根据

可知入射光的频率越高，对应的截止电压越大。由题图知甲光、乙光的截止电压相等，所以甲光、乙光的频率相等，故A错误；

B．丙光的截止电压大于乙光的截止电压，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B正确；

C．同一金属，截止频率是相同的，故C错误。

D．同一种金属，逸出功是相等的，与入射光无关，故D错误。

故选B。

5．B

【详解】

A．太阳光包含可见光和紫外线，能量高的紫外线光子能量介于3.1eV～3.9eV之间，小于材料K的逸出功为4.21eV，则太阳光照射时不可能逸出光电子，故A错误；

B．紫外线灯中的紫外线光子能量介于4.4eV～6.2eV之间，根据爱因斯坦的光电效应方程有

可得紫外线灯照射时产生光电子的最大初动能的取值范围为0.19eV~1.99eV最大初动能可能为1.99eV，故B正确；

C．紫外线波长越长即频率越小，由可知产生的光电子的最大初动能越小，故C错误；

D．紫外线频率越高，由可知产生的光电子的最大初动能越大，故D错误；

故选B。

6．C

【详解】

根据光电效应方程

可知，图线的斜率表示普朗克常量，因此两条直线的斜率相同；横轴截距表示最大初动能为零时的入射光频率，逸出功

所以直线在横轴上的截距应该大于直线在横轴上的截距，因此ABD错误，C正确。

故选C。

7．D

【详解】

因为光的频率不变，光量子的能量不变；再根据折射率

可知，光的速度变小，波长变短，ABC错误，D正确。

故选D。

8．B

【详解】

A．遏止电压时光电流为零时加在光电管两端的最小电压，是反向电压，故开关应扳向“1”，故A错误；

B．根据爱因斯坦光电效应方程得，阴极金属的逸出功为

阴极K金属的极限频率为

由公式，计算波长为

故B正确；

C．减小入射光的频率，图乙中的I0的值可能会减小，也可能增大，故C错误；

D．遏止电压跟光照强度无关，故D错误。

故选B。

9．B

【详解】

A．金属逸出功是由金属本身的性质决定的，与入射光的频率无关，A错误；

B．根据光电效应方程

可知只增大入射光的频率，光电子的最大初动能将增大，B正确；

CD．光电子的最大初动能与入射光的频率和材料的逸出功有关，与入射光的强度以及照射时间无关，CD错误。

故选B。

10．C

【详解】

A．实验需要加反向电压，可知极板A接电源负极，A错误；

B．由爱因斯坦光电效应方程得

光电子在电场中做减速运动，由动能定理可得

解得

由题图可知，该金属的极限频率

图像的斜率

代入数据解得

B错误C正确；

D．该金属的逸出功

D错误。

故选C。

11．B

【详解】

A．由动能定理及光电效应方程可得

由乙图可知，b光与c光对应的遏止电压相同，故光的频率相同，为同一颜色的光，A错误；

B．入射光越强，饱和光电流越大，由乙图可知，b光对应的饱和光电流大于c光对应的饱和光电流，故光的光照强度一定大于光的光照强度，B正确；

C．铷的逸出功为2.13eV，用b光照射该阴极，由光电效应方程可得，光电子的最大初动能为

去轰击大量处于激发态的静止的氢原子，由于3、4能极差为

电子撞击过程有能量损失，故无法跃迁到n=4能级，即无法产生6种不同频率的光，C错误；

D．若光光子能量为，用它直接照射大量处于激发态的氢原子，由于

与任何一个能级对应的能量不相等，故无法发生跃迁，不可能产生6种不同频率的光，D错误。

故选B。

12．ABC

【详解】

A．根据，可知一群处于能级的氢原子回到的过程中，最多放出6种频率不同的光子，选项A正确；

BC．根据能级的跃迁满足

可知跃迁产生的光子能量分别是12.75eV、12.09eV、10.2eV、2.55eV、1.89eV、0.66eV，选项BC正确；

D．光子最大能量12.75eV小于金属的逸出功13.0eV，不能发生光电效应，选项D错误。

故选ABC。

13．CD

【详解】

A．根据

波长越大频率越小，则波长 λ=0.30μm 的单色光比波长 λ=0.50μm 的单色光的频率大，根据

增大入射光的频率，则遏止电压增大，图像与横轴交点会向左侧，A错误；

B．根据光电效应方程可知，仅增大入射光的强度，光电子的最大初动能不变，则遏止电压不变，乙图图线与横轴的交点不移动，B错误；

C．每秒发射光电子个数

C正确；

D．光电子飞出阴极K时的最大动能

D正确。

故选CD。

14．(1) ；(2)0.62 V

【详解】

(1)逸出功

(2)光电子最大初动能

根据动能定理得

联立解得

15．(1)；(2)；(3)。

【详解】

（1）光电效应方程：

（2）由图像可知，当UC=0时，该金属的截止频率：

（3）由光电效应方程：

可得

即：

。