高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第三册第一节 光电效应优秀同步训练题

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4.1 光电效应  同步练习一、单选题1．如图所示，a、b两束单色光分别沿不同方向射向横截面为半圆形玻璃砖的圆心O，已知a光刚好发生全反射，b光的折射光线（反射光线未画出）刚好与a光的反射光线重叠，且，则判断（　　）A．若将b光沿a光的光路射向O点，b光也能发生全反射B．用a、b单色光分别检查同一光学平面的平整度时，b光呈现的明暗相间的条纹要宽些C．用a、b单色光分别照射同一光电管的阴极材料时，用a光照射打出的光电子的遏止电压小D．用a、b单色光分别以相同入射角斜射入同一平行玻璃砖，a光发生的侧移小【答案】B【解析】A．根据折射定律可知所以有又因为所以有b光的全反射临界角大于a光的全反射临界角，若将b光沿a光的光路射向O点，b光不能发生全反射，A错误；B．因为折射率大的光频率也大，所以所以所以用a、b单色光分别检查同一光学平面的平整度时，b光呈现的明暗相间的条纹要宽些，B正确；C．因为所以用a、b单色光分别照射同一光电管的阴极材料时，用a光照射打出的光电子的遏止电压大，C错误；D．因为所以用a、b单色光分别以相同入射角斜射入同一平行玻璃砖，a光发生的侧移大，D错误。故选B。2．关于光电效应，以下说法正确的是（　　）A．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比B．入射光的频率越大，形成的光电流越强C．能否产生光电效应现象，取决于入射光的强弱D．用频率是v1的蓝光照射某金属发生了光电效应，改用频率是v2的黄光照射该金属不一定发生光电效应【答案】D【解析】A．根据可知，光电子的最大初动能随入射光的频率增大而增大，但不是成正比，A错误；B．光电流的强弱与入射光的光强有关，与光电子的最大初动能无关，B错误；C．根据光电效应的规律，能否产生光电效应现象，决定于入射光光子的能量是否大于或等于金属的逸出功，C错误；D．蓝光的频率大于黄光，则用频率是的蓝光照射某金属发生了光电效应，改用频率是的黄光照射该金属不一定发生光电效应，D正确。故选D。3．用a、b两种金属做光电效应实验，产生的光电子的最大初动能压和入射光频率v的关系图像如图所示，则（　　）A．金属a的逸出功大于金属b的逸出功B．增加光照强度，可使最大初动能增大C．不同金属的Ek-v图像的斜率相同D．若蓝光能使金属a发生光电效应，紫光一定能使金属b发生光电效应【答案】C【解析】A．截止频率对应的光子能量等于金属的逸出功，金属的逸出功为是截止频率，所以金属a的逸出功小于金属b的逸出功，A错误；B．增加光照强度，最大初动能不变，B错误；C．根据爱因斯坦光电效应方程及动能定理可得Ek-v图像的斜率表示为普朗克常量，C正确；D．金属b的逸出功大于金属a，若蓝光能使金属a发生光电效应，紫光不一定能使金属b发生光电效应，D错误。故选C。4．如图所示，铯133原子基态有两个超精细能级，从能级2跃迁到能级1发出光子的频率约为9.2×109Hz，时间单位“秒”是根据该辐射光子的频率定义的。可见光波长范围为400nm～700nm。则（　　）A．秒是国际单位制中的导出单位B．该跃迁辐射出的是γ射线C．铯133从激发态向基态跃迁时辐射光子的频率大于9.2×109HzD．用频率为9.2×109Hz的光照射锌板，能发生光电效应【答案】C【解析】A．秒是国际单位制中的基本单位不是导出单位，A错误；B．γ射线是波长短于0.01埃的电磁波，频率超过300EHz（3×1020Hz），从能级2跃迁到能级1发出光子的频率约为9.2×109Hz，故跃迁辐射出的不是γ射线，B错误；C．铯133从激发态向基态跃迁时辐射光子的频率大于从能级2跃迁到能级1发出光子的频率即大于9.2×109Hz，C正确；D．已知可见光的紫光可以照射锌板使其发生光电效应，而红光不能发生光电效应。紫光的频率约为红光的频率约为频率为9.2×109Hz远小于可见光的频率，故用频率为9.2×109Hz的光照射锌板，不能发生光电效应，D错误。故选C。5．氢原子的能级如图所示，现处于能级的大量氢原子问低能级跃迁，下列说法正确的是（　　）A．这些氢原子可能发出6种不同频率的光B．氢原子由能级跃迁到能级辐射的光子能量最小C．氢原子由能级跃迁到能级时，氢原子能量减小，核外电子动能减小D．已知钾的逸出功为，则氢原子从能级跃迁到能级辐射的光子可以从金属钾的表面打出光电子【答案】A【解析】A．根据，所以这些氢原子总共可辐射出6种不同频率的光，故A正确；B．由图可知当核外电子从能级跃迁到能级时，能级差最小，所以放出光子的能量最小，故B错误；C．由能级跃迁到能级过程中释放能量，原子的能量在减小，根据又，联立解得可知半径减小，则电子动能增大，故C错误；D．从能级跃迁到能级辐射出的光子能量，小于钾的逸出功，不能发生光电效应，故D错误。故选A。6．由a和b两种频率的光组成的光束，经玻璃三棱镜折射后的光路如图所示。其中a光是氢原子由n = 4的能级向n = 2的能级跃迁时发出的。下列说法中正确的是（     ）A．入射光束绕入射点顺时针旋转时，a光将先发生全反射B．b光可能是氢原子由n = 3的能级向n = 2的能级跃迁时发出的C．用同一双缝干涉装置进行实验，a光的相邻条纹间距比b光的大D．用b光照射某金属时能发生光电效应，用a光照射同一金属时也一定能发生光电效应【答案】C【解析】A．由题图可知，三棱镜对b光的折射率较大，所以a光的频率小于b光，则说明a光的折射率小于b光，根据全反射定律有可知a光的全反射临界角大于b，则b光将先发生全反射，A错误；B．由于a光的频率小于b光，光是氢原子由n = 4的能级向n = 2的能级跃迁时发出的，而b光的能量大于a光，b光不可能是氢原子从n = 3的能级向n = 2的能级跃迁时发出的，B错误；C．由于a光的频率小于b光，a光的波长大于b光的波长，由可得用同一双缝干涉装置进行实验，a光干涉条纹的间距大于b光干涉条纹的间距，C正确；D．因b光的频率较大，则若用b光照射某种金属时能发生光电效应现象，则改用a光照射该种金属时不一定能发生光电效应现象，D错误。故选C。7．某同学欲探测某种环境下是否有频率高于的电磁波辐射，利用光电效应现象自制了一个探测器，如图所示。当环境中含有高于此频率的电磁波时灵敏电流表有示数。下表给出了几种金属的极限频率。则（　　）金属钨钙钠钾铷10.957.735.535.445.15A．发生光电效应的金属板应该选用金属钙B．如果发生光电效应的金属板选择金属钠，则电流表有示数时，环境中一定含有频率高于的电磁波C．要想提高仪器的灵敏度，电流表选灵敏一些的，两板间距选适当大一些的D．如果在两板间加上“左正右负”的电压，效果会更好【答案】A【解析】A．根据题表数据可知金属钙的极限频率为，只有当环境中有高于的电磁波辐射时，才能使光电子从钙板中逸出，从而使灵敏电流表有示数，所以发生光电效应的金属板应该选用金属钙，故A正确；B．根据题表数据可知金属钠的极限频率为，如果发生光电效应的金属板选择金属钠，则电流表有示数时，环境中一定含有频率高于的电磁波，不一定含有频率高于的电磁波，故B错误；C．要想提高仪器的灵敏度，电流表选灵敏一些的，且为了能够使光电子能够更易到达阳极，两板间距应选适当小一些的，故C错误；D．如果在两板间加上“左负右正”的电压，光电子受到向右的电场力，更易到达阳极，效果会更好，故D错误。故选A。8．如图，电路中所有元件完好。当光照射光电管时，灵敏电流计指针没有偏转，其原因是（　　）A．电源的电压太大 B．光照的时间太短C．入射光的强度太强 D．入射光的频率太低【答案】D【解析】A．如图所示，电源正负极的连接使得光电子在电场中做加速运动，故无论电源电压多大不会让灵敏电流计指针没有偏转，A错误；B．光电效应的发生是瞬间的，与入射光的照射时间无关，B错误；CD．灵敏电流计指针未发生偏转，可能是未发生光电效应现象，即入射光的频率小于金属的截止频率（入射光的波长大于金属的极限波长），与光照强度无关，C错误，D正确。故选D。9．如图所示，某种单色光射到光电管的阴极上时，电流表有示数，则不正确的是（　　）A．增大单色光的强度，电流表的示数将增大B．滑片P向左移，电流表示数将减小，甚至为零C．滑片P向左移，电流表示数将增大D．入射的单色光的频率必须大于阴极材料的截止频率【答案】C【解析】A．增大单色光的强度，则产生的光电流增大，电流表的示数增大，故A正确；BC．滑片P向左移时，K极的电势比A极的高，光电管上加的是反向电压，故滑片左移的过程中，电流表示数将减小，甚至为零，故B正确，C错误；D．单色光射到光电管的阴极时，电流表有示数，说明发生了光电效应，因此入射的单色光的频率必须大于阴极材料的截止频率，故D正确。故选C。10．如图为光电倍增管的原理图，管内由一个阴极K、一个阳极A和K、A间若干对倍增电极构成。使用时在阴极K、各倍增电极和阳极A间加上电压，使阴极K、各倍增电极到阳极A的电势依次升高。当满足一定条件的光照射阴极K时，就会有电子射出，在加速电场作用下，电子以较大的动能撞击到第一个倍增电极上，电子能从这个倍增电极上激发出更多电子，最后阳极A收集到的电子数比最初从阴极发射的电子数增加了很多倍。下列说法正确的是（　　）A．光电倍增管适用于各种频率的光B．保持入射光不变，增大各级间电压，阳极收集到的电子数可能增多C．增大入射光的频率，阴极K发射出的所有光电子的初动能都会增大D．保持入射光频率和各级间电压不变，增大入射光光强不影响阳极收集到的电子数【答案】B【解析】A．只有满足一定频率的光照射时才能发生光电效应，从而逸出光电子，可知光电倍增管并不是适用于各种频率的光，选项A错误；B．保持入射光不变，增大各级间电压，则打到倍增极的光电子的动能变大，则可能有更多的光电子从倍增极逸出，则阳极收集到的电子数可能增多，选项B正确；C．增大入射光的频率，阴极K发射出的光电子的最大初动能变大，并不是所有光电子的初动能都会增大，选项C错误；D．保持入射光频率和各级间电压不变，增大入射光光强，则单位时间逸出光电子的数目会增加，则阳极收集到的电子数会增加，选项D错误。故选B。二、多选题11．氢原子的能级如图所示，一个处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁，下列说法正确的是（　　）A．氢原子可能发出3种不同频率的光B．已知钾的逸出功为2.22eV，则氢原子能从n=3能级跃迁到n=2能级释放的光子不能从金属钾的表面打出光电子C．氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级释放的光子能量最小D．氢原子由n=3能级跃迁到n=1能级时，产生的光的频率最高，波长最短【答案】BD【解析】A．一个处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁，最多可辐射出两种频率的光子，即3→22→1故A错误；B．氢原子能从n=3能级跃迁到n=2能级释放的光子能量为E32 =-1.51 eV -（-3.40）eV =1.89eV<2.22eV则氢原子能从n=3能级跃迁到n=2能级释放的光子不能从金属钾的表面打出光电子，故B正确；C．氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级，能级差最小，释放的光子能量最小，故C错误；D．从n=3的能级跃迁到n=1的能级时，能级差最大，辐射出的光的频率最高，波长最短，故D正确。故选BD。12．关于波粒二象性的有关知识，下列说法正确的是（　　）A．速度相同的质子和电子相比，电子的波动性更为明显B．用E和p分别表示X射线每个光子的能量和动量，则E=，p=C．由爱因斯坦的光电效应方程可知Ek=hν-W0，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比D．康普顿效应表明光子除了具有能量之外还有动量【答案】ABD【解析】A．根据德布罗意波波长公式λ=，速度相同的质子和电子相比，电子的动量小，波长长，波动性明显，故A正确；B．根据E=hν且λ=，c=λν可得X射线每个光子的能量为E=每个光子的动量为p=，故B正确；C．由爱因斯坦的光电效应方程可知Ek=hν-W0光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν是线性关系，但不成正比，故C错误；D．康普顿效应表明光子除了具有能量之外还有动量，揭示了光的粒子性，故D正确。故选ABD。13．用图甲所示装置研究光电效应现象，三次用同一光电管在不同光照条件下实验，记录微安表的示数I随光电管电压U的变化情况，得到甲、乙、丙三条光电流与电压之间的关系曲线，如图乙所示。下列说法正确的是（　　）A．大于B．光电管中电流方向由A指向KC．甲图线表示光的强度比丙大D．甲图线和乙图线表示光产生的光电子最大初动能相同【答案】ABC【解析】A．由图乙可知，大于，故A正确；B．光电子带负电，其运动方向由K指向A，则光电管中电流方向由A指向K，故B正确；C．由图乙可知，甲图线的饱和光电流比丙图线饱和光电流大，则可知甲图线表示光的强度比丙大，故C正确；D．甲图线表示的光遏制电压比乙图线表示的光遏制电压小，则根据可知，甲图线表示的光产生的光电子最大初动能比乙图线表示的光产生的光电子最大初动能小，故D错误。故选ABC。14．直线P1P2过均匀玻璃球球心O，细光束a、b平行且关于P1P2对称，由空气射入玻璃球的光路如图所示。a、b光相比（　　）A．玻璃对a光的折射率更大B．b光在玻璃中的传播时间较短C．相同的双缝干涉实验装置，a光形成的条纹间距更宽D．相同的光电效应实验装置，b光照射下的金属更容易逸出光电子【答案】CD【解析】A．由图可知，b光偏折程度较大，故玻璃对b光的折射率更大，A错误；B．由可知，b光在玻璃种传播速度较小，b光在玻璃中传播的距离又较长，故在玻璃中的传播时间较长，B错误；C．b光的折射率较大，故频率较高，由可知，在空气中b光的波长较短，双缝干涉实验中亮条纹间距较小，C正确；D．相同的光电效应实验装置，b光的频率较高，b光照射下的金属更容易逸出光电子，D正确。故选CD。三、填空题15．某同学利用如图所示的装置探究光电效应，静电计与锌板相连，在A处用一紫光灯照射锌板，实验步骤调整如下：（1）先使锌板带负电，再用紫光灯照射，发现静电计指针偏角将___________（选填“变大”“变小”或“不变”）。（2）若锌板已带正电，再增大紫光灯照射强度，则静电计指针偏角将___________（选填“变大”“变小”或“不变”）。【答案】     变小     变大【解析】（1）[1]锌板带负电后，在紫光照射下，产生光电效应现象，有光电子飞出，锌板所带负电荷减小；则静电计指针偏角将变小；（2）[2]再增大紫光灯照射强度。飞出的光电子数增多，锌板正电荷增加，静电计指针偏角将变大。16．如图，光滑轨道abc固定在竖直平面内，c点与粗糙水平轨道cd相切，一质量为m的小球A从高的a处静止滑下，在b处与一质量为m的滑块B相撞后小球A静止，小球A的动能全部传递给滑块B，随后滑块B从c处运动到d处，且bd高，滑块B通过在cd段所用时间为t。若将此过程类比为光电效应的过程，则：A类比为___________；滑块B与cd段间的动摩擦因数为_________；【答案】     光子     【解析】[1]光电效应过程是光子将能量传递给电子，电子克服原子的逸出功而逸出，所以A为入射的光子；[2]根据机械能守恒有：由小球A运动到b处的机械能为然后A将这部分能量传递给B，设B球在c处的速度为v，则由机械能守恒定律可知解得在cd段，摩擦力提供合外力，由牛顿第二定律根据匀变速直线运动方程解得四、解答题17．如图所示，一光电管的阴极用极限频率为ν0的钠制成。用波长为λ的紫外线照射阴极，光电管阳极A和阴极K之间的电势差为U，光电流的饱和值为I，普朗克常量为h，真空中光速为c，电子的电荷量为e。（1）求电子到达A极时的最大动能Ekm；（2）若每入射N个光子会产生1个光电子，求紫外线照射阴极功率P。【答案】（1）；（2）【解析】（1）由爱因斯坦光电效应方程可知电子从阴极飞出的最大初动能再由动能定理有解得（2）t时间内由K极发射的光电子数且有 解得18．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。【答案】(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