高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册2 光电效应精练

2　光电效应

课后·训练提升

基础巩固

一、选择题Ⅰ(每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的)

1.当用一束紫外线照射锌板时,产生了光电效应,这时(　　)

A.锌板带负电

B.有正离子从锌板逸出

C.有电子从锌板逸出

D.锌板会吸附空气中的正离子

答案:C

解析:紫外线照射锌板,发生光电效应,此时锌板中有电子逸出,锌板失去电子带正电,故选项C正确。

2.光电效应现象表明光(　　)

A.是一种电磁波 B.具有波动性

C.具有粒子性 D.具有波粒二象性

答案:C

3.从1907 年起,密立根就开始测量金属的遏止电压Uc(即图甲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ν,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甲所示装置进行实验,得到了某金属的Uc-ν图像如图乙所示。下列说法正确的是(　　)

甲

乙

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

答案:A

解析:设金属的逸出功为W0,截止频率为νc,因此W0=hνc;光电子的最大初动能Ek与遏止电压Uc的关系是Ek=eUc,光电效应方程为Ek=hν-W0;联立两式可得Uc=ν-,因此图像的斜率为,选项C、D错误。由题图乙可知,该金属的截止频率约为4.27×1014Hz,选项A正确,B错误。

二、选择题Ⅱ(每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的)

4.一束光照射到某金属表面上发生了光电效应。若入射光减弱,而频率保持不变,那么(　　)

A.从光照至金属表面到有光电子射出的时间间隔将缩短

B.光电子的最大初动能将保持不变

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

答案:BC

解析:光的强弱影响的是单位时间内发出光电子的数目,不会影响从光照到金属表面到有光电子射出的时间间隔,故选项A错误;根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0,可知当入射光频率不变时,逸出的光电子的最大初动能不变,与入射光的强弱无关,故选项B正确;光的强弱影响的是单位时间发出光电子的数目,入射光减弱,单位时间从金属表面逸出的光电子数目将减少,故选项C正确;根据爱因斯坦光电效应方程 Ek=hν-W0,可知当入射光频率不变时,金属板仍能发生光电效应,故选项D错误。

5.爱因斯坦成功地解释了光电效应现象,提出了光子说。关于与光电效应有关的四个图像如图所示,下列说法正确的是(　　)

A.图甲装置中,如果先让锌板带负电,再用紫外线照射锌板,则验电器的张角可能变小

B.根据图乙可知,黄光越强,光电流越大,说明光子的能量与光的强弱有关

C.由图丙可知ν2为该金属的截止频率

D.由图丁可知,E等于该金属的逸出功

答案:ACD

解析:如果先让锌板带负电,验电器由于带负电,张开一定的张角,当紫外线照射锌板时,电子逸出,则验电器的张角变小,故选项A正确;黄光越强,光子数越多,产生光电子越多,光电流越大,但光子的能量与光的强弱无关,故选项B错误;根据Ek=hν-W0=eUc得Uc=(ν-νc),由题图丙可知ν2为该金属的截止频率,故选项C正确;根据光电效应方程Ek=hν-W0,当ν=0时,可得Ek=-W0,由题图丁知纵轴截距为-E,所以有W0=E,即该金属的逸出功为E,故选项D正确。

三、非选择题

6.为了解释光电效应现象,爱因斯坦提出了“光子”的概念,并给出了光电效应方程。但这一观点一度受到质疑,密立根通过下述实验来验证其理论的正确性,实验电路如图甲所示。

(1)为了测量遏止电压U0与入射光频率ν的关系,实验中双刀双掷开关应向　　　　(选填“上”或“下”)闭合。 

(2)如果实验所得U0-ν图像如图乙所示,其中U1、ν1、ν0为已知量,电子电荷量为e,那么:

①只需将　　　与普朗克常量h进行比较,若在误差许可的范围内二者相等,则证明“光电效应方程”是正确的; 

②该实验所用光电管的K极材料的逸出功为　　　。 

答案:(1)下

(2)①　②ν0

解析:(1)测量遏止电压需要将阴极K接电源的正极,可知实验中双刀双掷开关应向下闭合。

(2)根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0

由动能定理eU=Ek,得U1=ν1-ν0

结合题图乙知k=

解得普朗克常量h=

截止频率为ν0,则该金属的逸出功W0=hν0=·ν0。

能力提升

一、选择题Ⅰ(每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的)

1.下表给出了一些金属材料的逸出功,现用波长为400 nm的单色光分别照射这5种材料,不能产生光电效应的材料最多有(h=6.6×10-34 J·s,c=3×108 m/s)(　　)

A.2种 B.3种 

C.4种 D.5种

答案:B

解析:波长为400nm的单色光的光子能量ε=hν=h=6.6×10-34×J=4.95×10-19J,由于光子能量小于镁、铍、钛三种材料的逸出功,根据爱因斯坦的光电效应方程,这三种材料不能产生光电效应,故选项B正确,A、C、D错误。

2.频率为ν的入射光照射某金属时发生光电效应现象。已知该金属的逸出功为W0,普朗克常量为h,电子电荷量大小为e,下列说法正确的是(　　)

A.该金属的截止频率为

B.该金属的遏止电压为

C.增强入射光,单位时间内发射的光电子数不变

D.增大入射光的频率,光电子的最大初动能不变

答案:B

解析:金属的逸出功为W0=hνc,所以金属的截止频率为νc=,选项A错误;使光电流减小到0的反向电压Uc称为遏止电压,Uc=,再根据爱因斯坦的光电效应方程,Ek=hν-W0,所以该金属的遏止电压为Uc=,选项B正确;增强入射光,单位时间内的光子数目会增大,发生了光电效应后,单位时间内发射的光电子数将增大,选项C错误;由爱因斯坦的光电效应方程可知,增大入射光的频率,光电子的最大初动能将增大,选项D错误。

3.在光电效应实验中,四束光①、②、③、④分别照射光电管,其光电流与电压的关系图线如图所示。下列说法正确的是(　　)

A.①光的频率大于②光的频率

B.①光比③光弱

C.图线与纵轴的交点是对应的饱和光电流

D.④光照射时产生的光电子最大初动能最大

答案:A

解析:根据eUc=mv2=hν-W0,入射光的频率越大,对应的遏止电压越大。①光的遏止电压大于②光的遏止电压,则①光的频率大于②光的频率;遏止电压越大,对应的最大初动能越大,④光的遏止电压较小,故④光照射时产生的光电子最大初动能不是最大,故选项D错误,A正确。①光和③光的遏止电压相等,故频率相等,由于①光对应的饱和光电流较大,说明①光较强,故选项B错误。饱和光电流是电流最大值,不是图线与纵轴的交点,故选项C错误。

二、选择题Ⅱ(每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的)

4.利用如图所示的电路研究光电效应现象,其中电极K由金属钨制成,其逸出功为4.54 eV。用某一频率的紫外线照射电极K时,电极K逸出光电子的最大初动能为5.46 eV,电流表的示数为I,已知普朗克常量为6.63×10-34 J·s。下列说法正确的是(　　)

A.金属钨发生光电效应的极限频率约为1.096×1015 Hz

B.若入射光频率减半,将不发生光电效应现象

C.若入射光频率加倍,电流表的示数一定变为2I

D.若入射光频率加倍,遏止电压的大小将变为15.46 V

答案:AD

解析:根据W0=hνc得,金属钨发生光电效应的极限频率约为νc=Hz=1.096×1015Hz,故选项A正确。由光电效应方程Ek=hν-W0可得ν=Hz=2.4133×1015Hz,若入射光频率减半即为1.2066×1015Hz,仍大于金属钨发生光电效应的极限频率,则仍能发生光电效应,故选项B错误。入射光频率加倍后,若光的强弱不变,则单位时间内入射的光子数减半,即电极K表面逸出的光电子数量减半,电流表示数变为一半,若入射光增强为原来的2倍,则逸出的光电子数目不变,电流表的示数仍为I,故选项C错误。频率加倍前,入射光的能量hν=Ek+W0=10eV,频率加倍后,入射光能量为2hν=20eV,最大初动能为Ek'=2hν-W0=15.46eV,根据Ue=Ek'可知,遏止电压的大小为U=V=15.46V,故选项D正确。

5.图甲为研究光电效应的实验装置,用频率为ν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的关系图线如图乙所示,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Uc时开关S应扳向“1”

B.只增强光照时,图乙中Uc的值会增大

C.只增强光照时,图乙中I0的值会减小

D.阴极K所用材料的极限频率为

答案:AD

解析:测量遏止电压时应在光电管两端加反向电压,即开关S应扳向“1”,故选项A正确。由动能定理得 eUc=Ek,由爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0可知,题图乙中Uc的值与光照强弱无关,故选项B错误。题图乙中I0的值表示饱和光电流,增强光照时,饱和光电流增大,故选项C错误。由动能定理得eUc=Ek,由爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0可得W0=hν-eUc,则阴极K所用材料的极限频率为νc=,故选项D正确。

三、非选择题

6.如图所示,电源的电动势为E,内阻不计,K为光电管的阴极。闭合开关S,将波长为λ的激光射向阴极,产生了光电流。调节滑片P,当电压表示数为U0时,光电流恰好减小到零,已知普朗克常量为h,电子电荷量为e,真空中光速为c。求:

(1)入射激光光子的动量p;

(2)从阴极K发出光电子的最大初动能Ek;

(3)增大入射激光的频率,为能测出对应的遏止电压,入射激光频率的最大值νm。

答案:(1)　(2)eU0　(3)(E-U0)

解析:(1)由λ=得 p=。

(2)根据动能定理有 -eU0=0-Ek

则 Ek=eU0。

(3)设阴极K的逸出功为W0,遏止电压为U0,有eU0=h-W0

遏止电压最大为E时,对应入射光的频率最大,则eE=hνm-W0

联立解得νm=(E-U0)。