人教版 (2019)选择性必修 第三册光电效应课后测评

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知识点一：光电效应的实验规律
1．光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象．
2．光电子：光电效应中发射出来的电子．
3光电效应的实验规律
(1)存在截止频率：当入射光的频率低于截止频率时不(填“能”或“不”)发生光电效应．
(2)存在饱和电流：在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大．
(3)存在遏止电压：使光电流减小到0的反向电压Uc，且满足eq \f(1,2)mevc2＝eUc.
(4)光电效应具有瞬时性：光电效应几乎是瞬时发生的．
知识点二：光电效应经典解释中的疑难
1．逸出功：使电子脱离某种金属，外界对它做功的最小值，用W0表示。不同种类的金属，其逸出功的大小不相同(填“相同”或“不相同”)。
2．光电效应经典解释
(1)不应存在截止频率；
(2)遏止电压Uc应该与光的强弱有关；
(3)电子获得逸出表面所需的能量需要的时间远远大于实验中产生光电流的时间
知识点三：爱因斯坦的光电效应理论
1．光子：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν，其中h为普朗克常量，这些能量子后来称为光子。
2．爱因斯坦光电效应方程
(1)表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0，
(2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν，在这些能量中，一部分大小为W0的能量被电子用来脱离金属，剩下的是逸出后电子的初动能Ek。
(3)Uc与ν、W0的关系
①表达式：Uc＝eq \f(h,e)ν－eq \f(W0,e)；
②图像：Uc－ν图像是一条斜率为eq \f(h,e)的直线。
[典型例题、易错易混点剖析]
易错易混点1光电效应的规律的理解
易错易混点辨析:光电效应的实验规律
(1)任何一种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须大于等于这个截止频率才能发生光电效应，低于这个截止频率则不能发生光电效应。
(2)发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，随入射光频率的增大而增大。
(3)大于截止频率的光照射金属时，光电流(反映单位时间内发射出的光电子数的多少)与入射光强度成正比。
(4)光电效应的发生几乎是瞬时的，产生电流的时间不超过10－9 s。
例题1.现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。下列说法正确的是（ ）
A．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大
B．入射光的频率变高，饱和光电流变大
C．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大
D．遏止电压的大小与入射光的频率和入射光的光强有关
解析:选AC,AB．根据光电效应实验得出的结论：保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大， B错误，A正确；C．根据爱因斯坦光电效应方程得：入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大，C正确；D．根据光电效应方程，可知，遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关，D错误。
故选AC。
例题2.(多选)对光电效应的理解正确的是( )
A．金属钠的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属
B．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应
C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大
D．由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应，入射光的最低频率也不同
解析:选BD, 按照爱因斯坦的光子说，光子的能量由光的频率决定，与光强无关，入射光的频率越大，发生光电效应时产生的光电子的最大初动能越大；但要使电子离开金属，电子必须具有足够的动能，而电子增加的动能只能来源于照射光的光子能量，且一个电子只能吸收一个光子，不能同时吸收多个光子，所以光子的能量小于某一数值时便不能产生光电效应现象；电子从金属逸出时只有从金属表面向外逸出的电子克服原子核的引力所做的功最小．综上所述，选项B、D正确．
易错易混点2 爱因斯坦的光电效应理论
易错易混点辨析：(1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率.
(2)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光.
(3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关.
(4)光电子不是光子，而是电子.
2.两条对应关系
(1)光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；
(2)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大.
3.三个关系式
(1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0.
(2)最大初动能与遏止电压的关系：Ek＝eUc.
(3)逸出功与极限频率的关系W0＝hνc.
例题3.如图甲，合上开关，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极K，发现电流表读数不为零。调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60V时，电流表读数仍不为零，当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零。把电路改为图乙，当电压表读数为1.5V时，逸出功W及电子到达阳极时的最大动能Ek为
A．W=3.1eV Ek=4.5eVB．W=1.9eV Ek=2.leV
C．W=1.7eV Ek=1.9eVD．W=1.5eV Ek=0.6eV
解析:选B,甲图中所加的电压为反向电压，根据题意可知，遏止电压为0.60eV，根据可知，光电子的最大初动能为0.60eV，根据光电效应方程解得逸出功
乙图中所加的电压为正向电压，根据动能定理
解得电子到达阳极的最大动能为
故选B。
例题4.光电管是应用光电效应原理制成的光电转换器件，在光度测量、有声电影、自动计数、自动报警等方面有着广泛的应用。某同学为了测出某光电管阴极的极限频率，设计了如图所示的电路。用频率为的光照射光电管阴极K，调节滑动变阻器滑片到某一位置，电压表的示数为时，表的示数刚好为零，换用频率为的光照射光电管阴极K，调节滑动变阻器滑片到某一位置，电压表的示数为时，表的示数也刚好为零，则该光电管阴极K的极限频率为（ ）

A． B． C． D．
解析:选A,根据光电效应方程有 解得
故选A。
易错易混点3：光电效应的函数图像问题
易错易混点辨析：每一个图像都对应一个数学函数表达式，利用表达式确定点、线、面。
解决光电效应图像问题的几个关系式
(1)光电效应方程：Ek＝hν－W0。
(2)发生光电效应的临界条件：Ek＝0，νc＝eq \f(W0,h)。
(3)反向遏止电压与光电子的最大初动能和入射光频率的关系：－eUc＝0－Ek，Uc＝eq \f(h,e)ν－eq \f(W0,e)。
例题5.利用光电管研究光电效应现象的实验装置如图甲所示，实验中测得遏止电压Uc与入射光频率v之间的关系如图乙所示。则下列说法中正确的是（ ）

A．如果测遏止电压，应选择电源左端为正极
B．当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的示数一定持续增大
C．增大照射光的强度，产生的光电子的最大初动能一定增大
D．如果实验中入射光的频率v=7.0×1014Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek约为1eV
解析:选D, A．如果测遏止电压，应选择电源左端为负极，A错误；B．当电源左端为正极时，如果电流达到饱和电流，即使滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的示数也不会增大，B错误；C．如果只增大照射光的强度，而光的频率不变，根据光电效应方程产生的光电子的最大初动能不变，C错误；
D．由图可知，截止频率为根据图像利用几何关系可得可得遏止电压因此产生的光电子的最大初动能Ek约为1eV，D正确。
故选D。
例题6.用如图甲所示的装置研究光电效应现象.闭合电键S，用频率为ν的光照射光电管时发生了光电效应。图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象，图线与横轴的交点坐标为(a，0)，与纵轴的交点坐标为(0，－b)，下列说法中正确的是（ ）
A．普朗克常量为
B．断开电键S后，电流表G的示数不为零
C．仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大
D．提高照射光频率，光电子的最大初动能保持不变
解析:选B,A．由爱因斯坦的光电效应方程有由图像可得所以A错误；B．用频率为ν的光照射光电管时发生了光电效应，有光电子飞出，则断开电键S后，回路中有电流，所以电流表G的示数不为零，则B正确；C．由爱因斯坦的光电效应方程有可知，光电子的最大初动能与照射光的强度无关，所以C错误；D．提高照射光频率，光电子的最大初动能增大，所以D错误；
故选B。
易错易混点2 饱和光电流的理解
易错易混点辨析：1.光电流和饱和光电流
金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关．
2.饱和电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和电流，在一定条件下，饱和电流与所加电压大小无关，只与入射光的强度有关。入射光越强，饱和电流越大。即：入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。
例题7.如图所示，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，颜色相同的a、b两束光分别照射1、2两种材料，光电流I随电压U变化关系如图所示，则下列说法正确的是（ ）
A．a、b光的频率B．a、b两光的光照强度相同
C．光电子的最大初动能D．材料1、2的截止频率
解析:选D,A．a、b两束光颜色相同，所以频率相同，故A错误；B．饱和光电流越大，光照强度越大，所以a光的光照强度比b光的大，故B错误；C．光电子的最大初动能为由图可知所以
故C错误；D．根据爱因斯坦光电效应方程可得 所以故D正确。
故选D。
例题8.用甲、乙、丙三种单色光在同一个光电管上做光电效应实验，发现光电流I与电压U的关系如图所示，下列说法正确的是（ ）

A．甲、乙两种单色光的强度相同
B．三种单色光在同种介质中传播时，丙的波长最短
C．单色光甲的频率大于单色光丙的频率
D．三种单色光中，丙照射时逸出光电子的最大初动能最小
解析:选B, A．根据则遏止电压越大，入射光的频率越大，则甲光的频率等于乙光的频率，但是甲光的饱和光电流大于乙光的，则甲光的强度大于乙光的强度，所以A错误；B．由于丙光的频率最大，则三种单色光在同种介质中传播时，丙的波长最短，所以B正确；C．根据则遏止电压越大，入射光的频率越大，则单色光甲的频率小于单色光丙的频率，所以C错误；D．根据
则遏止电压越大，光电子的最大初动能越大，所以三种单色光中，丙照射时逸出光电子的最大初动能最大，则D错误；
故选B。
【针对训练】
一、单选题
1. 光子的能量与其( )
A．频率成正比 B．波长成正比
C．速度成正比 D．速度平方成正比
解析：选A, 根据ε＝hν可知，光子的能量与其频率成正比，A正确。
2.单色光B的频率为单色光A的两倍，用单色光A照射到某金属表面时，从金属表面逸出的光电子最大初动能为E1；用单色光B照射该金属表面时，逸出的光电子最大初动能为E2。则该金属的逸出功为( )
A．E2－E1 B．E2－2E1
C．2E1－E2 D．eq \f(E1＋E2,2)
解析：选B, 根据光电效应方程，用单色光A照射某金属表面时，有E1＝hν－W逸出功，用单色光B照射该金属表面时，有E2＝h·2ν－W逸出功，联立解得W逸出功＝E2－2E1，故A、C、D错误，B正确。
3. 如图所示为一光电管电路，滑动变阻器触头位于ab上某点，用黄光照射光电管阴极，电表指针无偏转，要使电表指针偏转，可采取的可行措施有( )
A．增大黄光的强度 B．换用蓝光照射
C．将P向a滑动 D．将电源正、负极对调
解析：选B 由题意可知，光电管两端加的是正向电压，则电表指针没有偏转，是由于没有发生光电效应，发生光电效应的条件为ν＞ν0，故只有换用频率较高的蓝光照射，才可能发生光电效应，使电流表指针发生偏转，故A、C、D错误，B正确。
4. 在光电效应实验中，某实验小组用同种频率的单色光，先后照射锌和银的表面，都能产生光电效应。对这两个过程，下列四个物理量中，可能相同的是( )
A．饱和光电流 B．遏止电压
C．光电子的最大初动能 D．逸出功
解析：选A 饱和光电流和入射光的强度有关，这个实验中可以通过控制入射光的强度来实现饱和光电流相同，A正确；不同金属的逸出功是不同的，同种频率的单色光，光子能量hν相同，根据光电效应方程Ek＝hν－W0可知，两种金属中逸出的光电子的最大初动能Ek不同，C、D错误；根据遏止电压和光电子最大初动能的关系Uc＝eq \f(Ek,e)可知，光电子的最大初动能不同，遏止电压也不同，B错误。
5.如图所示，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，其截止频率ν1