物理人教版 (2019)2 光电效应优秀ppt课件

4.2光电效应

Ⅰ. 基础达标

一、单选题

1．（2021·辽宁朝阳市·高三一模）智能手机带有光线传感功能，可以自动调整亮度，光线传感器的工作原理是光电效应。下面关于光电效应的说法正确的（　　）

A．发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比

B．在研究光电效应饱和电流时，由可知，光电管所加电压越大，电子获得的速度越大，饱和电流越大

C．入射光频率为v时，刚好发生光电效应现象，将入射光频率变为3v时，此时光电流的遏止电压为

D．用一束单色光分别照射A、B两种金属，若照射A得到光电子的最大初动能比照射B得到光电子的最大初动能大，则金属A的截止频率比金属B的截止频率高

【答案】C

【解析】A．发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系，A错误；

B．在研究光电效应饱和电流时，光电管所加电压与饱和电流无关，饱和电流与光照强度有关，光照强度越大，饱和电流越大，B错误；

C．入射光频率为时，刚好发生光电效应现象，由光电效应规律可知

将入射光频率变为时，由爱因斯坦光电效应方程可得

解得

由动能定理可得

解得此时光电流的遏止电压为

C正确；

D．根据光电效应方程

光子能量一定，光电子的最大初动能大，说明金属的截止频率低，D错误。

故选C。

2．（2021·广东高三一模）下表给出了几种金属的极限频率，现用频率为4.80×1014~5.10×1014Hz的橙光，分别照射这几种金属，可以发生光电效应的是（　　）

A．铯 B．铷 C．钠 D．锌

【答案】A

【解析】当入射光的频率大于金属的极限频率时，金属中的电子才会逸出，由于橙光的频率为4.80×1014～5.10×1014 Hz，大于金属铯的频率，可以发生光电效应的只有铯。故A正确，BCD错误。

故选A。

3．（2021·山东高三月考）某实验小组在做光效应实验时，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的关系图线如图所示。已知电子的电荷量为e，普朗克常量为h，则下列分析正确的是（　　）

A．光电管两端电压越大，饱和光电流越大

B．光电管两端电压为0时，光电流也为0

C．光电子的最大初动能为

D．光电子的逸出功为hv

【答案】C

【解析】A．发生光电效应时，在一定的光照条件下，饱和光电流的大小与光照强度有关，与所加电压无关。故A错误；

B．通过图像可知，光电管两端电压为0时，光电流不为0，故B错误；

C．根据爱因斯坦光电方程

可知，光电子的最大初动能，故C正确；

D．光电子的逸出功

故D错误。

故选C。

4．（2021·河北省玉田县第一中学高二月考）如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率的关系图象，由图象可知（　　）

A．该金属的逸出功等于 hν0-E

B．该金属的逸出功等于hν0

C．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为3E

D．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为2E

【答案】B

【解析】根据光电效应方程，有

Ek=hν-W0

其中

W0=hν0

为金属的逸出功，所以有

Ek=hν-hν0

由此结合图象可知，该金属的逸出功为E，或者

W0=hν0

当入射光的频率为2ν0时，代入方程可知产生的光电子的最大初动能为E，所以B正确；ACD错误；

故选B。

5．（2021·江苏南通市·高二月考）在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长为，每个激光脉冲中的光子数目为n，已知普朗克常量为h，光速为c，则（　　）

A．用激光“焊接”视网膜是因为激光具有高度的相干性

B．激光的频率为

C．激光光子的动量为

D．每个激光脉冲的能量为

【答案】D

【解析】A．用激光“焊接”剥落的视网膜利用了激光频率高、能量高的特点，故A错误；

B．根据可知激光的频率为

故B错误；

C．根据得，激光光子的动量为

故C错误；

D．根据和可知，则单个光子的能量为，则每个激光脉冲的能量为，故D正确。

故选D。

6．（2021·北京门头沟区·高三一模）如图所示，把一块不带电的锌板连接在验电器上。当用可见光照射锌板时，验电器指针不偏转。当用紫外线照射锌板时，发现验电器指针偏转一定角度（　　）

A．若减小紫外线的强度，验电器的指针也会偏转

B．若改用红光长时间照射，验电器的指针也会偏转

C．用紫外线照射锌板时，锌板带正电，验电器带负电

D．这个现象说明了光具有波动性

【答案】A

【解析】AB．发生光电效应的条件是照射光的频率大于锌的极限频率，若减小紫外线的强度，但频率未变，则锌板仍然会发生光电效应，验电器的指针也会偏转。若改用红光长时间照射，由于红光的频率比紫外线低，所以不一定高于锌的极限频率，锌板不一定会发生光电效应，验电器的指针不一定会偏转，故A正确，B错误；

C．用紫外线照射锌板时，锌板发射出光电子，从而带正电，而验电器通过导线与锌板相连，也带正电，故C错误；

D．光电效应现象说明光具有粒子性，故D错误。

故选A。

7．（2021·山东）2021年央视春晚首次采用5G信号“云”传播方式，使“云”观众、“云”演员和春晚互动起来，与4G信号相比，5G信号使用频率更高的电磁波，每秒传送的数据量是4G的50～100倍，5G信号网络的高性能很好的实现了观众的良好体验。相比4G信号（　　）

A．5G信号的光子能量更大 B．5G信号的衍射更明显

C．5G信号的传播速度更大 D．5G信号的波长更长

【答案】A

【解析】A．因为5G使用的电磁波频率比4G高，根据可知，5G使用的电磁波比4G光子能量更大，选项A正确；

B．发生明显衍射的条件是障碍物（或孔）的尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还小；因5G使用的电磁波频率更高，即波长更短，故5G越不容易发生明显衍射，选项B错误；

C．光在真空中的传播速度都是相同的；5G的频率比4G高，即5G的折射率比4G大，根据光在介质中的传播速度为，折射率越大的光在介质中的传播速度越小，选项C错误；

D．频率越高的电磁波波长越短，因5G使用的电磁波频率更高，所以5G信号的波长更短，选项D错误。

故选A。

8．（2021·江苏高二月考）在下列各组所说的现象中，都表现出光具有粒子性的是（　　）

A．光的折射现象、衍射现象

B．光的反射现象、干涉现象

C．光的衍射现象、光电效应现象

D．光电效应现象

【答案】D

【解析】A. 光的折射现象不能说明光的粒子性，衍射现象说明光的波动性，故A错误；

B. 光的反射现象不能说明光的粒子性，干涉现象说明光的波动性，故Ｂ错误；

C. 光的衍射现象说明光的波动性，光电效应现象说明光的粒子性，故C错误；

D. 光电效应现象说明光的粒子性，故D正确。

故选D。

9．（2021·山东德州市·高三一模）下表为四种金属逸出功的值

已知普朗克常量为，电荷，如图所示为某金属的遏止电压随入射光频率变化的图像，该金属为（　　）

A．钨 B．钙 C．钾         D．铷

【答案】A

【解析】根据光电效应方程知

对照图象可知，金属产生光电效应的极限频率为

则该金属的逸出功等于

对照表格可知该金属为钨。

故选A。

二、多选题

10．（2021·山东高三其他模拟）研究光电效应现象的实验装置如图甲所示，用光强相同的红光和蓝光照射光电管阴极K时，测得相应的遏止电压分别为U1和U2，产生的光电流I随光电管两端电压U的变化规律如图乙所示。已知电子的质量为m，电荷量为–e，红光和蓝光的频率分别为和，且。则下列判断正确的是（　　）

A．蓝光的入射光子数多于红光的入射光子数

B．图乙中的b图线对应红光照射

C．用蓝光照射时，光电子的最大初动能为eU2

D．阴极K金属的极限频率为

【答案】CD

【解析】A．根据光子说，光强由光子数n和单个光子的能量h（或频率）决定，光强nh相同，红光的频率较小，则红光的入射光子数n较多，A错误；

B．由

得频率较小的红光对应的遏止电压U1较小，遏止电压是图乙中图线与横轴的交点的横坐标的绝对值，红光对应的是图乙中的a，B错误；

C．蓝光照射时，由

C正确；

D．由逸出功

W0=hν0

得金属的极限频率

或由

得

D正确。

故选CD。

11．（2021·云南高三一模）研究光电效应的实验电路图如图所示，滑动变阻器滑片处于图示位置。用黄光照射阴极时，电流表示数不为零，则下列说法正确的是（　　）

A．只把黄光改为紫光照射，电流表示数可能为零

B．只增加黄光的光强，电流表示数变大

C．只将滑动变阻器的滑片向右移动，电流表示数可能不变

D．只将滑动变阻器的滑片移至最左侧时，电流表示数为零

【答案】BC

【解析】A．紫光的频率比黄光大，所以黄光照射阴极能发生光电效应，改用紫光也一定能发生光电效应，电流不可能为零，故A错误；

B．只增加黄光的光强，单位时间内逸出的光子数量增多，电流增大，故B正确；

C．将滑动变阻器的滑片向右移动，电压虽然增大，但若已达到饱和电流，则电流不变，故C正确；

D．将滑动变阻器的滑片移至最左侧时，阴极逸出电子仍有可能到达对阴极，电流不会为零，故D错误。

故选BC。

12．（2021·江西省南城一中高二月考）如图所示，甲、乙、丙、丁是关于光电效应的四个图象，以下说法正确的是（　　）

A．图甲是遏止电压Uc与入射光频率的关系图象，由图象可求得普朗克常量

B．图乙是光电子最大初动能与入射光频率关系图象，由图象可知实线对应金属的逸出功比虚线的小

C．图丙是光电流与电压的关系图象，由图象可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大

D．图丁是光电流与电压的关系图象，由图象可知电压越高则光电流越大

【答案】AC

【解析】A．根据光电效应方程结合动能定理可知

解得

斜率

解得普朗克常量

故A正确；

B．根据爱因斯坦光电效应方程可知

纵轴截距的绝对值表示逸出功，则实线对应金属的逸出功比虚线大，故B错误；

C．饱和光电流由入射光的强度决定，同一束光，即光的颜色不变的情况下，入射光越强，光子数越多，饱和光电流越大，故C正确；

D．分析图丁可知，当达到饱和光电流以后，增加光电管两端的电压，光电流不变，故D错误。

故选AC。

13．（2021·湖南高三月考）如图甲所示，为研究某金属材料的遏止电压与入射光频率的关系的电路图，用不同频率的光分别照射甲图中同一光电管的阴极K，调节滑片P测出遏止电压，并描绘关系图如图乙所示。已知三种光的频率分别设为以、、，光子的能量分别为1.8、2.4、3.0，测得遏止电压分别为、、（图乙中未知）。则下列说法正确的是（　　）

A．普朗克常量可表达为

B．该阴极K金属材料的逸出功为1.0

C．图乙中频率为的光对应的遏止电压

D．用频率为的光照射阴极K，电压表示数为2.0V时，电流表示数不为零

【答案】BC

【解析】A．由光电效应方程得

解得

选项A错误；

B．由得

选项B正确；

C．由得

选项C正确；

D．对该金属材料，频率为的光对应的遏止电压为1.4V，则电压表示数为2.0V时，电流表示数已为零，选项D错误。

故选BC。

14．（2021·浙江高三月考）如图所示，用频率为的可见光照射到光电管的阴极K，此时电表G中有电流通过，已知电子电荷量为e，则下列说法正确的是（　　）

A．仅调换电源的正负极方向，电表G还是有电流

B．仅增加入射光的强度，电表G的示数变大

C．变阻器的滑动端P向左滑动时，电表G的示数变小

D．电表G的示数变为0时，电压表的读数为U0，此材料的截止频率为

【答案】AB

【解析】A．图中电源电压的正极与阴极射线管的K连接，为反向电压，电压没有达到遏制电压，所以电路中还有电流，调换电源正负极，电路中电流会增大，A正确；

B．仅增加入射光的强度，可以使出来的光电数目增多，电流表示数变大，B正确；

C． 电阻器滑片P向左移动时，所加的反向电压减小，电路中电流增大，C错误；

D．根据爱因斯坦的光电效应方程

根据动能定理有

解得

截止频率为

D错误。

故选AB。

15．（2021·江苏苏州市·南京师大苏州实验学校高二月考）按如图的方式连接电路，当用紫光照射阴极K时，电路中的微安表有示数，则下列叙述正确的是（　　）

A．如果仅将紫光的光强减弱一些，则不能产生光电效应

B．仅将滑动变阻器的触头向右滑动一些，则微安表的示数一定增大

C．仅将滑动变阻器的触头向左滑动一些，则微安表的示数可能不变

D．仅将电源的正负极对调，则微安表仍可能有示数

【答案】CD

【解析】A．发生光电效应的条件是入射光的频率要大于金属的极限频率，与入射光的强度无关，所以如果仅将紫光的光强减弱一些，还是能产生光电效应的，则A错误；

BC．饱和光电流与入射光的强度有光，不改变入射光的强度，则仅将滑动变阻器的触头向右，或者向左滑动一些，则微安表的示数可能不变，不一定增大，所以B错误；C正确；

D．将电源的正负极对调，即加上反向电压，若光电子的初动能足够大，电路中还是有光电流的，则微安表仍可能有示数，所以D正确；

故选CD。

Ⅱ. 能力提升

16．（2021·江苏高二月考）如图所示，一验电器与锌板相连，在A处用一紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保持一定偏角。根据所学的知识填空。

(1)紫外线照射锌板，___________能量被电子吸收（填“光子”或“光电子”或“光球”）

(2)验电器带___________；锌板带___________；（填“负电荷”或“正电荷”）

(3)用一带少量负电金属小球与锌板接触，验电器指针偏角将___________（填“增大”、“减小”或“不变”）

(4)使验电器指针回到零，再用相同强度的黄光灯照射锌板，验电器指针无偏转。那么，若改用光照强度更大的红光灯照射锌板，可观察到验电器指针___________（填“有”或“无”或“可能”）偏转；

(5)若改用光照强度更弱的蓝光灯照射锌板，可观察到验电器指针___________（填“有”或“无”或“可能”）偏转。

【答案】光子    正电荷    正电荷    减小    无    可能   

【解析】(1)紫外线照射锌板，光子能量被电子吸收；

(2)锌板中的电子吸收光子的能量从锌板表面逸出，使锌板带正电，验电器与锌板连接，则验电器带正电；

(3)由于锌板带正电，用一带少量负电金属小球与锌板接触，电荷将中和一部分，验电器指针偏角将变小；

(4)用相同强度的黄光灯照射锌板，验电器指针无偏转，说明不能发生光电效应，由于红光灯的能量比黄光灯的能量更小，则改用光照强度更大的红光灯照射锌板，可观察到验电器指针无偏转；

(5)由于用黄光灯照射锌板，验电器指针无偏转，说明不能发生光电效应，蓝光的能量大于黄光的能量但小于紫外线的能量，则蓝光灯照射锌板，可观察到验电器指针可能偏转。

17．（2021·长沙市·湖南师大附中高二月考）如图所示为光电管产生的光电子进行比荷测定的原理装置图。光电管中两块平行金属板间距离为d，其中N为锌板，受紫外线照射后激发出不同方向的光电子。开关S闭合，电流表A有读数，若调节变阻器R，逐渐增大极板间的电压，A表读数逐渐减小，当电压表示数为U时，A表读数恰好为零；断开S，在极板间加上垂直纸面的匀强磁场，当磁感应强度为B时，A表读数也恰好为零。

（1）若所加紫外线的波长为，则金属锌的逸出功为多大？（已知普朗克常量为h，光速为c，电子的电荷量为e）

（2）求光电子的比荷为多大？

【答案】（1）；（2）

【解析】（1）设光电子的最大初动能为，根据动能定理有

   ①

设紫外线的频率为，金属锌的逸出功为W，由爱因斯坦光电效应方程得

   ②

光速与波长和频率的关系满足

   ③

联立①②③解得

   ④

（2）当具有最大初动能的光电子垂直于N板射出后恰好无法到达M板时，所有光电子均无法到达M板，A表读数恰好为零，此时具有最大初动能的光电子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径为

   ⑤

根据牛顿第二定律得

   ⑥

联立①⑤⑥可得

⑦

18．（2020·苏州大学附属中学高二期中）在某次光电效应实验中，得到的遏止电压Uc与入射光的频率v的关系如图所示。若该直线的斜率和横轴截距分别为k和b，电子电荷量的绝对值为e，求普朗克常量和所用材料的逸出功。

【答案】；

【解析】根据光电效应方程

和

得

而该直线的斜率为k，则

该直线截距为b，则可得

即

可求得

19．（2020·江苏苏州市·吴江中学高三其他模拟）通过如图甲所示的实验装置进行光电效应实验时，若测量某金属的遏止电压Uc与入射光频率υ的关系图像如图乙所示，图中频率υ1、υ2，遏止电压Uc1、Uc2及电子的电荷量e均为已知，可以求得普朗克常量h=______________，该金属的截止频率υ0=_______________

【答案】       

【解析】[1]由爱因斯坦光电效应方程可得

由动能定理可得

联立可得

结合图象斜率则有

变形得

[2]当，，则有

解得

在表达式中，当时，对应的频率为该金属的截止频率，由有

联立可得

20．（2021·湖南长沙市·雅礼中学高二月考）利用如图甲所示的实验装置观测光电效应，已知实验中测得某种金属的遏止电压Uc与入射频率ν之间的关系如图乙所示（ν1 与U1均已知），电子的电荷量为e=1.6×10-19 C，则电源的右端为___________极（填“正”或“负”），普朗克常量为___________，该金属的逸出功为 ___________，若电流表的示数为10 μA，则每秒内从阴极发出的光电子数的最小值为___________。

【答案】正        eU1    6.25×1013   

【解析】[1]由于测量的是遏止电压，则光电管两端接的是反向电压，阴极接电源的正极，所以电源的右端为正极。

[2][3]根爱恩斯坦的光电效应方程

遏止电压为Uc，则有

整理得

由金属的遏止电压Uc与入射频率ν之间的关系图像可得

，

解得

，

[4]根据电流的定义公式

则每秒内从阴极发出的电荷量为

光电子数的最小值为