高中物理第四章 波粒二象性第二节 光电效应方程及其意义课后测评

4.2光电效应方程及其意义基础巩固2021—2022学年高中物理粤教版（2019）选择性必修第三册

一、选择题（共15题）

1．如图是工业生产中用到的光控继电器示意图，它由电源、光电管、放大器、电磁继电器等组成。当用绿光照射光电管阴极K时，可以发生光电效应。下列说法正确的是（　　）

A．端应该接电源正极

B．调转电源正负极，电路中一定没有电流

C．改用黄光照射阴极，电路中可能存在光电流

D．增大绿光照射强度，光电子的最大初动能增大

2．如图所示为研究光电效应现象的电路图，当用绿光照射到阴极K时，电路中有光电流，下列说法正确的是（　　）

A．若只减弱绿光的光照强度，光电流会减小

B．若换用红光照射阴极K时，一定也有光电流

C．若将电源的极性反接，电路中一定没有光电流

D．如果不断增大光电管两端的电压，电路中光电流会一直增大

3．用同一光电管研究a、b两种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图所示．关于这两种光的比较正确的是（       ）

A．a光的频率大

B．b光子的能量小

C．增大a光光照强度，其对应的饱和电流增大

D．a光照射该光电管时逸出的光电子最大初动能大

4．关于光电效应有如下几种陈述，其中正确的是（       ）

A．爱因斯坦提出“光子说"并成功解释了光电效应现象

B．入射光的频率必须小于极限频率，才能产生光电效应

C．光电效应说明光具有波动性

D．发生光电效应时，若入射光频率增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍

5．如图所示，用频率为和的甲、乙两种光分别照射同一光电管，对应的遏止电压分别为和。已知，则（　　）

A．遏止电压 B．用甲、乙光分别照射时，金属的截止频率不同

C．增加乙光的强度，遏止电压变大 D．滑动变阻器滑片P移至最左端，电流表示数为零

6．某同学采用如图所示的装置来研究光电效应现象．某单色光照射光电管的阴极K时，会发生光电效应现象，闭合开关S，在阳极A和阴极K之间加反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计中电流恰为零，此时电压表显示的电压值U称为反向截止电压．现分别用频率为v1和v2的单色光照射阴极，测量到的反向截止电压分别为U1和U2设电子质量为m，电荷量为e，则下列关系式中不正确的是

A．频率为的单色光照射阴极K时光电子的最大初速度

B．阴极K金属的极限频率

C．普朗克常量

D．阴极K金属的逸出功

7．爱因斯坦提出光电效应理论获得诺贝尔物理学奖已近100年。用金属钙做实验时，得到的光电子的最大初动能Ekm与入射光频率ν的关系如图所示。用其他金属做实验，得到的Ekm－ν图线也为直线。表中列出了几种金属的截止频率和逸出功，下列判断正确的是（　　）

A．如用金属钨做实验，得到的Ekm－ν图线的斜率比图中直线的斜率大

B．如用金属钨做实验，得到的Ekm－ν图线的斜率比图中直线的斜率小

C．如用金属钠做实验，得到的Ekm－v图线延长线与纵轴交点的坐标为(0，－Ek2)，则Ek2＞Ek1

D．如用金属钠做实验，得到的Ekm－v图线延长线与纵轴交点的坐标为(0，－Ek2)，则Ek2＜Ek1

8．如图所示，图甲为氢原子能级示意图，图乙是研究光电效应的电路图（光电管中的K极由金属钠制成，其逸出功为2.29eV）。大量处在能级的氢原子向基态跃迁，辐射出的光子照射在如图乙所示的光电管中，调节滑动变阻器的滑片P，使微安表示数恰好为零，则电压表的示数是（　　）

A．0 B．0.26eV C．7.91eV D．10.46eV

9．如图甲所示是探究光电效应规律实验电路，某同学用了强度不同的黄光和蓝光多次照射光电管测量产生的光电流与电压之间的关系，测得其中三条关系曲线分别如图乙中a、b、c所示，则可判断出（　　）

A．c光强度最强

B．b光频率小于a、c光的频率

C．a、c是黄光，a光更强

D．b光的遏止电压小于a、c光的遏止电压.

10．用如图甲所示的装置研究光电效应现象，闭合开关S，用频率为v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与入射光频率的关系图像，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．断开开关S后，电流表G的示数为零

C．仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大

D．保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表G的示数减小

11．用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流强度与照射光的强弱、频率等物理量的关系。图中两极间的电压大小可调，电源的正负极也可以对调，分别用三束单色光照射，调节间的电压，得到光电流与电压的关系如图乙所示，由图可知（　　）

A．单色光和的频率相同，且光更弱些，光频率最大

B．单色光和的频率相同，且光更强些，光频率最大

C．单色光和的频率相同，且光更弱些，光频率最小

D．单色光和的频率不同，且光更强些，光频率最小

12．某同学设计了如图所示的电路来研究光电效应现象，结点Q位于滑动变阻器的中点，初始状态时，滑动触头P也恰好位于滑动变阻器的中点。实验过程中，当该同学用绿光照射光电管时，灵敏电流计有示数，下列说法正确的是（　　）

A．若换用紫光照射光电管，则电流计的示数一定增大

B．若增大绿光的光照强度，则电流计的示数一定增大

C．若将滑动触头P向右滑动，则电流计的示数一定不断增大

D．若将滑动触头P向左滑动，则电流计的示数一定能减小为0

13．如图所示是某种金属发生光电效应时，光电子的最大初动能Ek与入射光频率v的关系图线，a、b均为已知量（a>0，b>0）。由图线可知（　　）

A．该金属的逸出功W0=a

B．斜率表示普朗克常量的倒数

C．图中a与b的值与入射光的强度、频率均有关

D．若入射光频率为3b，则光电子的最大初动能为3b

14．图像法具有自己独特的优势，它能把复杂的物理过程直观形象清楚地展现出来，同时也能够形象地描述两个物理量之间的关系，如图所示，若x轴表示一个物理量，y轴表示一个物理量，其中在实验数据处理时，会发现图像与两个坐标轴的交点（称为截距）具有特殊的物理意义。对该交点的物理意义，下列说法不正确的是（　　）

A．在测电源电动势和电源内阻时，若x轴表示流过电源的电流，y轴表示闭合电路电源两端的电压，则该图像与x轴的交点的物理意义是短路电流

B．在利用自由落体法验证机械能守恒实验时，若x轴表示重锤下落到某点时速度的平方，y轴表示重锤落到该点的距离，则该图像与x轴交点的物理意义是重锤下落时的初速度

C．在用单摆测重力加速度的实验中，若x轴表示摆线长度，y轴表示单摆周期的平方，则该图像与x轴交点绝对值的物理意义是该单摆摆球的半径

D．在研究光电效应的实验中，若x轴表示入射光的频率，y轴表示光电子的最大初动能，则该图像与x轴的交点物理意义是该金属的极限频率

15．如图所示，圆心为O的半圆形某透明玻璃砖置于水平桌面上，一束复色光从P点入射玻璃砖（法线如图虚线所示），在玻璃砖中分为两束单色光a、b，其中a光与法线夹角为，且在A处恰好发生全反射，b光入射到B点。则下列说法正确的是（　　）

A．a光的光子能量小于b光的光子能量

B．玻璃砖对b光的折射率大于

C．a光从P到A的传播时间小于b光从P到B的传播时间

D．a光从P到A的传播时间等于b光从P到B的传播时间

二、填空题（共4题）

16．爱因斯坦光电效应方程

（1）表达式：hν＝_______或Ek＝_______。

（2）物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是_______，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_______

（3）Uc与ν、W0的关系

①表达式：Uc＝ν－

②图像：Uc－ν图像是一条斜率为的直线

17．2009年诺贝尔物理学奖得主威拉德·博伊尔和乔治·史密斯主要成就是发明了电荷耦合器件（CCD）图像传感器．他们的发明利用了爱因斯坦的光电效应原理．如图所示电路可研究光电效应规律．图中标有A和K的为光电管，其中K为阴极，A为阳级．理想电流计可检测通过光电管的电流，理想电压表用来指示光电管两端的电压．现接通电源，用光子能量为10.5eV的光照射阴极K，电流计中有示数，若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动，电流计的读数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为6.0V；现保持滑片P位置不变，光电管阴极材料的逸出功为______，若增大入射光的强度，电流计的读数________（填“为零”或“不为零”）．

18．光电效应实验中，以不同频率的光入射同一金属表面，并测量与各频率ν对应的遏止电压Uc，所得结果如图所示。若图线斜率为k，电子电荷量为e，则普朗克常量h=________（用上述字母表示）。若用频率为3×1014Hz很强的入射光照射到该金属表面________（选填“能”或“不能”）产生光电效应。

19．某科学实验小组用如图1所示的电路测定普朗克常盘．用光照射光电管GD的阴极K时，由于阴极释放出电子而形成阴极光电流．加速电压UAK越大，光电流越大，当UAK增加到一定数值后，光电流不再增大而达到某一饱和值Im．

加速电压UAK变为负值时，阴极电流会迅速减少，当加速电压UAK为某一个负值时，阴极电流变为“0”，与此对应的电压称为遏止电压，用UC来表示．实验中可以通过测量遏止电压UC和入射光频率之间的关系来求解普朗克常量．调整入射光的频率测得多组UC和v的值，根据测量数据作UC－v图象，如图2所示．

（1）实验中图象的斜率经过计算为k＝0.42×10－14，普朗克常量h＝_____，该实验所用光电管的极限频率vC＝______．

（2）当电流达到某一饱和值Im后，保持光强不变逐渐减小入射光的频率仍能发生光电效应，Im将______（填“增大”“不变”或“减小”）．

三、综合题（共4题）

20．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？

21．某金属逸出功是5eV，现在将波长100nm的光照射此金属的表面．求：

（1）求光电子的最大出动能？

（2）遏止电压多大？

22．根据玻尔原子结构理论，氦离子（He+）的能级图如图所示，当大量He+处在n=4的激发态向基态跃迁时，产生的光子照射到某种金属上，其中n=3向n=2跃迁产生的光子刚好能使该金属发生光电效，求：

(1)该金属的逸出功；

(2)光电子的最大初动能。

23．一光电管的阴极用截止频率为的的金属铯制成，并接入如图所示的电路中。当用频率为的单色光射向阴极时，能产生光电流。移动变阻器的滑片，当电压表的示数为时，电流计的示数达到饱和电流。已知普朗克常量为，电子的质量为，电子的电荷量为，真空中的光速为。求：

(1)在时间内阴极逸出的光电子数；

(2)每个单色光的光子的动量大小；

(3)光电子到达阳极时的最大速率。

参考答案：

1．C

2．A

3．C

4．A

5．A

6．C

7．D

8．D

9．C

10．D

11．B

12．B

13．A

14．B

15．D

16．     Ek＋W0     hν－W0     hν     初动能Ek

17．     4.5eV     为零

18．     ek     不能

19．     6.72×l0－34Js     4.1×l014Hz     增大

20．(1) ；(2)0.62 V

21．（1）1.189×10﹣18J；

（2）7.4V

22．(1)W0=7.56eV   (2) Ekm=43.44eV

23．(1)；(2)；(3)