高中第一节 光电效应课后作业题

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第四章　第一、二节A组·基础达标1．一盏灯的发光功率为100 W，假设它发出的光向四周均匀辐射，光的平均波长6.0×10－7 m，在距电灯10 m远处，以电灯为球心的球面上，1 m2的面积每秒通过的光子(能量子)数约为(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s)(　　)A．2×1015   B．2×1016C．2×1017   D．2×1023【答案】C【解析】设离灯10 m远处每平方米面积上灯照射的能量为E0，则有E0＝；设穿过的光子数为n，则有nh＝E0；解得n＝，代入数据，得n＝2×1017个，故C正确．2．某金属发生光电效应，光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν之间的关系如图所示．已知h为普朗克常量，e为电子电荷量的绝对值，结合图像所给信息，下列说法正确的是(　　)A．入射光的频率小于ν0也可能发生光电效应现象B．该金属的逸出功随入射光频率的增大而增大C．若用频率是2ν0的光照射该金属，则遏止电压为D．遏止电压与入射光的频率无关【答案】C【解析】图像中横轴的截距ν0为发生光电效应的截止频率，根据光电效应产生条件，入射光的频率大于截止频率ν0才能发生光电效应现象，A错误；金属的逸出功是一常数，不随入射光的频率增大而变化，B错误；若用频率为2ν0的光照射该金属，由爱因斯坦光电效应方程，Ek＝2hν0－W，W＝hν0，Ek＝eU，联立解得U＝，C正确；由Ek＝2hν0－W，W＝hν0，Ek＝eU，可知入射光频率越大，遏止电压越大，即遏止电压与入射光的频率有关，D错误．3．用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19 J．已知普朗克常量为6.63×10－34 J·s，真空中的光速为3.00×108 m·s－1，能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为(　　)A．1×1014 Hz   B．8×1014 HzC．2×1015 Hz   D．8×1015 Hz【答案】B【解析】根据爱因斯坦光电效应方程，Ek＝＋W，而W＝hν，联立并代入数据解得能够使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为8×1014 Hz，B正确．4．如图所示，电路中所有元件完好，当光照射到光电管上时，灵敏电流计中没有电流通过，可能的原因是(　　)A．入射光强较弱   B．入射光频率太高C．电源正负极接反   D．光照射时间太短【答案】C【解析】光电管能否产生光电效应只与入射光的频率有关，与入射光的强度没有关系，A错误；若入射光频率太高，则一定大于金属的截止频率，故一定可以发生光电效应，电流计中有电流通过，B错误；电源正负极接反时，光电管加上反向电压，虽然发生光电效应产生光电子，但是在反向电压作用下，光电子做减速运动，可能不能到达阳极，电路中不能形成电流，C正确；光电管能否产生光电效应与光照时间没有关系，D错误．5．如图所示，在验电器上安装一个铜网，使其带电，验电器金属箔张开一定角度．用紫外线照射铜网，验电器金属箔的张角保持不变，再将一块锌板放置在该铜网后面一定距离处，用同一紫外线照射锌板时，发现金属箔张开角度减小．下列相关说法中正确的是(　　)A．增加紫外线的强度照射铜网，金属箔张角将变大B．紫外线的频率大于金属锌的截止频率C．铜网带负电D．改用紫光照射锌板，验电器的金属箔张角也一定减小【答案】B【解析】根据用紫外线照射铜网，验电器金属箔的张角保持不变；再将一块锌板放置在该铜网后面一定距离处，用同一紫外线照射锌板时，发现金属箔张开角度减小，说明逸出的光电子跑到铜网上，导致其电量减小，当增加紫外线的强度照射铜网，金属箔张角将变更小，由此可知，铜网带正电，故A、C错误；只有紫外线的频率大于金属锌的截止频率，才会发生光电效应，故B正确；根据光电效应产生条件，当改用紫光照射，则紫光频率小于紫外线，因此可能不发生光电效应现象，则验电器金属箔不一定张开，故D错误．6．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．E2－2E1C．2E1－E2   D．【答案】B【解析】根据光电效应方程：用单色光A照射到某金属表面时E1＝hν－W逸出功，用单色光B照射到某金属表面时E2＝h·2ν－W逸出功，解得W逸出功＝E2－2E1，B正确．7．某同学采用如图甲所示的装置研究光电效应现象，分别用a、b、c三束单色光照射图甲中光电管的阴极，得到光电管两端的电压与相应的光电流的关系如图乙所示，其中a、c两束光照射时对应的遏止电压相同，均为Ua，则下列论述正确的是(　　)A．a、c两束光的光强相同 B．a、c两束光的频率相同C．b光束光子的能量最小 D．b光束的波长最长，遏止电压最大【答案】B【解析】由图可知，a的饱和电流最大，因此a光束照射时单位时间内产生的光电子数量大，光强大，故A错误；当光电流为零时，光电管两端加的电压为遏止电压，对应的光的频率为截止频率，根据eU＝hν－W，入射光的频率越高，对应的遏止电压U越大．a光、c光的遏止电压相等，所以a光、c光的频率相等，而b光的频率大，能量大，且对应的波长最小，故B正确，C、D错误．8．(多选)利用如图所示的电路研究光电效应，其中电极K由金属钾制成，已知钾的逸出功为2.25 eV．用某一频率的光照射电极K时，逸出的光电子的最大初动能为1.50 eV，电流表的示数为I．已知普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，下列说法正确的是(　　)A．金属钾的截止频率约为5.5×1014 HzB．若入射光频率加倍，光电子的最大初动能变为3.00 eVC．若入射光的强度不变、频率加倍，电流表的示数变为2ID．若入射光频率加倍，遏止电压的大小将变为5.25 V【答案】AD【解析】由W0＝hνc，解得金属钾的截止频率约为νc＝5.5×1014 Hz，选项A正确；若入射光的频率加倍，W0不变，由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，可知光电子的最大初动能并不加倍，选项B错误；若入射光的频率加倍、强度不变，则单位时间内入射光的光子数减半，即电极K表面逸出的光电子数量减半，电流表的示数变为，选项C错误；由Ek＝hν－W0知入射光的能量为hν＝3.75 eV，若入射光的频率加倍，则Ek′＝2hν－W0＝5.25 eV，而eUc＝Ek′，所以遏止电压Uc＝5.25 V，选项D正确．9．(多选)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，则微安表可能没有示数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】如果仅将紫光的光强减弱一些，则单位时间内逸出的光电子数减小，则微安表示数减小，故A错误；饱和光电流与入射光的强度有关，仅将滑动变阻器的触头向右滑动，不改变光的强度，则微安表的示数不一定增大；同理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，故B错误，C正确．将电路中电源的极性反接后，即加上反向电压，若光电子的动能足够大，电路中还有光电流，微安表仍可能有示数，故D正确．10．(多选)三束单色光1、2和3的波长分别为λ1、λ2和λ3(λ1>λ2>λ3)．分别用这三束光照射同一种金属．已知用光束2照射时，恰能产生光电子．下列说法正确的是(　　)A．用光束1照射时，不能产生光电子B．用光束3照射时，不能产生光电子C．用光束2照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多D．用光束2照射时，光越强，产生的光电子的最大初动能越大【答案】AC【解析】根据题述，用光束2照射时，恰能产生光电子，可知λ2为金属的截止波长，用光束1照射时，不能产生光电子，用光束3照射时，能产生光电子，选项A正确，B错误；用光束2照射时，光越强，说明照射的光子越多，单位时间内产生的光电子数目越多，选项C正确；根据爱因斯坦光电效应方程可知，用光束2照射时，光越强，产生的光电子的最大初动能不变，选项D错误．B组·能力提升11．光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流．表中给出了6次实验的结果．组次入射光子的能量/eV相对光强光电流大小/mA逸出光电子的最大动能/eV第一组14.0弱290.924.0中430.934.0强600.9第二组46.0弱272.956.0中402.966.0强552.9由表中数据得出的论断中不正确的是(　　)A．两组实验采用了不同频率的入射光B．两组实验所用的金属板材质不同C．若入射光子的能量为5.0 eV，逸出光电子的最大动能为1.9 eVD．若入射光子的能量为5.0 eV，入射光越强，光电流越大【答案】B【解析】由表格中数据可知，两组实验所用入射光光子的能量，由E＝hν可知，两组实验所用入射光的频率不同，即两组实验采用了不同频率的入射光，选项A正确；由爱因斯坦光电效应方程，Ek＝hν－W0，对第一组实验，0.9 eV＝4.0 eV－W01，对第二组实验，2.9 eV＝6.0 eV－W02，解得W01＝W02＝3.1 eV，两组实验所用金属材料的逸出功相同，说明两组实验所用的金属板材质相同，选项B错误；若入射光子的能量为5.0 eV，由爱因斯坦光电效应方程，Ek＝hν－W0，可得逸出光电子的最大动能为Ek＝hν－W0＝5.0 eV－3.1 eV＝1.9 eV，选项C正确；若入射光子的能量为5.0 eV，入射光越强，单位时间内产生的光电子就越多，光电流越大，选项 D正确．12．小明用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示．已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s．(1)图甲中电极A为光电管的____________(填“阴极”或“阳极”)．(2)测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc＝__________Hz，逸出功W＝__________J．(3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014 Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek＝__________J．【答案】(1)阳极　(2)5.15×1014　3.41×10－19　(3)1.23×10－19【解析】(1)光电管中光束直接照射的K极为光电管的阴极，所以电极A为光电管的阳极．(2)由Uc－ν图线可知，铷的截止频率νc＝5.15×1014 Hz，金属的逸出功W＝hνc＝6.63×10－34×5.15×1014 J＝3.41×10－19 J．(3)由光电效应方程Ek＝hν－W可得产生的光电子的最大初动能Ek＝6.63×10－34×7.00× 1014 J－3.41×10－19 J＝1.23×10－19 J．