高中物理选修3-5：《光电效应规律和光电效应方程》含解析

第三单元光电效应规律和光电效应方程(时间：90分钟，满分：100分)一、选择题(本题共12小题，每小题5分，共60分．在每小题给出的四个选项中，至少有一个选项正确．全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有错选或不答的得0分．) 1．下列关于光电效应实验结论的说法正确的是()A．对于某种金属，无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应B．对于某种金属，无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应C．对于某种金属，超过极限频率的入射光强度越大，所产生的光电子的最大初动能就越大D．对于某种金属，发生光电效应所产生的光电子，最大初动能与入射光的频率成正比2．在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是()A．增大入射光的强度，光电流增大B．减小入射光的强度，光电效应现象消失C．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大3．在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开了一个角度，如图所示，这时()A．锌板带正电，指针带负电B．锌板带正电，指针带正电C．锌板带负电，指针带正电D．锌板带负电，指针带负电4．关于光电效应有如下几种叙述，其中叙述正确的是()A．金属的逸出功与入射光的频率成正比B．饱和光电流与入射光强度有关C．用不可见光照射金属一定比可见光照射金属产生的光电子的最大初动能要大D．光电效应几乎是瞬时发生的5．硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能．若有N个频率为ν的光子打在光电池极板上，这些光子的总能量为(h为普朗克常量)()A ．h ν B.12Nh ν C ．Nh νD ．2Nh ν6．用绿光照射一光电管，产生了光电效应，欲使光电子从阴极逸出时的最大初动能增加，下列做法可取的是( )A ．改用红光照射B ．增大绿光的强度C ．增大光电管上的加速电压D ．改用紫光照射7．在光电效应实验中，用单色光照射某种金属表面，有光电子逸出，则光电子的最大初动能取决于入射光的( )A ．频率B ．强度C ．照射时间D ．光子数目8．在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面，都能发生光电效应现象．对于这两个过程，下列四个物理量中，一定不同的是( )A ．单位时间内逸出的光电子数B ．反向截止电压C ．饱和光电流D ．光电子的最大初动能9．研究光电效应的电路如图所示．用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A 吸收，在电路中形成光电流．下列光电流I 与A 、K 之间的电压U AK 的关系图象中，正确的是( )10．如图为光电管的工作原理图．当用绿光照射光电管阴极K 时，可以发生光电效应，电路中有光电流．则以下说法中正确的是( )A ．增大绿光照射强度，光电子最大初动能增大B ．增大绿光照射强度，电路中的光电流可能会增大C ．改用比绿光波长大的光照射光电管阴极K 时，电路中一定有光电流D ．改用比绿光频率大的光照射光电管阴极K 时，电路中一定有光电流11．用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能E k 随入射光频率ν变化的E k -ν图象，已知钨的逸出功是3.28 eV ，锌的逸出功是3.24 eV ，若将二者的图线画在同一个E k -ν坐标图中，用实线表示钨、虚线表示锌，则正确反映这一过程的图是( )12．如图为一光电管电路，滑动变阻器滑动触头P 位于AB 上某点，用光照射光电管阴极K ，电流表无偏转，要使电流表指针偏转，可采取的措施有( )A ．加大照射光强度B ．换用波长短的光照射C ．将P 向B 滑动D ．将电源正负极对调的演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位．)13．(8分)在光电效应实验中，某金属的截止频率相应的波长为λ0，该金属的逸出功为________．若用波长为λ(λ<λ0)的单色光做该实验，则其遏止电压为_________．已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e 、c 和h .14．(10分)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 ＝6.63×10－34J·s.(1)图甲中电极A 为光电管的________(填“阴极”或“阳极”)；(2)实验中测得铷的遏止电压U c 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 0＝________J ；(3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014Hz ，则产生的光电子的最大初动能E k ＝____J. 15．(10分)分别用波长为λ和34λ的单色光照射同一金属，发出的光电子的最大初动能之比为1∶2.以h 表示普朗克常量，c 表示真空中的光速，则此金属板的逸出功是多大？16.(12分)如图所示，一光电管的阴极用截止频率对应的波长λ＝5.0×10－7 m的钠制成．用波长λ＝3.0×10－7 m的紫外线照射阴极，光电管阳极A和阴极K之间的电势差U＝2.1 V，饱和光电流的值(当阴极K发射的电子全部到达阳极A时，电路中的电流达到最大值，称为饱和光电流)I＝0.56 μA.(h＝6.63×10－34 J·s)(1)求每秒钟内由K极发射的光电子数目；(2)求电子到达A极时的最大动能．参考答案与解析1．[33]【解析】选A.发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，与入射光的强度、光照时间无关，所以光的频率小于极限频率就不能产生光电效应，故A正确，B错误．根据光电效应方程E k＝hν－W0，可知入射光的频率大于极限频率时，频率越高，光电子的最大初动能越大，与入射光强度无关，故C错误．根据光电效应方程E k＝hν－W0，可知光电子的最大初动能与入射光的频率是一次函数关系，故D错误．2．[34]【解析】选AD.增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积的光电子数增加，则光电流将增大，故选项A正确；光电效应是否发生取决于照射光的频率，而与照射强度无关，故选项B错误；用频率为ν的光照射光电管阴极，发生光电效应，用频率较小的光照射时，若光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，选项C错误；根据hν－W0＝12m v2可知，增加照射光频率，光电子的最大初动能也增大，故选项D正确．3．[35]【解析】选B.弧光灯照射锌板发生光电效应，锌板上有电子逸出，锌板带正电，验电器指针也带正电，故B正确．4．[36]【解析】选BD.金属的逸出功取决于金属本身，故A错误；逸出的光电子数与入射光的强度有关，即饱和光电流与入射光的强度有关，故B正确；由光电效应方程E k ＝hν－W0可知，入射光的频率越大，光电子的最大初动能越大，红外线的频率小于可见光的频率，所以用红外线照射金属产生的光电子的最大初动能较小，C错误；光电效应几乎是瞬时发生的，D正确．5．[37] 【解析】选C.据光子说可知，光子能量与频率有关，一个光子能量为ε＝h ν(h 为普朗克常量)，N 个光子的能量为Nh ν，所以选项C 正确．6．[38] 【解析】选D.由爱因斯坦光电效应方程hν＝W 0＋12m v 2，在逸出功一定时，只有增大光的频率，才能增加最大初动能，与光的强度无关，D 对．7．[39] 【解析】选A.由爱因斯坦光电效应方程E k ＝h ν－W 0可知：E k 只与频率ν有关，故选项B 、C 、D 错误，选项A 正确．8．[40] 【解析】选BD.单位时间内逸出的光电子数以及饱和电流由光照强度决定，所以可能相同，故A 、C 错误；用同一种单色光照射，光电子的能量相同，不同金属的逸出功不同，根据光电效应方程E k ＝hν－W 0可得光电子的最大初动能一定不同，D 正确；再根据E k ＝eU c 知，反向截止电压一定不同，B 正确．9．[41] 【解析】选C.虽然入射光强度不同，但光的频率相同，所以遏止电压相同；又因当入射光强时，单位时间逸出的光电子多，饱和光电流大，所以选C.10．[42] 【解析】选BD.光电管的阴极K 涂有金属材料，与阴极相对应的是阳极A ，当光照射到阴极K 时，如果入射光的频率大于阴极材料的极限频率，就会发生光电效应现象．有光电子从阴极K 发出，由于A 、K 之间存在加速电场，光电子在电场的作用下由K 运动到A ，于是在回路中形成电流(光电流)．本题在绿光照射下已经产生了光电流，增大光照的强度，有可能影响光电流的大小，不能改变光电子出射时的最大初动能，所以A 错误，B 正确．换用其他频率或波长的光照射时，若其他光的频率比绿光的大，则肯定可以产生光电流，若用比绿光波长大的光照射，则可能出现两种情况，若此光的频率仍然大于这种阴极材料的极限频率，是可以产生光电流的，反之则无光电流产生，所以C 错误，D 正确．11．[43] 【解析】选B.依据光电效应方程E k ＝hν－W 0可知，E k -ν图线的斜率代表了普朗克常量h ，因此钨和锌的E k -ν图线应该平行．图线的横截距代表了极限频率ν0，而ν0＝W 0h，因此钨的ν0大些．综上所述，B 图正确． 12．[44] 【解析】选B.由题意可知，电流表没有偏转，说明没有发生光电效应，是因为入射光的频率低于阴极材料的极限频率，采用加大照射光强度、增大电压、对调电源正负极等措施是无用的，只有增大入射光的频率，即换用波长短的光，才可能发生光电效应，使电流表指针发生偏转，故B 正确，A 、C 、D 错误．13．[45] 【解析】设金属的截止频率为ν0，则该金属的逸出功W 0＝hν0＝h cλ0；对光电子，由动能定理得eU 0＝h c λ－W 0，解得U 0＝hc e ·λ0－λλλ0.【答案】hc λ0 hc e ·λ0－λλ0λ(写为hc e ·λ－λ0λ0λ也可)14．[46] 【解析】(1)在光电效应中，电子向A 极运动，故电极A 为光电管的阳极．(2)由题图可知，铷的截止频率νc 为 5.15×1014Hz ，逸出功W 0＝hνc ＝6.63×10－34×5.15×1014J ≈3.41×10－19J.(3)当入射光的频率为ν＝7.00×1014Hz 时，由E k ＝hν－hνc 得，光电子的最大初动能为E k ＝6.63×10－34×(7.00－5.15)×1014J ≈1.23×10－19J.【答案】(1)阳极 (2)5.15×1014 3.41×10－19(3)1.23×10－1915．[47] 【解析】设此金属的逸出功为W 0，根据光电效应方程得如下两式： 当用波长为λ的光照射时：E k1＝hcλ－W 0① 当用波长为34λ的光照射时：E k2＝4hc3λ－W 0② 又E k1E k2＝12③解①②③组成的方程组得：W 0＝2hc 3λ. 【答案】2hc3λ16．[48] 【解析】(1)设每秒内发射的电子数为n ，则n ＝I e ＝0.56×10－61.60×10－19个＝3.5×1012个． (2)由光电效应方程可知E k ＝hν－W 0＝h c λ－h cλ0＝hc ⎝⎛⎭⎫1λ－1λ0 在A 、K 间加电压U 时，电子到达阳极时的动能为E k ′，则E k ′＝E k ＋eU ＝hc ⎝⎛⎭⎫1λ－1λ0＋eU代入数值得E k ′＝6.01×10－19J.【答案】(1)3.5×1012个 (2)6.01×10－19J。