高效作业21 2 第1课时 光电效应-【精彩三年】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第三册课程探究与巩固教师用书配套课件PPT（人教版）

高效作业21 [2　第1课时　光电效应] [A级　新教材落实与巩固] 1．下列说法正确的是(　 　) A．平均速度、瞬时速度和加速度等描述运动所需的概念是伽利略首先建立的 B．牛顿在前人研究的基础上发现了万有引力定律，并“称”出了地球的质量 C．光电效应现象由爱因斯坦发现，并对其做出了正确的解释 D．光电效应揭示了光的粒子性，证明了光子除了具有能量之外还具有动量 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 A 【解析】 平均速度、瞬时速度和加速度等描述运动所需的概念是伽利略首先建立的，故A正确；牛顿在前人研究的基础上发现了万有引力定律，卡文迪什用实验的方法测量出引力常量，第一个“称”出了地球的质量，故B错误；光电效应现象由赫兹发现，爱因斯坦对其做出了正确的解释，故C错误；光电效应揭示了光的粒子性，但并未证明光子除了具有能量之外还具有动量，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 B 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 D 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 B 5．如图所示，用频率为ν1和ν2的甲、乙两种光分别照射同一光电管的阴极，对应的遏止电压分别为U1和U2。已知ν1<ν2，则下列说法正确的是(　 　) A．遏止电压U1>U2 B．用甲、乙两种光分别照射光电管阴极时， 阴极金属的截止频率不同 C．增加乙光的强度，遏止电压U2变大 D．将滑动变阻器滑片P移至最左端，电流表示数不为0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 D 【解析】 根据爱因斯坦的光电效应方程hν－W0＝Ek，设遏止电压为Uc，eUc＝Ek，则有eUc＝hν－hν0，结合ν1<ν2，可知遏止电压U1<U2，且与光照强度无关，故A、C错误；金属的截止频率由金属本身的性质决定，与照射光无关，故B错误；将滑动变阻器滑片P移至最左端，光电管两端电压为0，光电管的阴极能发生光电效应，电流表示数不为0，故D正确。 6．如图所示，当开关S断开时，用光子能量为3.1 eV的一束光照射阴极K，发现电流表示数不为0。闭合开关，调节滑动变阻器滑片，发现当电压表示数小于0.60 V时，电流表示数仍不为0；当电压表示数大于或等于0.60 V时，电流表示数为0。由此可知阴极材料的逸出功为(　 　) A．1.9 eV B．0.6 eV C．2.5 eV D．3.1 eV 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 C 【解析】 根据题意，当电压表示数大于或等于0.60 V时，即反向电压为0.6 V时，从金属出来的电子，在电场阻力作用下，不能到达阳极，则电流表示数为0，根据动能定理，则有光电子的最大初动能为Ek＝qU＝0.6 eV，根据爱因斯坦光电效应方程有W＝hν－Ek＝3.1 eV－0.6 eV＝2.5 eV，故A、B、D错误，C正确。 7．研究光电效应的电路图如图所示，对某金属用绿光照射时，电流表指针发生偏转。以下说法正确的是(　 　) A．将滑动变阻器滑片向右移动，电流表示数一定 增大 B．若改用紫光照射该金属，则电流表示数为0 C．将K极换成逸出功小的金属板，仍用相同的绿光照射时，电流表的示数一定增大 D．将电源的正负极调换，仍用相同的绿光照射时，将滑动变阻器滑片向右移动一些，电流表的示数可能不为0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 D 【解析】 将滑动变阻器滑片向右移动，正向电压虽然增大，但若已达到饱和电流，则电流表的示数可能不变，故A错误；若改用紫光照射该金属，因频率增加，导致光电子最大初动能增加，则电流表示数一定不为0，故B错误；将K极换成逸出功小的金属板，仍用相同的绿光照射时，则光电子的最大初动能增加，但单位时间内通过金属表面的光子数没有变化，因而单位时间内从金属表面逸出的光电子数也不变，饱和电流不会变化，则电流表的示数不一定增大，故C错误；将电源的正负极调换，仍用相同的绿光照射时，将滑动变阻器滑片向右移一些，若此时的电压仍小于遏止电压，则电流表示数可能不为0，故D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 A 9．(多选)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub，光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为普朗克常量。下列说法正确的是(　 　) A．若νa>νb，则一定有Ua<Ub B．若νa>νb，则一定有Eka>Ekb C．若Ua<Ub，则一定有Eka<Ekb D．若νa>νb，则一定有hνa－Eka>hνb－Ekb 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 BC 【解析】 由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，又由动能定理有Ek＝eU，当νa>νb时，Eka>Ekb，Ua>Ub，A错误，B正确；若Ua<Ub，则有Eka<Ekb，C正确；同种金属的逸出功不变，则W0＝hν－Ek不变，D错误。 10．(多选)研究光电效应的实验装置如图所示，某同学进行了如下操作：(1)用频率为ν1的光照射光电管，此时微安表中有电流；将滑动变阻器滑片P调至位置M(图中未画出)，使微安表示数恰好变为0，此时电压表示数为U1。(2)用频率为ν2的光照射光电管，将滑片P调至位置N(图中未画出)，使微安表示数恰好变为0，此时电压表的示数为U2。已知元电荷为e，ν1<ν2。关于该实验，下列说法正确的是(　 　) A．位置M比位置N更靠近b端 B．位置M、N与光强有关 AD 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 [B级　素养养成与评价] 11．如图甲所示，闭合开关，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极K，发现电流表示数不为0。调节滑动变阻器的滑片，发现当电压表示数小于0.60 V时，电流表示数仍不为0，当电压表示数大于或等于0.60 V时，电流表示数为0。把电路改为图乙所示，当电压表示数为1.5 V时，逸出功W0及电子到达阳极时的最大动能Ekm为(　 　) A．W0＝3.1 eV　Ekm＝4.5 eV B．W0＝1.9 eV　Ekm＝2.1 eV C．W0＝1.7 eV　Ekm＝1.9 eV D．W0＝1.5 eV　Ekm＝0.6 eV 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 B 【解析】 题图甲中所加的电压为反向电压，根据题意可知，遏止电压为0.60 V，根据Ek＝eUc可知，光电子的最大初动能为0.60 eV，根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，解得逸出功W0＝hν－Ek＝2.5 eV－0.60 eV＝1.9 eV；题图乙中所加的电压为正向电压，根据动能定理eUc＝Ekm－Ek，解得电子到达阳极的最大动能为Ekm＝eUc＋Ek＝1.5 eV＋0.6 eV＝2.1 eV，故B正确。 12．研究光电效应规律的电路如图所示，图中K 为阴极，A为阳极。现接通电源，用光子能量为 10.5 eV的光照射阴极K，电流计有示数。若将 滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动，电流计的 示数________(填“增大”“不变”或“减小”)。 当滑片滑至某一位置时电流计的示数恰好为0，读出此时电压表的示数为6.0 V，则光电管阴极材料的逸出功为__________eV。现保持滑片P位置不变，增大入射光的强度，电流计的示数________(填“为0”或“不为0”)。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 减小 4.5 为0 【解析】 光电管上加反向电压，若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动，反向电压增大，光电流减小，电流计的示数变小。当滑片滑至某一位置时电流计的示数恰好为0，读出此时电压表的示数为6.0 V，说明遏止电压为6 V，根据爱因斯坦光电效应方程得hν－W＝Ekm，根据动能定理得－eUc＝0－Ekm，故W＝hν－eUc，解得光电管阴极材料的逸出功为W＝4.5 eV。现保持滑片P位置不变，增大入射光的强度，光子数增加，光电子数也增加，但没有光电子到达阳极，所以电流计的示数为0。 13．我国中微子探测实验利用光电管把光信号转换为电信号。如图所示，A和K分别是光电管的阳极和阴极，加在A、K之间的电压为U。现用发光功率为P的激光器发出频率为ν的光全部照射在K上，回路中形成电流。已知阴极K材料的逸出功为W0，普朗克常量为h，电子电荷量为e。 (1)求光电子到达A时的最大动能Ekm。 (2)若每入射N个光子会产生1个光电子，所有的光 电子都能到达阳极A，求回路的电流I。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 感谢聆听，再见！ 2．硅光电池是一种将光辐射的能量转化为电能的新型电池。若有N个波长为λ0的光子打在光电池极板上，则这些光子的总能量为(h为普朗克常量，c为光速)(　 　) A．h　　 B．Nh　 C．Nhλ0　 D．2Nhλ0 【解析】 一个光子的能量ε＝hν＝h，则N个光子的总能量E＝Nh，B项正确。 3．某金属在一束单色光的照射下发生光电效应，光电子的最大初动能为Ek。已知该金属的逸出功为W0，普朗克常量为h。根据爱因斯坦的光电效应理论，该单色光的频率ν为(　 　) A． B． C． D． 【解析】 根据爱因斯坦的光电效应方程可知hν＝W0＋Ek，解得该单色光的频率为ν＝，故选D。 4．为了将SI单位中的7个基本单位全部建立在不变的自然常数基础上，第26届国际计量大会通过投票，自2019年5月20日起，千克由普朗克常量h及米和秒定义，即1 kg＝。由所学知识，可以推断出a、b的数值分别为(　 　) A．a＝2，b＝1 B．a＝2，b＝－1 C．a＝－2，b＝1 D．a＝－2，b＝－1 【解析】 由E＝hν，可知h＝，其中能量E的单位是焦耳，1 J＝1 kg·m/s2·m＝1 kg·m2/s2，频率的单位是赫兹，1 Hz＝1 s-1，可得a＝2，b＝－1，A、C、D错误，B正确。 8．某氦氖激光器发光的功率为P，发射频率为ν的单色光，真空中光速为c。下列说法正确的是(　 　) A．激光器每秒发射的光子数为 B．每个光子的能量为h C．该单色光在真空中的波长为 D．该单色光从空气进入水中后波长变长 【解析】 经时间t发出的光子能量为Pt＝Nhν，则激光器每秒发射的光子数为＝，故A正确；根据爱因斯坦的光子说可知，一个光子的能量为E0＝hν＝，故B错误；该单色光在真空中的波长为λ＝，故C错误；单色光从空气进入水中后，频率不变，而波速减小，由v＝λf知波长变短，故D错误。 C．可求得普朗克常量为 D．该光电管中金属的极限频率为 【解析】 根据电路图，结合逸出的电子受到电场阻力时，微安表示数才可能为0，可知K的电势应高于A的电势，即滑片P向a端滑动，才能实现微安表示数恰好变为0，根据爱因斯坦光电效应方程可得Ekm＝hν－W0＝eUc，因ν1<ν2，则U1<U2，即位置M对应的电压较小，位置M比位置N更靠近b端，故A正确；位置M、N对应的是遏止电压，与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，故B错误；根据爱因斯坦光电效应方程可知Ek1＝hν1－W0＝eU1，Ek2＝hν2－W0＝eU2，联立两式可得普朗克常量为h＝，故C错误；联立方程组可解得逸出功为W0＝，根据W0＝hν0，可解得该光电管中金属的极限频率为ν0＝＝，故D正确。 【答案】 (1)Ue＋hν－W0　(2) 【解析】 (1)根据爱因斯坦光电效应方程可知hν－W0＝Ek0， 逸出的电子在电场中加速向A运动，根据动能定理 Ue＝Ekm－Ek0， 联立解得Ekm＝Ue＋hν－W0。 (2)设每秒钟到达K的光子数量为n，则nhν＝P， 设每秒钟逸出光电子个数为a，则a＝， 回路的电流I＝＝ae， 联立解得I＝。 $$