第一节 光电效应-2024-2025学年高二下学期物理专项训练

第一节 光电效应 需要掌握的内容 1.光子能量。 光子是光的量子，属于电磁辐射，没有质量，能量与频率有关，光子能量，其中为普朗克常量。普朗克最先提出能量子的概念，后来爱因斯坦才提出光子。 2.光电效应现象与方程 当光照射到金属极板上，电子被撞击出来的现象叫光电效应，金属板由于丢失电子而带负电。爱因斯坦提出光电效应方程，其中为光电子的最大初动能，为被照射金属板的逸出功。，其中为截止频率又叫极限频率。 3.光电流与正向电压 光电流,其中n为光电子打到左侧板上的个数。图中的电源属于外接正向电压，对光电流有一定的促进作用，电压增大时，能让打板电子数变多，当打板数等于飞出数时，光电流达到饱和光电流。飞出数等于光子数，光照强度=n，此公式中的n为光子数。所以饱和光电流与光照强度有关。 4.反向电压与图像 当上图电压反向时，外界电压对光电流产生抑制作用。当打板数等于零时，电场力做的负功等于电子最大初动能，此时的电压为遏止电压Uc，有公式，其中e为电子电量。遏止电压Uc大小与光照频率有关。 光电流I与外接电压U的关系如下图 5康普顿效应 公式可以替换成，同时再根据公式可以得到。光的能量也可以写成就可以的到康普顿效应，光的动量，公式中又为物质波波长，德布罗意最开始提出物质波的概念。 经典习题 单选题1．如图所示，用波长为λ0的单色光照射某金属，调节变阻器，当电压表的示数为某值时，电流表的示数恰好减小为零；再用波长为的单色光重复上述实验，当电压表的示数增加到原来的3倍时，电流表的示数又恰好减小为零．已知普朗克常数为h，真空中光速为c．该金属的逸出功为（    ） A． B． C． D． 多选题2．如图所示为金属A和B的遏止电压Uc和入射光频率的关系图像，由图可知（   ） A．金属A的逸出功小于金属B的逸出功 B．金属A的截止频率大于金属B的截止频率 C．图线的斜率为普朗克常量 D．如果用频率为5.5×1014Hz的入射光照射两种金属，从金属A逸出的光电子的最大初动能较大 多选题3．如图所示是一颗人造地球卫星，它的主体表面上镀有一层铂（铂逸出功为5.32eV），两翼的太阳能电池板（面积为）在绕地球轨道运行时，始终保持正面垂直于太阳光的照射方向。若太阳光为波长550nm的单色光，照射到电池表面的太阳光被全部吸收且单位面积的接收功率为1.4kW，已知普朗克常量，1摩尔粒子约为个。下列正确的是（    ） A．每个光子的能量约为 B．到达电池表面太阳光的功率为4.2kW C．电池表面吸收1摩尔光子的时间约为51s D．太阳光照射到卫星主体上会有光电子从表面逸出 单选题4．如图甲是研究光电效应规律的实验装置图，用绿光照射阴极K，实验测得电流I与电势差满足图乙所示规律，电子的电荷量约为，下列说法正确的是（　　）    A．光电子的最大初动能为 B．每秒钟阴极逸出的光电子个数一定刚好等于个 C．滑动变阻器划片从图示位置向右滑动，电流计示数可能不变 D．如果改用紫光照射阴极K，饱和光电流一定变大 单选题5．在光电效应实验中，某金属的逸出功为，若用波长为的单色光做该实验，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。则其遏止电压为（　　） A．e B． C． D． 单选题6．如图甲所示，闭合开关，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极K，发现电流表读数不为零。调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60V时，电流表读数仍不为零，当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零。把电路改为图乙，当电压表读数为2V时，电子到达阳极时的最大动能为（　　） A．0.6eV B．1.9 eV C．2.6 eV D．4.5 eV 单选题7．用图1装置研究光电效应，分别用a光、b光、c光照射阴极K得到图2中a、b、c三条光电流I与A、K间的电压UAK的关系曲线，则下列说法正确的是（　　） A．开关S扳向1时测得的数据得到的是I轴左侧的图线 B．b光的光子能量大于a光的光子能量 C．用a光照射阴极K时阴极的逸出功大于用c光照射阴极K时阴极的逸出功 D．b光照射阴极K时逸出的光电子最大初动能小于a光照射阴极时逸出的光电子最大初动能 单选题8．图甲是“光电效应”实验电路图，图乙为某次“光电效应”实验中得到的同一光电管两端的遏止电压随入射光频率v变化的函数关系图像，下列判断正确的是（　　） A．入射光的频率v不同，遏止电压相同 B．入射光的频率v不同，光照强度不同，图像的斜率相同 C．只要光的光照强度相同，光电子的最大初动能就一定相同 D．图甲所示电路中，当电压表增大到一定数值时，电流计将达到饱和电流 多选题9．下图是研究光电效应的电路图，乙图是用a、b、c光照射光电管得到的I﹣U图线，Uc1、Uc2表示遏止电压，下列说法正确的是（　　） A．在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流一直会增加 B．a、c光的频率相等 C．光电子的能量只与入射光的强弱有关，而与入射光的频率无关 D．a光的波长大于b光的波长 多选题10．图1为研究某种金属光电效应的电路图，通过改变入射光的频率，得到图2中光电流与电压的两条关系图线B与C。图3中为半圆柱体玻璃的横截面，为直径，将图2中的B、C都沿方向从真空射入玻璃，形成两束折射光。下列说法正确的是（　　） A．B光线若增大光强，则图2中的位置向左移动 B．B光线沿着方向前进，C光线沿着方向前进 C．若有一D光线波长小于B光线，则D光线不一定能使该金属发生光电效应 D．光线在玻璃中传播的时间 单选题11．如图，在研究光电效应的实验中，保持P的位置不变，用单色光a照射阴极K，电流计G的指针不发生偏转；改用另一频率的单色光b照射K，电流计的指针发生偏转，那么(　　) A．增加a的强度一定能使电流计的指针发生偏转 B．用b照射时通过电流计的电流由d到c C．只增加b的强度一定能使通过电流计的电流增大 D．a的波长一定小于b的波长 多选题12．某实验小组用图甲所示电路研究a、b两种单色光的光电效应现象，通过实验得到光电流I与电压U的关系如图乙所示，由图可知（　　）          A．光电子的最大初动能 B．两种光的频率 C．两种光照射金属K时的逸出功不一样 D．若b光可以让处于基态的氢原子电离，则a光一定也可以 单选题13．利用金属晶格（大小约10-10m）作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子通过电场加速，然后让电子束照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样。已知电子质量为m、电量为e、初速度为零，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法中不正确的是  (    ) A．该实验说明电子具有波动性 B．实验中电子束的德布罗意波长为 C．加速电压U越大，电子的衍射现象越不明显 D．若用相同动能的质子代替电子，衍射现象将更加明显 多选题14．下列关于物质波的认识中正确的是（    ） A．任何一个物体都有一种波和它对应，这就是物质波 B．X光的衍射证实了物质波的假设是正确的 C．电子的衍射证实了物质波的假设是正确的 D．物质波是一种概率波 单选题15．关于近代物理学史和常识，下列说法正确的是（   ） A．普朗克通过对黑体辐射的研究，第一次提出了光子的概念 B．德布罗意把光的波粒二象性推广到实物粒子，认为实物粒子也具有波动性 C．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此光子散射后波长变短 D．卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析，证实了原子是可以再分的 16．普朗克常量，铝的逸出功，现用波长的光照射铝的表面（结果保留三位有效数字）。 (1)求光电子的最大初动能； (2)若射出的一个具有最大初动能的光电子正对一个原来静止的电子运动，求在此运动过 17．如图所示是测定光电效应产生的光电子比荷的简要实验原理图，两块平行板相距为d，其中N为金属板，受紫外线照射后，将发射沿不同方向运动的光电子，形成电流，从而引起电流计G的指针偏转，若调节R0逐渐增大极板间电压，可以发现电流逐渐减小，当电压表示数为U时，电流恰好为零．切断开关S，在MN间加垂直于纸面的匀强磁场，逐渐增大磁感应强度，也能使电流为零，当磁感应强度为B时，电流恰为零．试求光电子的比荷＝ 18．图甲为利用光电管研究光电效应的电路图，其中光电管阴极K的材料是钾，钾的逸出功为。图乙为实验中用某一频率的光照射光电管时，测量得到的光电管伏安特性曲线，当时，光电流刚好截止。已知。求 (1)本次实验入射光的频率是多少？ (2)当时，光电子到达阳极A的最大动能是多少？ 答案 1．C 【详解】根据光电效应方程： 及 当用波长为λ0的单色光照射，则有： 当用波长为的单色光照射时，则有： 联立上式，解得： ； 故ABD选项错误，C选项正确． 2．AD 【详解】B．根据爱因斯坦光电效应方程及动能定理可得 eUc=Ekm 即 当Uc=0时，对应的频率为截止频率，由图可知，金属A的截止频率小于金属B的截止频率，B错误； A．截止频率对应的光子能量等于金属的逸出功，金属的逸出功为 是截止频率．所以金属A的逸出功小于金属B的逸出功，A正确； C．由B解析中的表达式可知，图线斜率表示，C错误； D．根据爱因斯坦光电效应方程可知，由于A的逸出功较小，故从金属A逸出的光电子的最大初动能较大，D正确。 故选AD。 3．BC 【详解】A．每个光子的能量约为 选项A错误； B．照射到电池表面的太阳光被全部吸收且单位面积的接收功率为1.4kW，则到达电池表面太阳光的功率为3×1.4kW=4.2kW，选项B正确； C．电池表面吸收1摩尔光子的时间约为 选项C正确； D．铂逸出功为 W=5.32eV=8.5×10-19J 大于光子的能量，则不能发生光电效应，即太阳光照射到卫星主体上不会有光电子从表面逸出，选项D错误。 故选BC。 4．C 【详解】A．由图乙知，遏止电压为0.6V，根据动能定理，最大初动能为 故A错误； B．由图乙知，饱和电流为0.64μA，根据电流强度的定义式，1s内逸出的光电子的电荷量为 则逸出的光电子数约为 由于电子的电荷量约为，故计算出的逸出光电子数不一定刚好等于个，故B错误； C．由图甲可知，滑动变阻器滑片从图示位置向右滑动，光电管AK两极间电压增大，向左的场强增大，光电子受到向右的电场力增大，若未达到饱和光电流，则电流计示数会增大，若已达到饱和光电流，则电流计示数不会增大，故C正确； D．饱和光电流取决于单位时间内入射的光子数，改用紫光照射阴极后，若紫光的光照强度减弱，单位时间内光子数可能比绿光少，饱和光电流也可能减小，故D错误。 故选C。 5．D 【详解】由光电效应方程可得 由动能定理可得 联立可得 故ABC错误，D正确。 故选D。 6．C 【详解】给光电管加反向遏止电压0.6 V时，电流表读数恰好为零，则光电子的最大初动能恰好等于0.6 eV；当给光电管加正向电压2 V时，电子到达阳极的最大动能应等于最大初动能加电场力所做的功，即。 故选C 7．B 【详解】A．当光电流恰为零，此时光电管两端加的电压为截止电压，当开关S扳向1时，光电子在光电管是加速，则所加的电压是正向电压，因此测得的数据得到的并不是I轴左侧的图线，故A错误； B．根据 入射光的频率越高，对应的截止电压越大；由题目图可知，b光的截止电压大于a光的截止电压，所以b光的频率大于a光的频率，依据 可知，b光的光子能量大于a光的光子能量，B正确； C．同一阴极的逸出功总是相等，与入射光的能量大小无关，C错误； D．b光的截止电压大于a光的截止电压，根据 所以b光对应的光电子最大初动能大于a光的光电子最大初动能，D错误。 故选B。 8．B 【详解】A．逸出功与金属材料有关，与入射光的频率无关，由 可知，入射光的频率不同，电子的最大初动能不同，又 所以入射光的频率不同，遏止电压不同，A错误； B．由 可得 故图线的斜率为相同的常量，B正确； C．由爱因斯坦光电效应 可知在入射光频率不同的情况下，光电子的最大初动能不同，最大初动能与光照强度无关，C错误； D．必须使图甲所示电路中的电源正负极反接过来，才能用来验证光电流与电压的关系，即当电压表增大到一定数值时电流计将达到饱和电流，D错误。 故选B。 9．BD 【详解】在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流会先增加后不变，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，入射光的频率越高，对应的遏止电压UC越大．ac两光的遏止电压相等，且小于b的遏制电压，所以a、c两光的频率相等且小于b的频率，根据，可知a光的波长大于b光的波长，故BD正确；光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强度无关，故C错误． 10．BD 【详解】A．遏止电压与光的频率有关，与光强无关，增大光强，不发生变化，故A错误； B．由于遏止电压 由 可知 频率越高的光，相对同种介质的折射率越大 由可知B光线沿着方向前进，C光线沿着方向前进，故B正确； C．D光线波长小于B光线，则 则D一定能使该金属发生光电效应且光电子的最大初动能更大，故C错误； D．设玻璃半径为R，为真空中入射角，为光进入玻璃时的折射角，则光在玻璃中的传播路程 光在玻璃中的速度 折射率为 则 故D正确。 故选BD。 11．C 【详解】A．用单色光a照射阴极K，电流计g的指针不发生偏转,说明a的频率低于阴极k的截止频率，增加a的强度也无法使电流计的指针发生偏转，A错误； B．电子运动方向从d到c，电流方向从c到d，B错误； C．只增加b的强度可以使光电流强度增大，使通过电流计的电流增大，C正确； D．b能使阴极k发生光电效应，b的频率高于a的频率，b的波长一定小于a的波长，D错误； 12．AB 【详解】A．由题图可得b光照射光电管时反向截止电压大，其逸出的光电子最大初动能大，即 故A正确； B．由光电效应方程 由题图可得b光照射光电管时反向截止电压大，其频率大，即 故B正确； C．金属的逸出功由金属本身决定，与光的频率无关，故C错误； D．b光的频率大，光子能量大，若b光可以让处于基态的氢原子电离，则a光有可能让基态氢原子电离，并不是一定可以，故D错误。 故选AB。 13．D 【详解】A．该实验观察电子的衍射图样，衍射现象说明粒子的波动性，故A正确，不符合题意； B．电子束通过电场加速，由动能定理可 ， 联立解得 所以实验中电子束的德布罗意波的波长为 故B正确，不符合题意； C．由B可知：加速电压U越大，波长越小，则衍射现象越不明显，故C正确，不符合题意； D．若用相同动能的质子替代电子，质量变大，则粒子动量变大，故德布罗意波的波长变小，故衍射现象将不明显，故D错误，符合题意。 14．CD 【详解】A．运动的物体才具有波动性，故A错误； B．X光是波长极短的电磁波，它的衍射不能证实物质波的存在，故B错误； C．电子的衍射证实了物质波的假设是正确的，故C正确； D．物质波是概率波，粒子在空间中某点某时刻出现的几率符合一定的概率函数规律，故D正确。 故选CD。 15．B 【详解】A．普朗克通过对黑体辐射的研究，第一次提出了能量子的概念，故A错误； B．德布罗意把光的波粒二象性推广到实物粒子，认为实物粒子也具有波动性，称为物质波，故B正确； C．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此光子散射后能量减少，波长变长，故C错误； D．卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析，证实了原子的核式结构模型，故D错误。 故选B。 16．(1) (2)1.62×10-19J 【详解】(1)根据 (2)增加的电势能来自系统损失的动能，当两电子的速度相等时电势能最大，由动量守恒定律得 损失的动能 所以，电势能增加的最大值为J 17． 【详解】设光电子受紫外线照射后射出的速度为v．在MN间加电场，当电压表示数为U时，由动能定理得： 在MN间加垂直于纸面的匀强磁场，当磁感强度为B时，光电子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径为： 光电子在磁场中做匀速圆周运动的向心力由洛仑兹力提供，所以有： 由上述三式解得： 18．(1)；(2) 【详解】(1)由图像可知反向遏止电压为，根据爱因斯坦光电效应方程且 联立解得 (2)光电子由K运动到A过程，由动能定理有 解得 学科网（北京）股份有限公司 $$