课时梯级训练(29) 光电效应规律的综合应用（Word练习）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（教科版2019）

课时梯级训练(29)　光电效应规律的综合应用 1．硅光电池是一种直接把光能转换成电能的半导体器件，它的工作原理与光电效应类似：当光照射硅光电池，回路里就会产生电流。关于光电效应，下列说法正确的是(　　) A．任意频率的光照射到金属上，只要光照时间足够长就能产生光电流 B．只要吸收了光子能量，电子一定能从金属表面逸出 C．逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率有关 D．超过截止频率的入射光光强越强，所产生的光电子的最大初动能就越大 C　解析：当入射光的频率大于金属的截止频率时就会有光电子从金属中逸出，发生光电效应现象，并且不需要时间的积累，瞬间就可以发生，A、B错误；根据爱因斯坦的光电效应方程Ek＝hν－W0，对于同一种金属，可知光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的光强无关，C正确，D错误。 2．用甲、乙两种单色光分别照射锌板，都能发生光电效应。已知乙光的频率是甲光频率的2倍，用甲光照射锌板逸出的光电子的最大初动能为Ek，用乙光照射锌板逸出的光电子的最大初动能为3Ek，则锌板的逸出功为(　　) A．Ek B．Ek C．2Ek D．Ek A　解析：根据爱因斯坦光电效应方程有Ek＝hν－W0，3Ek＝2hν－W0，解得W0＝Ek，A正确。 3．铷原子失去电子非常容易，具有优良的光电特性，是制造光电池的重要材料。已知铷的逸出功为W0，普朗克常量为 h，则下列说法正确的是(　　) A.只要入射光光照强度足够大，任何频率的光均能使铷发生光电效应 B．铷的极限频率为 C．用某频率光照射铷发生光电效应，光照强度越弱，光电子从铷表面逸出所需时间越长 D．若用频率为ν的光照射铷发生光电效应，则逸出光电子动能均为 hν－ W0 B　解析：根据发生光电效应的条件可知，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，能否发生光电效应与入射光的强度无关，A错误；铷的极限频率为ν0＝，B正确；光的强弱影响的是单位时间内发出光电子的数目，不影响发射出光电子的时间间隔，C错误；若用频率为ν的光照射铷发生光电效应，则逸出光电子最大初动能为 hν－ W0，D错误。 4．微光夜视仪的核心部件是微光像增强器，它利用光电效应将输入的微弱光信号转换成电信号，工作光谱主要在可见光和红外线波段。若用蓝光和红外线照射同一微光夜视仪中光电管的阴极，下列说法正确的是(　　) A．红外线的频率比蓝光的频率大 B．用蓝光照射时产生光电子的最大初动能更大 C．用蓝光照射时产生的光电流一定更大 D．用红外线照射时产生的光电流一定更大 B　解析：蓝光的频率大于红外线的频率，A错误；蓝光的频率比红外线的大，根据Ek＝hν－W0，可知蓝光照射时产生光电子的最大初动能更大，B正确；光电流大小与入射光强度有关，蓝光和红外线的强度大小未知，无法比较，C、D错误。 5．如图甲所示，光子能量为2.8 eV的入射光照射在阴极K上，当电压表读数大于或等于1 V时，电流表读数为零。现把电路改为如图乙所示，入射光频率不变，调节滑动变阻器使电压表示数为3 V。电压表和电流表都是理想电表，则以下说法正确的是(　　) A．该阴极材料的逸出功等于2.8 eV B．从阴极射出的所有光电子的初动能都等于1 eV C．乙图中到达阳极A的电子的最大动能是4 eV D．换用频率更大的入射光，阴极材料的逸出功将变大 C　解析：由甲图知，加在光电管两端的电压为反向电压，当电压表读数大于或等于1 V时，电流表读数为零，则可得打出光电子的最大初动能Ekm＝eUc＝1 eV，根据爱因斯坦光电效应方程有2.8 eV＝W逸出功＋Ekm，可得该阴极材料的逸出功W逸出功＝1.8 eV，A错误；从阴极射出的所有光电子的最大初动能为1 eV，但并不是所有光电子的初动能都等于最大初动能，B错误；由乙图知，加在光电管两端的电压为正向电压，打出的所有光电子中，根据动能定理可得到达阳极A的电子的最大动能Ekm′满足eU＝Ekm′－Ekm，即Ekm′＝eU＋Ekm＝3 eV＋1 eV＝4 eV，C正确；阴极材料的逸出功只与材料本身有关，所以换用频率更大的入射光，该金属材料的逸出功保持不变，D错误。 6．(多选)(2023·河北唐山高二期末统考)如图所示，图甲为氢原子的能级图，大量处于n＝4激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光子，其中频率最高的光子照射到图乙电路中光电管阴极K上时，电路中电流随电压变化的图像如图丙所示。下列说法正确的是(　　) A．电子的最大初动能为7 eV，光电管阴极K金属材料的逸出功为5.75 eV B．电子的最大初动能为5.75 eV，光电管阴极K金属材料的逸出功为7 eV C．增加入射光的光照强度，丙图中光电流的最大值变大 D．增加入射光的光照强度，丙图中遏止电压值变大 AC　解析：从n＝4跃迁到基态时，放出光子的能量最大为hν＝E4－E1＝－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV，由图丙可知电子的最大初动能Ek＝7 eV，根据光电效应方程hν－W＝Ek，可知光电管阴极的逸出功W＝5.75 eV，A正确，B错误；增加入射光的光照强度，单位时间内逸出的光子数量增多，但光子的最大初动能不变，因此遏止电压值不变，光电流的最大值变大，C正确，D错误。 7．如图甲所示是研究光电效应饱和电流和遏止电压的实验电路，A、K为光电管的两极，调节滑动变阻器触头P可使光电管两极获得正向或反向电压。现用光子能量E＝11.2 eV的光持续照射光电管的极板K。移动滑动变阻器触头P，获得多组电压表、电流表读数，作出电流与电压关系的图线如图乙所示。求： (1)光电管K极材料的逸出功； (2)恰达到饱和电流3.1 μA时，到达A极板的光电子的最大动能。 答案：(1)5.4 eV　(2)8.0 eV 解析：(1)由题图乙可知，用光子能量E＝11.2 eV的光持续照射光电管的极板K时，遏止电压为Uc＝5.8 V，根据动能定理以及爱因斯坦光电效应方程可得 eUc＝Ekm＝E－W0 解得光电管K极材料的逸出功为 W0＝5.4 eV。 (2)由题图乙可知，恰达到饱和电流3.1 μA时，在A、K间有正向电压U＝2.2 V，电子在两极间加速，设到达A极板的光电子的最大动能为Ekm1，则由动能定理有 eU＝Ekm1－Ekm＝Ekm1－(E－W0) 解得Ekm1＝8.0 eV。 8．美国物理学家密立根用精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量，这项工作成了爱因斯坦方程式在很小误差范围内的直接实验证据。密立根的实验目的是：测量金属的遏止电压Uc与入射光频率ν，由此计算普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程式的正确性。如图乙所示，是根据某次实验作出的Uc－ν图像，电子的电荷量e＝1.6×10－19C。试根据图像和题目中的已知条件： (1)写出爱因斯坦光电效应方程； (2)求这种金属的截止频率νc； (3)用图像的斜率k，写出普朗克常量h的表达式，并根据图像中的数据求出普朗克常量h。 答案：(1)hν＝Ek＋W0　(2)4.27×1014 Hz　 (3)6.30×10－34 J·s 解析：(1)爱因斯坦光电效应方程 hν＝Ek＋Wc。 (2)根据hν＝Ek＋W0 Ek＝0时对应的频率为截止频率。由动能定理 －eUc＝0－Ek知Ek＝0时对应的遏止电压Uc＝0。由图读出Uc＝0时，这种金属的截止频率νc＝4.27×1014 Hz。 (3)由hν＝Ek＋W0 －eUc＝0－Ek 解得Uc＝－ 即斜率k＝ 代入数值计算得 h＝6.30×10－34 J·s。 学科网（北京）股份有限公司 $$