4.2光电效应 分层作业-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

4.2 光电效应 分层作业 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ A层 1．真空中有一平行板电容器，两极板分别由铂和钾（其极限频率分别为和）制成。现用频率为的单色光持续照射两板内表面，下列说法正确的是（　　） A．该单色光能使铂金属板发生光电效应 B．两极板之间的最大电压等于 C．减小极板间距，最终电容器上的电荷量会增加 D．增大入射光的波长，金属板逸出的光电子最大初动能会增大 2．广东江门中微子实验室使用的是我国自主研发的光电倍增管，利用光电效应捕捉中微子信息。光电倍增管阴极金属材料的逸出功为，普朗克常量为，下列说法正确的是（　　） A．该金属材料的截止频率为 B．若频率为的入射光能使该金属材料发生光电效应，则光电子的最大初动能为 C．若一定频率的入射光能使该金属材料发生光电效应，增加入射光的频率，则该金属材料也一定能发生光电效应 D．若一定频率的入射光不能使该金属材料发生光电效应，增加该光的入射强度，则可能使该金属材料发生光电效应 3．（多选）在光电效应的实验中，某同学发现使用较弱的红光照射某金属时不能发生光电效应，使用绿光照射该金属时能发生光电效应。下列操作中能使该金属发生光电效应的是（　） A．使用更强的红光照射 B．使用黄光照射 C．使用蓝光照射 D．使用紫外线照射 4．（多选）如图所示是研究光电效应的实验装置，用绿光照射阴极K时能发生光电效应。关于该实验，下列说法正确的是（　　） A．当滑片P与O点正对时，电压表示数为0，微安表示数不为0 B．当滑片P在O点左侧时，微安表示数一定为0 C．当滑片P从O点向右滑动的过程中，微安表示数一定一直增加 D．换用紫光照射阴极K也能发生光电效应 5．如图所示，一玻璃三棱柱截面为顶角的等腰三角形。一束波长的激光由空气垂直射入玻璃三棱柱，出射光相对于入射光的偏转角也为。出射光照射在逸出功的金属板上发生光电效应。已知普朗克常量，真空中光速。求： (1)此玻璃三棱柱对该激光的折射率；（结果可用根号表示） (2)金属板逸出光电子的最大初动能。（结果保留2位有效数字） 6．人眼对黄光的敏感度低于绿光，每秒需要约7个黄光光子射入瞳孔，眼睛才能有所察觉。这基于视觉阈值的光谱依赖性。现有一光源以功率P（未知）均匀地向各个方向发射波长为λ=580nm的黄光，假设瞳孔在暗处的直径为D=4mm，且不计空气对光的吸收。若已知人距离光源为200km，光速c=3×108m/s，普朗克常量为h=6.63×10−34J⋅s。求： (1)每秒射入瞳孔引起视觉所需的最低能量； (2)光源功率P至少为多少（保留两位有效数字）？ B层 7．如图甲为研究光电效应的实验电路，图乙横坐标为实验中AK间的电压电势高于K为正，纵坐标为入射光的频率，图乙中BC为平行于U轴的直线，CD是一条倾斜的直线，BCD沿轴向上的区域表示能产生光电流的区域。下列说法正确的是（　　） A．BC对应的为滑片P在Oa之间的数据 B．CD对应的为滑片P在Ob之间的数据 C．电压为一定值时，仅增大光照强度，光电流可能会增大 D．BC段光照强度为一定值时，增大电压，光电流一定增大 8．（多选）我国科学家成功研制出氟化硼酸铵（ABF）晶体，首次实现直接倍频真空紫外激光158.9纳米输出，该晶体具有多项刷新纪录的卓越属性。下列说法正确的是（　　） A．紫外激光从晶体射入空气中，波长增大 B．在同种介质中，紫外激光比红外线传播得更快 C．若红外线能使某金属发生光电效应，则紫外激光也一定能使该金属发生光电效应 D．用相同的双缝干涉实验装置完成干涉实验，紫外激光的相邻亮条纹间距比红外线的大 9．我国中微子探测实验利用光电管把光信号转换成电信号。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A，求回路的电流强度I。 C层 10．图甲为氢原子能级图，一群处于同一激发态的氢原子能发出10种频率的光，分别用这些频率的光照射图乙电路的阴极K，其中只有3种光能够发生光电效应，有一种恰能发生光电效应，电压U与光电流之间的关系如图丙所示。下列说法正确的是（　　） A．阴极K材料的逸出功为10.20eV B．当滑片向右端移动时，光电流I一直增大 C．当乙图中电压表示数为零时，电流表示数一定为零 D．用三束光做杨氏双缝干涉实验，a光条纹间距最小 11．（多选）如图所示为一种光电效应实验装置，其中A为内壁镀银的真空玻璃球，阴极金属球C被玻璃球A包围且比A小得多，连接C的导线与镀银层不相连，连接微安表的导线与镀银层相连。初始状态，滑动变阻器滑片P处于中间位置。闭合开关后，用功率为4.95×10-5W、频率为5×10¹⁴Hz的单色光穿过小窗W照射到C上时发生光电效应，打到镀银层上的光电子全部被吸收，电流表的示数为0.24μA。已知材料C的极限频率=4×10¹⁴Hz，电子的电量e=1.6×10-19C，普朗克常量为h=6.6×10-34J·s，下列说法正确的是（　　） A．滑片P向右移动，微安表示数逐渐增大 B．滑片P向左移动时，微安表示数保持不变 C．单位时间内，入射光的光子数为1.5×1012个 D．若电压表调到1.5V，单色光照射到C上时，镀银层上由于光电子的撞击引起的热功率P不可能大于4.6×10-7W 12．如图所示，真空中有一坐标系，在的空间中存在方向沿轴负方向，磁感应强度大小为的匀强磁场，在平面内紧靠轴放置一块荧光屏，荧光屏沿轴方向长度，沿轴方向宽度足够大，在处平行平面沿轴放置一根长度为、逸出功的金属细棒，现用频率的光从各方向照射金属棒，已知电子电荷量，质量，普朗克常量。求： （1）金属棒上逸出的光电子的最大初动能； （2）沿轴正方向逸出的光电子打中荧光屏时坐标最大值； （3）光电子从金属棒逸出至打到荧光屏的最短时间； （4）荧光屏上有光电子打到的区域面积。    试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案 题号 1 2 3 4 7 8 10 11 答案 C C CD AD C AC D BD 1．C 【详解】光电效应发生条件为入射光频率大于金属极限频率，光电子最大初动能满足 遏止电压满足 A．铂的极限频率，不满足光电效应发生条件，无法发生光电效应，故A错误； B．只有钾能发生光电效应，光电子最大初动能 稳定时极板间最大电压为遏止电压，推导得，故B错误； C．最终稳定时极板间电压等于固定的遏止电压；平行板电容器电容，减小极板间距，电容增大，由可知电容器带电量增加，故C正确； D．增大入射光波长，由可知入射光频率减小，光电子最大初动能减小，故D错误。 故选C。 2．C 【详解】根据光电效应方程，其中为光电子的最大初动能，为逸出功，为普朗克常量，为入射光频率。 A．截止频率满足，即 ，而选项给出，故A错误； B．光电子的最大初动能，但选项给出，故B错误； C．若入射光频率能使金属发生光电效应，则（截止频率），增加入射光频率，光子能量增大，仍满足，故一定能发生光电效应，故C正确； D．若入射光频率不能使金属发生光电效应，则，增加光强只增加光子数，但每个光子能量不变，仍小于逸出功，故不能发生光电效应，故D错误。 故选C。 3．CD 【详解】A．更强的红光频率不变，由题意知红光的频率小于该金属的截止频率，无法发生光电效应，故A错误； B．黄光频率介于红光和绿光之间，可能小于该金属的截止频率，不一定能发生光电效应，故B错误； C．蓝光频率，一定能发生光电效应，故C正确； D．紫外线频率，一定能发生光电效应，故D正确。 故选CD。 4．AD 【详解】A．由电路图可知，当滑片P与O点正对时，电压表示数为0，由于仍然有光电子从阴极K到阳极A，微安表示数不是0，故A正确； B．当滑片P在O点左侧时，光电管的电压是反向电压，只要反向电压小于遏止电压，微安表示数就不为0，故B错误； C．当滑片P从O点向右滑动时，光电管的电压是正向电压，随着电压增加电流也增加，当电流增加到饱和电流后，再移动滑片增加正向电压，电流不会再增加，故C错误； D．用绿光照射阴极K能发生光电效应，换用紫光照射阴极K，紫光的频率大于绿光的频率，阴极K同样能发生光电效应，故D正确。 故选AD。 5．(1) (2) 【详解】（1）在M点作出法线，光路图如图所示 根据折射定律得 由几何关系得， 解得 （2）由爱因斯坦光电效应方程得 又因为，    联立解得 6．(1)2.4×10−18J (2)9.6×10−2W 【详解】（1）每个光子的能量是 由于每秒需要约7个黄光光子射入瞳孔，眼睛才能有所察觉，则每秒射入瞳孔引起视觉所需的最低能量 解得 （2）若眼睛刚好在R=200km察觉到光源，接收到的能量至少为最小能量，结合上述有，其中 解得 7．C 【详解】AB．根据光电效应特点可知，BC段对应正向电压，即滑片P在Ob之间的数据，CD段对应滑片P在Oa之间的数据，故AB错误； C．电压为一定值时，若光电流没有达到饱和，增大光照强度，单位时间内产生的光电子增多，光电流可能会增大，故C正确； D．BC段光照强度为一定值时，增大电压，光电流可能增大，若已经达到饱和光电流，则增大电压，光电流不再增大，故D错误。 故选C。 8．AC 【详解】A．紫外激光从晶体射入空气中，频率保持不变，传播速度变大，根据可知，波长增大，故A正确； B．紫外激光的频率比红外线的频率大，同种介质对紫外激光的折射率比对红外线的折射率大，根据可知，在同种介质中，紫外激光比红外线传播得更慢，故B错误； C．紫外激光的频率比红外线的频率大，则紫外激光的光子能量大于红外线的光子能量，若红外线能使某金属发生光电效应，则紫外激光也一定能使该金属发生光电效应，故C正确； D．用相同的双缝干涉实验装置完成干涉实验，由于紫外激光的波长比红外线的波长小，根据可知，紫外激光的相邻亮条纹间距比红外线的小，故D错误。 故选AC。 9．(1) (2) 【详解】（1）根据光电效应方程，光电子离开K极的最大动能 光电子从K极到A极，由动能定理得 联立得 （2）时间内，激光器发光的总功 到达K极的光子总数 逸出的电子总数 回路的电流强度 联立解得 10．D 【详解】A．一群处于同一激发态的氢原子能发出10种频率的光，说明这群氢原子处于能级，只有3种光能发生光电效应，这3种光子能量分别为13.06eV、12.75eV、12.09eV，有一种恰好能发生光电效应，说明阴极K的逸出功为12.09eV，故A错误； B．当滑片向右端移动时，光电管两端的负向电压减小，光电流I会先增大，然后光电管两端为正向电压增大，光电流I会先增大，当达到饱和电流后，I不会再变化，故B错误； C．乙图中光电管所加电压为零时，电压表的示数为零，只要光的频率大于极限频率，仍然能发生光电效应，有光电子参与导电，电流表的示数就不为零，故C错误； D．由图丙可知，a光的遏止电压最大，由 可知a光的光子能量最大，频率最大，波长最小，根据双缝干涉条纹间距公式 可知a光条纹间距最小，故D正确。 故选D。 11．BD 【详解】AB．滑片P向右移动，光电管两端的正向电压减小，滑片P向左移动时，光电管两端的正向电压增大，由于微安表的导线与镀银层和电源正极连接，且光电子均可全部打到镀银层上，全部被吸收，故微安表示数不变，故A错误，B正确； C．题意知功率 其中，联立解得单位时间内，入射光的光子数个，故C错误； D．光电子逸出金属表面时的动能 根据能量守恒可知单个光子打在镀银层时的动能 单位时间内到达A的光电子数个 则热功率 可知镀银层上由于光电子的撞击引起的热功率P不可能大于4.6×10-7W，故D正确。 故选BD。 12．（1）16eV；（2）；（3）；（4） 【详解】（1）根据光电效应方程 （2）光电子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力 考虑初速度最大的电子 而 联合解得 粒子正好转过圆周后打在荧光屏上，故 （3）以最大速度出射，且打在金属棒正下方位置的电子飞行时间最短如图所示    半径 所对应的弦长 对应的圆心角 运动时间为 （4）两条临界轨迹如下图    最右侧点距离轴 最左侧点距离轴 荧光屏上有光电子打到的区域面积为 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $