4.2 光电效应 同步练习
本试卷共4页，15小题，满分100分，考试用时75分钟。
一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
1. 中国拥有了“世界上首台分辨率最高的紫外（即）超分辨光刻装备”，对芯片制造领域技术突破作出重大贡献，光刻所用光的波长越短，分辨率越高。下列关于光的认识正确的是( )
A. 少量光子显示粒子性，大量光子只显示出光的波动性
B. 光的波长越长，光子的能量越大
C. 用某单色光照射金属能使其发生光电效应，产生的光电子的动能有大有小
D. 电子吸收光子的能量与原有热运动能量之和大于该金属的逸出功时就一定能成为光电子
2. 一个光子与一个静止的电子碰撞，光子并没有被吸收，只是被电子反弹回来．则( )
A. 电子仍然静止
B. 光子的动量变小
C. 光子的速率变小
D. 光子的频率变大
3. 下列说法正确的是（ ）
A. 康普顿在研究石墨中的电子对射线的散射时发现，有些散射光的波长比入射光的波长略长
B. 康普顿效应表明光子只具有能量，不具有动量
C. 光电效应揭示了光的粒子性，康普顿效应揭示了光的波动性
D. 光电效应实验中，遏止电压与入射光的光照强度有关
4. 年爱因斯坦提出光子假设，成功地解释了光电效应，因此获得年诺贝尔物理学奖。下列关于光电效应的描述正确的是( )
A. 只有入射光的波长大于金属的极限波长才能发生光电效应
B. 金属的逸出功与入射光的频率和强度无关
C. 用同种频率的光照射发生光电效应时，逸出的光电子的初动能都相同
D. 发生光电效应时，保持入射光的频率不变，减弱入射光的强度，从光照射到金属表面到发射出光电子的时间间隔将明显增加
5. 在利用光电管装置研究光电效应的实验中，使用某一频率的光照射光电管阴极时，有光电流产生。下列说法正确的是( )
A. 保持入射光的强度不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生
B. 保持入射光的强度不变，增大入射光的频率，饱和光电流一定变大
C. 保持入射光的频率不变，不断减小入射光的强度，遏止电压始终不变
D. 保持入射光的频率不变，增大入射光的强度，光电子的最大初动能一定变大
6. 在光电效应实验中，某同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线（甲光、乙光、丙光），如图所示．则可判断出( )
A. 甲光的频率大于乙光的频率
B. 乙光的频率小于丙光的频率
C. 乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率
D. 甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能
7. 在某次光电效应实验中，测得遏止电压与入射光频率之间的关系图线如图所示，已知光电子的电荷量为，则下列说法正确的是（ ）
A. 普朗克常量
B. 普朗克常量
C. 入射光的频率为时，产生的光电子的最大初动能为
D. 入射光的频率为时，产生的光电子的最大初动能为
二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。
8. 如图是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线（直线与横轴的交点坐标，与纵轴交点坐标）。由图( )
A. 该金属的截止频率为
B. 该金属的截止频率为
C. 该图线的斜率表示普朗克常量
D. 该金属的逸出功为
9. 四种金属的逸出功如表所示，下列说法正确的是( )
金属 钙 钠 钾 铷
A. 四种金属中，钙的截止频率最低
B. 逸出功就是使电子脱离金属所做功的最小值
C. 若某种光照射四种金属时均发生光电效应，则阴极金属为铷时对应的遏止电压最大
D. 若某种光照射钠时有光电子逸出，则增加入射光强度，从钠表面逸出的电子最大初动能变大
10. 如图甲为研究光电效应的实验装置，用频率为的单色光照射光电管的阴极，得到光电流与光电管两端电压的关系图线如图乙所示，已知电子电荷量的绝对值为，普朗克常量为，则( )
A. 测量遏止电压时开关应扳向“”
B. 只增大光照强度时，图乙中的值会增大
C. 只增大光照强度时，图乙中的值会减小
D. 阴极所用材料的极限频率为
三、实验题：本题共2小题，每空2分，共14分。
11. 光电效应实验中，用波长为的单色光照射某金属板时，刚好有光电子从金属表面逸出．当波长为的单色光照射该金属板时，光电子的最大初动能为________，、两种光子的动量之比为________已知普朗克常量为、光速为）
12. 如图甲所示是使用光电管的原理图，当频率为的可见光照射到阴极上时，电流表中有电流通过。
当变阻器的滑动端向______滑动时（填“左”或“右”），通过电流表的电流将会增大。
当电流表电流刚减小到零时，电压表的读数为，则阴极的逸出功为______（已知电子电荷量为，普朗克常量。
如果不改变入射光的强度，而增大入射光的频率，则光电子的最大初动能将______（填“变大”、“变小”或“不变”）。
用不同频率的光照射某金属产生光电效应，测量金属的遏止电压与入射光频率，得到图象如图乙所示，根据图象求出该金属的截止频率______，普朗克常量______（已知电子电荷量
四、计算题：本题共3小题，13题12分，14题14分，15题14分，共40分。
13. 当波长的紫外线照射到金属上时，逸出的光电子最大初动能。已知普朗克常量，光在真空中的传播速度。求：
紫外线的频率；
金属的逸出功。
14. 某光电管用金属钠作为阴极金属，已知金属钠的逸出功为，现用波长为的光照射金属钠表面，普朗克常量 ，真空中的光速，电子电荷量 ， ，求：
金属钠的截止频率
光电子的最大初动能
该光电管的遏止电压。（结果均保留两位有效数字）
15. 研究光电效应规律的实验装置如图所示，光电管的阴极材料为金属钾，其逸出功为，现用光子能量的紫外线照射光电管，调节变阻器滑片位置，使光电流刚好为零。则：
电压表的示数是多少
若紫外线的频率不变，照射光的强度增大一倍，阴极每秒内逸出的光电子数如何变化若紫外线的频率增大一倍，到达阳极的光电子动能为多少
若照射光的强度和紫外线的频率均不变，将电源的正负极对调，到达阳极的光电子动能为多少
答案解析
【答案】
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
8. 9. 10.
11. ；
12. 左；；变大；；
13. 解：根据波长与频率的关系：得：
，
光子的能量。
根据光电效应方程得，
金属的逸出功
代入数据得：。
14. 解：根据逸出功，
解得截止频率： ；
根据光电效应方程：
代入数据解得
光电子动能减小到时，反向电压即遏止电压，
根据动能定理：，
代入数据得：
15. 解：由光电效应方程
得光电子最大初动能
光电管两端加有反向电压，光电子由向做减速运动．
由动能定理：
因，则： ．
光强增大一倍，频率不变，则每秒入射的光子数增为原来的两倍，阴极每秒内逸出的光电子数也增为原来的两倍；
由光电效应方程得光电子的最大初动能：
电子由阴极向阳极做减速运动．由动能定理：，得 ．
若将电源的正负极对调，光电管上加有正向电压，光电子从阴极向阳极做加速运动，由动能定理：，
解得：．
【解析】
1. 【分析】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。
考查光的波粒二象性，理解公式的内容，知道光电效应现象的意义，掌握光电效应发生条件。
【解答】A.无论是少量光子还是大量光子，都同时具有粒子性和波动性，选项A错误；
B.由可知，波长越长，光子的能量越小，选项B错误；
C.在光电效应中，由于电子脱离金属所做的功不同，由可知，产生的光电子的动能就有所不同，选项C正确；
D.在光电效应中，电子吸收光子后从金属中逸出时，逸出功是电子脱离金属所做功的最小值，所以当电子吸收光子的能量与原有热运动能量之和大于该金属的逸出功时，不一定能成为光电子，选项D错误。故选C。
2. 【分析】光子与电子的碰撞过程系统动量守恒，系统能量也守恒；光子的能量与光子的频率成正比；
本题关键抓住动量守恒和能量守恒、爱因斯坦质能方程以及波速、波长、频率的关系进行分析求解。
【解答】A.根据动量守恒可知，光子被反弹则电子获得动量，运动起来，故A错误；
D.光子与电子碰撞后，电子能量增加，故光子能量减小，根据，光子的频率减小，故D错误；
C.光传播的介质不变，光速不变，故C错误；
B.又根据可知光的波长变长，代入可知光子的动量变小，故B正确；故选B。
3. 【分析】本题考查了康普顿效应、爱因斯坦光电效应方程、光电效应的实验规律；清楚康普顿效应表明光具有粒子性，光子不仅具有能量，还具有动量；掌握光电效应方程结合光电效应的实验即可解答。
【解答】A.康普顿在研究石墨中的电子对射线的散射时发现，有些散射光的波长比入射光的波长略长，故A正确；
B.康普顿效应表明光子不仅具有能量，还具有动量，故B错误；
C.光电效应和康普顿效应都揭示了光的粒子性，故C错误；
D.根据光电效应方程，知遏止电压与入射光的频率、逸出功有关，与入射光的光照强度无关，故D错误；故选A。
4. 【分析】正确解答本题要掌握：理解光电效应的产生条件，最大初动能与入射光频率、逸出功之间关系等。
本题考查了学生对光电效应的理解情况，要理解光电效应方程物理意义，并能正确应用光电效应方程解答有关问题。
【解答】A.当入射光的频率大于极限频率时发生光电效应现象，由于波长较长的光频率较低，故发生光电效应时，入射光的波长应小于极限波长，故A错误；
B.每种金属都存在一个极限频率，依据可知，金属的逸出功与入射光的频率和强度无关，故 B正确；
C.不同金属的逸出功不同，由光电效应方程可知，用同种频率的光照射不同金属时，逸出的光电子的最大初动能一般不同，即使照射同一金属，光电子的初动能不是最大初动能也不一定相同，故C错误；
D.发生光电效应时，保持入射光的频率不变，减弱入射光的强度，光电子数减小，但光电子的最大初动能不变，故从光照射到金属表面到发射出光电子的时间间隔不变化，故D错误。
故选B。
5. 【分析】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，饱和光电流与入射光的强度成正比，遏止电压与入射光的频率有关，根据光电效应方程知，光子频率越大，光电子的最大初动能越大。
【解答】A、保持入射光的强度不变，不断减少入射光的频率，当入射光的频率小于金属的极限频率时，不会有光电流产生，故A错误；
B、所以保持入射光的强度不变，增大射光的频率，单位时间内打到单位面积的光子数减小，则饱和光电流减小，故B错误；
C、因为遏止电压与入射光的频率有关，所以保持入射光的频率不变，不断减少入射光的强度，遏止电压始终不变，故C正确；
D、根据光电效应的规律，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，所以入射光的频率不变，光电子的最大初动能不变，，故D错误；
6. 【分析】光电管加正向电压情况：右移时，参与导电的光电子数增加；移到某一位置时，所有逸出的光电子都刚参与了导电，光电流恰达最大值；再右移时，光电流不能再增大；
光电管加反向电压情况：右移时，参与导电的光电子数减少；移到某一位置时，所有逸出的光电子都刚不参与了导电，光电流恰为零，此时光电管两端加的电压为截止电压，对应的光的频率为截止频率；再右移时，光电流始终为零．，入射光的频率越高，对应的截止电压越大；从图象中看出，丙光对应的截止电压最大，所以丙光的频率最高，丙光的波长最短，丙光对应的光电子最大初动能也最大。
该题考查光电效应的实验，解决本题的关键掌握截止电压、截止频率，以及理解光电效应方程。
【解答】A.根据，入射光的频率越高，对应的截止电压越大，甲光、乙光的截止电压相等，所以甲光、乙光的频率相等，故A错误；
B.丙光的截止电压大于乙光的截止电压，所以丙光的频率大于乙光的频率，则乙光的频率小于丙光的频率，故B正确；
C.同一金属，截止频率是相同的，故C错误；
D.丙光的截止电压大于甲光的截止电压，所以甲光对应的光电子最大初动能小于于丙光的光电子最大初动能，故D错误。故选B。
7. 【分析】根据光电效应方程，以及最大初动能与遏止电压的关系得出遏止电压与入射光频率的关系式，结合图线的斜率和截距分析判断。
解决本题的关键掌握光电效应方程，以及知道最大初动能与遏止电压的关系，对于图线问题，一般的解题思路是得出物理量之间的关系式，结合图线的斜率和截距进行求解。
【解答】根据光电效应方程可知，又因为，则有，其中代表逸出功，则图像的斜率，截距，解得普朗克常量，故AB错误；
入射光的频率为时，产生的光电子的最大初动能为，入射光的频率为时，产生的光电子的最大初动能为，故C错误，D正确。
故选D。
8. 【分析】本题主要考查爱因斯坦光电效应方程，会根据公式分析图象中截距和斜率各表示的物理量。
【解答】根据爱因斯坦光电效应方程可知，图线在横轴上的截距为截止频率，图线的斜率为普朗克常量，故AC正确，B错误；
D.金属的逸出功为：，D错误．故选：。
9. 【分析】本题考查逸出功的概念，掌握光电效应发生条件，及光电效应方程，注意逸出功与极限频率的关系。
逸出功是电子脱离金属所做的最小功；依据，即可判定极限频率的高低；根据光电效应发生条件，入射光的频率不小于极限频率；依据光电效应方程，即可正确求解。
【解答】A.依据，可知，四种金属中，铷的极限频率最小，故A错误；
B.由逸出功的定义可知，逸出功就是使电子脱离金属所做功的最小值，故B正确；
C.依据光电效应方程，若某种光照射四种金属时均发生光电效应，由于铷的逸出功最小，则铷逸出电子的最大初动能最大，则遏止电压也最大，故C正确；
D.光电效应方程，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，故D错误。
故选BC。
10. 【分析】根据动能定理有，结合爱因斯坦光电效应方程，分析，弄清饱和光电流与光强的关系。
【解答】A.开关应扳向，光电子在电场中减速运动，当到达另外一端时速度恰好减少为，这时电压被称为遏止电压，，选项A正确
B.根据动能定理有，结合爱因斯坦光电效应方程，可知的值只与光照频率有关，与光照强度无关，B错误；
C.只增大光照强度时，极发射电子数会增多，图乙中的值会增大，C错误；
D.根据动能定理有，结合爱因斯坦光电效应方程，联立解得，D正确。故选AD．
11. 由题意可知，，由爱因斯坦光电效应方程知，光电子的最大初动能；
由知，两种光子动量之比为．
12. 【分析】光电管两端所加的电压为反向电压，根据动能定理求出光电子的最大初动能，根据光电效应方程判断光电子最大初动能的变化。
根据光电效应方程得出最大初动能与入射光频率的关系，结合图线的斜率和截距进行分析。
解决本题的关键知道光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与光的强度无关，光的强度影响单位时间内发出光电子的数目；同时掌握光电效应方程，知道最大初动能与入射光频率的关系。
【解答】当变阻器的滑动端向左移动，反向电压减小，光电子到达右端的数目变多，则通过电流表的电流增大。
当电流表电流刚减小到零时，电压表的读数为，
根据动能定理得：，
得：。
根据光电效应方程知：，知入射光的频率变大，则光电子的最大初动能变大。
根据得：
横轴截距的绝对值等于金属的截止频率，为：。
通过图线的斜率求出可得：。
13. 根据波长与频率的关系即可求出频率；
根据求出光子的能量，根据光电效应方程求出金属的逸出功。
解决本题的关键掌握光电效应方程，知道光子能量与波长的关系。
解：根据波长与频率的关系：得：
，
光子的能量。
根据光电效应方程得，
金属的逸出功
代入数据得：。
14. 考查光电效应方程，及逸出功与截止频率关系式，掌握动能定理的内容，理解遏止电压的含义，注意单位的统一，及有效数字的保留．
解：根据逸出功，
解得截止频率： ；
根据光电效应方程：
代入数据解得
光电子动能减小到时，反向电压即遏止电压，
根据动能定理：，
代入数据得：
15. 解决本题的关键掌握光电效应方程，结合动能定理进行求解．
根据光电效应方程求出光电子的最大初动能，通过动能定理求出反向电压的大小，从而得出电压表的示数；
光电子数与光强成正比；根据光电效应方程，结合动能定理求出到达阳极的光电子动能；
将电源的正负极对调，光电管上加有正向电压，光电子从阴极向阳极做加速运动，根据动能定理求出到达阳极的光电子的动能。
解：由光电效应方程
得光电子最大初动能
光电管两端加有反向电压，光电子由向做减速运动．
由动能定理：
因，则： ．
光强增大一倍，频率不变，则每秒入射的光子数增为原来的两倍，阴极每秒内逸出的光电子数也增为原来的两倍；
由光电效应方程得光电子的最大初动能：
电子由阴极向阳极做减速运动．由动能定理：，得 ．
若将电源的正负极对调，光电管上加有正向电压，光电子从阴极向阳极做加速运动，由动能定理：，
解得：．
第1页，共1页
