6.1 光电效应及其解释——高二物理鲁科版（2019）选择性必修三同步课时作业
1.在光电效应实验中，用频率为的光照射光电管阴极，恰好发生了光电效应。普朗克常量为h，电子电荷量为e，下列说法正确的是( )
A.减弱入射光的强度，光电效应现象消失
B.换用频率为的光照射光电管阴极，光电子的最大初动能为
C.此光电管的逸出功为
D.换用频率为的光照射光电管阴极，遏止电压为
2.下列关于光电效应的叙述不正确的是( )
A.对任何一种金属都存在一个“极限频率”，入射光的频率必须大于等于这个频率，才能产生光电效应
B.光电流的大小与入射光的强度有关
C.用不可见光照射金属一定比可见光照射金属产生的光电子的最大初动能要大
D.光电效应几乎是瞬时发生的
3.探究光电效应实验规律时，发现用波长的光照射某金属，恰能产生光电效应，若其他实验条件不变，换用波长、光照强度为原来2倍的光照射到该金属表面，则( )
A.不产生光电效应，光电流为零 B.能产生光电效应，光电流变大
C.能产生光电效应，光电流变小 D.能产生光电效应，光电流不变
4.从1907年起，美国物理学家密立根开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量。他的目的是：测量金属的截止电压U与入射光的频率ν，由此算出普朗克常量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的正确性。如图所示为某金属的图像，已知电子的电荷量，则该金属的逸出功约为( )
A.1.7eV B.1.7J C.4.3eV D.4.3J
5.大量处在激发态n的氢原子向基态跃迁时能向外辐射三种不同波长的光子，三种光子的波长分别为，且有，波长为的光能使某种金属发生光电效应现象。则下列说法正确的是( )
A.
B.波长为的光一定能使该金属发生光电效应现象
C.
D.跃迁后的氢原子电势能不变
6.如图所示，某种材料制成太阳能电池的主体部分由P型半导体和N型半导体结合而成。当太阳光照射到该材料上时，材料吸收光子发生光电效应，自由电子向N型一侧移动，从而在两端形成电势差。已知该材料至少需要吸收波长为λ的绿光才能发生光电效应，普朗克常量为h，光速为c，则( )
A.N型半导体电势高于P型半导体
B.该材料的逸出功为
C.用光强相同的紫光和蓝光照射该材料，蓝光照射时，通过负载的电流较大
D.用光强更强的黄光照射该材料，只要照射时间足够长，也能产生光电效应
7.某同学用频率范围为的电磁波照射钨、钙、钠、钾、铷五种金属，下表给出了这五种金属的逸出功。已知普朗克常量为。下列说法正确的是( )
金属 钨 钙 钠 钾 铷
4.54 3.20 2.29 2.25 2.13
A.五种金属都能发生光电效应
B.只有三种金属能够发生光电效应
C.钨不能发生光电效应
D.逸出的光电子的最大初动能的最大值为3.32eV
8.光电效应是物理学中一个重要而神奇的现象。在高于某特定频率的电磁波的照射下，某些物质内部的电子会逸出而形成电流。如果用频率为ν的光照射某金属表面，逸出光电子的最大初动能为E；若改用频率为的另一种光照射该金属表面，逸出光电子的最大初动能为。已知普朗克常量为h，则为( )
A. B. C. D.
9.用如图甲所示的实验装置研究光电效应，电路中电源的正负极可以对调，用一定强度、频率为ν的激光照射阴极K时，得到的光电子遏止电压为，饱和电流为，如图乙所示。已知光电子的质量为m，所带的电荷量为，普朗克常量为h，下列说法正确的是( )
A.阴极K的逸出功为
B.阴极K单位时间内射出的光电子数为
C.光电子的最大初速度为
D.阴极K的截止频率为
10.图像可以直观地反映物理量之间的关系。如图甲所示的是光电管中光电流与电压关系图像，图乙是c、d两种金属遏止电压与入射光频率之间的关系图像，下列说法正确的是( )
A.甲图中，a光的波长大于b光的波长
B.甲图中，a光的波长可能等于b光的波长
C.乙图中，金属c的逸出功小于金属d的逸出功
D.乙图中，金属c的逸出功可能等于金属d的逸出功
11.如图为一研究光电效应的电路图，用一定频率的光照射阴极K，电流表G有示数，则下列判断正确的是( )
A.将滑片P向右移动，电流表的示数一定会越来越大
B.将滑片P移到最左端时，电流表的示数一定为零
C.将照射光强度减弱，光电子最大初动能不变
D.将照射光强度减弱，将不会发生光电效应
12.如图所示，平行板电容器由两块大的金属板A和B组成。用频率为v的光照射其中一块金属板A，金属板发射光电子，已知该金属的逸出功为，电子的电荷量为e，普朗克常量为h，下列说法正确的是( )
A.A板带负电，B板带正电 B.光电子的最大初动能为
C.两板间的最大电压为 D.金属板发射的所有光电子的动能都相等
13.如图所示，阴极K用极限波长的金属铯制成，用波长的绿色光照射阴极K，调整两极板间电压，当A极电势比阴极K高出2.5 V时，光电流达到饱和，电流表示数为0.64 μA.已知普朗克常量，电子电荷量.
（1）求每秒阴极K发射的光电子数和光电子逸出阴极K时的最大初动能；（结果保留两位有效数字）
（2）如果把照射到阴极K的绿光光照强度增大为原来的2倍，求每秒钟阴极K发射的光电子数和光电子逸出阴极K时的最大初动能。
14.人眼对绿光最为敏感，如果每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。现有一个光源以0.1 W的功率均匀地向各个方向发射波长为530 nm的绿光，眼睛最远在多大距离处能够看到这个光源？假设瞳孔在暗处的直径为4 mm，且不计空气对光的吸收。
15.不同金属的截止频率和逸出功都不同，下表是5种金属的截止频率和逸出功，根据表中的信息回答下列问题：
金属 钨 钙 钠 钾 铷
10.95 7.73 5.56 5.44 5.15
4.54 3.2 2.29 2.25 2.13
（1）用黄光（频率为）分别照在表中的5种金属上，有电子逸出的是哪些？并求出该金属逸出电子的最大初动能。
（2）如果把黄光改为红光（频率为），有电子逸出的是哪些？如果把黄光改为紫光（频率为），有电子逸出的又是哪些？
答案以及解析
1.答案：C
解析：
A.光电效应现象是否发生与光照强度无关，故A错误；
BC.用频率为的光照射光电管阴极，恰好发生了光电效应，逸出功
若换用频率为的光照射光电管阴极，则光电子的最大初动能
故B错误，故C正确；
D.由
解得
故D错误。
故选C。
2.答案：C
解析：A.根据产生光电效应的条件可知，对任何一种金属都存在一个“极限频率”，入射光的频率必须大于等于这个频率，才能产生光电效应，A不符合题意；B.入射光的强度影响单位时间内发出光电子的数目，即影响光电流的大小，B不符合题意；C.红外线属于不可见光，且红外线的频率比可见光的频率小，根据光电效应方程知，产生的光电子的最大初动能小，C符合题意；D.根据光电效应的特点可知，光电效应几乎是瞬时发生的，D不符合题意。故选C。
3.答案：B
解析：根据爱因斯坦光电效应方程，可得，因为入射光的波长变小，频率变大，入射光的能量变大，故能产生光电效应，又因为光照强度变为原来的2倍，所以光电流变大。故选B。
4.答案：A
解析：由光电效应方程
根据动能定理可得
可得
由图像可知当时，则
故选A。
5.答案：B
解析：A.根据
可知
故A错误；
B.根据
所以
光电效应的产生条件是入射光的频率大于金属的极限频率，当波长为的光能使某种金属发生光电效应现象，波长为的光一定能使该金属发生光电效应现象，故B正确；
C.由光子能量
根据跃迁规律可得
则
故C错误；
D.当氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时，半径减小，则氢原子的电势能减小，故D错误。
故选B。
6.答案：C
解析：A.自由电子向N型一侧移动，N型半导体聚集负电荷，电势更低，故A错误；B.发生光电效应时极限波长与逸出功需满足故B错误；D.光电效应是否发生与入射光的频率有关，与光强无关，黄光的频率比绿光小，故不能发生光电效应，故D错误；C.用光强相同的紫光和蓝光照射该材料，因为蓝光频率较小，光子能量较小，故单位时间内到达金属板的光子数目较多，产生的光电子较多，通过负载的电流较大，C正确。故选C。
7.答案：C
解析：ABC.由于所用电磁波的频率范围为，所以光子能量范围为当入射光的能量大于逸出功时，即可以发生光电效应，故AB错误，C正确；D.根据光电效应方程可得铷逸出的光电子的最大初动能有最大值，最大值为故D错误。故选C。
8.答案：D
解析：由光电效应方程可得，，解得，故D正确，ABC错误。故选D。
9.答案：B
解析：A.根据光电效应方程有，根据最大初动能与遏止电压的关系有，解得，故A错误；B.由于饱和电流为，根据电流的定义式有，阴极K单位时间内射出的光电子数为，解得，故B正确；C.光电子的最大动能为，结合上述解得，故C错误；D.令截止频率为，则有，解得，故D错误。故选B。
10.答案：C
解析：AB.由图可知，a光的截止电压大，根据逸出功表达式,可知a光频率大，a光波长短，故AB错误；CD.由光电效应方程可知,能量守恒有,有,当频率相等时，由于金属c截止电压大，所以c的逸出功小，故C正确，D错误。故选C。
11.答案：C
解析：A.将滑片P向右移动，即正向电压增大，若光电流达到饱和，则电流表的示数不变，故A错误；B.将滑片P移到最左端时，即不加电压，此时电流表的示数一定不为零，故B错误；C.将照射光强度减弱，光电子最大初动能不变，故C正确；D.若将照射光强度减弱，但频率不变，则仍然发生光电效应，故D错误。故选C。
12.答案：B
解析：A.用频率为的光照射金属板A，发生光电效应，有光电子逸出，A板失去电子带正电，故A错误；B.光子的能量为，由爱因斯坦光电效应方程可知，光电子的最大初动能为故B正确；C.A板不断有光电子逸出到达B板，两板间的电压不断变大，当具有最大初动能的光电子刚好不能到达B板时，A、B板间电压达到最大，由动能定理得解得故C错误；D.不是所有光电子都是以最大初动能逸出的，只有金属表面的光电子直接向外飞出时，才具有最大初动能，从内层发射的光电子，在逸出的过程中会损失更多的能量，则此时光电子的动能小于最大初动能，故D错误。故选B。
13.答案：（1）个；
（2）个；
解析：（1）光电流达到饱和时，阴极K发射的光电子全部到达阳极A，根据电流定义式可知，则阴极K每秒发射的光电子的个数为（个）（个）.
根据爱因斯坦光电效应方程有.
（2）如果照射光的频率不变，光照强度加倍，则阴极K每秒发射的光电子数加倍，即（个）.
光电子的最大初动能与照射光的光照强度无关，所以仍然是.
14.答案：见解析
解析：每个光子的能量
每秒射入瞳孔引起视觉所需的最低能量。
瞳孔的面积为，以光源为球心，以光源到眼的距离R为半径的球面积是。于是
整理得
代入数据得。
15.答案：（1）0.05eV（2）见解析
解析：（1）只有金属“铷”表面有电阻逸出
最大初动能
（2）如果把黄光改为红光（频率为），上述金属都不能产生光电效应，都没有电子逸出；如果把黄光改为紫光（频率为），钙、钠、钾、铷都能产生光电效应，即有电子逸出。
