第四章第二节 光电效应——高二物理人教版（2019）选择性必修第三册课后习题
【教材课后习题】
1.金属A在一束绿光照射下恰能发生光电效应，现用紫光或红光照射时，能否发生光电效应？紫光照射A、B两种金属都能发生光电效应时，为什么逸出金属表面的光电子的最大速度大小不同？
2.铝的逸出功是4.2 eV，现在将波长为200 nm的光照射铝的表面。
（1）求光电子的最大初动能。
（2）求遏止电压。
（3）求铝的截止频率。
3.根据图所示的电路，利用能够产生光电效应的两种（或多种）频率已知的光来进行实验，怎样测出普朗克常量？根据实验现象说明实验步骤和应该测量的物理量，写出根据本实验计算普朗克常量的关系式。
4.在日常生活中，我们不会注意到光是由光子构成的，这是因为普朗克常量很小，每个光子的能量很小，而我们观察到的光学现象中涉及大量的光子。如果白炽灯消耗的电功率有15%产生可见光，试估算60 W的白炽灯1 s内发出可见光光子数的数量级。已知可见光波长的大致范围是400~760 nm。
【定点变式训练】
5.某科技小组用如图所示的电路研究“光电效应”现象，现用频率为v的红光照射光电管，有光电子从K极逸出。下列说法正确的是( )
A.使用蓝光照射比红光照射需要克服的逸出功更大
B.仅增大入射光的强度，从K极逃逸出的电子的最大初动能可能增大
C.当滑动变阻器的滑片从左向右滑动时，电流表示数可能先增大后保持不变
D.将电源正负极反接后当滑动变阻器的滑片从左向右滑动时，电流表示数不变
6.如图甲所示，用三个光源发出的光照射光电管阴极K发生光电效应，测得电流随电压变化的图像如图乙所示，下列说法中正确的是( )
A.发出的光频率相同 B.发出的光光强相同
C.b发出的光的频率比c的小 D.随着电压的增大，电流一定增大
7.如图所示的光电管，合上开关，用光子能量为4.4eV的一束光照射阴极K，发现电流表示数不为零。调节滑动变阻器，发现当电压表示数小于1.80V时，电流表示数仍不为零，当电压表示数大于或等于1.80V时，电流表示数为零，由此可知阴极K的逸出功为( )
A.1.80eV B.2.60eV C.3.20eV D.5.00eV
8.我国科学家吴有训在上世纪20年代进行X射线散射研究，为康普顿效应的确立做出了重要贡献。研究X射线被较轻物质散射后光的成分发现，散射谱线中除了有波长与原波长相同的成分外，还有其他波长的成分，这种现象称为康普顿效应。如图所示，在真空中，入射波长为的光子与静止的电子发生弹性碰撞。碰后光子传播方向与入射方向夹角为37°，碰后电子运动方向与光子入射方向夹角为53°（，），下列说法正确的是( )
A.该效应说明光具有波动性
B.碰撞后光子的波长为
C.碰撞后电子的德布罗意波长为
D.碰撞后光子相对于电子的速度大于
9.下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是( )
A.有的光是波，有的光是粒子 B.光子与电子是同样的一种粒子
C.光的波长越长，其波动性越显著 D.康普顿效应表明光具有波动性
10.关于光电效应和康普顿效应的规律，下列说法正确的是( )
A.光电效应中，金属板向外发射的光电子又可以叫做光子
B.用光照射金属不能发生光电效应是因为该入射光的频率小于金属的截止频率
C.对于同种金属而言，遏止电压与入射光的频率无关
D.石墨对X射线散射时，部分X射线的散射光波长会变大，这个现象称为康普顿效应
E.康普顿效应说明光具有粒子性
答案以及解析
1.答案：见解析
解析：紫光光子频率大于绿光光子频率、紫光光子能量大于绿光光子能量，红光光子频率小于绿光光子频率，红光光子能量小于绿光光子能量。因此，用紫光照射时能发生光电效应，用红光照射时不能发生光电效应，由光电效应方程可知，A、B两种金属的截止频率不同，故用同种光照射时，逸出的光电子最大初动能不同，光电子的最大速度大小不同。
2.答案：（1）
（2）2.016 V
（3）
解析：（1）根据光电效应方程可求得
（2）由可得：
（3）由知。
3.答案：见解析
解析：实验步骤：
（1）将图中的电源正负极对调，移动滑动变阻器触头至最左边，用频率为的光照射，此时电流表中有电流。将滑动变阻器的滑动触头缓慢右滑，同时观察电流表，当示数为0时，停止滑动。记下电压表示数。
（2）用频率为的光照射，重复（1）的操作，记下电压表示数。
（3）应用公式计算h。
（4）多次测量取平均值。
计算普朗克常量的关系式：将图中的电源正负极对调，当入射光频率分别为、时，测出遏止电压，由爱因斯坦的光电效应方程可得
联立以上两式，解得，其中e为电子的电荷量。
测出就可以测出普朗克常量。
4.答案：个
解析：可见光的波长为400 nm~760 nm，按600 nm来计算光子的能量，则每个光子的能量：。
而60 W的灯泡每秒消耗的电能。
发出可见光的能量为
则1 s内发出的可见光的光子数个
数量级为个
5.答案：C
解析：A.逸出功由金属材料变身决定，金属一定，逸出功一定，可知，使用蓝光照射与红光照射需要克服的逸出功相等，故A错误；B.根据光电效应方程有可知，光电子的最大初动能由入射光的频率与逸出功共同决定，仅增大入射光的强度，从K极逃逸出的电子的最大初动能不变，故B错误；C.图中电压为加速电压，当滑动变阻器的滑片从左向右滑动时，加速电压逐渐增大。电流逐渐增大，当达到饱和电流后，电流保持不变，即电流表示数可能先增大后保持不变，故C正确；D.将电源正负极反接后，所加电压为减速电压，当滑动变阻器的滑片从左向右滑动时，电流先减小，当电压达到遏止电压后，电流为0，即电流表示数先减小后不变，故D错误。故选C。
6.答案：A
解析：A.根据可知，入射光的频率越高，对应的遏止电压越大，由图可知：a光、c光的遏止电压相等，所以发出的光频率相同，A正确；B.同种频率的光，光强越大，饱和电流越大，a光和c光的频率相同，a光对应的饱和电流大于c光对应的饱和电流，所以a光的光强大于c光的光强，B错误；C.由A项分析可知，b光的遏止电压大于c光的遏止电压，说明b发出的光的频率比c的大，C错误；D.随着电压的增大，电流达到饱和电流值后不再增大，D错误。故选A。
7.答案：B
解析：用光子能量为4.4eV的光照射时，设光电子的最大初动能为，阴极材料逸出功为，由光电效应方程，当反向电压达到以后，具有最大初动能的光电子也达不到阳极，因此，联立解得，故选B
8.答案：B
解析：A.该效应说明光具有粒子性，故A错误；
BC.根据题意，设碰撞之前光子的动量为P，碰撞之后光子的动量为，电子的动量为，由动量守恒定律有
解得
又有
则碰撞后光子的波长为
碰撞后电子的德布罗意波长为
故C错误，B正确；
D.光子的速度等于光速，按照爱因斯坦的光速不变原理即在任何参考系中光速都不变，可知光子相对于电子的速度等于，故D错误。
故选B。
9.答案：C
解析：A.一切光都具有波粒二象性，光的有些行为（如干涉、衍射）表现出波动性，光的有些行为（如光电效应、康普顿效应）表现出粒子性，所以不能说有的光是波，有的光是粒子，A错误；B.虽然光子与电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场的形式存在的物质，所以，不能说光子与电子是同样的一种粒子，B错误；C.光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，粒子性就越显著，C正确；D.康普顿效应表明光具有粒子性，D错误；故选C。
10.答案：BDE
解析：A.光电效应中，金属板向外发射的光电子是电子，不是光子，故A错误；
B.入射光的频率只有大于金属的截止频率才能发生光电效应，故B正确；
C.对于同种金属而言，入射光的频率越高，光电子最大初动能越大，遏止电压越大，故C错误；
D.石墨对X射线散射时，散射光中除了有原波长的X光外，还产生了波长的X光，其波长的增量随散射角的不同而变化，这种现象称为康普顿效应，故D正确；
E.康普顿效应说明光具有粒子性，故E正确。
故选BDE。
