人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊PAGEPAGE32光電效應第1課時光電效應考點一光電效應現象及實驗規律1.不帶電的鋅板和驗電器用導線相連．若用甲燈照射鋅板，驗電器的金屬箔片不張開；若用乙燈照射鋅板，驗電器的金屬箔片張開，如圖1所示，則與甲燈相比，乙燈發出的光()圖1A．頻率更高 B．波長更大C．光強更強 D．速度更大〖答案〗A〖解析〗由題圖可知，甲燈沒有使鋅板產生光電效應，但乙燈使鋅板發生了光電效應，故乙燈發出的光頻率更高，波長更短，光電效應發生與否與光強無關，同種介質中光的傳播速度相同，故A正確，B、C、D錯誤．2．(2021·吉林江城中學高二期中)某單色光照射某金屬時不能產生光電效應，則下述措施中，可能使該金屬產生光電效應的是()A．延長光照時間B．增大光的強度C．換用頻率較高的光照射D．換用波長較長的光照射〖答案〗C〖解析〗某單色光照射某金屬時不能產生光電效應，說明該單色光的頻率較低，光子能量較小；通過延長光照時間、增大光的強度，都不能產生光電效應；只有換用頻率較高(或者波長較短)的光照射，才有可能使該金屬產生光電效應．故選C.3．(2020·東北師大附中高二月考)下列關于光電效應現象的敘述中錯誤的是()A．光電效應是指照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出的現象B．光電效應存在截止頻率C．照射光光強太小時不可能發生光電效應D．光電效應幾乎是瞬時發生的〖答案〗C〖解析〗光電效應是指照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出的現象，選項A正確；光電效應存在截止頻率，當入射光的頻率大于等于截止頻率時才能發生光電效應，選項B正確；能否發生光電效應與入射光的強度無關，只與入射光的頻率有關，選項C錯誤；光電效應幾乎是瞬時發生的，不需要時間積累，選項D正確．4.利用光電管研究光電效應的實驗電路如圖2所示，用頻率為ν的可見光照射陰極K，電流表中有電流通過，則()圖2A．用紫外線照射，電流表不一定有電流通過B．用紅外線照射，電流表一定無電流通過C．用頻率為ν的可見光照射陰極K，當滑動變阻器的滑動觸頭P移到A端時，電流表中一定無電流通過D．用頻率為ν的可見光照射陰極K，當滑動變阻器的滑動觸頭P向B端滑動時，電流表示數可能不變〖答案〗D〖解析〗因紫外線的頻率比可見光的頻率高，所以用紫外線照射時，電流表中一定有電流通過，選項A錯誤；因不知陰極K的截止頻率，所以用紅外線照射時，也可能發生光電效應，可能有電流通過，選項B錯誤；即使UAK＝0，電流表中也可能有電流通過，選項C錯誤；當滑動觸頭P向B端滑動時，UAK增大，陽極A吸收光電子的能力增強，光電流會增大，當所有光電子都到達陽極A時，光電流達到最大，即飽和電流；若在滑動前，光電流已經達到飽和電流，那么即使增大UAK，光電流也不會增大，選項D正確．考點二愛因斯坦的光電效應理論5．2017年年初，我國研制的“大連光源”——極紫外自由電子激光裝置，發出了波長在100nm(1nm＝10－9m)附近連續可調的世界上最強的極紫外激光脈沖．“大連光源”因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技術、霧霾治理等領域的研究中發揮重要作用．一個處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個分子，但又不會把分子打碎．據此判斷，能夠電離一個分子的能量約為(取普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，真空中光速c＝3×108m/s)()A．10－21JB．10－18JC．10－15JD．10－12J〖答案〗B〖解析〗根據ε＝hν及c＝λν，得ε＝heq\f(c,λ)＝6.6×10－34×eq\f(3×108,100×10－9)J≈2×10－18J，故選項B正確．6．用波長為300nm的光照射鋅板，電子逸出鋅板表面的最大初動能為1.28×10－19J．已知普朗克常量為6.63×10－34J·s，真空中的光速為3.00×108m·s－1.能使鋅產生光電效應的單色光的最低頻率約為()A．1×1014Hz B．8×1014HzC．2×1015Hz D．8×1015Hz〖答案〗B〖解析〗設單色光的最低頻率為ν0，由Ek＝hν－W0知Ek＝hν1－W0,0＝hν0－W0，又知ν1＝eq\f(c,λ)整理得ν0＝eq\f(c,λ)－eq\f(Ek,h)，解得ν0≈8×1014Hz.7．(多選)三束單色光1、2和3的波長分別為λ1、λ2和λ3(λ1＞λ2＞λ3)．分別用這三束光照射同一種金屬．已知用光束2照射時，恰能產生光電子．下列說法正確的是()A．用光束1照射時，不能產生光電子B．用光束3照射時，不能產生光電子C．用光束2照射時，光越強，單位時間內產生的光電子數目越多D．用光束2照射時，光越強，產生的光電子的最大初動能越大〖答案〗AC〖解析〗依據波長與頻率的關系λ＝eq\f(c,ν)，λ1＞λ2＞λ3，那么ν1＜ν2＜ν3，由于用光束2照射時，恰能產生光電子，因此用光束1照射時，不能產生光電子，而用光束3照射時，一定能產生光電子，故A正確，B錯誤；用光束2照射時，光越強，單位時間內產生的光電子數目越多，而由光電效應方程Ek＝hν－W0可知，光電子的最大初動能與光的強弱無關，故C正確，D錯誤．8．(2021·北京師大附中高二期中)光電管是一種利用光照射產生電流的裝置，當入射光照在管中金屬板上時，可能形成光電流．表中給出了6次實驗的結果．組次入射光子的能量/eV相對光強光電流大小/mA逸出光電子的最大動能/eV第一組1234.04．04．0弱中強2943600.90．90．9第二組4566.06．06．0弱中強2740552.92．92．9由表中數據得出的論斷中不正確的是()A．兩組實驗采用了不同頻率的入射光B．兩組實驗所用的金屬板材質不同C．若入射光子的能量為5.0eV，逸出光電子的最大動能為1.9eVD．若入射光子的能量為5.0eV，相對光強越強，光電流越大〖答案〗B〖解析〗由于光子的能量E＝hν，又入射光子的能量不同，故入射光子的頻率不同，A項正確；由愛因斯坦光電效應方程可得hν＝W0＋Ek，可求出兩組實驗的逸出功均為3.1eV，故兩組實驗所用的金屬板材質相同，B項錯誤；由hν＝W0＋Ek，逸出功W0＝3.1eV可知，若入射光子能量為5.0eV，則逸出光電子的最大動能為1.9eV，C項正確；相對光強越強，單位時間內射出的光子數越多，單位時間內逸出的光電子數越多，形成的光電流越大，故D項正確．9.(多選)(2021·珠海市第二中學高二期中)用如圖3所示的實驗裝置研究光電效應現象．所用光子能量為2.75eV的光照射到光電管上時發生了光電效應，電流表G的示數不為零，移動滑動變阻器的滑動觸頭c，發現當電壓表的示數大于或等于1.7V時，電流表示數為零，則在該實驗中()圖3A．光電子的最大初動能為1.7eVB．光電管陰極的逸出功為1.05eVC．開關S斷開，電流表G示數為零D．當滑動觸頭向a端滑動時，電壓表示數增大〖答案〗ABD〖解析〗由題目可知，遏止電壓Uc＝1.7V，則光電子的最大初動能Ek＝eUc＝1.7eV，A正確；根據光電效應方程可知，逸出功W0＝ε－Ek＝1.05eV，B正確；斷開開關S，光電效應依然發生，有光電流，光電管、電流表、滑動變阻器構成閉合回路，電流表中電流不為零，C錯誤；根據分壓電路結構可知，當滑動觸頭向a端滑動時，反向電壓增大，電壓表示數增大，D正確．10．(多選)如圖所示，N為鎢板，M為金屬網，它們分別與電池的兩極相連，各電池的電動勢和極性如圖所示，已知鎢板的逸出功為4.5eV.現分別用不同的光照射鎢板(各光子的能量已在圖上標出)，則圖中有光電子到達金屬網的是()〖答案〗BC〖解析〗A中入射光的光子能量小于逸出功，則不能發生光電效應，故A錯誤．B中入射光的光子能量大于逸出功，能發生光電效應，電場對光電子加速，故有光電子到達金屬網，故B正確．C中入射光的光子能量大于逸出功，能發生光電效應，根據光電效應方程Ek＝hν－W0＝3.5eV，因為所加的電壓為反向電壓，大小為2V，根據動能定理，知光電子能到達金屬網，誤．11．(2020·浙江高三學業考試)如圖4所示，某種頻率的光照射金屬鋇使一些電子從鋇表面發射出來．為了測量這些電子的最大初動能，在鋇表面上方放置一帶電金屬板，調節金屬板電勢，使所有電子均不能到達金屬板(金屬板電勢低于鋇表面)．若鋇表面相對于金屬板的最小電勢差為3.02V，已知金屬鋇的逸出功為2.50eV，普朗克常量為6.63×10－34J·s，可見光的波長范圍為400～700nm，則()圖4A．電子的最大初動能為2.50eVB．照射光的頻率約為1.33×1015HzC．所有電子返回鋇表面時的動能都為3.02eVD．可見光照射金屬鋇一定不會發生光電效應〖答案〗B〖解析〗對逸出的電子，由動能定理可得eUc＝Ek，故電子的最大初動能為Ek＝3.02eV，故A錯誤；由光電效應方程Ek＝hν－W0，可得照射光的頻率為ν＝eq\f(Ek＋W0,h)≈1.33×1015Hz，故B正確；由于電子逸出時動能有大有小，故返回鋇表面的速度不一定相同，動能也不一定相同，最大動能為3.02eV，故C錯誤；鋇的截止頻率為νc＝eq\f(W0,h)≈6.03×1014Hz，由題中數據，可見光頻率的最大值為νm＝eq\f(c,λ)≈7.5×1014Hz＞νc，故有部分可見光可以使鋇發生光電效應，故D錯誤．12.如圖5所示是光電效應實驗部分示意圖．當用光子能量為hν＝3.1eV的光照射其金屬制成的極板K時，產生光電流．若K的電勢高于A的電勢，且電勢差為0.9V，此時光電流剛好截止．那么，當A的電勢高于K的電勢，且電勢差也為0.9V時，光電子到達A極時的最大動能是多大？此金屬的逸出功是多大？圖5〖答案〗1.8eV2.2eV〖解析〗設光電子逸出時最大初動能為Ek，到達A極的最大動能為Ek′當A、K間所加反向電壓為0.9V時，由動能定理有eU＝Ek得Ek＝0.9eV當A、K間所加正向電壓為0.9V時，由動能定理有eU′＝Ek′－Ek得Ek′＝1.8eV由光電效應方程有Ek＝hν－W0得W0＝2.2eV.13．(2020·山東北鎮中學高二月考)某學校科技活動小組設計了一個光電煙霧探測器(如圖6甲)，當有煙霧進入探測器時(如圖乙)，來自光源S的光會被煙霧散射進入光電管C，當光射到光電管中的鈉表面時會產生光電流，當光電流大于10－8A時，便會觸發報警系統報警．已知鈉的截止頻率為6.0×1014Hz，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3.0×108m/s，則下列說法正確的是()圖6A．要使該探測器正常工作，光源S發出的光波波長不能小于5.0×10－7mB．若光電管發生光電效應，那么光源的光變強時，并不能改變光電煙霧探測器的靈敏度C．光電管C中能發生光電效應是因為光發生了全反射現象D．當報警器報警時，鈉表面每秒釋放出的光電子最少數目是N＝6.25×1010個〖答案〗D〖解析〗根據光電效應方程有Ek＝hν－W0＝heq\f(c,λ)－hνc則光源S發出的光波最大波長λmax＝eq\f(c,νc)＝eq\f(3.0×108,6.0×1014)m＝5×10－7m＝0.5μm，即要使該探測器正常工作，光源S發出的光波波長不能大于0.5μm，選項A錯誤；光源S發出的光波能使光電管發生光電效應，那么光源越強，被煙霧散射進入光電管C的光越多，越容易探測到煙霧，即光電煙霧探測器靈敏度越高，選項B錯誤；光電管C中能發生光電效應是因為照射光電管的光束能量大于其逸出功而使其發射出電子，選項C錯誤；光電流等于10－8A時，每秒產生的光電子的個數N＝eq\f(It,e)＝eq\f(10－8×1,1.6×10－19)個＝6.25×1010個，選項D正確．2光電效應第1課時光電效應考點一光電效應現象及實驗規律1.不帶電的鋅板和驗電器用導線相連．若用甲燈照射鋅板，驗電器的金屬箔片不張開；若用乙燈照射鋅板，驗電器的金屬箔片張開，如圖1所示，則與甲燈相比，乙燈發出的光()圖1A．頻率更高 B．波長更大C．光強更強 D．速度更大〖答案〗A〖解析〗由題圖可知，甲燈沒有使鋅板產生光電效應，但乙燈使鋅板發生了光電效應，故乙燈發出的光頻率更高，波長更短，光電效應發生與否與光強無關，同種介質中光的傳播速度相同，故A正確，B、C、D錯誤．2．(2021·吉林江城中學高二期中)某單色光照射某金屬時不能產生光電效應，則下述措施中，可能使該金屬產生光電效應的是()A．延長光照時間B．增大光的強度C．換用頻率較高的光照射D．換用波長較長的光照射〖答案〗C〖解析〗某單色光照射某金屬時不能產生光電效應，說明該單色光的頻率較低，光子能量較小；通過延長光照時間、增大光的強度，都不能產生光電效應；只有換用頻率較高(或者波長較短)的光照射，才有可能使該金屬產生光電效應．故選C.3．(2020·東北師大附中高二月考)下列關于光電效應現象的敘述中錯誤的是()A．光電效應是指照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出的現象B．光電效應存在截止頻率C．照射光光強太小時不可能發生光電效應D．光電效應幾乎是瞬時發生的〖答案〗C〖解析〗光電效應是指照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出的現象，選項A正確；光電效應存在截止頻率，當入射光的頻率大于等于截止頻率時才能發生光電效應，選項B正確；能否發生光電效應與入射光的強度無關，只與入射光的頻率有關，選項C錯誤；光電效應幾乎是瞬時發生的，不需要時間積累，選項D正確．4.利用光電管研究光電效應的實驗電路如圖2所示，用頻率為ν的可見光照射陰極K，電流表中有電流通過，則()圖2A．用紫外線照射，電流表不一定有電流通過B．用紅外線照射，電流表一定無電流通過C．用頻率為ν的可見光照射陰極K，當滑動變阻器的滑動觸頭P移到A端時，電流表中一定無電流通過D．用頻率為ν的可見光照射陰極K，當滑動變阻器的滑動觸頭P向B端滑動時，電流表示數可能不變〖答案〗D〖解析〗因紫外線的頻率比可見光的頻率高，所以用紫外線照射時，電流表中一定有電流通過，選項A錯誤；因不知陰極K的截止頻率，所以用紅外線照射時，也可能發生光電效應，可能有電流通過，選項B錯誤；即使UAK＝0，電流表中也可能有電流通過，選項C錯誤；當滑動觸頭P向B端滑動時，UAK增大，陽極A吸收光電子的能力增強，光電流會增大，當所有光電子都到達陽極A時，光電流達到最大，即飽和電流；若在滑動前，光電流已經達到飽和電流，那么即使增大UAK，光電流也不會增大，選項D正確．考點二愛因斯坦的光電效應理論5．2017年年初，我國研制的“大連光源”——極紫外自由電子激光裝置，發出了波長在100nm(1nm＝10－9m)附近連續可調的世界上最強的極紫外激光脈沖．“大連光源”因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技術、霧霾治理等領域的研究中發揮重要作用．一個處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個分子，但又不會把分子打碎．據此判斷，能夠電離一個分子的能量約為(取普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，真空中光速c＝3×108m/s)()A．10－21JB．10－18JC．10－15JD．10－12J〖答案〗B〖解析〗根據ε＝hν及c＝λν，得ε＝heq\f(c,λ)＝6.6×10－34×eq\f(3×108,100×10－9)J≈2×10－18J，故選項B正確．6．用波長為300nm的光照射鋅板，電子逸出鋅板表面的最大初動能為1.28×10－19J．已知普朗克常量為6.63×10－34J·s，真空中的光速為3.00×108m·s－1.能使鋅產生光電效應的單色光的最低頻率約為()A．1×1014Hz B．8×1014HzC．2×1015Hz D．8×1015Hz〖答案〗B〖解析〗設單色光的最低頻率為ν0，由Ek＝hν－W0知Ek＝hν1－W0,0＝hν0－W0，又知ν1＝eq\f(c,λ)整理得ν0＝eq\f(c,λ)－eq\f(Ek,h)，解得ν0≈8×1014Hz.7．(多選)三束單色光1、2和3的波長分別為λ1、λ2和λ3(λ1＞λ2＞λ3)．分別用這三束光照射同一種金屬．已知用光束2照射時，恰能產生光電子．下列說法正確的是()A．用光束1照射時，不能產生光電子B．用光束3照射時，不能產生光電子C．用光束2照射時，光越強，單位時間內產生的光電子數目越多D．用光束2照射時，光越強，產生的光電子的最大初動能越大〖答案〗AC〖解析〗依據波長與頻率的關系λ＝eq\f(c,ν)，λ1＞λ2＞λ3，那么ν1＜ν2＜ν3，由于用光束2照射時，恰能產生光電子，因此用光束1照射時，不能產生光電子，而用光束3照射時，一定能產生光電子，故A正確，B錯誤；用光束2照射時，光越強，單位時間內產生的光電子數目越多，而由光電效應方程Ek＝hν－W0可知，光電子的最大初動能與光的強弱無關，故C正確，D錯誤．8．(2021·北京師大附中高二期中)光電管是一種利用光照射產生電流的裝置，當入射光照在管中金屬板上時，可能形成光電流．表中給出了6次實驗的結果．組次入射光子的能量/eV相對光強光電流大小/mA逸出光電子的最大動能/eV第一組1234.04．04．0弱中強2943600.90．90．9第二組4566.06．06．0弱中強2740552.92．92．9由表中數據得出的論斷中不正確的是()A．兩組實驗采用了不同頻率的入射光B．兩組實驗所用的金屬板材質不同C．若入射光子的能量為5.0eV，逸出光電子的最大動能為1.9eVD．若入射光子的能量為5.0eV，相對光強越強，光電流越大〖答案〗B〖解析〗由于光子的能量E＝hν，又入射光子的能量不同，故入射光子的頻率不同，A項正確；由愛因斯坦光電效應方程可得hν＝W0＋Ek，可求出兩組實驗的逸出功均為3.1eV，故兩組實驗所用的金屬板材質相同，B項錯誤；由hν＝W0＋Ek，逸出功W0＝3.1eV可知，若入射光子能量為5.0eV，則逸出光電子的最大動能為1.9eV，C項正確；相對光強越強，單位時間內射出的光子數越多，單位時間內逸出的光電子數越多，形成的光電流越大，故D項正確．9.(多選)(2021·珠海市第二中學高二期中)用如圖3所示的實驗裝置研究光電效應現象．所用光子能量為2.75eV的光照射到光電管上時發生了光電效應，電流表G的示數不為零，移動滑動變阻器的滑動觸頭c，發現當電壓表的示數大于或等于1.7V時，電流表示數為零，則在該實驗中()圖3A．光電子的最大初動能為1.7eVB．光電管陰極的逸出功為1.05eVC．開關S斷開，電流表G示數為零D．當滑動觸頭向a端滑動時，電壓表示數增大〖答案〗ABD〖解析〗由題目可知，遏止電壓Uc＝1.7V，則光電子的最大初動能Ek＝eUc＝1.7eV，A正確；根據光電效應方程可知，逸出功W0＝ε－Ek＝1.05eV，B正確；斷開開關S，光電效應依然發生，有光電流，光電管、電流表、滑動變阻器構成閉合回路，電流表中電流不為零，C錯誤；根據分壓電路結構可知，當滑動觸頭向a端滑動時，反向電壓增大，電壓表示數增大，D正確．10．(多選)如圖所示，N為鎢板，M為金屬網，它們分別與電池的兩極相連，各電池的電動勢和極性如圖所示，已知鎢板的逸出功為4.5eV.現分別用不同的光照射鎢板(各光子的能量已在圖上標出)，則圖中有光電子到達金屬網的是()〖答案〗BC〖解析〗A中入射光的光子能量小于逸出功，則不能發生光電效應，故A錯誤．B中入射光的光子能量大于逸出功，能發生光電效應，電場對光電子加速，故有光電子到達金屬網，故B正確．C中入射光的光子能量大于逸出功，能發生光電效應，根據光電效應方程Ek＝hν－W0＝3.5eV，因為所加的電壓為反向電壓，大小為2V，根據動能定理，知光電子能到達金屬網，誤．11．(2020·浙江高三學業考試)如圖4所示，某種頻率的光照射金屬鋇使一些電子從鋇表面發射出來．為了測量這些電子的最大初動能，在鋇表面上方放置一帶電金屬板，調節金屬板電勢，使所有電子均不能到達金屬板(金屬板電勢低于鋇表面)．若鋇表面相對于金屬板的最小電勢差為3.02V，已知金屬鋇的逸出功為2.50eV，普朗克常量為6.63×10－34J·s，可見光的波長范圍為400～700nm，則()圖4A．電子的最大初動能為2.50eVB．照射光的頻率約為1.33×1015HzC．所有電子返回鋇表面時的動能都為3.02eVD．可見光照射金屬鋇一定不會發生光電效應〖答案〗B〖解析〗對逸出的電子，由動能定理可得eUc＝Ek，故電子的最大初動能為Ek＝3.02eV，故A錯誤；由光電效應方程Ek＝hν－W0，可得照射光的頻率為ν＝eq\f(Ek＋W0,h)≈1.33×1015Hz，故B正確；由于電子逸出時動能有大有小，故返回鋇表面的速度不一定相同，動能也不一定相同，最大動能為3.02eV，故C錯誤；鋇的截止頻率為νc＝eq\f(W0,h)≈6.03×1014Hz，由題中數據，可見光頻率的最大值為νm＝eq\f(c,λ)≈7.5×1014Hz＞νc，故有部分可見光可以使鋇發生光電效應，故D錯誤．12.如圖5所示是光電