專題練習(xí)(五)　光電效應(yīng)方程、圖像及其應(yīng)用

專題練習(xí)(五)光電效應(yīng)方程、圖像及其應(yīng)用課后篇素養(yǎng)形成必備知識基礎(chǔ)練1.用氫原子發(fā)出的光照射某種金屬進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn),當(dāng)用頻率為ν1的光照射時(shí),遏止電壓的大小為U1,當(dāng)用頻率為ν2的光照射時(shí),遏止電壓的大小為U2。已知電子電荷量的大小為e,則下列表示普朗克常量和該種金屬的逸出功正確的是()A.h=e(U1-C.W0=eU1ν1-e答案D解析根據(jù)光電效應(yīng)方程eUc1=hν1-W0,eUc2=hν2-W0,解得h=e(U1-U2)ν1-ν2,W02.分別用波長為λ和34λ的單色光照射同一金屬,發(fā)出的光電子的最大初動能之比為1∶2,以h表示普朗克常量,c表示真空中的光速,則此金屬板的逸出功正確的是()A.5hc3λ B.2hc3λ答案B解析由光子的能量ε=hcλ和愛因斯坦光電效應(yīng)方程有Ek1=hcλ-W0,Ek2=4hc3λ-W0,又Ek1∶Ek2=1∶2,化簡即得逸出功W0=3.(多選)如圖是某金屬在光的照射下,光電子的最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖像。由圖像可知()A.該金屬的逸出功等于hνcB.從金屬表面逸出的光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比C.入射光的頻率為2νc時(shí),產(chǎn)生的光電子的最大初動能為ED.相同頻率的光照射到不同的金屬上,逸出功越大,出射的光電子最大初動能越小答案ACD解析根據(jù)Ek=hν-W0得,金屬的截止頻率等于νc,縱軸截距的絕對值等于金屬的逸出功,逸出功等于E,則E=W0=hνc,故A正確;根據(jù)Ek=hν-W0,可知從金屬表面逸出的光電子的最大初動能與入射光的頻率不是成正比關(guān)系,故B錯(cuò)誤;當(dāng)入射光的頻率為2νc時(shí),根據(jù)Ek'=2hνc-W0,而E=W0=hνc,故Ek'=hνc=E,故C正確;根據(jù)Ek=hν-W0,可知相同頻率的光照射到不同的金屬上,逸出功越大,出射的光電子最大初動能越小,故D正確。4.用不同頻率的紫外線分別照射鋅和鎢的表面而產(chǎn)生光電效應(yīng),可得到光電子最大初動能Ek隨入射光頻率ν變化的Ek-ν圖像,已知鋅的逸出功是3.24eV,鎢的逸出功是3.28eV,若將兩者的圖線畫在同一個(gè)Ek-ν坐標(biāo)系中,用實(shí)線表示鋅,虛線表示鎢,則正確反映這一過程的是如圖所示的()答案A解析根據(jù)光電效應(yīng)方程有Ek=hν-W0,其中W0為金屬的逸出功,則有W0=hνc。由此可知在Ek-ν圖像中,斜率表示普朗克常量h,橫軸截距大小表示該金屬截止頻率的大小。由題意可知,鋅的逸出功小于鎢的逸出功,因此由νc=W0h可知,鋅的截止頻率小于鎢的截止頻率,且斜率相同,故A正確,B、C、5.(多選)用甲、乙兩種單色光照射同一金屬做光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)光電流與電壓的關(guān)系如圖所示。已知普朗克常量為h,被照射金屬的逸出功為W0,遏止電壓為Uc,電子的電荷量為e。下列說法正確的是()A.甲光的強(qiáng)度大于乙光的強(qiáng)度B.甲光的頻率大于乙光的頻率C.甲光照射時(shí)產(chǎn)生的光電子初動能均為eUcD.乙光的頻率為W答案AD解析根據(jù)光的強(qiáng)度越強(qiáng),則光電子數(shù)目越多,對應(yīng)的光電流越大,即可判定甲光的強(qiáng)度較大,選項(xiàng)A正確;由光電效應(yīng)方程12mv2=hν-W0,12mv2=Uce,結(jié)合題圖可知,甲、乙的遏止電壓相同,故甲、乙的頻率相同,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;甲光照射時(shí)產(chǎn)生的光電子的最大初動能為eUc,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;根據(jù)12mv2=hν-W0=eUc,可得ν=eU6.在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,飛飛同學(xué)用同一光電管在不同實(shí)驗(yàn)條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線(甲光、乙光、丙光),如圖所示。則可判斷出()A.甲光的頻率大于乙光的頻率B.乙光的波長大于丙光的波長C.乙光對應(yīng)的截止頻率大于丙光對應(yīng)的截止頻率D.甲光對應(yīng)的光電子最大初動能大于丙光的光電子最大初動能答案B解析由題圖可知,丙光的飽和電流小于甲光和乙光的飽和電流,說明逸出的電子數(shù)目最少,即丙光的強(qiáng)度最小。由題圖可知丙光對應(yīng)的光電子的初動能最大,即丙光的頻率最高(波長最小),B項(xiàng)正確,D項(xiàng)錯(cuò)誤;甲光和乙光的頻率相同,A項(xiàng)錯(cuò)誤;由于是同一光電管,所以乙光、丙光對應(yīng)的截止頻率是一樣的,C項(xiàng)錯(cuò)誤。7.如圖所示是某次實(shí)驗(yàn)中得到的甲、乙兩種金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖像,兩金屬的逸出功分別為W甲、W乙,如果用頻率為ν1的光照射兩種金屬,光電子的最大初動能分別為E甲、E乙,則下列關(guān)系正確的是()A.W甲>W乙 B.W甲<W乙C.E甲>E乙 D.E甲=E乙答案A解析根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程得Ek=hν-W0=hν-hνc,又Ek=eUc,則eUc=hν-hνc,由Uc-ν圖線可知,當(dāng)Uc=0時(shí),ν=νc,金屬甲的截止頻率大于金屬乙的截止頻率,則金屬甲的逸出功大于乙的逸出功,即W甲>W乙,選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;如果用頻率為ν1的光照射兩種金屬,根據(jù)光電效應(yīng)方程,逸出功越大,則其光電子的最大初動能越小,因此E甲<E乙,選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。8.1916年,美國著名物理學(xué)家密立根,完全肯定了愛因斯坦的光電效應(yīng)方程,并且測出了當(dāng)時(shí)最精確的普朗克常量h的值,從而獲得1923年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。若用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置測量某金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν,作出如圖乙所示的Uc-ν圖像,電子電荷量e=1.6×10-19C,則下列說法正確的是()A.圖甲中電極A連接電源的正極B.普朗克常量約為6.64×10-34J·sC.該金屬的截止頻率為5.0×1014HzD.該金屬的逸出功約為6.61×10-19J答案C解析電子從K極出來,在電場力的作用下做減速運(yùn)動,所以電場線的方向向右,所以A極接電源負(fù)極,故A錯(cuò)誤;由愛因斯坦光電效應(yīng)方程得:Ek=hν-W0,電子在電場中做減速運(yùn)動,由動能定理可得:-eUc=0-Ek,解得Uc=hνe-W0e。由題圖可知,金屬的截止頻率νc=5.0×1014Hz,圖像的斜率k=he,結(jié)合數(shù)據(jù)解得:h=6.61×10-34J·s,故B錯(cuò)誤,C正確;金屬的逸出功W0=hνc=6.61×10-34×5.0×1014J=3.31×10-關(guān)鍵能力提升練9.以往我們認(rèn)識的光電效應(yīng)是單光子光電效應(yīng),即一個(gè)電子在極短時(shí)間內(nèi)只能吸收到一個(gè)光子而從金屬表面逸出。強(qiáng)激光的出現(xiàn)豐富了人們對于光電效應(yīng)的認(rèn)識,用強(qiáng)激光照射金屬,由于其光子密度極大,一個(gè)電子在極短時(shí)間內(nèi)吸收多個(gè)光子成為可能,從而形成多光子光電效應(yīng),這已被實(shí)驗(yàn)證實(shí)。光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置示意如圖。用頻率為ν的普通光源照射陰極K,沒有發(fā)生光電效應(yīng);換用同樣頻率ν的強(qiáng)激光照射陰極K,則發(fā)生了光電效應(yīng)。此時(shí),若加上反向電壓U,即將陰極K接電源正極,陽極A接電源負(fù)極,在K、A之間就形成了使光電子減速的電場。逐漸增大U,光電流會逐漸減小;當(dāng)光電流恰好減小到零時(shí),所加反向電壓U可能是下列的(其中W為逸出功,h為普朗克常量,e為電子電荷量)()A.U=hνe-WeC.U=2hν-W D.U=5答案B解析假設(shè)陰極K金屬中的電子吸收的光子個(gè)數(shù)為n(n為整數(shù)且n>1),則光電子的最大初動能Ek=nhν-W,又因?yàn)镋k=eU,解得U=nhνe-We,故B正確,A、10.(2020山東等級考模擬卷)如圖所示,有一束單色光入射到極限頻率為ν0的金屬板K上,具有最大初動能的某出射電子,沿垂直于平行板電容器極板的方向,從左側(cè)極板上的小孔入射到兩極板間的勻強(qiáng)電場后,到達(dá)右側(cè)極板時(shí)速度剛好為零。已知電容器的電容為C,帶電荷量為Q,極板間距為d,普朗克常量為h,電子電荷量的絕對值為e,不計(jì)電子的重力。關(guān)于電容器右側(cè)極板的帶電情況和入射光的頻率ν,以下判斷正確的是()A.帶正電,ν0+QeChB.帶正電,ν0+QeC.帶負(fù)電,ν0+QeChD.帶負(fù)電,ν0+Qe答案C解析電子在電容器里面減速運(yùn)動,所以受到向左的電場力的作用,所以場強(qiáng)方向向右,電容器右側(cè)的極板帶負(fù)電。一束單色光入射到極限頻率為ν0的金屬板K上,射出電子的最大初動能為Ek,則:hν-W0=Ek,hν0=W0,電子在電容器中減速運(yùn)動,由動能定理得:-eU=0-Ek,電容器兩極板間的電勢差為:U=QC,根據(jù)以上各式,解得:ν=ν0+QeCh,故選項(xiàng)C正確,選項(xiàng)A、B、11.采用如圖甲所示電路可研究光電效應(yīng)規(guī)律,現(xiàn)分別用a、b兩束單色光照射光電管,得到光電流I與光電管兩極間所加電壓U的關(guān)系圖像如圖乙所示。(1)照射陰極材料時(shí),(選填“a光”或“b光”)使其逸出的光電子的最大初動能大。

(2)若a光的光子能量為5eV,圖乙中Uc2=-3V,則光電管的陰極材料的逸出功為J。(e=1.6×10-19C)

答案(1)b光(2)3.2×10-19解析(1)由題圖乙知b光的遏止電壓大,由eUc=Ek知b光照射陰極材料時(shí)逸出的光電子的最大初動能大。(2)由光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0,可知光電管的陰極材料的逸出功為5eV-3eV=2eV=3.2×10-19J。12.利用圖甲所示電路研究光電效應(yīng)中金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系,描繪出如圖乙所示的圖像,由此算出普朗克常量h。圖乙中U1、ν1、ν0均為已知量,電子電荷量用e表示。當(dāng)入射光的頻率增大時(shí),為了測定遏止電壓,滑動變阻器的滑片P應(yīng)向(選填“M”或“N”)端移動,由Uc-ν圖像可求得普朗克常量h=。(用題中字母表示)

答案Ne解析入射光的頻率增大,光電子的最大初動能增大,則遏止電壓增大,測遏止電壓時(shí),應(yīng)使滑動變阻器的滑片P向N端移動;根據(jù)Ek=hν-W0=eUc,解得Uc=hνe-W0e,Uc-ν圖線的斜率k=h13.如圖甲所示是研究光電效應(yīng)規(guī)律的光電管,用波長為λ=0.50μm的綠光照射陰極K,實(shí)驗(yàn)測得流過G表的電流I與A、K之間的電勢差UAK滿足如圖乙所示規(guī)律,取h=6.63×10-34J·s,c=3×108m/s,結(jié)合圖像,求:(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(1)每