4.2 光电效应 学科素养提升练（解析版） 一、选择题 1．如图所示，蓝光光盘（BD）可用以储存高品质的影音以及高容量的数据。它采用波长 约为 405nm 的蓝色激光进行读写操作，高密度数字视频光盘（DVD）则采用波长约为 650nm 的红色激光进行读写操作。若 BD 和 DVD 由相同材料制成，则（　　） A．蓝光在光盘里传播速度比红光大 B．蓝光光子的能量比红光光子能量小 C．蓝光比红光波长短，聚焦后焦点直径更小，因此 BD 容量更大 D．相同尺寸的空盘最大存储数据能力由写入方式决定，与采用蓝光还是红光写入无关 2．下列说法正确的是（　　） A．麦克斯韦预言了电磁波的存在，法拉第通过实验证实了电磁波存在 B．只有高温物体才能辐射出红外线，红外线具有热效应 C．黑体由于不反射任何电磁波，所以是黑色的 D．能量子与电磁波的频率成正比 3．用如图所示的装置研究光电效应现象。所用光子能量为 2.5eV 的光照射到光电管上时发 生了光电效应，电流表 G 的示数不为零；移动变阻器的触点 c，发现当电压表的示数大于 或等于 0.7V 时，电流表示数为 0，则下列说法错误的是（　　） A．光电管阴极的逸出功为 1.8eV B．电键 S 断开后，有电流流过电流表 G C．光电子的最大初动能为 0.7eV D．改用能量为 1.5eV 的光子照射，电流表 G 也有电流，但电流较小 4．某同学采用如图甲所示的装置研究光电效应现象，分别用 a、b、c 三束单色光照射图甲 中的光电管的阴极，得到光电管两端的电压与相应的光电流的关系如图乙所示，其中 a、c 两束光照射时对应的遏止电压相同，均为 Ua，则下列论述正确的是（　　） A．a、c 两束光的光强相同 B．a、c 两束光的频率相同 C．b 光束光子的能量最小 D．b 光束的波长最长，遏止电压最大 5．用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流与照射光的强弱、频率等物理量的关系.图 中 A、K 两极间的电压大小可调，电源的正负极也可以对调，分别用 a、b、c 三束单色光 照射，调节 A、K 间的电压 U，得到光电流 I 与电压 U 的关系如图乙所示，由图可知（ ） A．单色光 a 和 c 的频率相同，且 a 光更弱些，b 光频率最大 B．单色光 a 和 c 的频率相同，且 a 光更弱些，b 光频率最小 C．单色光 a 和 c 的频率相同，且 a 光更强些，b 光频率最大 D．单色光 a 和 c 的频率不同，且 a 光更强些，b 光频率最小 6．全飞秒激光是国际上最先进的角膜屈光手术模式之一，目前仅德国蔡司的“VisuMax”全 飞秒激光系统可以应用于“全飞秒”近视矫正手术中。经查阅资料得知，飞秒激光是一种波 长 1053nm 的激光，已知普朗克常数为 6.63 �10 34 J� s ，则下列说法正确的是（　　） A．飞秒激光的传播速度有可能超过 3×108m/s B．飞秒激光光子的能量是连续的 C．飞秒激光的频率为 1.053×106Hz D．飞秒激光的光子能量约为 1.2eV 7．金属板 M 在某种光照射下可以发射出最大速度为 v 的电子，电子从金属板 M 运动到金 属网 N 形成电流。已知图中两电池的供电电压都为 U，电子的电荷量为 e，质量为 m，当 单刀双掷开关 S 与 1 接通时，电流表的示数刚好为零（即电子恰好不能运动到金属网 N）。现单刀双掷开关 S 与 2 接通时，电子运动到金属网 N 时的最大速度为（　　） eU A． 2m B． eU m C． 2eU m D． 2 eU m 8．一束复色光从空气射入光导纤维后分成 a、b 两束单色光，光路如图所示。对于 a、b 两 束光（　　） A．在光导纤维中 a 光的传播速度小于 b 光的传播速度 B． a 光频率小，发生全反射的临界角小 C．对同一双缝干涉装置， a 光的干涉条纹间距比 b 光的干涉条纹间距小 D．若 a 光照射某金属能发生光电效应，则 b 光照射该金属也一定能发生光电效应 9．新冠病毒疫情防控工作中，体温枪在医院、车站、小区、学校等地方被广泛使用，成为 重要的防疫装备之一。某一种体温枪的工作原理是：任何物体温度高于绝对零度（－ 273℃）时都会向外发出红外线，红外线照射到体温枪的温度传感器，发生光电效应，将 光信号转化为电信号，从而显示出物体的温度。已知人的体温正常时能辐射波长为 10μm 的红外线，如图甲所示，用该红外光线照射光电管的阴极 K 时，电路中有光电流产生，光 电流随电压变化的图像如图乙所示，已知 h＝6.63×10－34 J•s，e＝1.6×10－19 C，则（　　） A．波长 10μm 的红外线在真空中的频率为 3×10 16 Hz B．将图甲中的电源正负极反接，将一定不会产生电信号 C．由图乙可知，该光电管的阴极金属逸出功为 0.1eV D．若人体温度升高，辐射红外线的强度增大，电子逸出最大初动能增加 v1 10．图甲为某种光电烟雾探测器的装置示意图，光源 S 发出频率为 的光束，当有烟雾进 入该探测器时，光束会被烟雾散射进入光电管 C，当光照射到光电管中的金属钠表面时会 产生光电子，进而在光电管中形成光电流，当光电流大于临界值时，便会触发报警系统报 警。用如图乙所示的电路（光电管 K 极是金属钠）研究光电效应规律，可得钠的遏止电压 Uc 与入射光频率 v 之间的关系如图丙所示，元电荷为 e。下列说法正确的是（　　）  U  U  0  1 c 2 2 c1 U c 2  U c1 A．由图丙知，金属钠的极限频率为 B．由图丙知，普朗克常量为 h e(U c1  U c 2 )  2  1 C．图乙中，a 端为负极 D．图甲中，光源 S 发出的光束越强，光电烟雾探测器的灵敏度越低 11．如图所示为研究光电效应的电路图，图中电表均为理想电表，当入射光频率为 0 ，调 整滑动变阻器使电压表的示数达到 U0 时，电流表示数减为 0；将入射光的频率增大为 3 0 ，需要将电压表的示数增大到 4U0 时，电流表的示数再次减为 0，已知电子的电荷量为 e， 则电路中阴极材料 K 的逸出功为（　　） A．4eU0 B．2eU0 C．eU0 D． eU 0 2 12．用如图所示的实验装置探究光电效应的规律，如果用频率为  的某种单色光照射某种 金属，发生光电效应，如果入射光的频率变为原来的 2 倍，遏止电压变为原来的 2.5 倍，则 该种金属的极限频率为（　　） 1  A． 4 1  C． 2 1  B． 3 D．  13．用图甲所示的实验装置研究光电效应现象，分别用 a、b、c 三束光照射光电管的阴极， 得到光电管两端的电压与相应的光电流的关系如图乙所示，其中 a、c 两束光照射时对应的 遏止电压相同，均为 Uc1，则下列论述正确的是（　　） A．a、c 两束光的光强相同，频率不同 B．b 光的波长最短 C．a 光照射时光电管发出的光电子的最大初动能最大 D．b 光束光子的动量最大 14．光电管是一种利用光照射金属产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能 形成光电流。表中给出了 6 次实验的结果。 组 第一组 次 入射光子的能 量/eV 相对光强 饱和光电流大 逸出光电子的 小/mA 最大动能/eV 1 4.0 弱 29 0.9 2 4.0 中 43 0.9 3 4.0 强 60 0.9 第二组 4 6.0 弱 27 2.9 5 6.0 中 40 2.9 6 6.0 强 55 2.9 下列根据表中数据得出的论断，其中正确的是（　　） A．两组实验采用了不同频率的入射光 B．两组实验所用的金属板材质不同 C．若入射光子的能量为 4.5eV，逸出光电子的最大动能为 1.5eV D．若入射光子的能量为 5.5eV，相对光强越强，饱和光电流越大 15．如图甲所示，阳极 A 和阴极 K 是密封在真空玻璃管中的两个电极，阴极 K 在受到某些 频率的光照时能够发射光电子，进而在电路中形成光电流。光电流的遏止电压 UC 与照射光 的频率 之间的关系图像如图乙所示，下列说法正确的是（　　） A．图线的斜率表示 e h 14 B．用频率为 3 �10 Hz 的光照射，阴极 K 能产生光电子 14 C．用频率为 5 �10 Hz 的光照射，即使光的强度很弱，阴极 K 也能产生光电子 ν D．设图线与横轴的交点坐标为 0 ，则该阴极 K 的逸出功为 h 0 二、解答题 16．激光器是一个特殊的光源，它发出的光便是激光，红宝石激光器发射的激光是不连续 的一道一道的闪光，每道闪光被称为一个光脉冲，现有一红宝石激光器，发射功率为 P  1.0 �106 W 1nm  1�109 m ，所发射的每个光脉冲持续的时间 t  1.0 �1011 s ，波长   793.4 nm （ ），则每列光脉冲的长度 L 是多少？其中含有的光子数是多少？ 17．图甲为研究光电效应现象的实验电路图。现用频率为 ν0 的光照射阴极 K，其光电流与 光电管两端电压的关系图线如图乙所示，遏止电压大小为 Uc，饱和光电流大小为 I0。已知 电子电量为 e，普朗克常量 h。求： （1）阴极 K 中逸出的光电子的最大初动能 Ekm； （2）阴极材料的逸出功 W0； （3）照射到阴极上的光的最小功率 P。 参考答案： 1．C 【解析】 AB．蓝光频率大，在光盘内传播速度小，光子能量大，A、B 错误； CD．蓝光波长短，聚焦后焦点直径更小，可以缩短轨距，记录单元——凹槽也更小，大大 增加储存容量，C 正确、D 错误。 故选 C。 2．D 【解析】 A．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波存在，A 错误； B．任何温度的物体都能辐射出红外线，物体温度越高，辐射出红外线越强，红外线具有 热效应，B 错误； C．黑体可以完全吸收入射的电磁波而不产生反射，同时自身可以有较强的辐射，即黑体 同时辐射和吸收电磁波，当黑体达到高温时所辐射的电磁波强度最大者是可见光、紫外线 时，黑体是明亮的，C 错误； D．由能量子公式  =h 可知，其中 是电磁波的频率，h 称为普朗克常量，所以能量子与 电磁波的频率成正比，D 正确。 故选 D。 3．D 【解析】 A．该装置所加的电压为反向电压，发现当电压表的示数大于或等于 0.7V 时，电流表示数 为 0，知道光电子点的最大初动能为 0.7eV，根据光电效应方程 EKm＝﹣ h W0 W0＝1.8eV 故 A、C 正确，但不符合题意； B．电键