专题37 光电效应.docx
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专题37光电效应
专题37光电效应
一、单项选择题
1．【2011·上海卷】用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措施是
A．改用频率更小的紫外线照射B．改用X射线照射
C．改用强度更大的原紫外线照射D．延长原紫外线的照射时间
【答案】B
【解析】每一种金属对应一个极限频率，低于极限频率的光，无论照射时间有多长，光的强度有多大，都不能使金属产生光电效应，只要照射光的频率大于或者等于极限频率，就能产生光电效应，因为X射线的频率高于紫外线的频率，所以改用X射线照射能发生光电效应，B正确
2．【2014·江苏卷】已知钙和钾的截止频率分别为7.73×1014Hz和5.44×1011Hz，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的
A．波长B．频率C．能量D．动量
【答案】A
3．【2013·上海卷】当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，这时
A．锌板带负电B．有正离子从锌板逸出
C．有电子从锌板逸出D．锌板会吸附空气中的正离子
【答案】C
【解析】光电效应发生的过程是锌板原子核外层电子在吸收光子后摆脱原子核的束缚逃离锌板，导致锌板带正电，选项AB错误，C正确；锌板失去电子后带正电，因同种电荷排斥，所以锌板不会吸引空气中的正离子，D错误。
4．【2013·天津卷】下列说法正确的是（ ）
A．原子核发生衰变时要遵守电荷守恒和质量守恒的规律
B．
射线、
射线、
射线都是高速运动的带电粒子流
C．氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子
D．发生光电效应时光电子的动能只与入射光的强度有关
【答案】C
5．【2012·上海卷】在光电效应实验中，用单色光照时某种金属表面，有光电子逸出，则光电子的最大初动
能取决于入射光的（）
A．频率B．强度C．照射时间D．光子数目
【答案】A
【解析】发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，由公式
知，
为逸出功不变，所以光电子的最大初动能取决于入射光的频率，A正确。
6．【2012·上海卷】根据爱因斯坦的“光子说”可知（）
A．“光子说”本质就是牛顿的“微粒说”
B．光的波长越大，光子的能量越小
C．一束单色光的能量可以连续变化
D．只有光子数很多时，光才具有粒子性
【答案】B
【解析】爱因斯坦的“光子说”认为光是一份一份的不连续的它并不否定光的波动性，而牛顿的“微粒说”而波动说是对立的，因此A不对；在爱因斯坦的“光子说”中光了的能量；
可知波长越长，光子的能量越小，因此C正确；某一单色光，波长恒定，光子的能量也是恒定的，因此C不对；大量光子表现为波动性，而少数光子才表现为粒子性，因此D不对。
7．【2014·上海卷】在光电效应的实验结果中，与光的波动理论不矛盾的是
A．光电效应是瞬时发生的B．所有金属都存在极限频率
C．光电流随着入射光增强而变大D．入射光频率越大，光电子最大初动能越大
【答案】C
【解析】按照光的波动理论，电子通过波动吸收能量，若波的能量不足以使得电子逸出，那么就需要多吸收一些，需要一个能量累积的过程，而不是瞬时的，选项A对波动理论矛盾。
根据波动理论，能量大小与波动的振幅有关，而与频率无关，即使光的能量不够大，只要金属表面的电子持续吸收经过一个能量累积过程，都可以发生光电效应，与选项B矛盾；光电子逸出后的最大初动能与入射光的能量有关，即与入射光的波动振幅有关，与频率无关，所以波动理论与选项D矛盾。
对于光电流大小，根据波动理论，入射光增强，能量增大，所以光电流增大，选项C与波动理论并不矛盾，选项C正确。
8．【2016·天津卷】如图是a、b两光分别经过同一双缝干涉装置后在屏上形成的干涉图样，则
A．在同种均匀介质中，a光的传播速度比b光的大
B．从同种介质射入真空发生全反射时a光临界角大
C．照射在同一金属板上发生光电效应时，a光的饱和电流大
D．若两光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量差大
【答案】D
9．【2011·福建卷】爱因斯坦因提出光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖。
某种金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率ν的关系如图所示，其中ν0为极限频率。
从图中可以确定的是
A．逸出功与ν有关B．Ekm与入射光强度成正比
C．当ν=ν0时会逸出光电子D．图中直线斜率与普朗克常量有关
【答案】D
10．【2015·上海·11】某光源发出的光由不同波长的光组成，不同波长的光的强度如图所示，表中给出了一些材料的极限波长，用该光源发出的光照射表中材料
A．仅钠能产生光电子B．仅钠、铜能产生光电子
C．仅铜、铂能产生光电子D．都能产生光电子
【答案】D
【解析】根据爱因斯坦光电效应方程可知，只有光源的波长小于某金属的极限波长，就有光电子逸出，该光源发出的光的波长有小于100nm，小于钠、铜、铂三个的极限波长，都能产生光电子，故D正确，A、B、C错误。
11．【2013·北京卷】以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子极短时间内能吸收到一个光子而从金属表面逸出。
强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子电效应，这已被实验证实。
光电效应实验装置示意如图。
用频率为v的普通光源照射阴极k，没有发生光电效应，换同样频率为v的强激光照射阴极k，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U，即将阴极k接电
源正极，阳极A接电源负极，在k、A之间就形成了使光电子减速的电场，逐渐增大U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是下列的（其中W为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电量）
A．U=
-
B．U=
-
C．U=2hv-WD．U=
-
【答案】B
【解析】根据题目信息，普通光源没法吸收一个光子而成为自由电子，但激光可以，因此知识点仍然适用。
即设电子吸收了n个，即
，当自由电子遇到截止电压，即
，代入则答案为
，n为正整数，即答案为B。
12.（2018·全国卷
·T17）用波长为300nm的光照射锌板,电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10-19J。
已知普朗克常量为6.63×10-34J·s,真空中的光速为3.00×108m·s-1。
能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为（ ）
A.1×1014Hz
B.8×1014Hz
C.2×1015Hz
D.8×1015Hz
【答案】B
【解析】根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0,当ν最小时hν0=W0,代入数值可得ν0≈8×1014Hz,选项B正确。
二、多项选择题
1．【2011·广东卷】光电效应实验中，下列表述正确的是
A．光照时间越长光电流越大B．入射光足够强就可以有光电流
C．遏止电压与入射光的频率有关D．入射光频率大于极限频率才能产生光电子
【答案】CD
2．【2015·全国新课标Ⅱ·35
（1）】实物粒子和光都具有波粒二象性，下列事实中突出体现波动性的是
A．电子束通过双缝实验后可以形成干涉图样
B．β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹
C．人们利慢中子衍射来研究晶体的结构
D．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构
E．光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关
【答案】ACD
3．【2015·江苏·12C
（1）】波粒二象性时微观世界的基本特征，以下说法正确的有
A．光电效应现象揭示了光的粒子性
B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性
C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释
D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波也相等
【答案】AB
【解析】光电效应说明光的粒子性，所以A正确；热中子在晶体上产生衍射图样，即运动的实物粒子具有波的特性，即说明中子具有波动性，所以B正确；黑体辐射的实验规律说明电磁辐射具有量子化，即黑体辐射是不连续的、一份一份的，所以黑体辐射用光的粒子性解释，即C错误；根据的德布罗意波长公式
，
，又质子的质量大于电子的质量，所以动能相等的质子和电子，质子的德布罗意波较短，所以D错误。
4．【2014·海南卷】在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面，都能产生光电效应。
对于这两个过程。
下列四个物理量中，一定不同的是__________
A．遏制电压B．饱和光电流C．光电子的最大初动能D．逸出功
【答案】ACD
【解析】不同的金属具有不同的逸出功，遏制电压为
，光电子的最大初动能为
，饱和光电流由单位时间内的入射光子数决定，综上可知ACD正确。
5．【2014·广东卷】在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是
A．增大入射光强度，光电流增大
B．减小入射光的强度，光电效应现象消失
C．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应
D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大
【答案】AD
6．【2014·天津卷】一束由两种频率不同的单色光组成的复色光从空气射入玻璃三棱镜后，出射光分成a、b两束，如图所示，则a、b两束光
A．垂直穿过同一块平板玻璃，a光所用的时间比b光长
B．从同种介质射入真空发生全反射时，a光临界角比b光的小
C．分别通过同一双缝干涉装置，b光形成的相邻条纹间距小
D．若照射同一金属都能发生光电效应，b光照射时逸出的光电子最大初动能大
【答案】AB
【解析】根据折射率
，由光路图可知，a光折射率更大一些，再由
，故可知在介质中a的速度更小一些，故穿过同一块平板玻璃所用时间要长些，所以选项A正确；又因为
，可知a光临界角要小些，所以选项B正确；折射率越大说明频率越大，波长越小，故b光波长大，干涉条纹间距要更宽些，所以选项C错误；由
可知，频率越大则光子能量越大，结合光电效应方程可知，照射同一种金属时，对应的光电子最大初动能大，故D错误。
7．【2011·上海卷】用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图（a）、（b）、（c）所示的图像，则
A．图像（a）表明光具有粒子性
B．图像（c）表明光具有波动性
C．用紫外光观察不到类似的图像
D．实验表明光是一种概率波
【答案】ABD
【解析】少数光子的行为表现为光的粒子性，A正确；大量光子的行为表现为光的波动性，B正确；出现亮条纹的地方是光子达到概率大的地方，出现暗条纹的地方是光子到达概率小的地方，光时概率波D正确；紫外光虽然不是可见光，但也能够产生光的干涉现象，C错误；
8．【2012·上海卷】产生光电效应时，关于逸出光电子的最大初动能Ek，下列说法正确的是
A．对于同种金属，Ek与照射光的强度无关
B．对于同种金属，Ek与照射光的波长成反比
C．对于同种金属，Ek与光照射的时间成正比
D．对于同种金属，Ek与照射光的频率成线性关系
E．对于不同种金属，若照射光频率不变，Ek与金属的逸出功成线性关系
【答案】ADE
9．【2017·新课标Ⅲ卷】在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。
h为普朗克常量。
下列说法正确的是
A．若νa>νb，则一定有UaB．若νa>νb，则一定有Eka>Ekb
C．若UaD．若νa>νb，则一定有hνa–Eka>hνb–Ekb
【答案】BC
三、非选择题
1．【2012·上海卷】
Co发生一次β衰变后变为Ni核，其衰变方程为______________；在该衰变过程中还发出频率为ν1、ν2的两个光子，其总能量为_____________________。
【答案】
Co（
Ni＋
e，
【解析】发生一次
衰变后，原来的原子核质量数不变，核电荷数增加1，故衰变方程：
，每个光子的能量为
，频率为
的两个光子的能量分别是
和
，其总能量为
．
2．【2016·江苏卷】已知光速为c，普朗克常数为h，则频率为ν的光子的动量为．用该频率的光垂直照射平面镜，光被镜面全部垂直反射回去，则光子在反射前后动量改变量的大小为．
【答案】
ν
【解析】根据光子的动量公式
，取入射的方向为正方向，则光子动量的变化量为
．
3．【2011·辽宁卷】在光电效应试验中，某金属的截止频率相应的波长为λ0，该金属的逸出功为______。
若用波长为λ（λ<λ0）单色光做实验，则其截止电压为______。
已知电子的电荷量，真空中的光速和布朗克常量分别为e，c和h。
【答案】
、
4．【2016·江苏卷】几种金属的溢出功W0见下表：
用一束可见光照射上述金属的表面，请通过计算说明哪些能发生光电效应．已知该可见光的波长范围为4.0×10-7~7.6×10-7m，普朗克常数h=6.63×10-34J·s．
【答案】纳、钾、铷
【解析】光子的能量E=
，取λ=4.0×10–7m，则E≈5.0×10–19J，根据E>W0判断，纳、钾、铷能发生
光电效应．
5．【2015·全国新课标Ⅰ】在某次光电效应实验中，得到的遏制电压
与入射光的频率
的关系如图所示，若该直线的斜率和截距分别为
和
，电子电荷量的绝对值为
，则普朗克常量可表示为，所用材料的逸出功可表示为。
【答案】
【解析】光电效应中，入射光子能量
，克服逸出功
后多余的能量转换为电子动能，反向遏制电压
；整理得
，斜率即
，所以普朗克常量
，截距为
，即
，所以逸出功
6．【2017·北京卷】2017年年初，我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100nm（1nm=10–9m）附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲。
大连光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。
一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎。
据此判断，能够电离一个分子的能量约为（取普朗克常量h=6.6×10–34J·s，真空光速c=3×108m/s）
A．10–21JB．10–18JC．10–15JD．10–12J
【答案】B
【解析】一个处于极紫外波段的光子的能量约为
，由题意可知，光子的能量应比电离一个分子的能量稍大，因此数量级应相同，故选B。
7．【2017·江苏卷】质子（
）和α粒子（
）被加速到相同动能时，质子的动量（选填“大于”、“小于”或“等于”）α粒子的动量，质子和α粒子的德布罗意波波长之比为．
【答案】小于2:
1
8.（2018·江苏高考·T12C
（2））光电效应实验中,用波长为λ0的单色光A照射某金属板时,刚好有光电子从金属表面逸出。
当波长为
的单色光B照射该金属板时,光电子的最大初动能为 ,A、B两种光子的动量之比为 。
（已知普朗克常量为h、光速为c）
【答案】
1∶2
【解析】逸出功W0=hνc=
根据爱因斯坦光电效应方程Ekm=hν-W0=
再由p=
可得
。
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