2011年-2019年高考物理真题分专题汇编之专题101.光电效应

第101节 光电效应

【2019年物理北京卷】光电管是一种利用光照射产生电流的装置，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。

由表中数据得出的论断中不正确的是 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5.0 eV ，逸出光电子的最大动能为1.9 eV

D. 若入射光子的能量为5.0 eV ，相对光强越强，光电流越大 【答案】B 【解析】

【详解】由爱因斯坦质能方程0k E h W ν=-比较两次实验时的逸出功和光电流与光强的关系解题 由题表格中数据可知，两组实验所用的入射光的能量不同，由公式E h ν=可知，两组实验中所用的入射光的频率不同，故A 正确；

由爱因斯坦质能方程0k E h W ν=-可得：第一组实验：100.9 4.0W =-，第二组实验：

022.9 6.0W =-，解得：0102 3.1eV W W ==，即两种材料的逸出功相同也即材料相同，故B 错误；

由爱因斯坦质能方程0k E h W ν=-可得：k (5.0 3.1)eV=1.9eV E =-，故C 正确； 由题表格中数据可知，入射光能量相同时，相对光越强，光电流越大，故D 正确。

【2019年物理江苏卷】在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长λ=6.4×107m ，每个激光脉

冲的能量E =1.5×10-2J ．求每个脉冲中的光子数目．（已知普朗克常量h =6.63×l0-34J·s ，光速c =3×108m/s ．计算结果保留一位有效数字） 【答案】光子能量hc

ελ

=，光子数目n =

E

ε

，代入数据得n =5×

1016 【解析】

【详解】每个光子的能量为0c

E hv h λ

== ，每个激光脉冲的能量为E ，所以每个脉冲中的光子个

数为：0

E

N E =

，联立且代入数据解得：16510N =?个。 1. 2013年上海卷

2．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：当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，有电子从锌板逸出，锌板带正电，选项C 正确ABD 错误。 2. 2014年物理上海卷

6.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颇率 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】光具有波粒二象性，即既具有波动性又具有粒子性，光电效应证实了光的粒子性。因为光子的能量是一份一份的，不能积累，所以光电效应具有瞬时性，这与光的波动性矛盾，A 项错误；同理，因为光子的能量不能积累，所以只有当光子的频率大于金属的极限频率时，才会发生光电效应，B 项错误；光强增大时，光子数量和能量都增大，所以光电流会增大，这与波动性无关，C 项正确；一个光电子只能吸收一个光子，所以入射光的频率增大，光电子吸收的能量变大，所以最大初动能变大，D 项错误。 3. 2014年理综广东卷

18. 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 ．增大入射光的强度，光电流增大 B. 减小入射光的强度，光电效应现象消失 C. 改变频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应 D ．改变频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大 【答案】AD

【解析】用频率为ν的光照射光电管阴极，发生光电效应，该用频率较小的光照射时，有可能发生光电效应，选项C 错误；据2

2

1mv W h =

-逸ν可知增加照射光频率，光电子最大初动能也增大，故选项D 正确；增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积的光电子数增加，则光电流将增大，故选项A 正确；光电效应是否产生于照射光频率有关而与照射光强度无关，故选项B 错误。 4.2017年新课标Ⅲ卷19．在光电效应试验中，分别用频率为a v ，b v 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a U 和b U 、光电子的最大初动能分别为ka E 和kb E 。h 为普朗克常量。学￥科网下列说法正确的是 A ．若b a v v >，则一定有b a

U U <

B ．若b a v v >，则一定有kb ka E E >

C ．若b a U U <，则一定有kb ka E E <

D ．若b a v v >，则一定有kb b ka a

E h E h ->-νν

答：BC

解析：由爱因斯坦光电效应方程W h E km -=ν，由动能定理可得eU E km

=，所以当b a v v >时，

b a U U >，kb ka E E >。故A 错误，B 正确；若b a U U <，则一定有kb ka E E <，故C 正确；由

光电效应方程可得：金属的逸出功kb b ka a E h E h W -=-=νν，D 错误。

5.2017年北京卷18．2017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个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34

6.610J s h -=??，真空光速8310m/s c =?）

A ．21

10J -

B ． 1810J -

C ． 1510J -

D ． 1210J -

答：B

解析：一个处于极紫外波段的光子的能量为： λ

c

h

E ==2×10-18J ，由题意可知，光子的能量应比

电离一个分子的能量稍大，因此数量级必须相同，故选项B 正确。

6.2017年海南卷7．三束单色光1、2和3的波长分别为λ1、λ2和λ3（λ1>λ2>λ3）。分别用这三束光照射同一种金属。已知用光束2照射时，恰能产生光电子。下列说法正确的是（ AC ） A ．用光束1照射时，不能产生光电子 B ．用光束3照射时，不能产生光电子

C ．用光束2照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多

D ．用光束2照射时，光越强，产生的光电子的最大初动能越大

解析：已知用光束2照射时，恰能产生光电子，则用频率更小（波长更长）的光照射时，不能产生光电子， A 正确；则用频率更大（波长更短）的光照射时，也能产生光电子，则用光束3照射时，能产生光电子，B 错误；发生光电效应时光电子的数目跟照射光的强度成正比，C 正确；由光电效应规律知，光电子的最大初动能与照射光的频率成线性关系，与照射光的强度无关，D 错误。 7. 2013年上海卷

17．某半导体激光器发射波长为1.5×10-6m ，功率为5.0×10-3W 的连续激光。已知可见光波长的数量级为10-7m ，普朗克常量h =6.63×10-34J·s ，该激光器发出的 A ．是紫外线 B ．是红外线

C ．光子能量约为1.3×10-18J

D ．光子数约为每秒3.8×1016个 答案：BD

解析：由于激光波长大于可见光波长，所以该激光器发出的是红外线，选项B 正确A 错误。 由E =hc /λ可得光子能量约为E =6.63×10-34×3×108÷(1.5×10-6)J=1.3×10-19J ，选项C 错误。 光子数约为每秒为n=P/E =3.8×1016个，选项D 正确。 8. 2012年上海卷

1．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：根据爱因斯坦的光电效应方程：2

2

1mv W h =

-ν，光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与其它无关。而光照强度，照射时间及光子数目与逸出的光电子数量有关。 9. 2011年理综广东卷

18．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：C D

【解析】光电流的大小与入射光的强度相关，A 错误。产生光电效应的条件是：入射光的频率大于或等于被照射材料的极限频率。入射光的频率达不到极限频率，增加照射光的强度是不能产生光电流的，所以B 错误，C 、D 正确。 10.2011年上海卷

3．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：本题考查光电效应现象，要求学生知道光电效应发生的条件。根据爱因斯坦对光电效应的研究结论可知光子的频率必须大于金属的极限频率，A 错；与光照射时间无关，D 错；与光强度无关，C 错；X 射线的频率比紫外线频率较高，故B 对。 11. 2013年北京卷

20．以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只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，一个电子在极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ν的普通光源照射阴极K ，没有发生光电效应。换用同样频率为ν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KA 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 ．e W e h U -=ν

B ．e W e h U -=ν2

C ．W h U -=ν2

D ．e

W e h U -=25ν

解析：设电子在极短时间内吸收n 个光子，由光电效应方程可得：W nh E k -=ν，由动能定理，eU E k =，联立解得e

W nh νU -=

。n 只能为大于1的整数，所以选项B 正确，ACD 错误。

12. 2012年上海卷

4．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”与波动说是对立的，因此A 不对

在爱因斯坦的“光子说”中，光子的能量λ

νc

h h E ==，可知波长越长，光子的能量越小，因此B

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。

13.2015年上海卷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 （ D ） （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

解析：根据爱因斯坦光电效应方程可知，只有照射光的波长小于某金属的极限波长，才有光电子逸出，从光的强度图线可知，该光源发出的光的波长含有小于100nm 的光，小于钠、铜、铂三钟材料的极限波长，都能产生光电子，故D 正确，A 、B 、C 错误。

14.2018年全国卷II 、 17．用波长为300 nm 的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为191.2810 J -?。已知普朗克常量为346.6310 J s -??，真空中的光速为813.0010 m s -??。能使锌产生光

电效应的单色光的最低频率约为 （ B ） A ．14110 Hz ?

B ．14810 Hz ?

C ．15210 Hz ?

D ．15810 Hz ?

解析：由光电效应方程式得：0W h E km -=ν得：km E c

h

W -=λ

刚好发生光电效应的临界频率为0ν，则00νh W =

代入数据可得：Hz 108140?=ν ，选项B 正确；故选B.