《2025年通成学典课时作业本高中物理选择性必修第三册人教版》

14. (2025·河南名校联盟联考)
太阳能光伏发电将光能转换成电能，其原理是光电效应。如图所示为某金属材料发生光电效应时，光电子的最大初动能$E_{km}$与入射光波长$\lambda$的关系图像，图像与横轴的交点为$a$，图像的虚线部分无限趋近$E_{km}=-b$这条直线，普朗克常量为$h$，则光在真空中的速度为
(B)

A.$\frac{ah}{b}$
B.$\frac{ab}{h}$
C.$\frac{b}{ah}$
D.$\frac{h}{ab}$

答案： 14. B 解析：由爱因斯坦光电效应方程得$E_{\mathrm{k}m}=\frac{hc}{\lambda}-W_{0}$，根据图像可知$W_{0}=b$，当$\lambda =a$时，$E_{\mathrm{k}m}=0$，得$W_{0}=\frac{hc}{a}$，联立解得$c=\frac{ab}{h}$，选项B正确。

15. (2025·江苏苏州三模)如图所示是研究光电效应的实验装置。大量处于$n=3$激发态的氢原子跃迁时发出频率不同的大量光子，其中频率最高的光子能量为$12.09 eV$，用此光束照射到光电管电极$K$上。移动滑片$P$，当电压表的示数为$7 V$时，微安表的示数恰好为零。图示位置中滑片$P$和$O$点刚好位于滑动变阻器的上、下中点位置，则 (D)

A.要使微安表的示数恰好为零，滑片$P$应由图示位置向$b$端移动
B.不同频率的光子照射电极$K$，只要能发生光电效应，遏止电压是相同的
C.电极$K$处金属的逸出功是$7 eV$
D.从图示位置滑动滑片$P$，微安表的读数可能先增加后不变

答案： 15. D 解析：要使微安表的示数恰好为零，光电管应接入反向电压，即K板电势高于A板电势，则滑片P应由图示位置向a端移动，选项A错误；根据$eU_{\mathrm{c}}=E_{\mathrm{k}}=h\nu - W_{0}$，可知不同频率的光子照射电极K，只要能发生光电效应，遏止电压是不同的，选项B错误；用最大光子能量为$12.09\ \mathrm{eV}$的光照射到光电管电极K上，当电压表的示数为$7\ \mathrm{V}$时，微安表的示数恰好为零，可知遏止电压为$7\ \mathrm{V}$，根据$eU_{\mathrm{c}}=E_{\mathrm{k}}=h\nu - W_{0}$，可得逸出功$W_{0}=h\nu - eU_{\mathrm{c}}=12.09\ \mathrm{eV}-7\ \mathrm{eV}=5.09\ \mathrm{eV}$，选项C错误；图示电压为零，未达到饱和电流，若从图示位置向b端滑动滑片P，正向电压增大，则微安表的读数可能会先增加后不变，选项D正确。

16. (2025·河南豫北六校联考)在研究光电效应现象时，某同学设计了如图所示的电路，第一次用波长为$\lambda$的光照射，调节$P$的位置，当电压表的示数为$U$时，电流表的示数刚好为零；第二次改用波长为$2\lambda$的光照射，调节$P$的位置，当电压表的示数为$\frac{U}{4}$时，电流表的示数刚好为零。已知普朗克常量为$h$，真空中的光速为$c$，下列说法正确的是
(B)

A.第一次与第二次入射光的光子动量之比为$1:2$
B.第一次与第二次从阴极$K$射出光电子的最大速率之比为$2:1$
C.阴极材料的逸出功为$\frac{hc}{\lambda}$
D.若用波长为$4\lambda$的光照射阴极$K$时，一定有光电子逸出

答案： 16. B 解析：根据康普顿效应可知光子的动量大小$p=\frac{h}{\lambda}$，由题知，第一次与第二次入射光的波长之比为$1:2$，故第一次与第二次入射光的光子动量之比为$2:1$，选项A错误；对光电子，根据动能定理有$-eU=0 - E_{\mathrm{k}m1}$，$-e\frac{U}{4}=0 - E_{\mathrm{k}m2}$，解得$E_{\mathrm{k}m1}:E_{\mathrm{k}m2}=4:1$，根据$E_{\mathrm{k}m}=\frac{1}{2}mv_{\mathrm{m}}^{2}$，可得$v_{\mathrm{m}1}:v_{\mathrm{m}2}=2:1$，选项B正确；由题知，第一次和第二次入射光的能量分别为$E_{1}=\frac{hc}{\lambda}$，$E_{2}=\frac{hc}{2\lambda}$，根据爱因斯坦光电效应方程，可知第一次和第二次光电子的最大初动能分别为$E_{\mathrm{k}m1}=\frac{hc}{\lambda}-W_{0}$，$E_{\mathrm{k}m2}=\frac{hc}{2\lambda}-W_{0}$，又$E_{\mathrm{k}m1}=4E_{\mathrm{k}m2}$，联立解得$W_{0}=\frac{hc}{3\lambda}$，选项C错误；入射光的波长为$4\lambda$时，入射光的能量$E=\frac{hc}{4\lambda}＜W_{0}$，所以不能发生光电效应，选项D错误。

17. (2025·河北石家庄期中)研究光电效应规律的实验装置如图所示，光电管的阴极材料为金属钾，现用频率为$\nu$的单色光照射光电管，调节滑动变阻器滑片的位置，使光电流刚好为零，此时理想电压表的示数为$U_0$，普朗克常量为$h$，电子的电荷量为$e$。
(1) 求金属钾的逸出功$W_0$。
(2) 若仅将电源的正负极对调，求此时到达阳极的光电子的最大动能$E_{k2}$。
(3) 若仅将单色光的频率增大一倍，求此时到达阳极的光电子的最大动能$E_{k3}$。

答案： 17. 解：
(1)根据光电效应方程有$E_{\mathrm{k}m}=h\nu - W_{0}$，根据功能关系有$eU_{0}=E_{\mathrm{k}m}$，解得$W_{0}=h\nu - eU_{0}$。
(2)根据功能关系有$E_{\mathrm{k}2}=E_{\mathrm{k}m}+eU_{0}$，解得$E_{\mathrm{k}2}=2eU_{0}$。
(3)若照射光的频率增大一倍，设此时从金属钾表面溢出的光电子的最大初动能为$E_{\mathrm{k}m}'$，根据光电效应方程有$E_{\mathrm{k}m}'=2h\nu - W_{0}$，根据功能关系有$E_{\mathrm{k}3}=E_{\mathrm{k}m}'-eU_{0}$，解得$E_{\mathrm{k}3}=h\nu$。