第四章 微专题2 光电效应图像(课件 学案 练习)高中物理人教版(2019) 选择性必修 第三册

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第四章 微专题2 光电效应图像(课件 学案 练习)高中物理人教版(2019) 选择性必修 第三册

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第四章
微专题2 光电效应图像
原子结构和波粒二象性
核心 目标 1.理解光电流与正反向电压的关系、光电子最大初动能与入射光频率的关系图像,进一步理解光电效应方程.
2.理解遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线,能用于分析实验现象.
深度拓展 分类悟法
光电流与正反向电压的关系
类型
1
分析与说明 图线形状 由图线直接(间接)得到的物理量
在光的频率不变(同种光)的情况下 (1)饱和光电流的大小Im由________决定,光强越大,饱和光电流越大.
(2) 由图可知,遏止电压为Uc.
(3) 可求得光电子最大初动能Ek=eUc
在入射光频率不相同的情况下 (1)由图可读出饱和光电流的大小Im
(2) 由图可知,遏止电压为Uc1 > Uc2
可推知入射光频率
(3) 可求得光电子最大初动能Ek1=eUc1,Ek2=eUc2
光强
   (2025·皖南八校联考)如图甲所示,用强度不变的单色光照射阴极K,改变滑动变阻器的滑片位置,得到流过电流表的光电流I与电压表两端电压U的关系图像如图乙所示.当电压表示数分别为2U0、3U0时,到达阳极A的光电子最大动能的比值为 (  )
A.1∶1
B.1∶2
C.2∶3
D.3∶4
1
D


解析:根据题意可知,光电子从金属表面逸出后的最大初动能为Ekm=eU0,根据动能定理可得当电压表示数分别为2U0、3U0时,到达阳极A的光电子的最大动能分别为Ek1=Ekm+2eU0,Ek2=Ekm+3eU0,联立可得==.故选D.
   如图所示为用某金属研究光电效应规律得到的光电流随电压变化关系的图像,用单色光1和单色光2分别照射该金属时,逸出的光电子的最大初动能分别为Ek1和Ek2,普朗克常量为h,则下列说法中正确的是 (  )
A.Ek1>Ek2
B.单色光1的频率比单色光2的频率高
C.增大单色光1的强度,其遏止电压会增大
D.单色光1和单色光2的频率之差为
2
解析:由于Ek1=e|Uc1|、Ek2=e|Uc2|,所以Ek1D
光电子最大初动能与入射光频率的关系
类型
2
分析与说明 图线形状 由图线直接(间接)得到的物理量
根据光电效应方程Ekm=hν-W0可作出图像 (1) 截止频率:图线与ν轴交点的横坐标νc
(2) 逸出功:图线与Ek轴交点的纵坐标的值的绝对值
W0=|-E|=E
(3) 普朗克常量:图线的斜率k=h
   用如图甲所示的装置研究光电效应现象.闭合开关S,用频率为ν的光照射光电管时发生了光电效应.图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像,图线与横轴的交点坐标为(a,0),与纵轴的交点坐标为(0,-b),下列说法中正确的是 (  )
A.普朗克常量为h=
B.断开开关S后,电流表G的示数不为零
C.仅增加照射光的强度,光电子的最大初
动能将增大
D.保持照射光强度不变,仅提高照射光频率,电流表G的示数保持不变
3
B


解析:根据Ekm=hν-W0得,纵轴截距的绝对值等于金属的逸出功,等于b,当最大初动能为零时,入射光的频率等于截止频率,所以金属的截止频率为ν0=a,那么普朗克常量为h=,故A错误;开关S断开后,依然产生光电效应,因此电流表G的示数不为零,故B正确;根据光电效应方程可知,入射光的频率与最大初动能有关,与光的强度无关,故C错误;若保持照射光强度不变,仅提高照射光频率,则光子数目减小,单位时间通过电流表的电荷量减小,故电流表G的示数会变小,故D错误.
   某同学在研究某金属的光电效应现象时,发现该金属逸出光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系如图所示.若图线在横、纵坐标轴上的截距分别为a和-b,已知电子所带电荷量为e,由图线可以得到 (  )
A.该金属的逸出功为a
B.截止频率为b
C.普朗克常量为
D.当入射光的频率为2a时,逸出光电子的最大初动能为b
4
解析:根据Ek=hν-W,并结合图像得W=b,h=,ν=a,A、B、C错误;当入射光的频率为2a时,逸出光电子的最大初动能为Ek=hν-W=·2a-b=b,D正确.
D
遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线
类型
3
分析与说明 图线形状 由图线直接(间接)得到的物理量
因为eUc=Ekm=hν-W0可得出 Uc=ν- ①截止频率νc:图线与横轴的交点的横坐标
②遏止电压Uc:随入射光频率的增大而增大
③普朗克常量h:等于图线的斜率与电子电荷量的乘积,即h=ke(注:此时两极之间接反向电压)
   光伏发电是提供清洁能源的方式之一,光伏发电的原理是光电效应,某同学利用如图甲所示的电路研究某种金属的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系,描绘出如图乙所示的图像,根据光电效应规律,结合图像分析,下列说法中正确的是 (  )
5
C
A.滑片P向右移动,电流表示数会变大
B.仅增大入射光的强度,则光电子的最大初动能增大
C.由Uc-ν图像可知,该光电管的截止频率为ν0
D.开关S断开时,若入射光的频率为ν1,则电压表的示数为U1


解析:滑动变阻器的滑片P向右移动过程中,两极间反向电压逐渐增大,反向电压越大,流过电流表的电流就越小,A错误;根据光电效应方程hν1-W0=Ek可知,光电子的最大初动能只与入射光的频率有关,与入射光的强度无关,因此增大入射光的强度,光电子的最大初动能不变,B错误;根据Ekm=hν-W0=eUc,解得Uc=,当遏止电压为零时,ν=ν0,C正确;开关S断开时,光电管是电源,发生光电效应后,其电流与光照强度有关,无法判断电压表的示数大小,D错误.
   (2025·河北邯郸高二期中)美国物理学家密立根利用图甲所示的电路研究金属的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系,描绘出图乙中的图像,由此算出普朗克常量.已知电子电荷量大小为e.
(1) 图甲中电极A连接电源的正极还是负极.
答案:(1) 负极 
6
解析:(1) 测量遏止电压需要接反向电压,电极A连接电源的负极.


(2) 求普朗克常量.
答案:(2)  
解析:(2) 由爱因斯坦光电效应方程可得Ekm=hν-W0
由动能定理有Ekm=eUc
联立并整理得Uc=ν-
可知图线的斜率为 =
解得普朗克常量为h=


(3) 求该金属的逸出功.
答案:(3) eb
解析:(3) 由图像可知图线的纵截距-=-b
解得该金属的逸出功为W0=eb


随堂内化 即时巩固
1.(2025·马鞍山二中月考)在光电效应实验中,小明用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲、乙、丙),如图所示.下列说法中正确的是 (  )
A.甲、丙两种光,甲的光照强度更大
B.甲、丙两种光,甲所产生光电子的最大初动能较大
C.甲光的频率大于乙光的频率
D.乙光的波长大于丙光的波长
A
解析:根据光电效应方程Ek=hν-W0,根据动能定理-eUc=0-Ek,联立解得eUc=Ek=hν-W0,由图可知甲光、丙光的遏止电压相等,所以甲光、丙光的最大初动能相等,频率也相等,又由图可知甲光的光电流比丙光的大,所以甲光的光照强度比丙光大,A正确,B错误;由图可知乙光的遏止电压大于甲光的遏止电压,根据eUc=Ek=hν-W0,可知乙光的频率大于甲光、丙光的频率,根据c=λν,可知乙光的波长小于甲光、丙光的波长,C、D错误.
2.(2025·江苏南京外国语学校)图甲是探究“光电效应”的实验电路图,光电管的遏止电压Uc随入射光频率ν的变化规律如图乙所示,下列说法中正确的是(  )
A.入射光的频率ν不同,遏止电压Uc相同
B.入射光的频率ν不同,Uc-ν图像的
斜率相同
C.图甲所示电路中,当电压表增大到一
定数值时,电流表将达到饱和电流
D.只要入射光的光照强度相同,光电子
的最大初动能就一定相同
B


解析:根据Ekm=hν-W0可知入射光的频率不同,电子的最大初动能不同,又eUc=Ekm,所以有Uc=ν-,可见入射光的频率ν不同,遏止电压Uc不同,故A错误;由Uc=ν-知Uc-ν图像的斜率k=,与入射光的频率ν无光,故B正确;图甲所示电路中,极板间所加电压为反向电压,当电压表示数增大时,电流表的示数将减小,故C错误;根据Ekm=hν-W0可知在入射光频率不同的情况下,光电子的最大初动能不同,与光照强度无关,故D错误.微专题2 光电效应图像
1. (2025·江苏扬州期末)在光电效应实验中,某同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线,下列图像中正确的是(  )
A B
C D
2. (多选)在如图所示的光电管的实验中(电源正负极可以对调),用同一光电管得到了三条可见光的光电流与电压之间的关系曲线(图2中的甲光、乙光、丙光).下列说法中正确的有(  )
图1
图2
A. 同一光电管对不同颜色的单色光有各自不同的截止频率
B. 只要电流表中有电流通过,光电管中就发生了光电效应
C. (图1中)电流表G的电流方向可以是a流向b、也可以是b流向a
D. (图2中)如果乙光是黄光,则丙光可能是紫光
3. 已知金属锌发生光电效应时产生的光电子的最大初动能为Ek跟入射光的频率的关系图像如图中的直线1所示.某种单色光照射到金属锌的表面时,产生的光电子的最大初动能为E1.若该单色光照射到另一金属表面时产生的光电子的最大初动能为E2,E2A. a B. b
C. c D. a、b、c都不正确
4. (2024·安徽A10联盟月考)如图甲所示,闭合开关,通过调节照射光频率和改变滑动变阻器的滑片位置,使得理想电流表的读数刚好为0,得到理想电压表的示数Uc随着照射光频率ν的变化图像如图乙所示.已知图线与横轴交点坐标为ν0、延长线与纵轴交点坐标为U0,电子所带电荷量的绝对值为e,则(  )


A. 光电效应说明了光具有波动性
B. 图甲中a端为电源正极
C. 普朗克常量为 -
D. 金属板K的逸出功为eU0
5. (2025·合肥一中月考)研究光电效应规律时,用不同波长的光照射某一金属时,测得遏止电压Uc与照射光波长λ的关系如图所示,Uc=-U0为图像的渐近线,电子的电荷量为e,光在真空中的传播速度为c,则下列说法中正确的是(  )
A. 该金属的截止频率为
B. 该金属的截止频率为
C. 普朗克常量为
D. 普朗克常量为
6. 1907年起,物理学家密立根开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量,得到某种金属的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系如下图,已知e=1.6×10-19 C. 下列说法中正确的是(  )
A. 该金属的截止频率为5.5×1014 Hz
B. 图中斜率为普朗克常量
C. 由图及已知可算出普朗克常量
D. 不能求出该金属的逸出功
7. 如图甲所示,在光电效应实验中,某同学用相同频率但光照强度不同的单色光,分别照射阴极材料为锌和铜的两个不同的光电管,结果都能发生光电效应.图乙为其中一个光电管的遏止电压Uc随入射光频率ν变化的函数关系图像.对于这两个光电管,下列说法中正确的是(  )


A. 因为是相同频率的光,所以两次实验中遏止电压相同
B. 图甲中开关断开时,不会产生光电流
C. 两个光电管的Uc ν图像的斜率相同
D. 图甲中开关闭合时,将滑动变阻器滑片向右滑动,可能出现饱和电流
8. (2025·山东济南期末)图甲所示装置用以测量发生光电效应时的遏止电压.用同一入射光依次照射不同金属材料的K极,发生光电效应时分别测得对应的遏止电压,图乙为所测遏止电压Uc与金属材料逸出功W的关系.已知普朗克常量为h,则入射光的频率为(  )


A. B.
C. D.
9. 用图甲所示装置研究光电效应,图中电源的极性可以改变.用单色光照射光电管的阴极K,并在阳极A和阴极K之间加上反向电压,通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压,直至电流计中电流恰为零,此时电压表的示数U称为遏止电压.现分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极(ν1<ν2),测量到遏止电压分别为U1和U2.图乙为频率为ν1的单色光的光电流与电压关系图像.则(  )


A. 若用频率更高的光照射光电管,则饱和光电流一定增大
B. 加正向电压时,将滑片向右滑动,可增大光电子的最大初动能
C. 由实验数据可得,阴极K金属的截止频率νc=
D. 若入射光频率改为ν2,则图像与横轴交点在ν1光照射时的左侧
微专题2 光电效应图像
1. A 解析:由于紫光的频率较大,根据光电效应方程可知,紫光所对应的遏止电压较大,同时饱和光电流与光强有关,光照强度越大,饱和光电流越大.故选A.
2. BD 解析:光电管的截止频率由光电管本身决定,与入射光的颜色无关,A错误;只要电流表中有电流通过,可知有光电子逸出,即光电管发生光电效应,B正确;光电子从光电管的右端逸出,流过电流表G的电流方向为a到b,C错误;丙光照射光电管,遏止电压较大,即光电子的最大初动能较大,根据光电效应方程Ekm=hν-W0知,丙光的频率较大,如果乙光是黄光,则丙光可能是紫光,D正确.
3. A 解析:根据光电效应方程Ek=hν-W0知Ek=hν-hν0,知图线的横轴截距表示截止频率,图线的斜率表示普朗克常量,知图线应为平行的a图线,因为金属不同,则截止频率不同.故A正确.
4. C 解析:光电效应说明了光具有粒子性,A错误;由题意可知,光电管加反向电压,则图甲中a端为电源负极,B错误;根据光电效应方程可知Uc=ν-,由图像可知K板的逸出功为W0=-eU0,普朗克常量为h=-,C正确,D错误.
5. C 解析:由图可知λ0为极限波长,则截止频率ν0=,A、B错误;由eUc=-W0,可知Uc=-,结合图像有-U0=-,得到W0=eU0,由-W0=0得h=,C正确,D错误.
6. C 解析:由光电效应方程可知Ek=hν-W0,Ek=eUc,所以Uc=-,当遏止电压为零时的频率即为截止频率νc=4.27×1014Hz,A错误;根据遏止电压和频率的关系可知,图线的斜率为,不是普朗克常量,B错误;由题可知=×10-14,h=6.5×10-34 J·s,C正确;逸出功W0=hν=6.4×10-34×4.27×1014 J=2.73×10-19 J,D错误.
7. C 解析:图甲中光电管两端加的是反向电压,则当开关闭合时,将滑动变阻器滑片向右滑动,反向电压增大,光电流减小,不可能出现饱和电流,故D错误;图甲中开关断开时,仍会有光电子到达阳极A,从而形成光电流,故B错误;两次实验中,用频率相同的光照射,但是锌和铜的逸出功不同,由eUc==hν-W0,可知两次实验中遏止电压不相同,故A错误;由eUc=hν-W0可知Uc=ν-,则两个光电管的Uc-ν图像的斜率相同,均为 ,故C正确.
8. B 解析:根据光电效应方程与遏止电压的规律有Ekmax=hν-W,eUc=Ekmax,解得Uc=-,结合图像有=a,=,解得ν=.故选B.
9. D 解析:饱和电流的大小取决于入射光的强度,强度越大,饱和电流越大,A错误;由光电效应方程Ek=hν-W0可知光电子的最大初动能与入射光的频率有关,与两端电压无关,B错误;根据W0=hνc,eU=Ek,联立解得νc=,C错误;题中图像反应的是光电流随所加电压的变化图像,图线与横轴的交点表示的是遏止电压,根据C选项分析,可知eU=hν-W0,由于ν1<ν2,解得U1核心 目标 1.理解光电流与正反向电压的关系、光电子最大初动能与入射光频率的关系图像,进一步理解光电效应方程.
2.理解遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线,能用于分析实验现象.
类型1 光电流与正反向电压的关系
分析与说明 图线形状 由图线直接(间接)得到的物理量
在光的频率不变(同种光)的情况下 (1)饱和光电流的大小Im由__光强__决定,光强越大,饱和光电流越大. (2) 由图可知,遏止电压为Uc. (3) 可求得光电子最大初动能Ek=eUc
在入射光频率不相同的情况下 (1)由图可读出饱和光电流的大小Im (2) 由图可知,遏止电压为Uc1 > Uc2 可推知入射光频率 (3) 可求得光电子最大初动能Ek1=eUc1,Ek2=eUc2
 (2025·皖南八校联考)如图甲所示,用强度不变的单色光照射阴极K,改变滑动变阻器的滑片位置,得到流过电流表的光电流I与电压表两端电压U的关系图像如图乙所示.当电压表示数分别为2U0、3U0时,到达阳极A的光电子最大动能的比值为( D )
甲 乙
A.1∶1 B.1∶2
C.2∶3 D.3∶4
解析:根据题意可知,光电子从金属表面逸出后的最大初动能为Ekm=eU0,根据动能定理可得当电压表示数分别为2U0、3U0时,到达阳极A的光电子的最大动能分别为Ek1=Ekm+2eU0,Ek2=Ekm+3eU0,联立可得==.故选D.
 如图所示为用某金属研究光电效应规律得到的光电流随电压变化关系的图像,用单色光1和单色光2分别照射该金属时,逸出的光电子的最大初动能分别为Ek1和Ek2,普朗克常量为h,则下列说法中正确的是( D )
A.Ek1>Ek2
B.单色光1的频率比单色光2的频率高
C.增大单色光1的强度,其遏止电压会增大
D.单色光1和单色光2的频率之差为
解析:由于Ek1=e|Uc1|、Ek2=e|Uc2|,所以Ek1类型2 光电子最大初动能与入射光频率的关系
分析与说明 图线形状 由图线直接(间接)得到的物理量
根据光电效应方程Ekm=hν-W0可作出图像 (1) 截止频率:图线与ν轴交点的横坐标νc (2) 逸出功:图线与Ek轴交点的纵坐标的值的绝对值 W0=|-E|=E (3) 普朗克常量:图线的斜率k=h
 用如图甲所示的装置研究光电效应现象.闭合开关S,用频率为ν的光照射光电管时发生了光电效应.图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像,图线与横轴的交点坐标为(a,0),与纵轴的交点坐标为(0,-b),下列说法中正确的是( B )
甲 乙
A.普朗克常量为h=
B.断开开关S后,电流表G的示数不为零
C.仅增加照射光的强度,光电子的最大初动能将增大
D.保持照射光强度不变,仅提高照射光频率,电流表G的示数保持不变
解析:根据Ekm=hν-W0得,纵轴截距的绝对值等于金属的逸出功,等于b,当最大初动能为零时,入射光的频率等于截止频率,所以金属的截止频率为ν0=a,那么普朗克常量为h=,故A错误;开关S断开后,依然产生光电效应,因此电流表G的示数不为零,故B正确;根据光电效应方程可知,入射光的频率与最大初动能有关,与光的强度无关,故C错误;若保持照射光强度不变,仅提高照射光频率,则光子数目减小,单位时间通过电流表的电荷量减小,故电流表G的示数会变小,故D错误.
 某同学在研究某金属的光电效应现象时,发现该金属逸出光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系如图所示.若图线在横、纵坐标轴上的截距分别为a和-b,已知电子所带电荷量为e,由图线可以得到( D )
A.该金属的逸出功为a
B.截止频率为b
C.普朗克常量为
D.当入射光的频率为2a时,逸出光电子的最大初动能为b
解析:根据Ek=hν-W,并结合图像得W=b,h=,ν=a,A、B、C错误;当入射光的频率为2a时,逸出光电子的最大初动能为Ek=hν-W=·2a-b=b,D正确.
类型3 遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线
分析与说明 图线形状 由图线直接(间接)得到的物理量
因为eUc=Ekm=hν-W0可得出 Uc=ν- ①截止频率νc:图线与横轴的交点的横坐标 ②遏止电压Uc:随入射光频率的增大而增大 ③普朗克常量h:等于图线的斜率与电子电荷量的乘积,即h=ke(注:此时两极之间接反向电压)
 光伏发电是提供清洁能源的方式之一,光伏发电的原理是光电效应,某同学利用如图甲所示的电路研究某种金属的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系,描绘出如图乙所示的图像,根据光电效应规律,结合图像分析,下列说法中正确的是( C )
甲 乙
A.滑片P向右移动,电流表示数会变大
B.仅增大入射光的强度,则光电子的最大初动能增大
C.由Uc-ν图像可知,该光电管的截止频率为ν0
D.开关S断开时,若入射光的频率为ν1,则电压表的示数为U1
解析:滑动变阻器的滑片P向右移动过程中,两极间反向电压逐渐增大,反向电压越大,流过电流表的电流就越小,A错误;根据光电效应方程hν1-W0=Ek可知,光电子的最大初动能只与入射光的频率有关,与入射光的强度无关,因此增大入射光的强度,光电子的最大初动能不变,B错误;根据Ekm=hν-W0=eUc,解得Uc=,当遏止电压为零时,ν=ν0,C正确;开关S断开时,光电管是电源,发生光电效应后,其电流与光照强度有关,无法判断电压表的示数大小,D错误.
 (2025·河北邯郸高二期中)美国物理学家密立根利用图甲所示的电路研究金属的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系,描绘出图乙中的图像,由此算出普朗克常量.已知电子电荷量大小为e.
甲 乙
(1) 图甲中电极A连接电源的正极还是负极.
(2) 求普朗克常量.
(3) 求该金属的逸出功.
答案:(1) 负极 (2)  (3) eb
解析:(1) 测量遏止电压需要接反向电压,电极A连接电源的负极.
(2) 由爱因斯坦光电效应方程可得Ekm=hν-W0
由动能定理有Ekm=eUc
联立并整理得Uc=ν-
可知图线的斜率为 =
解得普朗克常量为h=
(3) 由图像可知图线的纵截距-=-b
解得该金属的逸出功为W0=eb
1.(2025·马鞍山二中月考)在光电效应实验中,小明用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲、乙、丙),如图所示.下列说法中正确的是( A )
A.甲、丙两种光,甲的光照强度更大
B.甲、丙两种光,甲所产生光电子的最大初动能较大
C.甲光的频率大于乙光的频率
D.乙光的波长大于丙光的波长
解析:根据光电效应方程Ek=hν-W0,根据动能定理-eUc=0-Ek,联立解得eUc=Ek=hν-W0,由图可知甲光、丙光的遏止电压相等,所以甲光、丙光的最大初动能相等,频率也相等,又由图可知甲光的光电流比丙光的大,所以甲光的光照强度比丙光大,A正确,B错误;由图可知乙光的遏止电压大于甲光的遏止电压,根据eUc=Ek=hν-W0,可知乙光的频率大于甲光、丙光的频率,根据c=λν,可知乙光的波长小于甲光、丙光的波长,C、D错误.
2.(2025·江苏南京外国语学校)图甲是探究“光电效应”的实验电路图,光电管的遏止电压Uc随入射光频率ν的变化规律如图乙所示,下列说法中正确的是( B )
甲 乙
A.入射光的频率ν不同,遏止电压Uc相同
B.入射光的频率ν不同,Uc-ν图像的斜率相同
C.图甲所示电路中,当电压表增大到一定数值时,电流表将达到饱和电流
D.只要入射光的光照强度相同,光电子的最大初动能就一定相同
解析:根据Ekm=hν-W0可知入射光的频率不同,电子的最大初动能不同,又eUc=Ekm,所以有Uc=ν-,可见入射光的频率ν不同,遏止电压Uc不同,故A错误;由Uc=ν-知Uc-ν图像的斜率k=,与入射光的频率ν无光,故B正确;图甲所示电路中,极板间所加电压为反向电压,当电压表示数增大时,电流表的示数将减小,故C错误;根据Ekm=hν-W0可知在入射光频率不同的情况下,光电子的最大初动能不同,与光照强度无关,故D错误.

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