鲁科版 (2019)选择性必修 第三册第1节 光电效应及其解释课后测评

这是一份鲁科版 (2019)选择性必修 第三册第1节 光电效应及其解释课后测评，共13页。试卷主要包含了已知金属铯的极限波长为0等内容，欢迎下载使用。



第6章　波粒二象性
第1节　光电效应及其解释
基础过关练
题组一　光电效应现象及规律
1.(多选)在演示光电效应的实验中,原来不带电的一块锌板与验电器相连,用弧光灯照射锌板时,验电器的指针张开一个角度,如图所示,这时(　　)

A.锌板带正电,指针带负电
B.锌板带正电,指针带正电
C.若用黄光照射锌板,则可能不产生光电效应现象
D.若用红光照射锌板,则锌板能发射光电子
2.关于光电效应,下列几种表述正确的是(　　)
A.金属的极限频率与入射光的频率成正比
B.光电流的大小与入射光的强度无关
C.从光照射到金属表面至产生光电效应间隔的时间很长
D.对于任何一种金属都存在一个“最大波长”,入射光的波长必须小于这个波长,才能产生光电效应
3.某种单色光照射某金属时不能产生光电效应,则下述措施中可能使该金属产生光电效应的是(　易错　)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.延长光照时间 B.增大光的强度
C.换用波长较短的光照射 D.换用频率较低的光照射
4.(多选)如图所示为一真空光电管的应用电路,其阴极金属材料的极限频率为4.5×1014 Hz,则以下判断正确的是(　易错　)

A.发生光电效应时,电路中光电流的饱和值取决于入射光的频率
B.发生光电效应时,电路中光电流的饱和值取决于入射光的强度
C.用λ=0.5 μm的光照射光电管时,电路中有光电流产生
D.光照射时间越长,电路中的光电流越大
题组二　光电效应方程的理解与应用
5.某种单色光的频率为ν,用它照射某种金属时,在逸出的光电子中动能最大值为Ek,则这种金属的逸出功和极限频率分别是(　　)
A.hν-Ek,ν-Ekh B.Ek-hν,ν+Ekh
C.hν+Ek,ν-hEk D.Ek+hν,ν+hEk
6.如图所示,当开关S断开时,用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极,发现电流表读数不为零。合上开关,调节滑动变阻器,发现当电压表读数小于0.6 V时,电流表读数仍不为零;当电压表读数大于或等于0.6 V时,电流表读数为零。由此可知,阴极材料的逸出功为(　　)

A.1.9 eV B.0.6 eV C.2.5 eV D.3.1 eV
7.已知金属铯的极限波长为0.66 μm,用波长为0.50 μm的光照射铯金属表面,发射出的光电子的最大初动能为多少?铯金属的逸出功为多少?(c=3×108 m/s,h=6.63×1034 J·s)












题组三　光电效应图像的理解及应用
8.用不同频率的光分别照射钨(W)和锌(Zn),发生光电效应,根据实验可画出光电子的最大初动能Ek随入射光频率ν变化的Ek-ν图线。已知钨的逸出功为3.28 eV,锌的逸出功为3.34 eV,若将二者的图线画在同一个Ek-ν坐标系中,则正确的是(　　)

9.(多选)如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点坐标为4.27×1014 Hz,与纵轴交点坐标为0.5 eV)。由图可知(　　)

A.该金属的截止频率为4.27×1014 Hz
B.该金属的截止频率为5.5×1014 Hz
C.该图线的斜率表示普朗克常量
D.该金属的逸出功为0.5 eV
10.(多选)在光电效应实验中,波长为λ1的光恰好能使金属P发生光电效应,波长为λ2的光恰好能使金属Q发生光电效应,已知波长λ1>λ2,下列选项A、B是两种金属的光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的图像;选项C、D是用甲光照射金属P、乙光照射金属Q的光电流I与光电管两端电压U的关系图像,已知甲、乙两束光的频率ν甲>ν乙,则下列选项中正确的是(　　)


11.小明用金属铷为阴极的光电管观测光电效应现象,实验装置示意图如图甲所示。已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s。

甲

乙
(1)图甲中电极A为光电管的　　　　(选填“阴极”或“阳极”)。 
(2)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光的频率ν之间的关系如图乙所示,则铷的截止频率νc=　　　　Hz,逸出功W0=　　　　J。 
(3)如果实验中入射光的频率ν=7.00×1014 Hz,则产生的光电子的最大初动能Ek=　　　　J。 
题组四　光的波粒二象性
12.有关光的波粒二象性的下列说法中,正确的是(　　)
A.有的光是波,有的光是粒子
B.光子与电子是同样的一种粒子
C.光的波长越长,其波动性越显著;波长越短,其粒子性越显著
D.大量光子的行为往往显示出粒子性
13.(多选)关于对光的波粒二象性的理解正确的是(　　)
A.大量光子的行为往往表现出波动性,个别光子的行为往往表现出粒子性
B.光在传播时是波,而与物质相互作用时就转变成粒子
C.高频光是粒子,低频光是波
D.波粒二象性是光的根本属性,有时它的波动性显著,有时它的粒子性显著
14.对光的认识,以下说法正确的是(　易错　)
A.光波和声波的本质相同,都具有波粒二象性
B.光既具有波动性,又具有粒子性,两种性质是不相容的
C.光表现出波动性时,就不具有粒子性了,光表现出粒子性时,就不具有波动性了
D.光的波粒二象性应理解为:在某种场合下光的波动性表现明显,在另外某种场合下,光的粒子性表现明显

能力提升练
题组一　光电效应现象及光电效应方程的应用
1.(2019山东实验中学高二期末,)1905年爱因斯坦提出光子假设,成功地解释了光电效应,因此获得1921年诺贝尔物理学奖,下列关于光电效应的说法正确的是　(　　)
A.只有入射光的波长大于金属的极限波长才能发生光电效应
B.电子脱离某种金属所做的功叫这种金属的逸出功,其与入射光的频率和强度无关
C.用不同频率的光照射同种金属,发生光电效应时逸出的光电子的初动能都相同
D.发生光电效应时,保持入射光的频率不变,减弱入射光的强度,单位时间内射出的光电子数将减少
2.(2020吉林长春实验中学高二期中,)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,从而形成多光子光电效应,这已被实验证实。
光电效应实验装置示意图如图。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为电子电荷量)(　　)

　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.U=hνe-We B.U=2hνe-We
C.U=2hν-W D.U=5hν2e-We
3.(2020山西怀仁第一中学高二月考,)铝的逸出功是4.2 eV,现在用波长为200 nm的光照射铝的表面,求:(h=6.626×10-34 J·s,c=3×108 m/s)
(1)光电子的最大初动能;
(2)遏止电压;
(3)铝的截止频率。



4.(2020江苏如皋中学高二月考,)如图所示,有一束单色光入射到极限频率为ν0的金属板K上,具有最大初动能的某出射电子,沿垂直于平行板电容器极板的方向,从左侧极板上的小孔入射到两极板间的匀强电场后,到达右侧极板时速度刚好为零。已知电容器的电容为C,带电荷量为Q,极板间距为d,普朗克常量为h,电子电荷量的绝对值为e,不计电子的重力。
(1)电容器右侧极板带正电荷还是负电荷?
(2)求入射光的频率ν。







题组二　光电效应图像的应用
5.(2019广东广州期中,)(多选)在做光电效应的实验时,某金属被光照射发生了光电效应,实验测得光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν的关系如图所示,由实验图线可求出(　　)

A.该金属的极限频率
B.普朗克常量
C.该金属的逸出功
D.单位时间内逸出的光电子数
6.(2020江苏苏州中学高三月考,)(多选)图甲是光电效应的实验装置图,图乙是光电流与加在阴极K和阳极A上的电压的关系图像。下列说法正确的是(　　)

甲

乙
A.由图线①③可知在光的颜色不变的情况下,入射光越强,饱和电流越大
B.由图线①②③可知对某种确定的金属来说,其遏止电压只由入射光的频率决定
C.只要增大电压,光电流就会一直增大
D.不论哪种颜色的入射光,只要光足够强,就能发生光电效应
7.(2020江西高安中学高一期中,)(多选)在如图一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(图二中的甲光、乙光、丙光)。下列说法中正确的有(　　)

A.只要电流表中有电流通过,光电管中就发生了光电效应
B.同一光电管对不同颜色的单色光有各自不同的极限频率
C.图一中电流表G的电流方向可以是从a流向b,也可以是从b流向a
D.图二中由于甲光和乙光有共同的遏止电压,可以确定甲光和乙光是同一种色光
8.(2020湖北宜昌高二期中,)(多选)如图所示是某金属在不同频率的光的照射下产生光电效应,其遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像。则由图像可知(　　)

A.遏止电压随金属的极限频率增大而增大
B.图像的斜率表示普朗克常量h
C.该金属的逸出功等于hν0
D.入射光的频率为nν0时,产生的光电子的最大初动能为(n-1)hν0
9.(2020江西赣州高二期中,)如图甲所示为光电管的原理图,当频率为ν的可见光照射到阴极K上时,电流表中有电流通过。

(1)当甲图中电源的右端为正极,左端为负极时,若变阻器的滑片P向　　　　(选填“左”或“右”)滑动,通过电流表的电流将会减小; 
(2)由乙图I-U图像可知光电子的最大初动能为　　　　; 
(3)如果不改变入射光的频率,而减小入射光的强度,则光电子的最大初动能　　　　(选填“增加”“减小”或“不变”)。 
10.(2019山东滨州一中高二月考,)可利用如图1所示的电路研究光电效应中电子的发射情况与光照的强弱、光的频率等物理量间的关系。K、A是密封在真空玻璃管中的两个电极,K受到光照时能够发射电子,K与A之间的电压大小可以调整,电源的正负极也可以对调。
(1)a.电源按图1所示的方式连接,且将滑动变阻器中的滑片置于中央位置附近,试判断:光电管中从K发射出的电子由K向A的运动是加速运动还是减速运动?
b.现有一电子从K极板逸出,初动能忽略不计,已知电子的电荷量为e,电子经电压U加速后到达A极板,求电子到达A极板时的动能Ek;
(2)美国物理学家密立根为了检验爱因斯坦光电效应方程的正确性,设计实验并测量了某金属的遏止电压Uc与入射光的频率ν。某同学根据他的方法进行实验,将获得的实验数据绘制成如图2所示的图线。已知电子的电荷量e=1.6×10-19C,求普朗克常量h。(结果保留1位有效数字)






答案全解全析
第6章　波粒二象性
第1节　光电效应及其解释
基础过关练
1.BC　弧光灯主要发射紫外线,锌板在紫外线照射下,发生光电效应,有光电子飞出,故锌板带正电,指针上的部分电子被吸引到锌板上,从而使指针带正电,B正确,A错误;红光和黄光的频率都小于紫外线的频率,都可能不发生光电效应,C正确,D错误。
2.D　金属的极限频率由该金属决定,与入射光的频率无关,A错误;光电流的大小随入射光强度增大而增大,选项B错误;从光照射到金属表面至产生光电效应间隔的时间通常在10-9 s内,选项C错误;任何一种金属都存在一个“最大波长”,入射光波长小于这个波长,才能产生光电效应,故正确选项为D。
3.C　光照射某金属时能否产生光电效应,取决于入射光的频率是否大于该金属的极限频率,与入射光的强度和照射时间无关,故选项A、B、D均错误;又因ν=cλ,波长变短,频率变大,所以选项C正确。
易错警示
逸出功W0一定时,入射光的频率决定着能否发生光电效应以及光电子的最大初动能。
4.BC　在光电管中若发生了光电效应,单位时间内发射光电子的数目只与入射光的强度有关,光电流的饱和值只与单位时间内发射光电子的数目有关,据此可判断B正确,A、D错误;波长λ=0.5 μm的光的频率ν=cλ=3×1080.5×10-6 Hz=6×1014 Hz>4.5×1014 Hz,可发生光电效应,所以选项C正确。
易错警示
光电效应现象中光电流存在饱和值,光电流未达到饱和值之前,其大小不仅与入射光的强度有关,还与光电管两极间的电压有关,只有在光电流达到饱和值以后才和入射光的强度成正比。
5.A　根据光电效应方程得,W=hν-Ek。根据W=hν0知极限频率ν0=Wh=ν-Ekh,故选A。
6.A　设能量为2.5 eV的光子照射阴极时,光电子的最大初动能为12mv2,阴极材料的逸出功为W0,根据爱因斯坦光电效应方程有12mv2=hν-W0,题图中光电管上加的是反向电压,根据题意,当反向电压达到U=0.6 V以后,具有最大初动能的光电子也不能到达阳极,即eU=12mv2,联立解得,W0=hν-eU=2.5 eV-0.6 eV=1.9 eV,故选项A正确。
7.答案　9.8×10-20 J　3×10-19 J
解析　铯的逸出功为W=hν0=hcλ0
将c=3×108 m/s,
h=6.63×10-34 J·s,
λ0=0.66×10-6 m,代入上式可得
W≈3×10-19 J
根据光电效应方程可知,当用波长为λ=0.50 μm的光照射金属铯时,光电子的最大初动能
Ek=hν-W=hcλ-W=6.63×10-34×3×1080.50×10-6 J-3×10-19 J≈9.8×10-20 J。
8.A　根据光电效应方程Ek=hν-W0可知,Ek-ν图线的斜率表示普朗克常量h,因此图中两线应平行,故C、D错误;Ek-ν图线与横轴交点的横坐标表示极限频率,由光电效应方程可知,逸出功越大的金属对应的极限频率越高,所以金属锌的极限频率较高,故A正确,B错误。
9.AC　图线纵坐标Ek等于零时对应的横坐标值为截止频率,A正确,B错误;由光电效应方程Ek=hν-W0可知图线的斜率为普朗克常量,C正确;金属的逸出功为W0=hνc=6.63×10-34×4.27×10141.6×10-19 eV=1.77 eV,D错误。
10.AD　根据光电效应方程Ek=hν-W0=hν-hν0知,图线的斜率表示普朗克常量,根据图线斜率可得出普朗克常量。横轴截距表示最大初动能为零时的入射光频率,已知波长λ1>λ2,所以ν1<ν2,因此Q的横轴截距大,A正确,B错误;光电流I与光电管两端电压U的关系图像与电压轴交点表示遏止电压,因eUc=hνc,由于两束光的频率ν甲>ν乙,所以P的遏止电压大,故D正确,C错误。
11.答案　(1)阳极　(2)5.15×1014　3.41×10-19　(3)1.23×10-19
解析　(1)在光电效应中,电子向A极运动,故电极A为光电管的阳极。
(2)由题图可知,铷的截止频率νc为5.15×1014 Hz,逸出功W0=hνc=6.63×10-34×5.15×1014 J≈3.41×10-19 J。
(3)当入射光的频率ν=7.00×1014 Hz时,由Ek=hν-hνc得,光电子的最大初动能Ek=6.63×10-34×(7.00-5.15)×1014 J≈1.23×10-19 J。
12.C　同一种光在不同条件下,有时表现出波动性,有时表现出粒子性,A错;电子是实物粒子,有静止质量;光子无静止质量,以场的形式存在,B错;光的波长越长(频率越低),其波动性越显著,反之,粒子性越显著,C对;大量光子的行为往往表现出波动性,D错。
13.AD　光的波粒二象性指光有时候表现出的粒子性较明显,有时候表现出的波动性较明显,D正确;大量光子往往表现出波动性,个别光子往往表现出粒子性,A正确;光在传播时波动性显著,光与物质相互作用时粒子性显著,B错误;频率高的光粒子性显著,频率低的光波动性显著,C错误。
14.D　光波是电磁波,具有波粒二象性,声波是机械波,是振动在介质中的传播,二者本质不同,A错;光的干涉、衍射现象,这属于波的特征,微粒说无法解释,光电效应现象用波动说无法解释,而用光子说可以完美地进行解释,证实光具有粒子性,因此,光既具有波动性,又具有粒子性,即光具有波粒二象性,B错;光的波动性与粒子性都是光的本质属性,只是表现明显与否,不容易观察并不说明不具有,C错;波动性和粒子性是光在不同情况下的不同表现,是同一客体的两个不同侧面、不同属性,D对。
易错警示
(1)光既有波动性又有粒子性,二者是统一的。
(2)光表现为波动性,只是光的波动性显著,粒子性不显著而已。
(3)光表现为粒子性,只是光的粒子性显著,波动性不显著而已。
能力提升练
1.D　要有光电子逸出,则光电子的最大初动能Ekm>0,即只有入射光的频率大于金属的极限频率,即波长小于极限波长时,才会有光电子逸出,故A错误;逸出功就是使电子脱离金属所做功的最小值,金属的逸出功是金属的固有属性,与入射光的频率和强度无关,故B错误;根据爱因斯坦光电效应方程Ekm=hν-W,可知光电子的最大初动能Ekm与入射光的频率成线性关系,不同频率的光照射同种金属发生光电效应时,逸出的光电子的最大初动能不同,故C错误;发生光电效应时,对于一定频率的光,减弱入射光的强度,则单位时间内入射的光子的数目减少,所以单位时间内发出光电子的数目减少,故D正确。
2.B　同频率的光照射阴极K,普通光不能使其发生光电效应,而强激光能使其发生光电效应,说明一个电子吸收了多个光子,设吸收的光子数为 n,光电子逸出的最大初动能为Ek,由光电效应方程知Ek=nhν-W(n≥2),光电子逸出后克服电场力做功,由动能定理知Ek=eU,联立上述两式得U=nhνe-We(n≥2),当n=2时,即B选项,其他选项均不可能。
3.答案　(1) 3.219×10-19 J　(2) 2.012 V　(3) 1.014×1015 Hz
解析　(1)根据光电效应方程Ek=hν-W0=hcλ-W0,代入数据解得:Ek=3.219×10-19 J
(2)光电子动能减小到0时,所加反向电压即遏止电压,根据动能定理得eU=Ek
解得U=3.219×10-191.6×10-19 V≈2.012 V
(3)根据逸出功W0=hν0得截止频率:ν0=W0h=4.2×1.6×10-196.63×10-34 Hz≈1.014×1015 Hz
4.答案　(1)负电荷　(2)ν=ν0+QeCh
解析　(1)以最大初动能入射至电容器的电子经极板间电场到达右侧极板时速度刚好为零,说明电场力做负功,电场强度方向向右,右侧极板带负电荷。
(2)电子在电容器中有-eU=0-Ekm
U=QC
根据爱因斯坦光电效应方程有Ekm=hν-hν0,解得
ν=ν0+QeCh
5.ABC　依据光电效应方程Ek=hν-W0可知,当Ek=0时,ν=ν0,即图线在横轴的截距在数值上等于金属的极限频率;图线的斜率k=Ekν-ν0,可见图线的斜率在数值上等于普朗克常量;根据图像,假设图线的延长线与Ek轴的交点为C,则其纵坐标为-W0,有k=W0ν0,而k=h,所以W0=hν0,即图线在纵轴的截距的绝对值在数值上等于该金属的逸出功。由题给条件无法求出单位时间内逸出的光电子数。故A、B、C符合题意,D不符合题意。
6.AB　由①③图线可知,光的颜色相同,即频率相同,入射光越强,饱和电流越大,选项A正确;由光电效应方程可知Ek=hν-W0=eUc,对某种确定的金属来说,逸出功W0确定,则入射光的频率ν越大,遏止电压Uc越大,选项B正确;当所加反向电压大于遏止电压时,增大电压,光电流一直为0,所加正向电压使电流达到饱和电流时,增大电压,电流不变,选项C错误;要发生光电效应,入射光的频率必须大于截止频率,选项D错误。
7.AD　由题图可知,只要电流表有电流通过,则表示有光电子通过电流表,因此一定会发生光电效应,故A正确;同一光电管的阴极为同种金属,截止频率是相同的,故B错误;由光电管结构可知,光电子由右向左,则电流是从左向右,即从a流向b,故C错误;根据eUc=12mvm2=hν-W,入射光的频率越高,对应的遏止电压Uc越大。甲光、乙光的遏止电压相等,所以甲光、乙光的频率相等,为同种光,故D正确。故选A、D。
8.CD　根据光电效应方程Ekm=hν-W0和eUc=Ekm可得Uc=hνe-W0e=hνe-hν0e,金属的极限频率增大时,遏止电压Uc会减小,故A错误;图像的斜率k=he,故B错误;当遏止电压为零时,最大初动能为零,则入射光的能量等于逸出功,则有W0=hν0,故C正确;入射光的频率为nν0时,根据光电效应方程可知产生的光电子的最大初动能为Ekm=nhν0-hν0=(n-1)hν0,故D正确。
9.答案　(1)右　(2)2 eV　(3)不变
解析　(1)当题图甲中电源的右端为正极、左端为负极时,光电管两端所加的电压为反向电压,当变阻器的滑动端P向右移动,反向电压增大,光电子到达左端的速度减小,则通过电流表的电流变小。
(2)当电流表电流刚减小到零时,电压表的读数为U=2 V,根据动能定理得eU=12mvm2,
则光电子的最大初动能为2 eV。
(3)根据光电效应方程知,Ekm=hν-W0,知入射光的频率不变,则光电子的最大初动能不变。
10.答案　(1)a.加速运动　b.eU　(2) 6×10-34 J·s
解析　(1)a.根据电源的正、负极和电路可知,A极板的电势高于K极板,则光电子加速运动;
b.电子由初速度为零加速,由动能定理得:Ek=eU
(2)爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W
根据动能定理有Ek=eUc
联立得Uc=heν-We
可见,对于确定的金属来说,一定频率的光,无论光的强弱如何,遏止电压都是一样的。斜率为普朗克常量与电子的电荷量之比,由图像求得斜率k=4×10-15 V·s
得普朗克常量h=ke
代入数据得h≈6×10-34 J·s