人教版 (2019)选择性必修 第三册第四章 原子结构和波粒二象性2 光电效应课后测评

第四章  原子结构和波粒二象性

2  光电效应

【基础巩固】

1.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.锌板带负电,指针带正电         D.锌板带负电,指针带负电

解析:用弧光灯照射锌板,发生光电效应,有电子从锌板飞出,锌板由于失去电子而带正电;验电器与锌板相连接,指针带正电.B正确.

答案:B

2.某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 (　　)

A.延长光照时间            B.使用更强的光照射

C.换用波长较短的光照射    D.换用频率较低的光照射

解析:光照射金属时能否产生光电效应,取决于入射光的频率是否大于金属的极限频率,与入射光的强弱和照射时间无关,A、B、D均错误.又因为ν=,故C正确.

答案:C

3.(多选)关于光电效应的规律,下列说法正确的是 (　　)

A.只有入射光的波长大于金属的极限波长时,光电效应才能发生

B.光电子的最大初动能可以通过遏止电压来确定

C.发生光电效应的时间一般都不大于10-9 s

D.用某种光照射金属,发生光电效应时,单位时间内从金属表面逸出的光电子数与入射光的强弱有关

解析:由ε=hν=h知,当入射光波长大于金属的极限波长时,不能发生光电效应,A错误.由Ek=eUc可知B正确.发生光电效应的时间一般不超过10-9 s,C正确.发生光电效应时,入射光越强,单位时间内从金属表面逸出的光电子数越多,即D正确.

答案:BCD

4.在光电效应实验中,用单色光照射某种金属表面,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

解析:根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0可知,当金属的逸出功确定时,光电子的最大初动能取决于入射光的频率,与光照强度、照射时间、光子数目无关,A正确,B、C、D错误.

答案:A

5.(2022·广东肇庆)查阅资料知,“全飞秒”近视矫正手术用的是一种波长λ=1.053×10-6 m的激光.已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,光在真空中的传播速度c=3×108 m/s,则该激光中光子的能量约为 (　　)

A.1.9×10-18 J              B.1.9×10-19 J

C.2.2×10-18 J              D.2.2×10-19 J

解析:解析:由ε=hν,ν=c/λ,联立解得ε≈1.9×10-19 J.故选项B正确.

答案:B

6.(多选)在光电效应的四条规律中,光的电磁理论不能解释的有 (　　)

A.入射光的频率必须大于被照金属的截止频率才能产生光电效应

B.光电子的最大初动能与入射光强弱无关,只随入射光频率的增大而增大

C.入射光照射到金属上时,光电子的发射几乎是瞬时的,一般不超过10-9 s

D.当入射光频率大于截止频率时,光电流与入射光强度成正比

解析:按照光的电磁理论,光的能量随光强的增大而增大,金属中的电子必须吸收足够的能量后,才能从金属中逸出,电子有一个能量积蓄的时间,光的强度越大,单位时间内被电子吸收的能量自然也多,这样产生的光电子数目也多.应选A、B、C.

答案:ABC

7.有关光的波粒二象性,下列说法正确的是 (　　)

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

解析: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错误.电子是实物粒子,有静止质量;光子无静止质量,B错误.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正确.大量光子的行为往往表现出波动性,D错误.

答案:C

8.(多选)下图是某金属在光的照射下,光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像,由图像可知              (　　)

A.该金属的逸出功等于E

B.该金属的逸出功等于hνc

C.入射光的频率为νc时,产生的光电子的最大初动能为E

D.入射光的频率为2νc时,产生的光电子的最大初动能为2E

解析:题中图像反映了光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系,根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0知,当入射光的频率恰为该金属的截止频率νc时,光电子的最大初动能Ek=0,此时有hνc=W0,即该金属的逸出功等于hνc,B正确,C错误.根据图线的物理意义,有W0=E,A正确.入射光频率为2νc时,最大初动能为E,D错误.

答案:AB

9.在光电效应实验中,某金属的截止频率对应的波长为λ0,该金属的逸出功为　　　　.若用波长为λ(λ<λ0)的单色光做实验,则其遏止电压为　　　　.已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h. 

解析:W0=hν0=h,eUc=Ek,且Ek=hν-W0,故Uc=-=.

答案:　

【拓展提高】

10.(多选)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与照射光的强弱无关

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与照射光的时间成正比

D.对于同种金属,Ek与照射光的频率是线性关系

解析:同种金属的逸出功相同,由Ek=hν-W0=h-W0可知最大初动能与照射光的强弱和时间无关,与照射光的波长有关,但不是反比例函数关系.

答案:AD

11.(2021·江苏卷)如图所示,分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究,其截止频率ν1<ν2,保持入射光不变,则光电子到达A极时动能的最大值Ekm随电压U变化关系的图像是 (　　)

A              B              C              D

解析:光电管所加电压为正向电压,则根据爱因斯坦光电效应方程可知光电子到达A极时动能的最大值Ekm=Ue+hν-hν截止,可知Ekm-U图像的斜率相同,均为e;截止频率越大,则图像在纵轴上的截距越小,因ν1<ν2,则图像C正确,A、B、D错误.

答案:C

12.下图为光电管的使用原理图,已知有波长为λ0的光照射到阴极K上,电路中有光电流,则 (　　)

A.若有波长为λ(λ<λ0)的光照到阴极K上,电路中一定没有光电流

B.用波长为λ0的光照射阴极K,保持光电管两极间电压不变,增强该单色光,则光电流增大

C.增加电路中电源电压,电路中的光电流一定增大

D.减弱波长为λ0的光,则电路中的光电流减小,最终会为0

解析:电路中要有光电流,入射光需达到一定频率,低于这个频率便没有光电

流产生,因此A中λ<λ0,一定有ν>ν0,电路中一定有光电流,A错误.用波长λ0的光照射阴极K,保持光电管两极间电压不变,增强该单色光,则光电流增大,B正确.增大正向电压,开始光电流增大,正向电压增大到某值时,从阴极逸出的光电子全部到达阳极,此时电路中的光电流达到最大值,再增大电压,此后电流不变,C错误.减弱入射光,可使光电流减小,但只要能发生光电效应,光电流就不可能减为0,D错误.

答案:B

13.在光电效应实验中,飞飞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,如图所示.可判断出              (　　)

A.甲光的频率大于乙光的频率

B.乙光的波长大于丙光的波长

C.乙光对应的截止频率大于丙光对应的截止频率

D.甲光对应的光电子最大初动能大于丙光对应的光电子最大初动能

解析:由题图可知,丙光对应的最大电流小于甲光和乙光的,说明逸出的电子数目最少,即丙光最弱.由Uc=ν-和Ek=hν-W0,可知甲光和乙光的频率相同,丙光的频率最高(波长最小),丙光对应的光电子的最大初动能最大,由于是同一光电管,乙光、丙光截止频率是一样的,A、C、D错误.

答案:B

14.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0,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0;当电压表读数大于或等于0.6 V时,电流表读数为0,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

解析:设能量为2.5 eV的光子照射时,光电子的最大初动能为mv2,阴极材料的逸出功为W0,根据爱因斯坦光电效应方程有mv2=hν-W0.题图中光电管上加的是反向电压,据题意,当反向电压达到U=0.6 V及以上时,具有最大初动能的光电子也不能到达阳极,因此eU=mv2,联立解得W0=hν-eU=2.5 eV-0.6 eV=1.9 eV,A正确.

答案:A

15.小明用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.(计算结果保留三位有效数字)

甲                      乙

 (1)图甲中电极A为光电管的什么极?

(2)实验中测得某金属的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示,则该金属的截止频率νc和逸出功W0分别是多少?

(3)若实验中入射光的频率ν=7.0×1014 Hz,则产生的光电子的最大初动能Ek是多少?

解析:(1)由光电管的结构知,A为阳极.

(2)Uc-ν图像中横轴的截距表示金属的截止频率,则νc=5.2×1014 Hz,

逸出功W0=hνc=3.45×10-19 J.

(3)由爱因斯坦的光电效应方程得Ek=hν-W0=1.19×10-19 J.

答案:(1)阳极　(2)5.2×1014 Hz　3.45×10-19 J   (3)1.19×10-19 J

【挑战创新】

16.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所示,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.已知W为逸出功,h为普朗克常量,e为电子电荷量.逐渐增大U,光电流会逐渐减小,当光电流恰好减小到0时,所加反向电压U可能是下列的              (　　)

A.U=-            B.U=-

C.U=2hν-W            D.U=-

解析:以从阴极K逸出的且具有最大初动能的光电子为研究对象,由动能定理得-Ue=0-m,由光电效应方程得nhν=m+W(n=2,3,4,…),解得U=-(n=2,3,4,…),B正确.

答案:B