高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第三册第一节 光电效应同步练习题
展开1.(2023年海南模拟)用紫外光电管制作的火灾报警器的灵敏度非常高,其能够探测5 m远处香烟头燃烧时火焰发出的紫外线,因此被称为“火焰发现者”,但它对可见光完全没有反应,因此在使用过程中不需要过滤任何可见光.已知光电管内部金属材料发生光电效应的极限频率为ν0,对应的波长为λ0;可见光的最高频率为ν1,对应的波长为λ1;可见光的最低频率为ν2,对应的波长为λ2.下列说法正确的是( )
A.ν0一定大于ν1B.λ0一定大于λ1
C.ν0一定小于ν2D.λ0一定大于λ2
【答案】A 【解析】根据题意可知,用可见光照射这种光电管时不能发生光电效应,说明可见光的最高频率ν1小于光电管内部金属的极限频率ν0,A正确,C错误;根据公式λ= eq \f(c,v)可知,频率ν越高,波长λ越短,故λ0一定小于λ1和λ2,B、D错误.
2.(2023年绍兴期末)氦氖激光器发射波长为632.8 nm的单色光,已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s.这种光的一个光子能量为( )
A.3.14×10-17 JB.3.14×10-18 J
C.3.14×10-19 JD.3.14×10-20 J
【答案】C 【解析】这种光的一个光子能量为ε= eq \f(hc,λ)≈ eq \f(6.63×10-34×3×108,632.8×10-9) J≈3.14×10-19 J,故选C.
3.某金属发生光电效应,光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν之间的关系如图所示.已知h为普朗克常量,e为电子电荷量的绝对值,结合图像所给信息,下列说法正确的是( )
A.入射光的频率小于ν0也可能发生光电效应现象
B.该金属的逸出功随入射光频率的增大而增大
C.若用频率是2ν0的光照射该金属,则遏止电压为 eq \f(hν0,e)
D.遏止电压与入射光的频率无关
【答案】C 【解析】图像中横轴的截距ν0为发生光电效应的截止频率,根据光电效应产生条件,入射光的频率大于截止频率ν0才能发生光电效应现象,A错误;金属的逸出功是一常数,不随入射光的频率增大而变化,B错误;若用频率为2ν0的光照射该金属,由爱因斯坦光电效应方程,Ek=2hν0-W,W=hν0,Ek=eU,联立解得U= eq \f(hν0,e),C正确;由Ek=hν-W,W=hν0,Ek=eU,可知入射光频率越大,遏止电压越大,即遏止电压与入射光的频率有关,D错误.
4.(2022年江苏卷)光源通过电子-光子散射使光子能量增加,光子能量增加后( )
A.频率减小B.波长减小
C.动量减小D.速度减小
【答案】B 【解析】根据E=hν可知光子的能量增加后,光子的频率增加,又根据λ= eq \f(c,ν),可知光子波长减小,A错误,B正确;根据p= eq \f(h,λ),可知光子的动量增加.又因为光子质量不变,根据p=mv可知光子速度增加,C、D错误.
5.如图所示,电路中所有元件完好,当光照射到光电管上时,灵敏电流计中没有电流通过,可能的原因是( )
A.入射光强较弱B.入射光频率太高
C.电源正负极接反D.光照射时间太短
【答案】C 【解析】光电管能否产生光电效应只与入射光的频率有关,与入射光的强度没有关系,A错误;若入射光频率太高,则一定大于金属的截止频率,故一定可以发生光电效应,电流计中有电流通过,B错误;电源正负极接反时,光电管加上反向电压,虽然发生光电效应产生光电子,但是在反向电压作用下,光电子做减速运动,可能不能到达阳极,电路中不能形成电流,C正确;光电管能否产生光电效应与光照时间没有关系,D错误.
6.如图所示,在验电器上安装一个铜网,使其带电,验电器金属箔张开一定角度.用紫外线照射铜网,验电器金属箔的张角保持不变,再将一块锌板放置在该铜网后面一定距离处,用同一紫外线照射锌板时,发现金属箔张开角度减小.下列相关说法中正确的是( )
A.增加紫外线的强度照射铜网,金属箔张角将变大
B.紫外线的频率大于金属锌的截止频率
C.铜网带负电
D.改用紫光照射锌板,验电器的金属箔张角也一定减小
【答案】B 【解析】根据用紫外线照射铜网,验电器金属箔的张角保持不变;再将一块锌板放置在该铜网后面一定距离处,用同一紫外线照射锌板时,发现金属箔张开角度减小,说明逸出的光电子跑到铜网上,导致其电量减小,当增加紫外线的强度照射铜网,金属箔张角将变更小,由此可知,铜网带正电,故A、C错误;只有紫外线的频率大于金属锌的截止频率,才会发生光电效应,故B正确;根据光电效应产生条件,当改用紫光照射,则紫光频率小于紫外线,因此可能不发生光电效应现象,则验电器金属箔不一定张开,D错误.
7.(2023年中山联考)图甲是探究光电效应的实验电路图,光电管截止电压Uc随入射光频率ν的变化规律如图乙所示.下列判断正确的是( )
A.入射光的频率ν不同时,截止电压Uc也不同
B.入射光的频率ν不同时,Uc-ν图像的斜率不同
C.图甲电路中,当电压表示数增大时,电流表的示数增大
D.图甲电路中入射光频率不变,增加入射光的光照强度,光电子的最大初动能增大
【答案】A 【解析】根据光电效应方程可得Ekm=hν-W0,根据动能定理可得-eUc=0-Ekm联立可得Uc= eq \f(h,e)ν- eq \f(W0,e),可知Uc-ν图像的斜率为k= eq \f(h,e),可知入射光的频率ν不同时,截止电压Uc也不同,Uc-ν图像的斜率相同,A正确,B错误;图甲电路中,极板间所加电压为反向电压,当电压表示数增大时,电流表的示数减小,C错误;图甲电路中入射光频率不变,增加入射光的光照强度,根据光电效应方程可知,光电子的最大初动能不变,D错误.
8.某同学采用如图甲所示的装置研究光电效应现象,分别用a、b、c三束单色光照射图甲中光电管的阴极,得到光电管两端的电压与相应的光电流的关系如图乙所示,其中a、c两束光照射时对应的遏止电压相同,均为Ua,则下列论述正确的是( )
A.a、c两束光的光强相同
B.a、c两束光的频率相同
C.b光束光子的能量最小
D.b光束的波长最长,遏止电压最大
【答案】B 【解析】由图可知,a的饱和电流最大,因此a光束照射时单位时间内产生的光电子数量大,光强大,故A错误;当光电流为零时,光电管两端加的电压为遏止电压,对应的光的频率为截止频率,根据eU=hν-W,入射光的频率越高,对应的遏止电压U越大.a光、c光的遏止电压相等,所以a光、c光的频率相等,而b光的频率最大,能量最大,且对应的波长最小,故B正确,C、D错误.
9.(多选)利用如图所示的电路研究光电效应,其中电极K由金属钾制成,已知钾的逸出功为2.25 eV.用某一频率的光照射电极K时,逸出的光电子的最大初动能为1.50 eV,电流表的示数为I.已知普朗克常量h=6.6×10-34 J·s,下列说法正确的是( )
A.金属钾的截止频率约为5.5×1014 Hz
B.若入射光频率加倍,光电子的最大初动能变为3.00 eV
C.若入射光的强度不变、频率加倍,电流表的示数变为2I
D.若入射光频率加倍,遏止电压的大小将变为5.25 V
【答案】AD 【解析】由W0=hνc,解得金属钾的截止频率约为νc=5.5×1014 Hz,A正确;若入射光的频率加倍,W0不变,由爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0,可知光电子的最大初动能并不加倍,B错误;若入射光的频率加倍、强度不变,则单位时间内入射光的光子数减半,即电极K表面逸出的光电子数量减半,电流表的示数变为 eq \f(I,2),C错误;由Ek=hν-W0知入射光的能量为hν=3.75 eV,若入射光的频率加倍,则Ek′=2hν-W0=5.25 eV,而eUc=Ek′,所以遏止电压Uc=5.25 V,D正确.
10.(多选)按如图的方式连接电路,当用紫光照射阴极K时,电路中的微安表有示数.则下列叙述正确的是( )
A.如果仅将紫光的光强减弱一些,则微安表可能没有示数
B.仅将滑动变阻器的触头向右滑动一些,则微安表的示数一定增大
C.仅将滑动变阻器的触头向左滑动一些,则微安表的示数可能不变
D.仅将电源的正负极对调,则微安表仍可能有示数
【答案】CD 【解析】如果仅将紫光的光强减弱一些,则单位时间内逸出的光电子数减小,则微安表示数减小,故A错误;饱和光电流与入射光的强度有关,仅将滑动变阻器的触头向右滑动,不改变光的强度,则微安表的示数不一定增大;同理仅将滑动变阻器的触头向左滑动一些,则微安表的示数可能不变,故B错误,C正确.将电路中电源的极性反接后,即加上反向电压,若光电子的动能足够大,电路中还有光电流,微安表仍可能有示数,故D正确.
11.(2023年三明统考)为落实国家“双碳”战略,推动能源绿色低碳转型,三明市沙县区推进新型绿色光伏发电.假设太阳光子垂直射到发电板上并全部被吸收.已知光伏发电板面积为S,发电板单位面积上受到光子平均作用力为F,每个光子动量为h eq \f(ν,c)(其中h为普朗克常量,ν为光子的频率,c为真空中的光速),则t秒内该光伏发电板上接收到的光子能量为( )
A.FSctB.2FSct
C.FSthνD.2FSthν
【答案】A 【解析】设t秒内该光伏发电板上接收到的光子数为n,根据动量定理可得F总t=nh eq \f(ν,c),又F= eq \f(F总,S),联立解得n= eq \f(FSct,hν),则t秒内该光伏发电板上接收到的光子能量为E=nhν=FSct,A正确.
B组·能力提升
12.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,入射光越强,光电流越大
【答案】B 【解析】由表格中数据可知,两组实验所用入射光光子的能量,由E=hν可知,两组实验所用入射光的频率不同,即两组实验采用了不同频率的入射光,A正确;由爱因斯坦光电效应方程,Ek=hν-W0,对第一组实验,0.9 eV=4.0 eV-W01,对第二组实验,2.9 eV=6.0 eV-W02,解得W01=W02=3.1 eV,两组实验所用金属材料的逸出功相同,说明两组实验所用的金属板材质相同,B错误;若入射光子的能量为5.0 eV,由爱因斯坦光电效应方程,Ek=hν-W0,可得逸出光电子的最大动能为Ek=hν-W0=5.0 eV-3.1 eV=1.9 eV,C正确;若入射光子的能量为5.0 eV,入射光越强,单位时间内产生的光电子就越多,光电流越大, D正确.
13.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.
(1)图甲中电极A为光电管的__________(填“阴极”或“阳极”).
(2)测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示,则铷的截止频率νc=________Hz,逸出功W=________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.
【答案】(1)阳极 (2)5.15×1014 3.41×10-19 (3)1.23×10-19
【解析】(1)光电管中光束直接照射的K极为光电管的阴极,所以电极A为光电管的阳极.
(2)由Uc-ν图线可知,铷的截止频率
νc=5.15×1014 Hz,金属的逸出功
W=hνc=6.63×10-34×5.15×1014 J=3.41×10-19 J.
(3)由光电效应方程Ek=hν-W可得产生的光电子的最大初动能Ek=6.63×10-34 ×7.00×1014 J-3.41×10-19 J=1.23×10-19 J.组
次
入射光子的能量/eV
相对光强
光电流大小/mA
逸出光电子的最大动能/eV
第一组
1
4.0
弱
29
0.9
2
4.0
中
43
0.9
3
4.0
强
60
0.9
第二组
4
6.0
弱
27
2.9
5
6.0
中
40
2.9
6
6.0
强
55
2.9
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