粤教版 (2019)选择性必修 第三册第四章 波粒二象性第二节 光电效应方程及其意义课后练习题
展开1.当光照射在某种金属表面时,金属表面有电子逸出。如果该入射光的强度减弱,频率不变,则( )
A.可能不再有电子逸出金属表面
B.单位时间内逸出金属表面的电子数减少
C.逸出金属表面的电子的最大初动能减小
D.从光入射到光电子逸出的时间间隔延长
解析:选B 入射光的频率不变,则仍然能发生光电效应,A错误;入射光的强度减弱,单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少,光电流减弱,B正确;入射光的频率不变,则光电子的最大初动能不变,C错误;光的强弱影响的是单位时间内发出光电子的数目,并不影响单个光电子的逸出时间,D错误。
2.如图所示为一真空光电管的应用电路,关于电路中光电流的饱和值,下列说法正确的是( )
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.发生光电效应时,电路中光电流的饱和值取决于光电管所加的正向电压的大小
D.发生光电效应时,电路中光电流的饱和值取决于入射光的光照时间
解析:选B 若在光电管中发生了光电效应,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,故B正确,A、C、D错误。
3.如图甲所示是研究光电效应实验规律的电路。当用强度一定的黄光照射到光电管上时,测得电流表的示数随电压变化的图像如图乙所示。下列说法正确的是( )
A.若改用红光照射光电管,一定不会发生光电效应
B.若改用蓝光照射光电管,图像与横轴交点在黄光照射时的右侧
C.若用频率更高的光照射光电管,则光电管中金属的逸出功变大
D.若照射的黄光越强,饱和光电流将越大
解析:选D 根据光电效应方程Ekm=hν-W0知,红光的频率小于黄光的频率,红光照射不一定发生光电效应,但不是一定不会发生光电效应,故A错误;根据光电效应方程Ekm=hν-W0知,蓝光的频率大于黄光的频率,则光电子的最大初动能增大,所以反向遏止电压增大,图像与横轴交点在黄光照射时的左侧,故B错误;光电管中金属的逸出功的大小是由材料本身决定的,与入射光的频率无关,故C错误;增加入射光的强度,则单位时间内产生的光电子数目增加,饱和光电流将越大,故D正确。
4.在两种金属a和b的光电效应实验中,测量反向遏止电压Uc与入射光子频率ν的关系,下图中正确的是( )
解析:选D 根据光电效应方程得Ekm=hν-W0,又Ekm=eUc,解得Uc=eq \f(h,e)ν-eq \f(W0,e),则反向遏止电压Uc与入射光子频率ν的关系图像是不过原点的直线;对于不同的金属逸出功W0不同,则两图像的斜率相同,截距不同。故D正确。
5.用一束单色光照射A、B两种金属,若照射A得到光电子的最大初动能比照射B得到光电子的最大初动能大,则( )
A.若增大光照强度,则光电子的最大初动能增大
B.金属A的逸出功比金属B的逸出功大
C.金属A的截止频率比金属B的截止频率低
D.得到的光电子在真空中运动的速度为光速
解析:选C 根据光电效应方程eq \f(1,2)mv2=hν-W=hν-hν0,由题意可知金属A的逸出功比金属B的逸出功小,金属A的极限频率比金属B的极限频率低,增大光照强度,单色光的频率不变,则光电子的最大初动能不变,得到的光电子在真空中运动的速度小于光速,故C正确,A、B、D错误。
6.有a、b、c三束单色光,其波长关系为λa∶λb∶λc=1∶2∶3。当用a光束照射某种金属板时能发生光电效应,飞出的光电子最大动能为Ek,若改用b光束照射该金属板,飞出的光电子最大动能为eq \f(1,3)Ek,当改用c光束照射该金属板时( )
A.能发生光电效应,飞出的光电子最大动能为eq \f(1,6)Ek
B.能发生光电效应,飞出的光电子最大动能为eq \f(1,9)Ek
C.能发生光电效应,飞出的光电子最大动能为eq \f(1,12)Ek
D.由于c光束光子能量较小,该金属板不会发生光电效应
解析:选B 对a、b、c三束光由光电效应方程有:eq \f(hc,λa)-W=Ek,eq \f(hc,2λa)-W=eq \f(1,3)Ek,由以上两式得eq \f(hc,λa)=eq \f(4,3)Ek,W=eq \f(1,3)Ek。当改用c光束照射该金属板时有:eq \f(hc,3λa)-W=eq \f(4,9)Ek-eq \f(1,3)Ek=eq \f(1,9)Ek,B正确。
7.人眼对绿光最为敏感,正常人的眼睛接收到波长为530 nm 的绿光时,只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔,眼睛就能察觉。已知普朗克常量为6.63×10-34 J·s,光速为3.0×108 m/s,则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是( )
A.2.3×10-18 W B.3.8×10-19 W
C.7.0×10-10 W D.1.2×10-18 W
解析:选A 因每秒有6个绿光的光子射入瞳孔,眼睛就能察觉,所以察觉到绿光所接收的最小功率P=eq \f(E,t),式中E=6ε,t=1 s,又ε=hν=heq \f(c,λ),可解得P=eq \f(6×6.63×10-34×3×108,530×10-9×1) W≈2.3×10-18 W,A正确。
8.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,相对光强越强,光电流越大
解析:选B 由光子的能量E=hν可知,若入射光子的能量不同,则入射光子的频率不同,A正确。由爱因斯坦光电效应方程hν=W+Ek可求出两组实验的逸出功W均为3.1 eV,故两组实验所用的金属板材质相同,B错误。由hν=W+Ek,W=3.1 eV,当hν=5.0 eV时,Ek=1.9 eV,C正确。相对光强越强,单位时间内射出的光子数越多,单位时间内逸出的光电子数越多,形成的光电流越大,D正确。
9.紫光在真空中的波长为4.5×10-7 m,问:
(1)紫光光子的能量是多少?
(2)用它照射极限频率为ν0=4.62×1014 Hz的金属钾时能否产生光电效应?
(3)若能产生,则光电子的最大初动能为多少?
(h=6.63×10-34 J·s)
解析:(1)紫光光子的能量E=hν=heq \f(c,λ)=4.42×10-19 J。
(2)紫光频率ν=eq \f(c,λ)=6.67×1014 Hz,
因为ν>ν0,所以能产生光电效应。
(3)光电子的最大初动能为
Ekm=hν-W=h(ν-ν0)=1.36×10-19 J。
答案:(1)4.42×10-19 J (2)能 (3)1.36×10-19 J
B组—重应用·体现创新
10.(多选)如图所示是某金属在光的照射下,光电子的最大初动能Ek与入射光的波长的倒数eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,λ)))的关系图像,由图像可知( )
A.图像中的λ0是产生光电效应的最小波长
B.普朗克常量和光速的乘积hc=Eλ0
C.该金属的逸出功等于-E
D.若入射光的波长为eq \f(λ0,3),产生的光电子的最大初动能为2E
解析:选BD 图像中的λ0是产生光电效应的最大波长,选项A错误;根据爱因斯坦光电效应方程,光电子的最大初动能Ek与入射光的波长的倒数eq \f(1,λ)的关系图像对应的函数关系式为Ek=hceq \f(1,λ)-W,由题图可知Ek=0时,hc=Eλ0,选项B正确;由Ek=hceq \f(1,λ)-W,并结合关系图像可得该金属的逸出功W=E,选项C错误;若入射光的波长为eq \f(λ0,3),由Ek=hceq \f(1,λ)-W,解得Ek=hceq \f(3,λ0)-W=3E-E=2E,即产生的光电子的最大初动能为2E,选项D正确。
11.研究光电效应规律的实验装置如图所示,以频率为ν的光照射光电管阴极K时,有光电子产生。由于光电管K、A间加的是反向电压,光电子从阴极K发射后将向阳极A做减速运动。光电流i由图中电流计G测出,反向电压U由电压表V测出。当电流计的示数恰好为零时,电压表的示数称为遏止电压Uc。在下列表示光电效应实验规律的图像中,错误的是( )
解析:选B 当反向电压U与频率ν一定时,光电流与入射光强度成正比,A正确。遏止电压Uc与入射光频率的关系图像应为一条不过坐标原点的倾斜直线,B错误。当光强I和频率ν一定时,反向电压增大,光电流减小,若反向电压超过遏止电压Uc,则光电流为零,C正确。光电效应发生所需的时间小于10-9 s,D正确。
12.(多选)在光电效应实验中,两个实验小组分别在各自的实验室,用相同频率的单色光分别照射锌板和银板的表面,结果都能发生光电效应,实验电路如图甲所示,并记录相关数据。对于这两组实验,下列判断正确的是( )
A. 因为材料不同,逸出功不同,所以遏止电压Uc不同
B.饱和光电流一定不同
C.光电子的最大初动能不同
D.分别用不同频率的光照射同种金属之后绘制Uc-ν图像(ν为照射光频率,图乙为其中一个小组绘制的图像),两小组绘制的图像的斜率可能不同
解析:选AC 根据光电效应方程Ekm=hν-W0和eUc=Ekm可知,照射光的频率相同,对于逸出功不同的材料,遏止电压也不同,故A正确;虽然光的频率相同,但光强不确定,所以单位时间逸出的光电子数可能相同,即饱和光电流可能相同,故B错误;根据光电效应方程Ekm=hν-W0可知,频率相同,逸出功不同,则光电子的最大初动能也不同,故C正确;因为Uc=eq \f(hν,e)-eq \f(W0,e),知图像的斜率eq \f(h,e)为定值,即图像的斜率相同,故D错误。
13.几种金属的逸出功W0见下表:
用一束可见光照射上述金属的表面,已知该可见光的波长的范围为4.0×10-7~7.6×10-7 m,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,光速c=3×108 m·s-1。
(1)请通过计算说明哪些金属能发生光电效应?
(2)照射哪种金属时逸出的光电子最大初动能最大?最大值是多少?
解析:(1)波长越小,光子频率越大,根据最小波长求出最大的光子能量。由E=hν,ν=eq \f(c,λ),联立得E=heq \f(c,λ)
将λ=4.0×10-7 m代入,
解得E≈4.97×10-19 J。
根据光电效应规律可知,入射光的频率大于金属的极限频率可发生光电效应,又极限频率ν0=eq \f(W0,h),则可见光能使钠、钾、铷发生光电效应。
(2)根据光电效应方程可知,Ekm=E-W0,入射光的光子能量E越大,金属的逸出功W0越小,则逸出的光电子初动能越大。根据表格数据知,照射金属铷时,逸出的光电子最大初动能最大。
将E=4.97×10-19 J和W0=3.41×10-19 J代入,解得Ekm=1.56×10-19 J。
答案:(1)能使钠、钾、铷发生光电效应
(2)铷 1.56×10-19 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
2
3
4.0
4.0
4.0
弱
中
强
29
43
60
0.9
0.9
0.9
第二组
4
5
6
6.0
6.0
6.0
弱
中
强
27
40
55
2.9
2.9
2.9
金属
钨
钙
钠
钾
铷
W0/(×10-19 J)
7.26
5.12
3.66
3.60
3.41
高中第一节 光电效应课后作业题: 这是一份高中第一节 光电效应课后作业题,共8页。
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高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第三册第一节 光电效应当堂检测题: 这是一份高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第三册第一节 光电效应当堂检测题,共6页。