物理光电效应一课一练

这是一份物理光电效应一课一练，文件包含人教版选择性必修第三册高二物理同步导学案42光电效应解析版docx、人教版选择性必修第三册高二物理同步导学案42光电效应原卷版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共24页， 欢迎下载使用。
一、光电效应及其实验规律
1.光电效应中的几组概念的理解
2.光电效应的实验规律
（1）发生光电效应时，入射光越强，饱和电流越大，即入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。
（2）光电子的最大初动能（或遏止电压）与入射光的强度无关，只与入射光的频率有关。入射光的频率越高，光电子的最大初动能越大，但最大初动能与频率不成正比。
（3）每一种金属都有一个截止频率（或极限频率）νc，入射光的频率必须大于νc才能发生光电效应。频率低于νc的入射光，无论光的强度有多大，照射时间有多长，都不能发生光电效应。不同金属的截止频率不同。
（4）光电效应具有瞬时性。
3.光电效应与经典电磁理论的矛盾
【例1】如图所示为研究光电效应规律的实验装置，照射光强度一定，照射光的频率大于光电管阴极的极限频率，闭合开关，则下列说法正确的是（ ）
A．滑动变阻器的滑片移到最左端，电压表、电流表的示数均为零
B．滑动变阻器的滑片移到最左端，电压表、电流表的示数均不为零
C．滑动变阻器的滑片向右移的过程中，电压表示数增大、电流表的示数可能先增大后不变
D．滑动变阻器的滑片向右移的过程中，电压表、电流表的示数一定不断增大
【答案】C
【详解】AB．由于能发生光电效应，因此滑动变阻器的滑片移到最左端时，电压表示数为零、但是仍有光电子能到达A极，即电流表的示数不为零，A、B项错误；
CD．滑动变阻器的滑片向右移，电压表示数不断增大，电流表的示数可能先增大，后如果电流表示数达到饱和电流大小后就保持不变，C项正确，D项错误。
故选C。
【针对训练1】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（甲光、乙光、丙光），如图所示。则可判断出（ ）
A．乙光的波长大于丙光的波长
B．甲光的频率大于乙光的频率
C．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率
D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能
【答案】A
【详解】A．丙光的截止电压大于乙光的截止电压，所以丙光的频率大于乙光的频率，则乙光的波长大于丙光的波长；故A正确；
B．根据入射光的频率越高，对应的截止电压Uc越大。甲光、乙光的截止电压相等，所以甲光、乙光的频率相等，故B错误；
C．同一金属对应的截止频率相同，所以乙光对应的截止频率等于丙光的截止频率，故C错误；
D．根据光电子动能越大，对应的遏止电压Uc越大。甲光的遏止电压小于丙光的遏止电压，所以甲光对应的光电子最大初动能小于丙光对应的光电子最大初动能，故D错误。
故选A。
二、光电效应方程的理解和应用
1.光电效应方程Ek=hν−W0的理解
（1）方程中的Ek是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时剩余动能大小可以是0∼Ek范围内的任何数值。
（2）光电效应方程实质上是能量守恒方程。能量为E=hν的光子被电子吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的动能。如果克服吸引力做功最少为W0，则电子离开金属表面时动能最大为Ek，根据能量守恒定律可知：Ek=hν−W0。
（3）光电效应方程包含了产生光电效应的条件。若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，即Ek=hν−W0>0，亦即hν>W0，ν>W0h=νc，而νc=W0h恰好是光电效应的截止频率。
2.四类图像
【例2】已知能使某金属产生光电效应的极限频率为，则下列判断正确的是（ ）
A．当用频率为的光照射该金属时，一定能产生光电子
B．当用频率为的光照射该金属时，产生的光电子的最大初动能为
C．当照射光的频率大于时，若频率增大，则逸出功增大
D．当照射光的频率大于时，若频率增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍
【答案】A
【详解】AB．当用频率为的单色光照射金属时，入射光频率大于极限频率，一定能产生光电子，根据光电效应方程其中得最大初动能为故A正确，B错误；
C．逸出功与入射光的频率无关，故C错误；
D．根据光电效应方程最大初动能与入射光频率不成正比，故D错误。
故选A。
【针对训练2】1905年，爱因斯坦把普朗克的量子化概念进一步推广，成功地解释了光电效应现象，提出了光子说。在给出与光电效应有关的四个图像中，下列说法正确的是（ ）
A．图甲中，当紫外线照射锌板时，发现验电器指针发生了偏转，说明锌板带正电，验电器带负电
B．图乙中，从光电流与电压的关系图像中可以看出，电压相同时，光照越强，光电流越大，UC,相同，说明遏止电压和光的强度无关
C．图丙中，若电子电荷量用e表示，、、已知，由图像可求得普朗克常量的表达式为
D．图丁中，由光电子最大初动能Ek与入射光频率的关系图像可知该金属的逸出功为E或
【答案】BCD
【详解】A．图甲中，当紫外线照射锌板时，发现验电器指针发生了偏转，发生光电效应后锌板带正电，所以验电器也带正电。故A错误；
B．图乙中，从光电流与电压的关系图象中可以看出，电压相同时，光照越强，光电流越大，说明饱和光电流与光的强度有关，但遏止电压和光的强度无关。故B正确；
C．根据解得斜率则故C正确；
D．根据光电效应方程当时由图象知纵轴截距为，所以即该金属的逸出功E；图线与轴交点的横坐标是，该金属的逸出功，故D正确。
故选BCD。
三、康普顿效应
1.康普顿效应的几点认识
（1）光电效应主要用于电子吸收光子的问题；而康普顿效应主要用于讨论光子与电子碰撞且没有被电子吸收的问题。
（2）光子不仅具有能量，也具有动量，在与其他微粒作用过程中遵循能量守恒定律和动量守恒定律。
（3）假定X射线光子与电子发生弹性碰撞。光子和电子相碰撞时，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长。
（4）康普顿效应进一步揭示了光的粒子性，也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性。
2.光子的能量和动量
能量ε和动量p是描述物质的粒子性的重要物理量；波长 λ和频率ν是描述物质的波动性的典型物理量。ε=hν和p=hλ揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系。
【例3】康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现散射的X射线中，除了有与入射波长相同的成分外，还有其他波长的X射线，这是由入射光子与晶体中的电子碰撞引起的。已知普朗克常量为h。下列说法错误的是（ ）
A．康普顿效应揭示了光的粒子性
B．光子散射后波长变大
C．光子与电子碰撞后速度变小
D．若碰撞后电子的动量为p，则其物质波波长为
【答案】C
【详解】A．康普顿效应揭示了光的粒子性，选项A正确，不符合题意；
B．光子散射后能量减小，则频率减小，波长变大，选项B正确，不符合题意；
C．X射线是电磁波，则光子与电子碰撞后速度不变，选项C错误，符合题意；
D．若碰撞后电子的动量为p，则其物质波波长为选项D正确，不符合题意。
故选C。
【针对训练3】康普顿效应揭示了光既有能量也有动量。如图所示为X射线中的光子与晶体中的电子在碰撞前、后的示意图。则碰撞后（ ）
A．光子的动量大小不变B．光子的速度减小
C．光子的波长变长D．电子的动量增加了
【答案】C
【详解】AC．光子和电子碰撞动量守恒，则光子的动量会减小，由可知光子的波长变长，故C正确，A错误；
B．由光速不变原理可知，光子的速度不变，故B错误；
D．由动量守恒定律结合题意可知，电子的动量增加量小于，故D错误。
故选C。
【巩固提升】
1．如图所示，某种单色光射到光电管的阴极上时，电流表有示数，则不正确的是（ ）
A．增大单色光的强度，电流表的示数将增大
B．滑片P向左移，电流表示数将减小，甚至为零
C．滑片P向左移，电流表示数将增大
D．入射的单色光的频率必须大于阴极材料的截止频率
【答案】C
【详解】A．增大单色光的强度，则产生的光电流增大，电流表的示数增大，故A正确；
BC．滑片P向左移时，K极的电势比A极的高，光电管上加的是反向电压，故滑片左移的过程中，电流表示数将减小，甚至为零，故B正确，C错误；
D．单色光射到光电管的阴极时，电流表有示数，说明发生了光电效应，因此入射的单色光的频率必须大于阴极材料的截止频率，故D正确。故选C。
2．如图所示，分别用频率为v、2v的光照射某光电管，对应的遏止电压之比为1：3，普朗克常量用h表示，则（ ）
A．用频率为的光照射该光电管时有光电子逸出
B．该光电管的逸出功为
C．用2v的光照射时逸出所有光电子的初动能比用v的光照射时逸出所有光电子的初动能大
D．加正向电压时，用2v的光照射时饱和光电流一定大
【答案】B
【详解】AB. 根据；据题意解得该光电管的逸出功为；；用频率为的光照射该光电管时，光电子的能量为，小于该光电管的逸出功，所以不能发生光电效应，没有光电子逸出，故A错误，B正确；
C．由此可知用2v的光照射时比用v的光照射时逸出的光电子的最大初动能一定大，并不是所有光电子的初动能大，故C错误；
D．饱和光电流与入射光的强度有关，与频率无关，加正向电压时，用用2v的光照射时饱和光电流不一定大，故D错误。故选B。
3．如图所示，先后用波长为、的单色光照射阴极K均可产生光电流。调节滑片P，当电压表示数分别为U1、U2时，、的的光电流恰减小到零.已知U1p2B．光电子的最大初动能Ek1>Ek2
C．普朗克恒量为D．逸出功为
【答案】D
【详解】AB．当电压表示数分别为U1、U2时，、的的光电流恰减小到零.已知U1