高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册2 光电效应综合训练题

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第四章　2

A组·基础达标
1．在X射线散射实验中若散射光波长是入射光波长的1.5倍，则入射光光子能量E0与散射光光子能量E的比为(　　)
A．2∶3 B．3∶2
C．1∶1 D．4∶9
【答案】B　【解析】因为光子能量为E＝hν＝h，故＝＝，故选B．
2．用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19 J．已知普朗克常量为6.63×10－34 J·s，真空中的光速为3.0×108 m·s－1，能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为(　　)
A．1×1014 Hz B．8×1014 Hz
C．2×1015 Hz D．8×1015 Hz
【答案】B　【解析】根据爱因斯坦光电效应方程，Ek＝－W，而W＝hν0，联立并代入数据解得能够使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为8×1014Hz，B正确．
3．(2021年广西桂林模拟)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，选项A错误；若入射光频率太高，则一定大于金属的极限频率，故一定可以发生光电效应，电流计中有电流通过，选项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，选项C正确；光电管能否产生光电效应与光照时间没有关系，选项D错误．
4．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，而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，故D错误．
5．单色光B的频率为单色光A的两倍，用单色光A照射到某金属表面时，从金属表面逸出的光电子最大初动能为E1．用单色光B照射该金属表面时，逸出的光电子最大初动能为E2，则该金属的逸出功为(　　)
A．E2－E1 B．E2－2E1
C．2E1－E2 D．
【答案】B　【解析】根据光电效应方程：用单色光A照射到某金属表面时E1＝hν－W逸出功，用单色光B照射到某金属表面时E2＝h·2ν－W逸出功，解得W逸出功＝E2－2E1，B正确．
6．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的光电管的阴极，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光的频率大，能量大，且对应的波长最小，故B正确，C、D错误．
7．(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．则下列说法正确的是(　　)

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．
8．(多选)三束单色光1、2和3的波长分别为λ1、λ2和λ3(λ1>λ2>λ3)．分别用这三束光照射同一种金属．已知用光束2照射时，恰能产生光电子．下列说法正确的是(　　)
A．用光束1照射时，不能产生光电子
B．用光束3照射时，不能产生光电子
C．用光束2照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多
D．用光束2照射时，光越强，产生的光电子的最大初动能越大
【答案】AC　【解析】根据题述，用光束2照射时，恰能产生光电子，可知λ2为金属的截止波长，用光束1照射时，不能产生光电子，用光束3照射时，能产生光电子，选项A正确，B错误；用光束2照射时，光越强，说明照射的光子越多，单位时间内产生的光电子数目越多，选项C正确；根据爱因斯坦光电效应方程可知，用光束2照射时，光越强，产生的光电子的最大初动能不变，选项D错误．
9．(多选)如图甲所示，在光电效应实验中，某同学用相同频率的单色光，分别照射阴极材料为锌和铜的两个不同的光电管，结果都能发生光电效应．图乙为其中一个光电管的遏止电压Uc随入射光频率ν变化的函数关系图像．对于这两个光电管，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．光电子的最大初动能不同
C．因为光强不确定，所以单位时间逸出的光电子数可能相同，饱和光电流也可能相同
D．两个光电管的Uc－ν图线的斜率可能不同
【答案】ABC　【解析】根据光电效应方程Ek＝hν－W0和eUc＝Ek得出，相同频率，不同逸出功，则遏止电压也不同，A正确；根据光电效应方程Ek＝hν－W0得，相同的频率，不同的逸出功，则光电子的最大初动能也不同，B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，饱和光电流可能相同，C正确；因为Uc＝－知图线的斜率为，即只与h和e有关，为常数，一定相同，D错误．
B组·能力提升
10．(多选)小宇同学参加学校科技嘉年华，设计了一个光电烟雾探测器．如图，S为光源，可以发出一束光束，当有烟雾进入探测器时，来自S的光会被烟雾散射进入光电管C，当光射到光电管中的钠表面时(钠的极限频率为6.00×1014 Hz)会产生光电子，当光电流大于10－8 A时，便会触发报警系统报警．下列说法正确的是(　　)

A．要使该探测器正常工作，光源S发出的光的波长不能小于0.5 μm
B．金属钠的最小逸出功为4 eV
C．光源S发出的光波能使光电管发生光电效应，那么光源越强，光电烟雾探测器灵敏度越高
D．若射向光电管C的光子有5%会产生光电子，当报警器报警时，每秒射向C的钠表面的光子最少数目N＝1.25×1012个
【答案】CD　【解析】光源S发出的光波最大波长λmax＝＝ m＝5×10－7 m＝0.5 μm，即要使该探测器正常工作，光源S发出的光的波长不能大于0.5 μm，故A错误；由于钠的极限频率为6.00×1014 Hz，根据W0＝hνc＝ eV＝2.5 eV，故B错误；光源S发出的光能使光电管发生光电效应，那么光源越强，被烟雾散射进入光电管C的光越多，越容易探测到烟雾，即光电烟雾探测器灵敏度越高，故C正确；光电流等于10－8A时，每秒产生的光电子的个数n＝＝个＝6.25×1010个，每秒射向C的钠表面的光子最少数目N＝＝个＝1.25×1012个，故D正确．
11．小明用金属铷作阴极的光电管，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________(选填“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.