新教材適用2024-2025學(xué)年高中物理第4章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性2光電效應(yīng)夯基提能作業(yè)新人教版選擇性必修第三冊

第四章2.基礎(chǔ)達標(biāo)練一、選擇題1．如圖所示，用導(dǎo)線把驗電器的小球與鋅板相連接，當(dāng)用紫外線照耀鋅板時，驗電器的兩金屬箔片張開，用帶負(fù)電的導(dǎo)體棒接觸鋅板，又可視察到驗電器的兩金屬箔片張角變小，其緣由是(D)A．紫外線電離空氣，使鋅板帶正電B．紫外線自身帶微量正電荷C．鋅板發(fā)生光電效應(yīng)，釋放出了帶正電的光電子D．鋅板表面射出電子，鋅板和兩金屬箔片均帶正電解析：紫外線照耀鋅板，鋅板發(fā)生光電效應(yīng)，逸出帶負(fù)電的光電子，鋅板帶正電；當(dāng)用帶負(fù)電的導(dǎo)體棒接觸鋅板后，正負(fù)電荷中和，故金屬箔片張角減小，鋅板和金屬箔片都帶正電，A、C錯誤，D正確。紫外線并不帶電，故B錯誤。2．關(guān)于光電效應(yīng)，下列說法正確的是(D)A．金屬的逸出功與入射光的頻率成正比B．光電流的強度與入射光的強度無關(guān)C．用不行見光照耀金屬肯定比用可見光照耀同種金屬產(chǎn)生的光電子的最大初動能大D．對于任何一種金屬都存在一個“最大波長”，入射光的波長大于此波長時，就不能產(chǎn)生光電效應(yīng)解析：金屬的逸出功是由金屬本身確定的，與入射光的頻率無關(guān)，A錯誤；光電流大小與單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)正相關(guān)，而頻率肯定時單位時間內(nèi)接收到的光子數(shù)與入射光的強度成正比，所以發(fā)生光電效應(yīng)時，光電流的強度跟入射光的強度正相關(guān)，B錯誤；不行見光中的紫外線照耀金屬產(chǎn)生的光電子的最大初動能大于可見光照耀金屬產(chǎn)生的光電子的最大初動能，但是不行見光中紅外線的頻率低于可見光的頻率，所以用紅外線照耀金屬產(chǎn)生的光電子的最大初動能小于用可見光照耀金屬產(chǎn)生的光電子的最大初動能，C錯誤；D選項中與金屬的“最大波長”相對應(yīng)的是金屬的極限頻率，入射光的波長大于金屬的“最大波長”，即入射光的頻率小于金屬的極限頻率時，不能發(fā)生光電效應(yīng)，D正確。3．(2024·合肥一中單元檢測)用波長為2.0×10－7m的紫外線照耀鎢的表面，釋放出來的光電子中最大的動能是4.7×10－19J。由此可知，鎢的截止頻率是(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3.0×108m/s，結(jié)果取兩位有效數(shù)字)(B)A．5.5×1014Hz B．7.9×1014HzC．9.8×1014Hz D．1.2×1015Hz解析：由光電效應(yīng)可知，入射光子的能量等于逸出功與最大初動能的和，即hν＝W0＋Ek，又有c＝λν，W0＝hν0，由以上三式得鎢的截止頻率ν0＝eq\f(c,λ)－eq\f(Ek,h)＝eq\f(3×108,2×10－7)Hz－eq\f(4.7×10－19,6.63×10－34)Hz＝7.9×1014Hz，故選B。4．用藍(lán)光照耀密封在真空管中的兩種不同金屬材料Ⅰ、Ⅱ，完成光電效應(yīng)試驗。電路圖如圖甲所示，得到遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系，如圖乙所示，已知電子電荷量為e，則下列說法正確的是(A)A．Ⅰ的截止頻率比Ⅱ的小B．Ⅰ的逸出功比Ⅱ的大C．Ⅰ發(fā)生光電效應(yīng)的時間較短D．由圖乙可算出普朗克常量h＝eq\f(eν1,b1)解析：依據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程結(jié)合動能定理可知，eUc＝Ek＝hν－h(huán)ν0，則Uc＝eq\f(h,e)·ν－eq\f(h,e)·ν0＝eq\f(h,e)(ν－ν0)，Uc－ν圖線與橫軸的交點表示截止頻率，則Ⅰ的截止頻率比Ⅱ的小，故A正確；依據(jù)逸出功與截止頻率的關(guān)系W0＝hν0可知，截止頻率大的金屬，逸出功也大，故Ⅰ的逸出功比Ⅱ的小，故B錯誤；光電效應(yīng)幾乎是瞬間發(fā)生的，可認(rèn)為全部金屬發(fā)生光電效應(yīng)的時間均一樣，故C錯誤；依據(jù)圖乙和A選項的分析可知，Uc－ν圖線的斜率eq\f(h,e)＝eq\f(b1,ν1)，則普朗克常量h＝eq\f(eb1,ν1)，故D錯誤。5．下列有關(guān)光的波粒二象性的說法中，正確的是(C)A．有的光是波，有的光是粒子B．光子與電子是同樣的一種粒子C．光的波長越長，其波動性越顯著；波長越短，其粒子性越顯著D．大量光子的行為往往顯示出粒子性解析：一切光都具有波粒二象性，光的有些行為(如干涉、衍射)表現(xiàn)出波動性，光的有些行為(如光電效應(yīng))表現(xiàn)出粒子性，所以，不能說有的光是波，有的光是粒子，A錯誤；雖然光子與電子都是微觀粒子，都具有波粒二象性，但電子是實物粒子，有靜止質(zhì)量，光子不是實物粒子，沒有靜止質(zhì)量，電子是以實物形式存在的物質(zhì)，光子是以場形式存在的物質(zhì)，所以，不能說光子與電子是同樣的一種粒子，B錯誤；光的波粒二象性的理論和試驗表明，大量光子的行為表現(xiàn)出波動性，個別光子的行為表現(xiàn)出粒子性。光的波長越長，衍射性越好，即波動性越顯著，光的波長越短，其光子能量越大，個別或少數(shù)光子的作用就足以引起光接收裝置的反應(yīng)，所以其粒子性就很顯著，故選項C正確，A、B、D錯誤。6．科學(xué)探討證明，光子有能量也有動量，當(dāng)光子與電子碰撞時，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子。假設(shè)光子與電子碰撞前的波長為λ，碰撞后的波長為λ′，則碰撞過程中(C)A．能量守恒，動量守恒，且λ＝λ′B．能量不守恒，動量不守恒，且λ＝λ′C．能量守恒，動量守恒，且λ＜λ′D．能量守恒，動量守恒，且λ＞λ′解析：光子與電子碰撞時遵循動量和能量兩個守恒規(guī)律。光子與電子碰撞前光子的能量E＝hν＝heq\f(c,λ)，當(dāng)光子與電子碰撞時，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子，光子的能量E′＝hν′＝heq\f(c,λ′)，由E＞E′，可知λ＜λ′，選項C正確。7．(2024·浙江寧波效實中學(xué)高二下期中)如圖為探討光電效應(yīng)的試驗電路，關(guān)于光電效應(yīng)的試驗規(guī)律，下列說法正確的是(C)A．在光照條件肯定的狀況下，光電流隨滑片P向b端移動始終增大B．無論入射光的頻率如何，只要光足夠強，就肯定能發(fā)生光電效應(yīng)C．只要入射光的頻率足夠大，即使不加電壓，也會有光電流產(chǎn)生D．入射光越弱，發(fā)生光電效應(yīng)所需的時間就越長解析：滑片P向b端移動，光電管兩端所加正向電壓增大，光電流增大，當(dāng)光電流達到飽和電流時電流不再增大，故A錯誤；依據(jù)發(fā)生光電效應(yīng)的條件可知，只有入射光的頻率大于金屬的極限頻率時，才能發(fā)生光電效應(yīng)，故B錯誤；只要入射光的頻率足夠大，就能發(fā)生光電效應(yīng)，即使不加電壓，也會有光電流產(chǎn)生，故C正確；光電效應(yīng)具有瞬時性，與入射光的強弱無關(guān)，故D錯誤。二、非選擇題8．如圖所示，陰極材料由鋁制成，已知鋁的逸出功為W0，現(xiàn)用波長為λ的光照耀鋁的表面，使之產(chǎn)生光電效應(yīng)，已知電子的電荷量為e，普朗克常量為h，真空中光速為c。求：(1)光電子的最大初動能；(2)電壓表示數(shù)至少為多大時電流表示數(shù)才為零；(3)若射出的具有最大初動能的光電子與一靜止的電子發(fā)生正碰，則碰撞中兩電子電勢能增加的最大值是多少？答案：(1)heq\f(c,λ)－W0(2)eq\f(hc,eλ)－eq\f(W0,e)(3)eq\f(1,2)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(hc,λ)－W0))解析：(1)最大初動能Ek＝heq\f(c,λ)－W0。(2)電壓表示數(shù)至少為eUc＝Ek＝heq\f(c,λ)－W0解得：Uc＝eq\f(hc,eλ)－eq\f(W0,e)。(3)要使電勢能最大，即二者為完全非彈性碰撞，設(shè)碰前速度為v，碰后二者共速為v′，則：eq\f(1,2)mv2＝heq\f(c,λ)－W0①mv＋0＝2mv′②eq\f(1,2)mv2＋0＝E電＋eq\f(1,2)2mv′2③由①②③解得：E電＝eq\f(1,2)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(hc,λ)－W0))。實力提升練一、選擇題1．(多選)(2024·河北唐山高二下測試)有關(guān)光電效應(yīng)試驗，下列說法正確的是(AD)A．在光顏色不變的狀況下，入射光越強，飽和電流越大B．入射光越強，光電子的最大初動能越大，因而遏止電壓越大C．不管入射光的頻率如何，只要光足夠強，就會有光電流產(chǎn)生D．當(dāng)入射光頻率超過截止頻率時，無論入射光怎樣微弱，都會瞬間產(chǎn)生光電流解析：光的顏色不變，即入射光的頻率肯定，入射光越強，單位時間內(nèi)放射的光電子數(shù)越多，飽和電流越大，故A正確；依據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，光電子的最大初動能與光照強度無關(guān)，故B錯誤；當(dāng)入射光頻率超過截止頻率時，無論入射光怎樣微弱，都會瞬間產(chǎn)生光電流，跟入射光的強度無關(guān)，故C錯誤，D正確。2．在同一電路裝置中做光電效應(yīng)試驗，得到了如圖所示的三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線。關(guān)于甲、乙、丙三種光，下列敘述正確的是(A)A．甲光的頻率等于丙光的頻率B．甲光的頻率大于乙光的頻率C．乙光的頻率小于丙光的頻率D．甲光與丙光的強度相同解析：入射光的頻率越高，對應(yīng)的遏止電壓Uc越大，由圖像可知，甲光、丙光對應(yīng)的遏止電壓相等，且小于乙光對應(yīng)的遏止電壓，所以三種光的頻率關(guān)系為ν乙>ν甲＝ν丙，故A正確，B、C錯誤；甲光、丙光的頻率相等，甲光對應(yīng)的飽和電流大于丙光對應(yīng)的飽和電流，說明甲光的強度大于丙光的強度，故D錯誤。3．用紅光照耀光電管陰極發(fā)生光電效應(yīng)時，光電子的最大初動能為Ek，飽和電流為I，若改用強度相同的紫光照耀同一光電管，產(chǎn)生的光電子的最大初動能和飽和電流分別為Ek′和I′，則下列關(guān)系式正確的是(D)A．Ek′<Ek，I′<I B．Ek′>Ek，I′＝IC．Ek′<Ek，I′>I D．Ek′>Ek，I′<I解析：因為紫光的頻率比紅光的頻率高，所以Ek′>Ek。紅光和紫光的光強相同，只能說明單位時間內(nèi)照耀到金屬表面的光子的總能量相同，即N紅hν紅＝N紫hν紫，所以N紅>N紫，而飽和電流又由入射的光子數(shù)確定，因此I>I′。4.(2024·陜西渭南期末)如圖所示是某金屬在光的照耀下產(chǎn)生的光電子的最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖像。下述錯誤的是(D)A．該金屬的逸出功等于hν0B．該金屬的逸出功等于EC．入射光的頻率為2ν0時，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為ED．入射光的頻率為0.5ν0時，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為0.5E解析：由圖可知，該金屬的截止頻率是ν0，再結(jié)合愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，該金屬的逸出功W0＝hν0＝E，故A、B正確；當(dāng)入射光的頻率為2ν0時，由愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，產(chǎn)生的光電子的最大初動能Ek＝2hν0－W0＝2E－E＝E，故C正確；當(dāng)入射光的頻率為0.5ν0時不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，故D錯誤。5．(2024·河北石家莊模擬)如圖為光電倍增管的原理圖，管內(nèi)由一個陰極K、一個陽極A，K、A間還有若干對倍增電極。運用時在陰極K、各倍增電極和陽極A間加上電壓，使陰極K、各倍增電極到陽極A的電勢依次上升。當(dāng)滿意肯定條件的光照耀陰極K時，就會有光電子射出，在加速電場作用下，光電子以較大的動能撞擊到第一個倍增電極上，光電子能從這個倍增電極上激發(fā)出更多電子，最終陽極A收集到的電子數(shù)比最初從陰極放射的電子數(shù)增加了許多倍。下列說法正確的是(B)A．光電倍增管適用于各種頻率的光B．保持入射光不變，增大各級間電壓，陽極收集到的電子數(shù)可能增大C．增大入射光的頻率，陰極K放射出的全部光電子的初動能都會增大D．保持入射光的頻率和各級間電壓不變，增大入射光的光強，不影響陽極收集到的電子數(shù)解析：只有滿意肯定頻率的光照耀陰極K時才能發(fā)生光電效應(yīng)，從而逸出光電子，可知光電倍增管并不是適用于各種頻率的光，選項A錯誤；保持入射光不變，增大各級間電壓，則打到倍增極的光電子的動能變大，可能有更多的電子從倍增極逸出，則陽極收集到的電子數(shù)可能增大，選項B正確；增大入射光的頻率，陰極K放射出的光電子的最大初動能變大，并不是全部光電子的初動能都會增大，選項C錯誤；保持入射光的頻率和各級間電壓不變，增大入射光的光強，單位時間逸出光電子的數(shù)目會增大，則陽極收集到的電子數(shù)會增大，選項D錯誤。二、非選擇題6．(2024·陜西省咸陽市試驗中學(xué)高二下學(xué)期檢測)光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)深化地揭示了光的粒子性的一面。前者表明光子具有能量，后者表明光子除了具有能量之外還具有動量。我們知道光子的能量E＝hν，動量p＝eq\f(h,λ)，其中ν為光的頻率，h為普朗克常量，λ為光的波長。由于光子具有動量，當(dāng)光照耀到物體表面時，會對物體表面產(chǎn)生持續(xù)勻稱的壓力，這種壓力會對物體表面產(chǎn)生壓強，這就是“光壓”，用I表示。一臺發(fā)光功率為P0的激光器發(fā)出一束頻率為ν0的激光，光束的橫截面積為S。當(dāng)該激光束垂直照耀