2023高中物理第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性42光電效應(yīng)測(cè)試新人教版選擇性

第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性2光電效應(yīng)【基礎(chǔ)鞏固】1.在演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中,原來(lái)不帶電的一塊鋅板與驗(yàn)電器相連,用弧光燈照射鋅板時(shí),驗(yàn)電器的指針張開一個(gè)角度,如圖所示,這時(shí) ()A.鋅板帶正電,指針帶負(fù)電B.鋅板帶正電,指針帶正電C.鋅板帶負(fù)電,指針帶正電D.鋅板帶負(fù)電,指針帶負(fù)電解析:用弧光燈照射鋅板,發(fā)生光電效應(yīng),有電子從鋅板飛出,鋅板由于失去電子而帶正電;驗(yàn)電器與鋅板相連接,指針帶正電.B正確.答案:B2.某單色光照射某金屬時(shí)不能產(chǎn)生光電效應(yīng),則下述措施中可能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的是 ()A.延長(zhǎng)光照時(shí)間B.使用更強(qiáng)的光照射C.換用波長(zhǎng)較短的光照射D.換用頻率較低的光照射解析:光照射金屬時(shí)能否產(chǎn)生光電效應(yīng),取決于入射光的頻率是否大于金屬的極限頻率,與入射光的強(qiáng)弱和照射時(shí)間無(wú)關(guān),A、B、D均錯(cuò)誤.又因?yàn)棣?cλ,故C正確答案:C3.(多選)關(guān)于光電效應(yīng)的規(guī)律,下列說(shuō)法正確的是 ()A.只有入射光的波長(zhǎng)大于金屬的極限波長(zhǎng)時(shí),光電效應(yīng)才能發(fā)生B.光電子的最大初動(dòng)能可以通過遏止電壓來(lái)確定C.發(fā)生光電效應(yīng)的時(shí)間一般都不大于109sD.用某種光照射金屬,發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),單位時(shí)間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)與入射光的強(qiáng)弱有關(guān)解析:由ε=hν=hcλ知,當(dāng)入射光波長(zhǎng)大于金屬的極限波長(zhǎng)時(shí),不能發(fā)生光電效應(yīng),A錯(cuò)誤.由Ek=eUc可知B正確.發(fā)生光電效應(yīng)的時(shí)間一般不超過109s,C正確.發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),入射光越強(qiáng),單位時(shí)間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)越多,即D正確答案:BCD4.在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,用單色光照射某種金屬表面,有光電子逸出,則光電子的最大初動(dòng)能取決于入射光的 ()A.頻率B.強(qiáng)度C.照射時(shí)間 D.光子數(shù)目解析:根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hνW0可知,當(dāng)金屬的逸出功確定時(shí),光電子的最大初動(dòng)能取決于入射光的頻率,與光照強(qiáng)度、照射時(shí)間、光子數(shù)目無(wú)關(guān),A正確,B、C、D錯(cuò)誤.答案:A5.(2022·廣東肇慶)查閱資料知,“全飛秒”近視矯正手術(shù)用的是一種波長(zhǎng)λ=1.053×106m的激光.已知普朗克常量h=6.63×1034J·s,光在真空中的傳播速度c=3×108m/s,則該激光中光子的能量約為()A.1.9×1018J B.1.9×1019JC.2.2×1018J D.2.2×1019J解析:解析:由ε=hν,ν=c/λ,聯(lián)立解得ε≈1.9×1019J.故選項(xiàng)B正確.答案:B6.(多選)在光電效應(yīng)的四條規(guī)律中,光的電磁理論不能解釋的有 ()A.入射光的頻率必須大于被照金屬的截止頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)B.光電子的最大初動(dòng)能與入射光強(qiáng)弱無(wú)關(guān),只隨入射光頻率的增大而增大C.入射光照射到金屬上時(shí),光電子的發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的,一般不超過109sD.當(dāng)入射光頻率大于截止頻率時(shí),光電流與入射光強(qiáng)度成正比解析:按照光的電磁理論,光的能量隨光強(qiáng)的增大而增大,金屬中的電子必須吸收足夠的能量后,才能從金屬中逸出,電子有一個(gè)能量積蓄的時(shí)間,光的強(qiáng)度越大,單位時(shí)間內(nèi)被電子吸收的能量自然也多,這樣產(chǎn)生的光電子數(shù)目也多.應(yīng)選A、B、C.答案:ABC7.有關(guān)光的波粒二象性,下列說(shuō)法正確的是 ()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(zhǎng)越長(zhǎng),其波動(dòng)性越顯著;波長(zhǎng)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:同一種光在不同條件下,有時(shí)表現(xiàn)出波動(dòng)性,有時(shí)表現(xiàn)出粒子性,A錯(cuò)誤.電子是實(shí)物粒子,有靜止質(zhì)量;光子無(wú)靜止質(zhì)量,B錯(cuò)誤.光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)(頻率越低),其波動(dòng)性越顯著,反之,粒子性越顯著,C正確.大量光子的行為往往表現(xiàn)出波動(dòng)性,D錯(cuò)誤.答案:C8.(多選)下圖是某金屬在光的照射下,光電子最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖像,由圖像可知 ()A.該金屬的逸出功等于EB.該金屬的逸出功等于hνcC.入射光的頻率為νc時(shí),產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為ED.入射光的頻率為2νc時(shí),產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為2E解析:題中圖像反映了光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系,根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hνW0知,當(dāng)入射光的頻率恰為該金屬的截止頻率νc時(shí),光電子的最大初動(dòng)能Ek=0,此時(shí)有hνc=W0,即該金屬的逸出功等于hνc,B正確,C錯(cuò)誤.根據(jù)圖線的物理意義,有W0=E,A正確.入射光頻率為2νc時(shí),最大初動(dòng)能為E,D錯(cuò)誤.答案:AB9.在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,某金屬的截止頻率對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為λ0,該金屬的逸出功為.若用波長(zhǎng)為λ(λ<λ0)的單色光做實(shí)驗(yàn),則其遏止電壓為.已知電子的電荷量、真空中的光速和普朗克常量分別為e、c和h.

解析:W0=hν0=hcλ0,eUc=Ek,且Ek=hνW0,故Uc=hce1λ1答案:hcλ【拓展提高】10.(多選)產(chǎn)生光電效應(yīng)時(shí),關(guān)于逸出光電子的最大初動(dòng)能Ek,下列說(shuō)法正確的是 ()A.對(duì)于同種金屬,Ek與照射光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)B.對(duì)于同種金屬,Ek與照射光的波長(zhǎng)成反比C.對(duì)于同種金屬,Ek與照射光的時(shí)間成正比D.對(duì)于同種金屬,Ek與照射光的頻率是線性關(guān)系解析:同種金屬的逸出功相同,由Ek=hνW0=hcλW0可知最大初動(dòng)能與照射光的強(qiáng)弱和時(shí)間無(wú)關(guān),與照射光的波長(zhǎng)有關(guān),但不是反比例函數(shù)關(guān)系答案:AD11.(2021·江蘇卷)如圖所示,分別用1、2兩種材料作K極進(jìn)行光電效應(yīng)探究,其截止頻率ν1<ν2,保持入射光不變,則光電子到達(dá)A極時(shí)動(dòng)能的最大值Ekm隨電壓U變化關(guān)系的圖像是()ABCD解析:光電管所加電壓為正向電壓,則根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知光電子到達(dá)A極時(shí)動(dòng)能的最大值Ekm=Ue+hνhν截止,可知EkmU圖像的斜率相同,均為e;截止頻率越大,則圖像在縱軸上的截距越小,因ν1<ν2,則圖像C正確,A、B、D錯(cuò)誤.答案:C12.下圖為光電管的使用原理圖,已知有波長(zhǎng)為λ0的光照射到陰極K上,電路中有光電流,則 ()A.若有波長(zhǎng)為λ(λ<λ0)的光照到陰極K上,電路中一定沒有光電流B.用波長(zhǎng)為λ0的光照射陰極K,保持光電管兩極間電壓不變,增強(qiáng)該單色光,則光電流增大C.增加電路中電源電壓,電路中的光電流一定增大D.減弱波長(zhǎng)為λ0的光,則電路中的光電流減小,最終會(huì)為0解析:電路中要有光電流,入射光需達(dá)到一定頻率,低于這個(gè)頻率便沒有光電流產(chǎn)生,因此A中λ<λ0,一定有ν>ν0,電路中一定有光電流,A錯(cuò)誤.用波長(zhǎng)λ0的光照射陰極K,保持光電管兩極間電壓不變,增強(qiáng)該單色光,則光電流增大,B正確.增大正向電壓,開始光電流增大,正向電壓增大到某值時(shí),從陰極逸出的光電子全部到達(dá)陽(yáng)極,此時(shí)電路中的光電流達(dá)到最大值,再增大電壓,此后電流不變,C錯(cuò)誤.減弱入射光,可使光電流減小,但只要能發(fā)生光電效應(yīng),光電流就不可能減為0,D錯(cuò)誤.答案:B13.在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,飛飛同學(xué)用同一光電管在不同實(shí)驗(yàn)條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線,如圖所示.可判斷出 ()A.甲光的頻率大于乙光的頻率B.乙光的波長(zhǎng)大于丙光的波長(zhǎng)C.乙光對(duì)應(yīng)的截止頻率大于丙光對(duì)應(yīng)的截止頻率D.甲光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能大于丙光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能解析:由題圖可知,丙光對(duì)應(yīng)的最大電流小于甲光和乙光的,說(shuō)明逸出的電子數(shù)目最少,即丙光最弱.由Uc=heνW0e和Ek=hνW答案:B14.如圖所示,當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí),用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極,發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為0,合上開關(guān),調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.6V時(shí),電流表讀數(shù)仍不為0;當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.6V時(shí),電流表讀數(shù)為0,由此可知,陰極材料的逸出功為 ()A.1.9eV B.0.6eVC.2.5eV D.3.1eV解析:設(shè)能量為2.5eV的光子照射時(shí),光電子的最大初動(dòng)能為12mv2,陰極材料的逸出功為W0,根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程有12mv2=hνW0.題圖中光電管上加的是反向電壓,據(jù)題意,當(dāng)反向電壓達(dá)到U=0.6V及以上時(shí),具有最大初動(dòng)能的光電子也不能到達(dá)陽(yáng)極,因此eU=12mv2,聯(lián)立解得W0=hνeU=2.5eV0.6eV=1.9eV,答案:A15.小明用光電管觀測(cè)光電效應(yīng)現(xiàn)象,實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖甲所示.已知普朗克常量h=6.63×1034J·s.(計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)甲乙(1)圖甲中電極A為光電管的什么極?(2)實(shí)驗(yàn)中測(cè)得某金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν之間的關(guān)系如圖乙所示,則該金屬的截止頻率νc和逸出功W0分別是多少?(3)若實(shí)驗(yàn)中入射光的頻率ν=7.0×1014Hz,則產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ek是多少?解析:(1)由光電管的結(jié)構(gòu)知,A為陽(yáng)極.(2)Ucν圖像中橫軸的截距表示金屬的截止頻率,則νc=5.2×1014Hz,逸出功W0=hνc=3.45×1019J.(3)由愛因斯坦的光電效應(yīng)方程得Ek=hνW0=1.19×1019J.答案:(1)陽(yáng)極(2)5.2×1014Hz3.45×1019J(3)1.19×1019J【挑戰(zhàn)創(chuàng)新】16.以往我們認(rèn)識(shí)的光電效應(yīng)是單光子光電效應(yīng),即一個(gè)電子在極短時(shí)間內(nèi)只能吸收一個(gè)光子而從金屬表面逸出,強(qiáng)激光的出現(xiàn)豐富了人們對(duì)于光電效應(yīng)的認(rèn)識(shí),用強(qiáng)激光照射金屬,由于其光子密度極大,一個(gè)電子在極短時(shí)間內(nèi)吸收多個(gè)光子成為可能,從而形成多光子光電效應(yīng),這已被實(shí)驗(yàn)證實(shí).光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖所示,用頻率為ν的普通光源照射陰極K,沒有發(fā)生光電效應(yīng),換用同樣頻率ν的強(qiáng)激光照射陰極K,則發(fā)生了光電效應(yīng);此時(shí),若加上反向電壓U,即將陰極K接電源正極,陽(yáng)極A接電源負(fù)極,在K、A之間