高中物理选择性必修第三册第4章 2

第四章2A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∶2C．1∶1 D．4∶9【答案】B【解析】因为光子能量为E＝hν＝heq\f(c,λ)，故eq\f(E0,E)＝eq\f(λ,λ0)＝eq\f(3,2)，故选B．2．用波长为300nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19J．已知普朗克常量为6.63×10－34J·s，真空中的光速为3.0×108m·s－1，能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为()A．1×1014Hz B．8×1014HzC．2×1015Hz D．8×1015Hz【答案】B【解析】根据爱因斯坦光电效应方程，Ek＝eq\f(hc,λ)－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．E2－2E1C．2E1－E2 D．eq\f(E1＋E2,2)【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＝eq\f(hν,e)－eq\f(W0,e)知图线的斜率为eq\f(h,e)，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6.00×1014Hz)会产生光电子，当光电流大于10－8A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0.5μmB．金属钠的最小逸出功为4eVC．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＝eq\f(c,ν0)＝eq\f(3×108,6.00×1014)m＝5×10－7m＝0.5μm，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0.5μm，故A错误；由于钠的极限频率为6.00×1014Hz，根据W0＝hνc＝eq\f(6.63×10－34×6×1014,1.6×10－19)eV＝2.5eV，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＝eq\f(It,e)＝eq\f(10－8×1,1.6×10－19)个＝6.25×1010个，每秒射向C的钠表面的光子最少数目N＝eq\f(n,5%)＝eq\f(6.25×1010,5%)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＝6.63×10－34J·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＝7.00×1014Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek＝________J.【答案】(1)阳极(2)5.15×10143.41×10－19(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＝5.15×1014Hz，金属的逸出功W＝hνc＝6.63×10－34×5.15×1014J＝3.41×10－19J.(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＝6.63×10－34×7.00×1014J－3.41×10－19J＝1.23×10－19J.课后篇素养形成必备知识基础练1.用氢原子发出的光照射某种金属进行光电效应实验,当用频率为ν1的光照射时,遏止电压的大小为U1,当用频率为ν2的光照射时,遏止电压的大小为U2。已知电子电荷量的大小为e,则下列表示普朗克常量和该种金属的逸出功正确的是()A.h=e(U1-UC.W0=eU1ν1-eU答案D解析根据光电效应方程eUc1=hν1-W0,eUc2=hν2-W0,解得h=e(U1-U2)ν1-ν2,W02.分别用波长为λ和34λ的单色光照射同一金属,发出的光电子的最大初动能之比为1∶2,以h表示普朗克常量,c表示真空中的光速,则此金属板的逸出功正确的是()A.5ℎc3λ B.2ℎc3λ C答案B解析由光子的能量ε=ℎcλ和爱因斯坦光电效应方程有Ek1=ℎcλ-W0,Ek2=4ℎc3λ-W0,又Ek1∶Ek2=1∶2,化简即得逸出功W0=3.(多选)如图是某金属在光的照射下,光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像。由图像可知()A.该金属的逸出功等于hνcB.从金属表面逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率成正比C.入射光的频率为2νc时,产生的光电子的最大初动能为ED.相同频率的光照射到不同的金属上,逸出功越大,出射的光电子最大初动能越小答案ACD解析根据Ek=hν-W0得,金属的截止频率等于νc,纵轴截距的绝对值等于金属的逸出功,逸出功等于E,则E=W0=hνc,故A正确;根据Ek=hν-W0,可知从金属表面逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率不是成正比关系,故B错误;当入射光的频率为2νc时,根据Ek'=2hνc-W0,而E=W0=hνc,故Ek'=hνc=E,故C正确;根据Ek=hν-W0,可知相同频率的光照射到不同的金属上,逸出功越大,出射的光电子最大初动能越小,故D正确。4.用不同频率的紫外线分别照射锌和钨的表面而产生光电效应,可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率ν变化的Ek-ν图像,已知锌的逸出功是3.24eV,钨的逸出功是3.28eV,若将两者的图线画在同一个Ek-ν坐标系中,用实线表示锌,虚线表示钨,则正确反映这一过程的是如图所示的()答案A解析根据光电效应方程有Ek=hν-W0,其中W0为金属的逸出功,则有W0=hνc。由此可知在Ek-ν图像中,斜率表示普朗克常量h,横轴截距大小表示该金属截止频率的大小。由题意可知,锌的逸出功小于钨的逸出功,因此由νc=W0ℎ可知,锌的截止频率小于钨的截止频率,且斜率相同,故A正确,B、C、5.(多选)用甲、乙两种单色光照射同一金属做光电效应实验,发现光电流与电压的关系如图所示。已知普朗克常量为h,被照射金属的逸出功为W0,遏止电压为Uc,电子的电荷量为e。下列说法正确的是()A.甲光的强度大于乙光的强度B.甲光的频率大于乙光的频率C.甲光照射时产生的光电子初动能均为eUcD.乙光的频率为W答案AD解析根据光的强度越强,则光电子数目越多,对应的光电流越大,即可判定甲光的强度较大,选项A正确;由光电效应方程12mv2=hν-W0,12mv2=Uce,结合题图可知,甲、乙的遏止电压相同,故甲、乙的频率相同,选项B错误;甲光照射时产生的光电子的最大初动能为eUc,选项C错误;根据12mv2=hν-W0=eUc,可得ν=eU6.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.甲光的频率大于乙光的频率B.乙光的波长大于丙光的波长C.乙光对应的截止频率大于丙光对应的截止频率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B解析由题图可知,丙光的饱和电流小于甲光和乙光的饱和电流,说明逸出的电子数目最少,即丙光的强度最小。由题图可知丙光对应的光电子的初动能最大,即丙光的频率最高(波长最小),B项正确,D项错误;甲光和乙光的频率相同,A项错误;由于是同一光电管,所以乙光、丙光对应的截止频率是一样的,C项错误。7.如图所示是某次实验中得到的甲、乙两种金属的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像,两金属的逸出功分别为W甲、W乙,如果用频率为ν1的光照射两种金属,光电子的最大初动能分别为E甲、E乙,则下列关系正确的是()A.W甲>W乙 B.W甲<W乙C.E甲>E乙 D.E甲=E乙答案A解析根据爱因斯坦光电效应方程得Ek=hν-W0=hν-hνc,又Ek=eUc,则eUc=hν-hνc,由Uc-ν图线可知,当Uc=0时,ν=νc,金属甲的截止频率大于金属乙的截止频率,则金属甲的逸出功大于乙的逸出功,即W甲>W乙,选项A正确,B错误;如果用频率为ν1的光照射两种金属,根据光电效应方程,逸出功越大,则其光电子的最大初动能越小,因此E甲<E乙,选项C、D错误。8.1916年,美国著名物理学家密立根,完全肯定了爱因斯坦的光电效应方程,并且测出了当时最精确的普朗克常量h的值,从而获得1923年度诺贝尔物理学奖。若用如图甲所示的实验装置测量某金属的遏止电压Uc与入射光频率ν,作出如图乙所示的Uc-ν图像,电子电荷量e=1.6×10-19C,则下列说法正确的是()A.图甲中电极A连接电源的正极B.普朗克常量约为6.64×10-34J·sC.该金属的截止频率为5.0×1014HzD.该金属的逸出功约为6.61×10-19J答案C解析电子从K极出来,在电场力的作用下做减速运动,所以电场线的方向向右,所以A极接电源负极,故A错误;由爱因斯坦光电效应方程得:Ek=hν-W0,电子在电场中做减速运动,由动能定理可得:-eUc=0-Ek,解得Uc=ℎνe−W0e。由题图可知,金属的截止频率νc=5.0×1014Hz,图像的斜率k=ℎe,结合数据解得:h=6.61×10-34J·s,故B错误,C正确;金属的逸出功W0=hνc=6.61×10-34×5.0×1014J=3.31×10-关键能力提升练9.以往我们认识的光电效应是单光子光电效应,即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出。强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识,用强激光照射金属,由于其光子密度极大,一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能,从而形成多光子光电效应,这已被实验证实。光电效应实验装置示意如图。用频率为ν的普通光源照射阴极K,没有发生光电效应;换用同样频率ν的强激光照射阴极K,则发生了光电效应。此时,若加上反向电压U,即将阴极K接电源正极,阳极A接电源负极,在K、A之间就形成了使光电子减速的电场。逐渐增大U,光电流会逐渐减小;当光电流恰好减小到零时,所加反向电压U可能是下列的(其中W为逸出功,h为普朗克常量,e为电子电荷量)()A.U=ℎνe−We C.U=2hν-W D.U=5答案B解析假设阴极K金属中的电子吸收的光子个数为n(n为整数且n>1),则光电子的最大初动能Ek=nhν-W,又因为Ek=eU,解得U=nℎνe−We,故B正确,A、10.(2020山东等级考模拟卷)如图所示,有一束单色光入射到极限频率为ν0的金属板K上,具有最大初动能的某出射电子,沿垂直于平行板电容器极板的方向,从左侧极板上的小孔入射到两极板间的匀强电场后,到达右侧极板时速度刚好为零。已知电容器的电容为C,带电荷量为Q,极板间距为d,普朗克常量为h,电子电荷量的绝对值为e,不计电子的重力。关于电容器右侧极板的带电情况和入射光的频率ν,以下判断正确的是()A.带正电,ν0+QeCℎB.带正电,ν0+QeC.带负电,ν0+QeCℎD.带负电,ν0+Qe答案C解析电子在电容器里面减速运动,所以受到向左的电场力的作用,所以场强方向向右,电容器右侧的极板带负电。一束单色光入射到极限频率为ν0的金属板K上,射出电子的最大初动能为Ek,则:hν-W0=Ek,hν0=W0,电子在电容器中减速运动,由动能定理得:-eU=0-Ek,电容器两极板间的电势差为:U=QC,根据以上各式,解得:ν=ν0+QeCℎ,故选项C正确,选项A、B、11.采用如图甲所示电路可研究光电效应规律,现分别用a、b两束单色光照射光电管,得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系图像如图乙所示。(1)照射阴极材料时,(选填“a光