2021-2022学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第三册4.2 光电效应 同步练习题(Word版含答案)

4.2 光电效应
一、单选题
1．关于康普顿效应，下列说法正确的是 (　　)
A．康普顿效应证明光具有波动性
B．康普顿在研究石墨对X射线的散射时发现，在散射的X射线中，有些波长变短了
C．康普顿在研究石墨对X射线的散射时发现，在散射的X射线中，有些波长变长了
D．康普顿效应可用经典电磁理论进行解释
2．科学研究证明，光子有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子．假设光子与电子碰撞前的波长为λ，碰撞后的波长为λ′，则碰撞过程中(　 )
A．能量守恒，动量不守恒，且λ＝λ′
B．能量不守恒，动量不守恒，且λ＝λ′
C．能量守恒，动量守恒，且λ<λ′
D．能量守恒，动量守恒，且λ>λ′
3．美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，用X光对静止的电子进行照射照射后电子获得速度的同时，X光的运动方向也会发生相应的改变．下图是X射线的散射示意图，下列说法中正确的是（ ）
A．X光散射后与散射前相比，频率将会变小
B．X光散射后与散射前相比，波长将会变短
C．X光散射后与散射前相比，速度将会变小
D．散射实验为光的波动学说提供了有力证明
二、多选题
4．下列对于光子的认识，正确的是( )
A．光子说中的光子就是牛顿在微粒说中所说的“微粒”
B．光子说中的光子就是光电效应的光电子
C．在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子
D．光子的能量跟光的频率成正比
5．关于光电效应，下列说法正确的是（　　）
A．入射光的光强一定时，频率越大，单位时间内逸出的光电子数就越多
B．逸出功W0和极限频率vc之间应满足关系式W0=hvc
C．用同一种单色光照射同一种金属，那么从金属中逸出的所有光电子的初动能不一定相同
D．用同一种单色光先后照射两种不同金属的表面都能发生光电效应，则遏止电压相同
6．如图所示为光电管的工作电路图，分别用波长为λ0、λ1、λ2的单色光做实验，已知λ1＞λ0＞λ2.当开关闭合后，用波长为λ0的单色光照射光电管的阴极K时，电流表有示数，则下列说法正确的是（　　）
A．光电管阴极材料的逸出功与入射光无关
B．若用波长为λ1的单色光进行实验，则电流表的示数一定为零
C．若仅增大电源的电动势，则电流表的示数一定增大
D．若仅将电源的正负极对调，则电流表的示数可能为零
7．如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线（直线与横轴的交点坐标为4.27，与纵轴交点坐标为0.5）．由图可知：
A．该金属的截止频率为4.27×1014Hz
B．该金属的截止频率为5.5×1014Hz
C．该图线的斜率的物理意义是普朗克常量
D．该金属的逸出功为0.5eV
8．某同学研究光电效应的实验电路如图所示，用不同的光分别照射密封管真空管的钠阴极（阴极K），钠阴极发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流，实验得到了三条光电流与电压之间的关系曲线（为甲光、乙光、丙光），如图所示，则以下说法正确的是（ ）
A．甲光的强度大于乙光的强度
B．乙光的频率小于丙光的频率
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速度大于乙光的光电子的最大初动能
9．美国物理学家密立根利用图甲所示的电路研究金属的遏止电压Uc与入射光频率v的关系，描绘出图乙中的图像，由此算出普朗克常量h.电子电荷量用e表示，下列说法正确的是（ ）
A．入射光的频率增大，为了测遏止电压，则滑动变阻器的滑片P应向M端移动
B．由Uc-v图像可知，这种金属的截止频率为ve
C．增大入射光的强度，光电子的最大初动能也增大
D．由Uc-v图像可求普朗克常量表达式为
10．如图所示为研究光电效应的实验装置，闭合开关，滑片P处于滑动变阻器中央位置，当束单色光照到此装置的碱金属表面K时，电流表有示数。下列说法正确的是（　　）
A．若仅增大该单色光入射的强度，则光电子的最大初动能增大，电流表示数也增大
B．无论增大入射光的频率还是增加入射光的强度，碱金属的逸出功都不变
C．保持入射光频率不变，当光强减弱时，发射光电子的时间将明显增加
D．若滑动变阻器滑片左移，则电压表示数减小，电流表示数增大
11．金属钙的逸出功为W0=4.310－10J，普朗克常量h＝6.6×10－31J s，光速c＝3.00×108m／s，以下说法正确的是
A．用波长为400nm的单色光照射金属钙，其表面有光电子逸出
B．用波长为400nm的单色光照射金属钙，不能产生光电效应现象
C．若某波长的单色光能使金属钙产生光电效应现象，增大光的强度将会使光电子的最大初动能增大
D．若某波长的单色光能使金属钙产生光电效应现象，则减小光的强度将会使单位时间内发射的光电子数减少
三、填空题
12．分别用波长为λ和的单色光照射同一金属板，发出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为_________．
四、解答题
13．几种金属的逸出功：
金属 钨 钙 钠 钾 铷
7.26 5.12 3.66 3.60 3.41
用一束可见光照射上述金属的表面，请通过计算说明哪些能发生光电效应．已知该可见光的波长范围为，普朗克常数．
14．如图所示，一光电管的阴极用极限波长的钠制成．用波长的紫外线照射阴极，光电管阳极和阴极之间的电势差，饱和光电流的值（当阴极发射的电子全部到达阳极时，电路中的电流达到最大值，称为饱和光电流）．
（1）求每秒钟内由极发射的光电子数目．
（2）求电子到达极时的最大动能．
（3）如果电势差不变，而照射光的强度增到原值的三倍，此时电子到达极的最大动能是多大？（普朗克常量，结果均保留2位有效数字）
15．如图为通过某光电管的光电流与两极间电压的关系当用光子能量为4.5V的蓝光照射光电管的阴极K时对应图线与横轴的交点U1=-2.37V(普朗克常量h=6.63×10-34J﹒s电子电量e=1.6×10-19C
(1)求阴极K发生光电效应的极限频率;(该小题计算结果保留两位有效数字)
(2)当用光子能量为7.0eⅴ的紫外线持续照射光电管的阴极K时,求光电子逸出的最大初动能
(3)当某种频率的紫外线持续照射光电管的阴极K时,测得饱和光电流为0.32μA,求阴极K在1秒内发射出的光电子数
16．根据量子理论，光子不但有能量，还有动量，光子动量p=，其中h是普朗克常量，是光子的波长．光子有动量，光照到物体表面，对物体表面产生压力．某同学设计了一种以光压为动力的宇宙飞船．给飞船装上面积为S=4×104m2反射率极高的帆板，并让它正对太阳，轨道位置每秒钟每平方米面积上得到的太阳光能为E0=1.35 kJ，航天器质量为M=50 kg，忽略除光压力以外其他力的作用，不考虑因为位置变化导致的单位面积功率变化，c=3.0×108m/s．求
（1）1s向照射到帆板上光子的总动量；
（2）飞船的加速度大小；1小时内飞船的速度变化大小（结果保留2位有效数字）．
试卷第1页，共3页
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参考答案
1．C
【详解】
A．康普顿效应证明光具有粒子性,选项A错误；
BC．康普顿在研究石墨对X射线的散射时发现，在散射的X射线中，有些因为能量减小，从而波长变长了，选项B错误，C正确；
D．康普顿效应不可用经典电磁理论进行解释，选项D错误；
故选C。
2．C
【解析】
试题分析：光子与静止电子碰撞后，动量守恒，能量守恒，通过能量守恒判断光子频率的变化，从而得出波长的变化．
光子与电子的碰撞过程中，系统不受外力，也没有能量损失，故系统动量守恒，系统能量也守恒，光子与电子碰撞后，电子能量增加，故光子能量减小，根据E=hv，光子的频率减小，根据知，波长变长，即，C正确．
3．A
【解析】
在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，则动量减小，根据λ=h/p，知波长增大，频率减小，能量减小，光子的速度为c保持不变，选项A正确，BC错误；散射实验为光的粒子性学说提供了有力证明，选项D错误；故选A.
4．CD
【解析】
试题分析：根据光子说，在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子，而牛顿的“微粒说”中的微粒指宏观世界的微小颗粒；光电效应中的光电子是指金属内的电子吸收光子后克服原子核的库仑引力等束缚，逸出金属表面，称为光电子，故选项A、B错误，选项C正确.由E=hν知，光子能量E与其频率ν成正比，故选项D正确.
考点:光的波粒二象性
点评：光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律，大量光子运动的规律表现出光的波动性，而单个光子的运动表现出光的粒子性．光的波长越长，波动性越明显，波长越短，其粒子性越显著。
5．BC
【详解】
A．光的强度等于单位时间发出光电子数目与光子能量的乘积，入射光光强一定时，频率越高，光子能量越大，则单位时间内逸出的光电子数就越少，故A错误。
B．逸出功W0和极限频率vc之间应满足关系式W0=hvc．故B正确。
C．根据光电效应方程EKm=hγ-W0，可知，用同一种单色光照射同一种金属，从金属中逸出的所有光电子的最大初动能一定相同，但逸出的所有光电子的初动能不一定相同，故C正确。
D．设遏止电压为Uc，由动能定理得
-eUc=0-EKm
结合EKm=hγ-W0，得
不同金属逸出功W0不同，则遏止电压不同，故D错误。
故选BC。
6．AD
【详解】
A．光电管阴极材料的逸出功只与材料有关．而与入射光的频率、入射光的强度无关，A正确；
B．用波长为λ0的光照射阴极K时，电路中有光电流，可知波长为λ0的光照射阴极K时，发生了光电效应；若用波长为λ1(λ1>λ0)的光照射阴极K时，虽然入射光的频率变小，但仍可能大于阴极的极限频率，仍可能发生光电效应，因此电流表的示数可能不为零，B错误；
C．仅增大电路中电源的电动势，光电管两端电压增大，当达到饱和电流后，电流表的示数不再增大，C错误；
D．将电路中电源的正负极对调，光电子做减速运动，还可能到达阳极，所以还可能有光电流；若电源电动势大于光电管的遏止电压，电子到达不了阳极，则此时电流表的示数可以为零，D正确。
故选AD。
7．AC
【解析】
当最大初动能为零时，入射光的光子能量与逸出功相等，即入射光的频率等于金属的截止频率，可知金属的截止频率为4.27×1014Hz，A正确B错误；根据知，图线的斜率表示普朗克常量，C正确；金属的逸出功为，D错误．
8．AB
【解析】
【详解】
由图可知甲光和乙光对应的反向截止电压相等，且小于丙光的反向截止电压，因此甲乙光频率相等，小于丙光的频率，B正确；在频率相等时，光的强度越大，则饱和光电流越大，A正确；截止频率由金属决定，与照射光无关，C错误；由光电效应方程可知甲光对应的光电子的最大初动能与乙光的光电子最大初动能相等，D错误．
9．BD
【解析】
【详解】
A. 入射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，则遏止电压增大，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片Р向N端移动，A错误；
BD. 当遏止电压为零时，v=vc，根据Ekm=hv－W0=eUc，解得，则，BD正确.
C. 根据光电效应方程Ekm=hv－W0知，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，C错误；
10．BD
【详解】
A．若仅增大该单色光入射的强度，由于每个光子的能量不变，因此光电子的最大初动能不变，但单位时间内射出的光电子数增多，因此光电流增大，选项A错误；
B．逸出功由金属材料自身决定，与是否有光照无关，选项B正确；
C．发生光电效应不需要时间积累，只要入射光的频率大于极限频率即可，选项C错误；
D．若滑动变阻器滑片左移，则电压表所分配的电压减小，因电压是反向电压，因此电压减小时，光电子更容易到达A极形成电流，电流表示数将增大，选项D正确。
故选BD。
11．AD
【详解】
波长为400nm的单色光的光子能量：，故用波长为400nm的单色光照射金属钙，能产生光电效应现象，其表面有光电子逸出．故A正确，B错误．根据光电效应方程Ekm=hv-W0知，光电子的最大初动能与光的强度无关，故C错误；若某波长的单色光能使金属钙产生光电效应现象，则减小光的强度，则单位时间内入射的光子的数目减小，将会使单位时间内发射的光电子数减小．故D正确．
12．
【详解】
试题分析：设此金属的逸出功为W，根据光电效应方程得如下两式：
当用波长为的光照射时：，
当用波长为的光照射时：，
又，解组成的方程组得：．
考点：爱因斯坦光电效应方程
【名师点睛】
本题比较简单，但是涉及物理量比较多，在应用公式的同时要理清物理量之间的关系，同时要熟练应用爱因斯坦光电效应方程．
13．钠、钾、铷能发生光电效应
【详解】
光子的能量，取可见光的最小波长，则可见光光子的最大能量
爱因斯坦光电效应方程可知，因为判断
可见光光子的最大能量大于钠、钾、铷能的逸出功，
故钠、钾、铷能发生光电效应
发生光电效应．
14．（1）3.5×1012个（2）6.0×10－19J（3）6.0×10－19J
【详解】
（1）设每秒内发射的电子数为n，则：
（个）
（2）由光电效应方程可知，光电子的最大初动能
在A、K间加电压U时，电子到达阳极时的动能为，由动能定理
代入数值得
（3）根据光电效应规律，光电子的最大初动能与入射光的强度无关；如果电压U不变，则电子到达A极的最大动能不会变，仍为6.0×10－19J．
15．(1) ；(2) ；(3)
【详解】
（1）光电子的最大初动能为
根据爱因斯坦光电效应方程知阴极K的逸出功
所以阴极K的极限频率；
（2）光电子逸出的最大初动能；
（3）阴极K一秒内发射的光电子数．
16．（1）0.18N·s；（2）26m/s
【详解】
（1）光子能量E=hv.
光子动量
p=
所以
E=pc.
单位时间接收到的能量与光子数n的关系
E0S=nE
P总=np
所以
P总==0.18N·s
（2）对撞上帆板光子分析，由动量定理
2P总=F压t，
其中t=1s
由牛顿第二定律
a==7.2×10-3m/s2
△v=at=26m/s答案第1页，共2页
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