-4.2光电效应 自主提升过关练（word版含答案）

4.2光电效应 自主提升过关练（解析版）
一、选择题
1．用如图所示的实验装置探究光电效应的规律，如果用频率为的某种单色光照射某种金属，发生光电效应，如果入射光的频率变为原来的2倍，遏止电压变为原来的2.5倍，则该种金属的极限频率为（　　）
A． B． C． D．
2．我国研发成功的“紫外超分辨光刻装备”对芯片制造领域技术突破作出了重大贡献，光刻所用光的波长越短，分辨率越高。若已知光的波长λ和普朗克常量h，则下列物理量中可以求出的是（　　）
A．光的频率 B．光子的能量 C．光子的动量 D．光子的质量
3．爱因斯坦由于创造性地提出了光子说，成功解释了光电效应实验规律，从而获得1921年诺贝尔物理学奖．在探究光电效应实验规律的过程中，用三束光分别照射同一光电管得到三条光电流与电压之间的关系图线如图所示，则下列说法中正确的是（　　）
A．光电子的最大初动能
B．光电子的最大初动能
C．三种光的频率关系是
D．三种光的频率关系是
4．下列说法正确的是（　　）
A．麦克斯韦预言了电磁波的存在，法拉第通过实验证实了电磁波存在
B．只有高温物体才能辐射出红外线，红外线具有热效应
C．黑体由于不反射任何电磁波，所以是黑色的
D．能量子与电磁波的频率成正比
5．按照普朗克的能量子假说，微观粒子的能量是不连续的，每一份能量子的能量为（其中h=6.63×10-34），那么，对应于7.4×10-19J的能量子，其电磁辐射的频率和波长是（　　）
A．1.34×10-7Hz，2.24×1015m
B．2.68×10-7Hz，1.12×1015m
C．2.24×1015Hz，1.34×10-7m
D．1.12×1015Hz，2.68×10-7m
6．能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为，已知可见光的平均波长约为，普朗克常量为，则进人人眼的光子数至少为（　　）
A．个 B．个 C．个 D．个
7．对于带电微粒在辐射和吸收能量时的特点，以下说法不正确的是（　　）
A．以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收
B．辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍
C．吸收的能量可以是连续的
D．辐射和吸收的能量是量子化的
8．关于下列物理常量，单位正确的是（　　）
A．引力常量G ：N·kg2/m2 B．静电常量k： N·m2/C2
C．动摩擦因数 ：N/kg D．普朗克常量h ：J/s
9．A、B两种光子的频率分别为v、2v，照射同一光电管所产生的光电子最大初动能之比为1：3。普朗克常量用h表示，下列说法正确的是（　　）
A．该光电管内金属的逸出功为0.6hv
B．A、B两种光子的动量之比为2：1
C．A、B两种光子对应的截止电压之比为1：2
D．用A、B两种光做双缝干涉实验，在相同条件下相邻亮条纹间距之比为2：1
10．硅光电池利用光电效应将光辐射的能量转化为电能，h为普朗克常量，c为真空中的光速，若有N个波长为λ0的光子打在光电池极板上，这些光子的总能量为（　　）
A．h B．Nh C．Nhλ0 D．2Nhλ0
11．物理学中的许多规律，都是通过实验直接发现或间接证实的，下列说法中，符合史实的是（　　）
A．赫兹预言了电磁波的存在，并通过实验首次证明了电磁波的存在。
B．牛顿通过理想斜面实验，发现物体的运动不需要力来维持。
C．卢瑟福的光电效应表明光子具有能量，康普顿效应表明光子除了具有能量之外还具有动量。
D．库仑发现了库仑定律，并通过实验测定了静电力引力常量。
12．金属板M在某种光照射下可以发射出最大速度为v的电子，电子从金属板M运动到金属网N形成电流。已知图中两电池的供电电压都为U，电子的电荷量为e，质量为m，当单刀双掷开关S与1接通时，电流表的示数刚好为零（即电子恰好不能运动到金属网N）。现单刀双掷开关S与2接通时，电子运动到金属网N时的最大速度为（　　）
A． B． C． D．
13．额温枪是新冠病毒防控的重要装备之一，其原理为：人体辐射的红外线照射到温度传感器，发生光电效应、将光信号转化为电信号，从面显示出人体的温度。已知人的体温正常时能辐射被长约为的红外线，如图甲所示，用该红外线照射光电管的阴极K时，电路中有光电流产生，光电流随电压变化的图像如图乙所示，已知，，．则（　　）
A．波长的红外线在真空中的频率为
B．将图甲中的电源正负极反接，一定不会产生电信号
C．由图乙可知，产生的光电子最大初动能为2eV
D．由图乙可知，该光电管的阴极金属逸出功约为
14．关于波粒二象性的有关知识，下列说法正确的是（　　）
A．速度相同的质子和电子相比，电子的波动性更为明显
B．用E和p分别表示X射线每个光子的能量和动量，则E=，p=
C．由爱因斯坦的光电效应方程可知Ek=hν-W0，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
D．康普顿效应表明光子除了具有能量之外还有动量
15．关于光电效应，下列说法正确的是（　　）
A．极限频率越大的金属材料逸出功越大
B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应
C．相同频率的光照射不同金属，则从金属表面逸出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小
D．入射光的强弱一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多
二、解答题
16．在光电效应实验中，如果实验仪器及线路完好，当光照射到光电管上时，灵敏电流计中没有电流通过，可能是什么原因？
17．某同学用两种不同的金属做光电效应实验。实验中他逐渐增大入射光的频率，并测出光电子的最大动能。图中哪一幅图像表达了他的实验结果？为什么？
参考答案
1．B
【详解】
用频率为的光照射时，根据光电效应方程得
电子向A极板运动时，根据动能定理得
联立得
如果用的光照射时，同理得
联立得
故B正确，ACD错误。
故选B。
2．C
【详解】
A．光的频率为
光速c未知，则无法求出光的频率，故A不符合题意；
B．光子的能量
E=hv
频率无法求出，则光子的能量无法求出，故B不符合题意；
C．光子的能量为
E=hv
由E=mc 得到，光子的动量为
又有
所以动量为
则可求出光子的动量，故C符合题意；
D．光子的能量为
E=hv
由E=mc 得到，光子的质量为
又有
则有
频率未知，无法求出质量，故D不符合题意。
故选C。
3．A
【详解】
AB．根据
甲丙的截止电压相等且小于乙的截止电压，则光电子的最大初动能
选项A正确，B错误；
CD．根据
三种光的频率关系是
选项CD错误。
故选A。
4．D
【详解】
A．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波存在，A错误；
B．任何温度的物体都能辐射出红外线，物体温度越高，辐射出红外线越强，红外线具有热效应，B错误；
C．黑体可以完全吸收入射的电磁波而不产生反射，同时自身可以有较强的辐射，即黑体同时辐射和吸收电磁波，当黑体达到高温时所辐射的电磁波强度最大者是可见光、紫外线时，黑体是明亮的，C错误；
D．由能量子公式可知，其中是电磁波的频率，h称为普朗克常量，所以能量子与电磁波的频率成正比，D正确。
故选D。
5．D
【详解】
根据
对应于7.4×10-19J的能量子，其电磁辐射的频率
根据
得波长
故选D。
6．B
【详解】
每个光子的能量为
能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为
由
得能引起人眼的感觉，进入人眼的光子数至少
个个
ACD错误，B正确。
故选B。
7．C
【详解】
带电微粒辐射和吸收能量时是以最小能量值，即能量子ε的整数倍一份一份地辐射或吸收的，是不连续的。故ABD正确，C错误。
故选C。
8．B
【详解】
A．根据
可知
则引力常量G 单位是N·m2/kg2，选项A错误；
B．根据
可知
则静电常量k单位是 N·m2/C2，选项B正确；
C．根据
可知动摩擦因数 无单位，选项C错误；
D．根据
可知，普朗克常量h单位是 J s，选项D错误。
故选B。
9．D
【详解】
A．由光电效应方程有
，，
可得
A错误；
B．由德布罗意波长公式
得
可知A、B两种光子的动量之比等于频率之比，比值为，B错误；
C．根据
可知，截止电压之比等于最大初动能之比，比值为，C错误；
D．由相邻亮条纹间距
A光与B光的相邻亮条纹间距之比等于波长之比，比值为，D正确。
故选D。
10．B
【详解】
N个波长为λ0的光子打在光电池极板的总能量
故选B。
11．D
【详解】
A．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹并通过实验首次证明了电磁波的存在，所以A错误；
B．伽利略通过理想斜面实验，发现物体的运动不需要力来维持，所以B错误；
C．爱因斯坦的光电效应表明光子具有能量，康普顿效应表明光子除了具有能量之外还具有动量，所以C错误；
D．库仑发现了库仑定律，并通过实验测定了静电力引力常量，所以D正确；
故选D。
12．D
【详解】
由图可以看出，当单刀双掷开关S与1接通时，MN间电场由M指向N，故电子逸出后做匀减速运动，因为电子恰好不能运动到金属网N，所以电子最大初动能由动能定理得
则当单刀双掷开关S与2接通时，MN间电场由N指向M，故电子逸出后做匀加速运动，电子运动到金属网N时的最大速度由动能定理得
联立解得
故选D。
13．AD
【详解】
A．波长的红外线在真空中的频率为
故A正确；
B．由图乙知，遏止电压为0.02V，将图甲中的电源正负极反接，若所加反向电压小于遏止电压，仍然有光电子到达A板，还会产生电信号，故B错误；
C．由图乙可知，遏止电压为
所以根据爱因斯坦光电效应方程，可得产生的光电子最大初动能为
故C错误；
D．根据爱因斯坦光电效应方程可得
又
由图乙可知，该光电管的阴极金属逸出功约为
故D正确。
故选AD。
14．ABD
【详解】
A．根据德布罗意波波长公式λ=，速度相同的质子和电子相比，电子的动量小，波长长，波动性明显，故A正确；
B．根据
E=hν且λ=，c=λν
可得X射线每个光子的能量为E=每个光子的动量为p=，故B正确；
C．由爱因斯坦的光电效应方程可知
Ek=hν-W0
光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν是线性关系，但不成正比，故C错误；
D．康普顿效应表明光子除了具有能量之外还有动量，揭示了光的粒子性，故D正确。
故选ABD。
15．AC
【详解】
A．逸出功与极限频率的关系为
所以极限频率越大的金属材料逸出功越大，A正确；
B．只有入射光的频率大于极限频率才能发生光电效应，与光照时间长度无关。B错误；
C．根据光电效应方程得
所以相同频率的光照射不同金属，则从金属表面逸出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小，C正确；
D．入射光的强弱一定时，频率越高，则光子数越少，单位时间内逸出的光电子数就越少，D错误。
故选AC。
16．入射光的频率小于金属的极限频率（或者说波长大于极限频率对应的波长）或反向电压太大
【详解】
当入射光的频率大于金属的极限频率（或者说波长小于极限频率对应的波长）时才能发生光电效应，没有电流可能是入射光的频率小于极限频率，也可能是反向电压太大则光电子不能到达另一极板。
17．见解析
【详解】
由光电效应方程
可知图像斜率都为普朗克常量h，故得出的两条图线一定为平行线，由于两金属的逸出功不同，则与横轴的交点不同，故c图像表达了他的实验结果。