高中物理选择性必修第三册4.2光电效应(Word版含答案)

人教版（2019）选择性必修第三册 第四章 课时2光电效应
一、单选题
1．氢原子的能级图如图所示，若大量氢原子处于n=4能级要向低能级跃迁，则下列说法正确的是（　　）
A．可能辐射出γ射线
B．最多可以发出3种不同频率的光
C．氢原子由n=4能级跃迁到n=3能级时，氢原子能量减小，电子动能增大
D．从n=4能级跃迁到n=2能级释放的光子照射逸出功为2.25eV的金属时，产生的光电子最大初动能是0.30J
2．如图所示，把一块不带电的锌板连接在验电器上，当用紫外线照射锌板时，发现验电器指针偏转一定角度，则（　　）
A．锌板带正电，验电器带负电
B．若改用强度更小的紫外线照射锌板，验电器的指针也会偏转
C．若改用红外线照射锌板，验电器的指针仍然会发生偏转
D．这个现象可以说明光具有波动性
3．某同学用图甲所示的装置研究光电效应现象。闭合开关S，用领率为v的单色光照射光电管时发生了光电效应。图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能E与入射光频率v的关系图像，图线与横轴的交点坐标为（a，0），与纵轴的交点坐标为（0，-b），下列说法中正确的是（　　）
A．若断开开关S，电流表G的示数将变为零
B．普朗克常量为h=
C．仅减小照射光的强度，光电子的最大初动能将减小
D．保持照射光频率不变，仅提高照射光强度，电流表G的示数增大
4．下列说法不正确的是（ ）
A．爱因斯坦在光的粒子性的基础上，建立了光电效应方程
B．康普顿效应表明光子只具有能量，不具有动量
C．德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越短
D．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型
5．关于光电效应，下列说法中正确的是（　　）
A．只要增大入射光的强度，金属表面就会有光电子逸出
B．入射光的强度越大，光电子的最大初动能就越大
C．入射光的频率越高，金属的逸出功就越大
D．入射光的频率越高，遏止电压就越大
6．关于波粒二象性，下列说法正确的是（　　）
A．微观粒子一会像粒子，一会像波 B．粒子在空间出现的概率可以用波动规律来描述
C．只是光子的属性 D．只是电子、质子等微观粒子的属性
7．通过学习波粒二象性的内容，你认为下列说法正确的是(　 　)
A．能量较大的光子其波动性越显著
B．速度相同的质子和电子相比，质子的波动性更为明显
C．波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性
D．康普顿效应中光子与静止的电子发生相互作用后，光子的波长变小了
8．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
9．一束由、、三种颜色组成的光，经过三棱镜后形成的光路如图所示，将这三种光分别入射到同一光电管，都有光电子产生。关于这三种光，下列判断正确的是（　　）
A．光的光子动量最大
B．光所对应的遏止电压最大
C．光所对应的饱和电流最大
D．光产生的光电子最大初动能最大
二、多选题
10．如图是某金属在光的照射下，光电子最大初动能E与入射光频率v的关系,由图象可知
A．该金属的逸出功等于W
B．该金属的逸出功等于hv0
C．入射光的频率为2v0时，产生的光电子的最大初动能为2W
D．图线的斜率表示普朗克常量h
11．下列说法正确的是（ ）
A．卢瑟福通过粒子散射实验提出了原子的核式结构模型
B．结合能越大，原子核结构一定越稳定
C．如果使用某种频率的光不能使某金属发生光电效应，则需增大入射光的光照强度才行
D．发生β衰变时，元素原子核的质量数不变，电荷数增加1
E．在相同速率情况下，利用质子流比利用电子流制造的显微镜将有更高的分辨率
12．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．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多
D．同种频率的光照射不同的金属，从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小
13．下列说法正确的是（ ）
A．卢瑟福α粒子散射实验的结果证明了原子核是由质子和中子组成的
B．无论光强多强，只要光的频率小于金属的极限频率就不能产生光电效应
C．原子核衰变时释放出的β射线是原子的核外电子电离后形成的电子流
D．目前核电站发电利用的是原子核的裂变
E．如果某种元素发生β衰变，该元素原子核的质量数不会发生变化
14．下列说法中，正确的是（ ）
A．普朗克为了解释黑体辐射规律提出了电磁辐射的能量是量子化的
B．汤姆逊在α粒子散射实验基础上提出了原子核式结构模型
C．爱因斯坦在对光电效应的研究中提出了光子说
D．查德威克发现了天然放射现象
E．波尔第一次将量子观念引入原子领域，成功地解释了氢原子光谱的实验规律
15．对下列各项叙述正确的是 ．
A．实物粒子只具有粒子性，没有波动性，光子具有波粒二象形
B．α粒子散射实验中少数α粒子发生较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据
C．在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强
D．当入射光的频率低于截止频率时不会发生光电效应
E．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小
16．实验得到金属钙的光电子的最大初动能Em与入射光频率γ的关系如图所示．下表中列出了几种金属的截止频率和逸出功，参照下表可以确定的是( )
A．如用金属钨做实验得到的Em－γ图线也是一条直线，其斜率与图中直线的斜率相等
B．如用金属钠做实验得到的Em－γ图线也是一条直线，其斜率比图中直线的斜率大
C．如用金属钠做实验得到的Em－γ图线也是一条直线，设其延长线与纵轴交点的坐标为(0，－E2)，则E2< E1
D．如用金属钨做实验，当入射光的频率γ<γ1时，可能会有光电子逸出
17．爱因斯坦提出了光量子概念并成功地解释了光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖。某种金属逸出光电子的最大初动能E与入射光频率v的关系如图所示，其中v0为极限频率。从图中可以确定的是（　　）
A．逸出功与v有关
B．E与入射光强度成正比
C．当v≥v0时，会逸出光电子
D．图中直线的斜率与普朗克常量有关
三、填空题
18．下表是按照密立根的方法进行实验时得到的某金属的遏止电压和入射光频率的几组数据．已知电子电量
⑴在图中画出-图象_______________；
⑵由图象可得该金属的截止频率________Hz；普朗克常量________．（结果保留一位有效数字）
四、实验题
19．如图所示，在演示光电效应的实验中，用弧光灯发出的紫外光照射锌板，发现与锌板导线相连接的验电器的指针张开一个角度，此时锌板带________（选填“正电”、“负电”），若用下列电磁波照射锌板也一定能使验电器指针张开的是___________（选填“红外光”、“γ射线”、“无线电波”）。
五、解答题
20．铝的逸出功是4. 20eV，现在将波长200nm的光照射铝表面．已知h =63 X 10-34J s.求：
(1)光电子的最大初动能；
(2)遏制电压；
(3)铝的截止频率．
参考答案：
1．C
【解析】
【详解】
A．γ射线为核反应才会放出，氢原子跃迁无法辐射γ射线，故A错误；
B．大量氢原子处于n=4能级要向低能级跃迁最多可以发出种不同频率的光，故B错误；
C．氢原子由能级跃迁到能级时，向外辐射光子，氢原子能量减小，此过程中电子轨道半径减小，库仑力做正功，电子动能增大，故C正确；
D．从n=4能级跃迁到n=2能级释放的光子能量为
由光电效应方程可知产生的光电子最大初动能
故D错误。
故选C。
2．B
【解析】
【详解】
A．当用紫外线照射锌板时，发生光电效应打出光电子，可知锌板带正电，验电器带正电，选项A错误；
B．能否发生光电效应与入射光的强度无关，只与入射光的频率有关，则若改用强度更小的紫外线照射锌板，仍会发生光电效应，验电器的指针也会偏转，选项B正确；
C．若改用红外线照射锌板，因红外线的频率小于紫外线的频率，则不能发生光电效应，验电器的指针不会发生偏转，选项C错误；
D．这个现象可以说明光具有粒子性，选项D错误。
故选B。
3．D
【解析】
【详解】
A．电键S断开后，因光电效应现象中，光电子存在最大初动能，因此电流表G的示数不为零，故A错误；
B．根据
Em=hv-W0
可得，纵轴截距的绝对值等于金属的逸出功，等于b；当最大初动能为零时，入射光的频率等于截止频率，所以金属的截止频率为
v0=a
那么普朗克常量为
故B错误；
C．根据光电效应方程
Em=hv-W0
可知，入射光的频率与最大初动能有关，与光的强度无关，故C错误；
D．保持照射光频率不变，仅增加照射光强度，则光子数目增多，那么电流表G的示数变大，故D正确。
故选D。
4．B
【解析】
【详解】
爱因斯坦在量子理论的基础上，提出了光子假说并建立了光电效应方程，光电效应现象以及康普顿效应说明光具有粒子性，故A正确；康普顿效应表明光子不仅具有能量还具有动量，故B错误；依据德布罗意波长公式可知，微观粒子的动量越大，其对应的波长就越短，故C正确；卢瑟福通过对粒子散射实验的研究，提出了原子核式结构模型，故D正确．
5．D
【解析】
【分析】
考查光电效应的相关概念，需明确光强、逸出功、遏止电压和最大初动能之间的关系。
【详解】
A．如果入射光的频率小于极限频率，入射光的强度无论多大，金属表面都不会有光电子逸出，选项A错误；
B．由爱因斯坦光电效应方程，光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，而与入射光的强度无关，选项B错误；
C．金属的逸出功由金属材料决定，与入射光无关，选项C错误；
D．入射光的频率越大，光电子的最大初动能越大，遏止电压就越大，选项D正确。
故选D。
6．B
【解析】
【详解】
A．波粒二象性是指频率较大的容易表现为较强微粒性，频率较小的容易表现为较强波动性；大量光子表现为波动性，个别光子表现为微粒性，选项A错误；
B．光具有波粒二象性，属于概率波，因此光子在空间各点出现的可能性大小（概率）可以用波动规律来描述，故B正确；
CD．波粒二象性不只是光子的属性，也不只是电子、质子等微观粒子的属性，所有物体都具有波粒二象性，故CD错误。
故选B。
7．C
【解析】
【详解】
A.能量较大的光子，，频率较高，波长较短，粒子性越显著，A错误．
B.速度相同的质子和电子，由于 ，质子质量大，波长短，波动性不明显，B错误
C.光的波粒二象性是指光波同时具有波和粒子的双重性质，但有时表现为波动性，有时表现为粒子性，C正确．
D.康普顿效应中光子与静止的电子发生相互作用后，动量减小，，波长变长，D错误
8．A
【解析】
【详解】
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.
9．D
【解析】
【详解】
ABD．光子的动量为
由光路图可知
则a光的频率最大，波长最短，则a光的动量最大
又根据
a光所对应的遏止电压最大, 产生的光电子最大初动能最大，
AB错，D正确；
C．饱和电流与入射光强度有关，C错误。
故选D。
10．ABD
【解析】
【详解】
A、根据Em=hv-W0得，纵轴截距的绝对值等于金属的逸出功，等于W．故A正确．
B、当最大初动能为零时，入射光的能量等于逸出功，即等于hv0，故B正确．
C、根据光电效应方程可知，入射光的频率变为原来的2倍，由于逸出功不变，最大初动能为，故C错误．
D、根据一次函数Em=hv-W0可知图象的斜率即为普朗克常量h，D正确．
故选ABD．
【点睛】
解决本题的关键掌握光电效应方程，以及能够数形结合图线进行运用．
11．ADE
【解析】
【详解】
试题分析：卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，建立了原子的核式结构模型，故A正确；比结合能越大，原子核结构一定越稳定，故B错误；不能使某金属发生光电效应，是因入射光的频率小于极限频率，与入射光的光照强度无关，故C错误；β衰变时，元素原子核的质量数不变，电荷数增加1，故D正确；相同速率情况下，质子流的动量大于电子流，根据，可知质子流的波长比利用电子流小，衍射现象不明显，则有更高的分辨率，故E正确．
考点：本题考查原子核组成、核能、光电效应、物质波
12．AD
【解析】
【详解】
A．根据
可知极限频率越大的金属材料逸出功越大，选项A正确；
B．发生光电效应只与入射光的频率有关，与入射光的强度及照射时间无关，选项B错误；
C．在光电效应中，光电子数目与光强有关，入射光的光强一定时，当频率越高则入射光的光子个数少，单位时间内逸出的光电子数就越少，选项C错误；
D．根据光电效应方程
Em=hv-W0
知，同种频率的光照射不同的金属，从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小，选项D正确。
故选AD。
13．BDE
【解析】
【详解】
A、卢瑟福通过粒子散射实验，得出原子的核式结构模型，并不是原子核是由质子和中子组成的．故A错误；
B、根据光电效应的条件，只要光的频率小于金属的极限频率就不能产生光电效应，不论光的强弱如何．故B正确；
C、释放出的β射线是原子核内中子衰变成质子，而形成的电子流．故C错误；
D、核电站发电利用的是原子核的裂变．故D正确；
E、某种元素发生β衰变时，放出的电子，质量数为零，因此该元素原子核的质量数不会发生变化，故E正确．
14．ACE
【解析】
【详解】
试题分析：普朗克为了解释黑体辐射规律提出了电磁辐射的能量是量子化的，A正确；卢瑟福在α粒子散射实验基础上提出了原子核式结构模型，B错误；爱因斯坦在对光电效应的研究中提出了光子说，C正确；贝克勒尔发现了天然放射现象,D错误；波尔第一次将量子观念引入原子领域，成功地解释了氢原子光谱的实验规律，E正确；
考点：考查了物理学史
【名师点睛】平时学习应该注意积累对物理学史的了解，知道前辈科学家们为探索物理规律而付出的艰辛努力，对于物理学上重大发现.发明.著名理论要加强记忆，这也是考试内容之一
15．BCD
【解析】
【详解】
试题分析：电子的衍射现象说明实物粒子也具有波动性．故A错误；α粒子散射实验中少数α粒子发生较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据．故B正确；根据三种射线的特点可知，在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强．故C正确；根据光电效应发生的条件可知，当入射光的频率低于截止频率时则不会发生光电效应．故D正确；放射性元素的半衰期与元素的物理状态以及化学状态无关．故E错误
考点：原子核衰变及半衰期、衰变速度；光的波粒二象性；粒子散射实验．
【名师点睛】电子的衍射现象说明实物粒子具有波动性；在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强；放射性元素的半衰期与元素的物理状态以及化学状态无关；光电效应实验中，发生光电效应的条件与入射光的频率有关
16．AC
【解析】
【详解】
由光电效应方程：Em=hγ-W0=hγ-hγ0可知，Em-γ图线的斜率表示普朗克常量，横轴截距表示最大初动能为零时的入射光频率，此时的频率等于金属的极限频率，也可能知道极限波长，根据W0=hγ0可求出逸出功．因普朗克常量与金属的性质、与光电子的最大初动能、入射光的频率无关，如用金属钨做实验得到的Em-γ图线也是一条直线，其斜率与图中直线的斜率相等，故A正确；同理如用金属钠做实验得到的Em-γ图线也是一条直线，其斜率与图中直线的斜率相等，设其延长线与纵轴交点的坐标为（0，-E2），由于钠的逸出功小于钨的逸出功，则E2＜E1，故C正确，B错误；如用金属钨做实验，当入射光的频率γ＜γ1时，不可能会有光电子逸出，故D错误；故选AC．
点睛：只要记住并理解了光电效应的特点，只要掌握了光电效应方程就能顺利解决此题，所以可以通过多看课本加强对基础知识的理解．解决本题的关键掌握光电效应方程Em=hγ-W0=hγ-hγ0，知道逸出功与极限频率的关系．
17．CD
【解析】
【详解】
A．金属的逸出功是由金属本射性质决定的，与入射光的频率无关，A错误；
B．光电子的最大初动能取决于入射光的频率，而与入射光的强度无关，B错误；
C．只有当
时才会发生光电效应，逸出光电子，C正确；
D．由爱因斯坦光电效应方程
E＝hν－W0
而
W0＝hν0
可得
E＝hν－hν0
可见图象的斜率表示普朗克常量，D正确；
故选CD。
18．
【解析】
【详解】
(1)根据表格数据，通过一一描点，并作出图象，如图所示:
(2)根据光电效应方程得：Em=hv-W0=hv-hv0,又Em=eUC,解得，知图线的斜率为：，解得：；当UC=0，由图象与横坐标的交点，则有.
【点睛】解决本题的关键掌握光电效应方程以及最大初动能与遏止电压的关系，并学会描点作图法，注意图象是解题的关键．
19． 正 γ射线
【解析】