2024鲁科版高中物理选择性必修第三册同步练习--第1节　光电效应及其解释

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2024鲁科版高中物理选择性必修第三册同步
第6章　波粒二象性
第1节　光电效应及其解释
基础过关练
题组一　光电效应现象及规律
　　　　　　　　　　　　　　　
1.在演示光电效应的实验中,原来不带电的一块锌板与验电器相连,用弧光灯照射锌板时,验电器的指针张开一个角度,如图所示,这时 (　　)
A.锌板带正电,指针带负电
B.锌板带正电,指针带正电
C.若用黄光照射锌板,则可能不产生光电效应现象
D.若用红光照射锌板,则锌板能发射光电子
2.(2023山东聊城二模)下列有关光电效应的说法正确的是 (　　)
A.只要入射光照射时间足够长,任何金属都能发生光电效应
B.对于某种金属,只要入射光频率低于极限频率就不能发生光电效应
C.金属的逸出功与入射光的频率有关,入射光频率越大,逸出功越大
D.饱和光电流与入射光的频率有关,入射光频率越大,饱和光电流一定越大
3.(2021山西长治第二中学期中)如图所示为一真空光电管的应用电路,其阴极金属材料的极限频率为4.5×1014 Hz,则以下判断正确的是 (　　)
A.发生光电效应时,电路中光电流的饱和值取决于入射光的频率
B.发生光电效应时,电路中光电流的饱和值取决于入射光的强度
C.用λ=0.5 μm的光照射光电管时,电路中有光电流产生
D.光照射时间越长,电路中的光电流越大
题组二　光电效应方程的理解与应用
4.某种单色光的频率为ν,用它照射某种金属时,在逸出的光电子中动能最大值为Ek,则这种金属的逸出功和极限频率分别是 (　　)
A.hν-Ek,ν-　　　　B.Ek-hν,ν+
C.hν+Ek,ν-　　　　D.Ek+hν,ν+
5.已知钙和钠的极限频率分别为7.73×1014 Hz和5.53×1014 Hz,在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应,则下列说法正确的是 (　　)
A.钙具有较大的逸出功
B.钙的遏止电压较大
C.钙逸出的光电子的最大初动能较大
D.钙更容易发生光电效应
6.(2022山东师范大学附中月考)从1907年起,美国物理学家密立根用如图所示的实验装置测量光电效应中几个重要的物理量。在这个实验中,若先后用频率为ν1、ν2的单色光照射阴极K均可产生光电流。调节滑片P,当电压表示数分别为U1、U2时,频率为ν1、ν2的单色光照射阴极K产生的光电流恰减小到零。已知U1>U2,电子电荷量的绝对值为e,下列说法正确的是 (　　)
A.两种单色光光子的频率关系为ν1<ν2
B.光电子的最大初动能关系为Ek1C.普朗克常量为
D.逸出功为
题组三　光电效应图像的理解及应用
7.在光电效应实验中,波长为λ1的光恰好能使金属P发生光电效应,波长为λ2的光恰好能使金属Q发生光电效应,已知波长λ1>λ2,下列选项A、B是两种金属的光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的图像;选项C、D是用甲光照射金属P、乙光照射金属Q的光电流I与光电管两端电压U的关系图像,已知甲、乙两束光的频率ν甲>ν乙,则下列选项中正确的是 (　　)
8.(2022山东烟台期末)用阴极K为金属铷的光电管观测光电效应现象,实验电路图如图甲所示。实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示,纵轴与横轴交点的横坐标为ν0,图线与横轴交点的横坐标为ν1。已知普朗克常量为h,电子的电荷量为e。则下列说法中正确的是 (　　)
甲
乙
A.图乙中图线的斜率为
B.金属铷的逸出功为hν0
C.欲测遏止电压,电源左端应为正极
D.当电源左端为正极时,微安表示数随电压表示数的增大而持续增大
题组四　光的波粒二象性
9.(2022江苏淮安车桥中学入学调研)有关光的波粒二象性的下列说法中,正确的是(　　)
A.有的光是波,有的光是粒子
B.光子与电子是同样的一种粒子
C.光的波长越长,其波动性越显著;波长越短,其粒子性越显著
D.大量光子的行为往往显示出粒子性
10.(2022江西临川一中期中)关于对光的波粒二象性的理解正确的是 (　　)
A.光波和声波的本质相同,都具有波粒二象性
B.光在传播时是波,而与物质相互作用时就转变成粒子
C.高频光是粒子,低频光是波
D.波粒二象性是光的根本属性,有时它的波动性显著,有时它的粒子性显著
能力提升练
题组一　光电效应现象及光电效应方程的应用
　　　　　　　　　　　　　　　
1.(2022河北月考)“微光夜视仪”是利用光电效应原理工作的一种仪器。被视物体反射的微弱自然光照射在“银氧铯”阴极上激发出光电子,电子电荷量的绝对值为e,下列说法正确的是 (　　)
A.微弱自然光的频率可以很低,但光的强度必须足够大才能发生光电效应
B.向右调节滑动变阻器的滑片,电流表的示数将随电压表示数的增大而增大
C.保持微弱自然光的强度不变,提高微弱自然光的频率,则饱和电流值将减小
D.调换电源正负极,调节滑动变阻器,电压表示数为Uc时,电流表示数恰为零,则光电子逸出金属表面时的初动能为eUc
2.(2023河南名校联考)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。如图所示的电路可以用来研究光电效应,用频率为ν的单色光照射光电管,有光电效应现象发生,当电压表的读数为U1时,灵敏电流计的读数刚好为零。若换用频率仍为ν的强激光照射光电管,需要把电压表的读数调整为U2时才能让灵敏电流计的读数刚好为零。这表明单电子瞬间吸收了n个光子而从光电管的阴极逸出,已知普朗克常量为h,电子电荷量为e,则电子瞬间吸收的光子个数n为 (　　)
A.+1　　　　B.+1
C.-1　　　　D.-1
3.(2022辽宁期中)我国自行研制的一种大型激光器,能发出波长为λ的高纯度和高亮度的激光。如图所示,光电管的阴极K用某种金属制成,闭合开关S,当该激光射向阴极时,产生了光电流。移动变阻器的滑片P,当光电流恰为零时,电压表的示数为Uc,已知普朗克常量为h,电子电荷量的绝对值为e,真空中的光速为c。
(1)求光电管阴极K的截止频率νc;
(2)将电源正、负极反接,移动变阻器的滑片P,当电压表的示数为U2时,光电流达到最大值,求电子到达阳极A时的最大动能Ekm2。
题组二　光电效应图像的应用
4.(2023山东潍坊安丘检测)智能手机能通过光线传感器进行屏幕亮度自动调节,光线传感器的工作原理是光电效应。如图甲为研究光电效应规律的电路图,图乙为三种光照射下光电流I与电压U的关系,图丙为该光电管遏止电压Uc与入射光频率ν的关系,其中光电子的电荷量为e。下列说法正确的是 (　　)
甲
乙
丙
A.将图甲开关闭合后,向右移动滑动变阻器滑片,电压表和电流表示数一定增大
B.图乙中若Ⅰ光为紫光,Ⅱ光可能是绿光,且Ⅰ的光强比Ⅲ的大
C.由图丙得出电极K金属材料的截止频率为
D.由图丙得出普朗克常量为h=
5.(2022山东滨州二模)新冠病毒疫情防控工作中额温枪被广泛使用。有一种额温枪的工作原理是采集人体辐射出的红外线,并将红外线照射到温度传感器上,发生光电效应,从而将光信号转化为电信号显示出人体的温度。已知人体在正常体温时辐射的红外线波长约为9×10-6 m,用该波长的红外线照射图甲电路中阴极K,电路中的光电流随电压变化的图像如图乙所示,已知h=6.63×10-34 J·s,c=3.0×108 m/s,e=1.6×10-19 C。下列说法正确的是 (　　)
A.真空中波长为9×10-6 m的红外线的频率约为3.3×1010 Hz
B.由图乙可知,该光电管的阴极金属逸出功约为1.9×10-20 J
C.人体温度升高,辐射的红外线强度增大,饱和光电流减小
D.对于某种金属,无论照射光的频率多小,只要强度足够大、光照时间足够长就可以产生光电效应现象
6.(2022山东济南二模)科学探究小组使用如图甲所示的电路研究光电效应,图乙为光电管发生光电效应时遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像,已知光电子电荷量的绝对值为e。下列说法正确的是 (　　)
A.单刀双掷开关S空掷时,即使能发生光电效应,电流传感器的示数仍然为零
B.为得到图乙的图像,单刀双掷开关S应掷于1处
C.光电管中金属材料的逸出功为ea
D.普朗克常量h=
第6章　波粒二象性
第1节　光电效应及其解释
基础过关练
1.BC 2.B 3.BC 4.A 5.A 6.C
7.AD 8.A 9.C 10.D
1.BC　弧光灯主要发射紫外线,锌板在紫外线照射下,发生光电效应,有光电子飞出,故锌板带正电,验电器与锌板相连,故验电器上的指针带正电,B正确,A错误;红光和黄光的频率都小于紫外线的频率,都可能不发生光电效应,C正确,D错误。
2.B　发生光电效应的条件是入射光的频率大于或等于金属的极限频率,与入射光的强度无关,故A错误,B正确;金属的逸出功与金属本身有关,与入射光的频率无关,故C错误;在光电效应中,入射光越强,光电流的饱和值越大,与入射光的频率无关,故D错误。故选B。
3.BC　在光电管中若发生了光电效应,单位时间内发射光电子的数目只与入射光的强度有关,光电流的饱和值只与单位时间内发射光电子的数目有关,据此可判断B正确,A、D错误;波长λ=0.5 μm的光的频率ν== Hz=6×1014 Hz>4.5×1014 Hz,可发生光电效应,所以选项C正确。
易错警示　光电效应现象中光电流存在饱和值,光电流在达到饱和值之前,其大小不仅与入射光的强度有关,还与光电管两极间的电压有关,光电流只有在达到饱和值以后才和入射光的强度成正比。
4.A　根据光电效应方程得W=hν-Ek,根据W=hν0知极限频率ν0==ν-,故选A。
5.A　金属的逸出功与极限频率的关系为W0=hνc,由钙和钠的极限频率分别为7.73×1014 Hz和5.53×1014 Hz知,钙的极限频率大,所以钙的逸出功大,故A正确;eUc=Ek=hν-W0=hν-hνc,钙的极限频率大,则钙的遏止电压较小,钙逸出的光电子的最大初动能较小,故B、C错误;钙的极限频率大,更不容易发生光电效应,故D错误。导师点睛　爱因斯坦光电效应方程的深度理解
(1)表达式:Ek=hν-W0。
(2)物理意义:金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν,这些能量一部分用于克服金属的逸出功,剩下的为逸出后电子的动能Ek。
(3)金属的逸出功、极限频率、极限波长的关系是:W0=hνc=。
6.C　根据光电效应方程eU=hν-W=Ekm,因为U1>U2,所以ν1>ν2,Ek1 > Ek2,A、B错误;根据光电效应方程eU1=hν1-W,eU2=hν2-W,联立有h=,C正确;根据光电效应方程eU1=hν1-W,eU2=hν2-W,联立有W=,D错误。
7.AD　根据光电效应方程Ek=hν-W0=hν-hν0知,Ek-ν图线的斜率表示普朗克常量,纵轴截距的绝对值为金属的逸出功,横轴截距表示最大初动能为零时的入射光频率,已知波长λ1>λ2,所以ν1<ν2,逸出功WPν乙且WP8.A　根据Ekm=hν-W0结合eUc=Ekm,联立可得Uc=-,可知图乙中图线的斜率为,故A正确;由题图可知,金属铷的极限频率为ν1,则金属铷的逸出功为W=hν1,故B错误;由图甲可知,欲测遏止电压,电源右端应为正极,故C错误;当电源左端为正极,电流达到饱和光电流时,微安表示数不再随电压表示数的增大而增大,故D错误。故选A。
9.C　同一种光在不同条件下,有时表现出波动性,有时表现出粒子性,A错;电子是实物粒子,有静止质量,光子无静止质量,以场的形式存在,B错;光的波长越长(频率越低),其波动性越显著,反之,粒子性越显著,C对;大量光子的行为往往表现出波动性,D错。
10.D　光波是电磁波,具有波粒二象性,声波是机械波,是振动在介质中的传播,二者本质不同,A错误;光在传播时波动性显著,光与物质相互作用时粒子性显著,B错误;频率高的光粒子性显著,频率低的光波动性显著,C错误;光的波粒二象性指光有时候表现出的粒子性较明显,有时候表现出的波动性较明显,D正确。
易错警示　(1)光既有波动性又有粒子性,二者是统一的。
(2)光表现为波动性,只是光的波动性显著,粒子性不显著而已。
(3)光表现为粒子性,只是光的粒子性显著,波动性不显著而已。
能力提升练
1.C 2.A 4.D 5.B 6.C
1.C　若发生光电效应,入射光的频率必须大于被照射金属的极限频率,故A错误;开始阶段,电流表的示数会随着电压的增大而增大,但达到饱和电流值后,电压继续增大,电流表示数不再变化,故B错误;保持微弱自然光的强度不变但提高频率时,阴极上单位时间单位面积上接收到的光子数将减少,饱和电流变小,故C正确;eUc为光电子逸出金属表面时的最大初动能,但光电子的实际初动能可能小于eUc,故D错误。
2.A　由光电效应方程知,Ek1=hν-W0,Ek2=nhν-W0,又因为Ek1=eU1,Ek2=eU2,因此eU1=hν-W0,eU2=nhν-W0,两式相减,可得e(U2-U1)=nhν-hν,化简得n=+1,故选A。
3.答案　(1)-　(2)e(U2+Uc)
解析　(1)该激光的频率ν=,对光电子分析,由动能定理有eUc=Ekm,根据光电效应方程有Ekm=hν-W0,根据阴极K的截止频率与逸出功的关系有W0=hνc,联立解得νc=-。
(2)对光电子分析,由动能定理有eU2=Ekm2-Ekm,解得Ekm2=e(U2+Uc)。
4.D　闭合开关,向右移动滑动变阻器滑片,电压表示数增大,但可能已经达到饱和电流,电流表示数不一定增大,故A错误;由于Ⅰ光比Ⅱ光对应的遏止电压小,由eUc=Ek=hν-W0可知Ⅰ光的频率比Ⅱ光的频率低,若Ⅰ光为紫光,则Ⅱ光不可能是绿光,故B错误;由eUc=hν-W0可知Uc=ν-,则Uc=0时所对应的频率即截止频率,由图像可知νc=b,h=,故C错误,D正确。
5.B　由c = λν得红外线的频率约为3.3×1013Hz,A错误;根据爱因斯坦光电效应方程得Ekm=hν-W0,根据动能定理得-eUc=0-Ekm,联立解得该光电管的阴极金属逸出功约为1.9×10-20 J,B正确;人体温度升高,辐射的红外线强度增大,逸出的光电子增加,饱和光电流增大,C错误;对于某种金属,根据爱因斯坦光电效应方程,若照射光的频率小于金属的极限频率,则无论强度多大、光照时间多长,都不会有光电子逸出,不会产生光电效应现象,D错误。
6.C　 单刀双掷开关S空掷时,光电管两端无电压,若能发生光电效应,光电子也能从K极到达A极形成光电流,即电流传感器的示数不为零,选项A错误;若单刀双掷开关S掷于1,则光电管两端的电压为正向电压,不会得到图乙所示的图像,选项B错误; 根据eUc=m=hν-W0 ,可得Uc=ν-,由图像可知=,=a,即光电管中金属材料的逸出功为W0=ae,普朗克常量为h=,选项C正确,D错误。
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