本章易错过关 (六)
1.D [解析] 根据光电效应方程Ekm=hν-W0可知,光电子的最大初动能与入射光频率不成正比,而是成线性关系,故A错误;放射性元素发生β衰变时辐射出的电子是原子核中的中子转变为质子时产生的,因此β衰变时辐射出的电子来源于原子核,故B错误;现已建成的核电站的能量主要来自重核裂变,故C错误;光具有波粒二象性,由λ=可知,光的波长越长,光子的能量越小,波动性越明显,故D正确.
2.BC [解析] 光子的动量为,A错误;光子的能量为hν,B正确;根据动量定理,平面镜对一个光子的冲量为I=Δp=,C正确,D错误.
3.C [解析] 因原子能级跃迁放出的光子的能量等于原子的能级差,由题图可知光子①、③对应的能量关系为E③E⑥,知用④照射某金属表面时能发生光电效应,可知E④大于此金属的逸出功W0,因E⑥4.D [解析] 由Ek=hν-W0可知,入射光的频率不同,光电子的最大初动能不同,最大初动能与光照强度无关,C错误,D正确;eUc=Ek=hν-W0,所以入射光的频率不同,遏止电压Uc不同,A错误;将图甲所示电路中的电源正、负极反接,才能用来验证光电流与电压的关系,即当电压表示数增大到一定数值时,光电流趋于一个饱和值,B错误.
5.AC [解析] 根据光电效应发生的条件可知能否发生光电效应于入射光的强度无关,所以减弱入射光的强度,仍会发生光电效应现象,故A正确;根据光电效应方程可知,用频率为ν0的光照射光电管阴极恰好发生光电效应,则逸出功为W0=hν0,故C正确;换用频率为2ν0的光照射光电管阴极,根据光电效应方程可知eUc=Ekm=h×2ν0-W0,解得Ekm=hν0,Uc=,故B、D错误.
6.BC [解析] 自由电子向N型一侧移动,N型一侧电势更低,故电流从P型一侧流出,回到N型一侧,故电流应该从下至上通过负载,故A错误;发生光电效应的极限波长满足h=E,解得,λ=,故B正确;太阳光强度越大,内光电效应释放的电子越多,向N型一侧移动的自由电子越多,两端电势差越大,电路中的电流越大,故增大太阳光的强度,通过负载的电流会变大,故C正确;太阳光中紫外线的频率最高,太阳光能让该材料发生内光电效应,则该材料的极限频率应小于等于紫外线的频率,故改用紫外线照射该材料,能发生内光电效应,故D错误.
7.BC [解析] 由爱因斯坦光电效应方程得eUc=hν-W0,则Uc=ν-,由图像知=,-=-b ,所以普朗克常量数值为h=,逸出功为W0=eb,故A错误,B正确;根据光电效应方程Ekm=hν-W0知,光电子的最大初动能随入射光频率增大而增大,成线性关系,故C正确;由图像知,金属产生光电效应的极限频率为a,当入射光的频率大于a,才会发生光电效应现象,与光强无关,故D错误.
8.eUc
[解析] 该实验产生的光电子的最大初动能为Ekm=eUc,根据光电效应方程eUc=hν-W,得入射光的频率为ν=
9.1.8 2.2
[解析] 若K的电势高于A的电势,且电势差为0.9 V,光电流刚好为0,有eU=mv2,当A极接正,K极接负,电压仍为0.9 V时,有eU=Ek2-mv2,联立可得Ek2=1.8 eV,根据光电效应方程mv2=E-W,所以W=2.2 eV.
10.(1)1.1×1013个 (2)6.4×10-34 J·s
[解析] (1)由I=
且q=Nte
代入数据解得N====1.1×1013个
(2)设用频率为ν的光照射K极时,逸出的光电子的最大初动能为Ek,对应的遏止电压为U,逸出功为W0
根据光电效应方程有
Ek1=hν1-W0
Ek2=hν2-W0
根据动能定理有
eU1=Ek1
eU2=Ek2
代入数据解得h==6.4×10-34 J·s
11.(1)487.5 nm (2)460 nm (3)4.144×10-18 J
[解析] (1)氢原子由n=4能级跃迁到n=2能级时释放光子的能量
E42=(-0.85 eV)-(-3.4 eV)=2.55 eV=4.08×10-19 J
波长λ==4.875×10-7 m=487.5 nm
(2)极限频率满足hν0==W0
则极限波长λ0=
其中W0=2.7 eV=4.32×10-19 J
解得λ0≈4.60×10-7m=460 nm
(3)根据光电效应方程Ekm=hνmax-W0
可知光电子从K中逸出时最大初动能
Ekm=13.6 eV-2.7 eV=10.9 eV
根据动能定理可知,光电子到达阳极A的最大动能
Ek=eU+Ekm=15 eV+10.9 eV=25.9 eV=4.144×10-18 J本章易错过关 (六)
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一、选择题
1.[2024·广西南宁三中月考] 物理学作为一门自然科学,对人类的进步有着极其重要的地位和作用,尤其是近代物理,它深刻地影响着人类对物质世界的认识,下列关于近代物理的说法正确的是 ( )
A.在光电效应实验中,光电子的最大初动能与入射光频率成正比
B.发生β衰变时辐射出的电子来源于原子的核外电子
C.现已建成的核电站的能量主要来自天然放射性元素的衰变
D.光具有波粒二象性,光的波长越长,光子的能量越小,波动性越明显
2.(多选)已知光速为c,普朗克常量为h,现用频率为ν的光垂直照射平面镜,光全部被平面镜垂直反射回去,则 ( )
A.光子动量为
B.光子能量为hν
C.平面镜对一个光子的冲量为
D.平面镜对一个光子的冲量为
3.[2024·吉林一中月考] 原子处于磁场中,某些能级会发生劈裂.如图甲,XX代表激发态1,X代表激发态2,G代表基态,由于能级劈裂,如图乙,X态劈裂为两支,分别为XH、XV两个能级.原子劈裂前辐射出光谱线①和②,劈裂后辐射出光谱线③、④、⑤和⑥,下列说法正确的是 ( )
A.①和③的能量相等
B.③的频率大于⑤的频率
C.③和④的频率之和等于⑤和⑥的频率之和
D.若用④照射某种金属能发生光电效应,则用⑥照射也一定能发生
4.[2024·四川成都期末] 图甲是光电效应实验电路图,图乙为某次光电效应实验中得到的同一光电管两端的遏止电压随入射光频率ν变化的函数关系图像.下列判断正确的是 ( )
A.入射光的频率ν不同,遏止电压Uc相同
B.图甲所示电路中,当电压表示数增大到一定数值时,光电流趋于一个饱和值
C.只要光的光照强度相同,光电子的最大初动能就一定相同
D.入射光的频率ν不同,光电子的最大初动能不同
5.(多选)[2024·宁德期中] 在光电效应实验中,用频率为ν0的光照射光电管阴极,恰好发生了光电效应.普朗克常量为h,电子电荷量为e,下列说法正确的是 ( )
A.减弱入射光的强度,仍会发生光电效应现象
B.换用频率为2ν0的光照射光电管阴极,光电子的最大初动能为2hν0
C.此光电管的逸出功为hν0
D.换用频率为2ν0的光照射光电管阴极,遏止电压为
6.(多选)[2024·浙江杭州一中月考] 如图所示,某种材料制成太阳能电池的主体部分由P型半导体和N型半导体结合而成.当太阳光照射到该材料上时,材料吸收光子发生内光电效应,自由电子向N型一侧移动,从而在两端形成电势差.已知该材料至少需要吸收能量为E的光子才能发生内光电效应,普朗克常量为h,光速为c,则 ( )
A.通过负载的电流方向从上至下
B.该材料发生光电效应的极限波长为
C.太阳光的强度越强,则通过负载的电流越大
D.改用紫外线照射该材料,则不能发生内光电效应
7.(多选)[2024·陕西咸阳期末] 在某次光电效应实验中,得到的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系图像如图所示,电子电荷量的绝对值为e.下列判断正确的是 ( )
A.该金属的逸出功为ea
B.普朗克常量数值为
C.发生光电效应时,光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大
D.用频率低于a的光照射该材料,只要光照足够强,也能发生光电效应
二、填空题
8.[2024·厦门一中月考] 在研究光电效应实验中,光电管的阴极材料为铯(Cs),用某一频率的光照射,实验测得光电流I随光电管两端电压U变化图像如图所示,图像与横轴交点为(-Uc,0),已知铯的逸出功为W,普朗克常量为h,电子电荷量的绝对值为e,则该实验产生的光电子的最大初动能为 ,入射光的频率为 .
9.在光电效应实验中,当用光子能量E=3.1 eV的单色光照射阴极K时(如图),产生少量电流.若K极接正,A极接负,当两极间电压为0.9 V时,光电流恰好为0.那么当A极接正,K极接负,电压仍为0.9 V时光电子到达A极的最大动能Ek2= eV,此金属的逸出功W= eV.
三、计算题
10.[2024·江苏南通中学月考] 美国物理学家密立根用如图所示的装置测量光电效应中的几个重要物理量.已知电子的电荷量e=1.60×10-19 C.
(1)开关S断开时,用单色光照射光电管的K极,电流表的读数I=1.76 μA.求单位时间内打到A极的电子数N;
(2)开关S闭合时,用频率ν1=5.8×1014 Hz和ν2=6.8×1014 Hz的单色光分别照射光电管的K极,调节滑动变阻器,电压表示数分别为U1=0.13 V和U2=0.53 V时,电流表的示数刚好减小到零.求普朗克常数h.
11.[2024·泉州一中月考] 如图甲、乙分别是研究光电效应的实验电路和氢原子的能级示意图.现用等离子态的氢气(即电离态,n=∞)向低能级跃迁时所发出的光照射光电管的阴极K.测得电压表的示数是15 V.已知光电管阴极材料的逸出功是2.7 eV,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,e=1.60×10-19 C,c=3.0×108 m/s.求:
(1)氢原子由n=4能级跃迁到n=2能级时氢气发光的波长;
(2)该光电管阴极材料发生光电效应的极限波长;(结果保留整数)
(3)光电子到达阳极A的最大动能.
