5.1 光电效应 5.2 康普顿效应 同步练习 (含答案解析)

5.1
光电效应
5.2
康普顿效应
同步练习
1．康普顿散射的主要特征是
(　　)
A．散射光的波长与入射光的波长全然不同
B．散射光的波长有些与入射光的相同，但有些变短了，散射角的大小与散射波长无关
C．散射光的波长有些与入射光的相同，但也有变长的，也有变短的
D．散射光的波长有些与入射光的相同，有些散射光的波长比入射光的波长长些，且散射光波长的改变量与散射角的大小有关
【解析】　光子和电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长．散射角不同，能量减少情况不同，散射光的波长也有所不同．也有一部分光子与整个散射物的原子交换能量，由于光子质量远小于原子质量，碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变．故只有D正确．
【答案】　D
2．某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下列措施中可能使金属产生光电效应的是(　　)
A．延长光照时间
B．增大光照强度
C．换用波长较短的光照射
D．换用频率较低的光照射
【解析】　只有入射光的频率大于金属的极限频率，光电效应才能发生，由ν＝得，λ越小时，ν越大，越容易产生光电效应，C正确．
【答案】　C
3．对光的波粒二象性的说法中，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．光子说和电磁说是相互对立、互不联系的两种学说
【解析】　光具有波粒二象性是说光有时表现波动的行为，有时表现粒子的行为，A错误；电子是实物粒子，光子不是实物粒子，B错误；波长越长的光越易发生干涉、衍射，即波动性越明显，波长越短则粒子性越明显，C正确；光子说并不否定电磁说，不是相矛盾的，D错误．
【答案】　C
4．在下列各组所说的两个现象中，都表现出光具有粒子性的是(　　)
A．光的折射现象、偏振现象
B．光的反射现象、干涉现象
C．光的衍射现象、色散现象
D．光电效应、康普顿效应
【解析】　干涉、衍射、色散、偏振都是光的波动性的表现，只有光电效应和康普顿效应是光的粒子性的表现，D正确．
【答案】　D
5．白天的天空各处都是亮的，是大气分子对太阳光散射的结果．美国物理学家康普顿由于在这方面的研究而荣获了1927年的诺贝尔物理学奖．假设一个运动的光子和一个静止的自由电子碰撞以后，电子向某一个方向运动，光子沿另一方向散射出去，则这个散射光子跟原来的光子相比(　　)
A．频率变大　　　　　
B．速度变小
C．光子能量变大
D．波长变长
【解析】　光子与自由电子碰撞时，遵守动量守恒和能量守恒，自由电子碰撞前静止，碰撞后动量、能量增加，所以光子的动量、能量减小，故光子频率变小，波长变长，故D正确．由于光子速度是不变的，故B错误．
【答案】　D
6．对于光的波粒二象性的理解正确的是(　　)
A．大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性
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
【解析】　光具有波粒二象性，大量光子显示波动性、个别光子显示出粒子性，光传播时显示波动性，与物质相互作用时显示粒子性，频率高显示粒子，频率低显示波动性，而不是粒子和波转换．故B、C错误，A、D正确．
【答案】　AD
7．关于光电效应的规律，下列说法中正确的是(　　)
A．只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能产生
B．光电子的最大初动能跟入射光强度成正比
C．发生光电效应的时间一般都大于10－9
s
D．发生光电效应时，单位时间内从金属内逸出的光电子数目与入射光强度成正比
【解析】　由E＝hν＝h可知，当入射光波长小于极限波长时，发生光电效应，A错．由Ek＝hν－W可知，最大初动能由入射光频率决定，与光照强度无关，B错．发生光电效应的时间一般不超过10－9
s，C错．
【答案】　D
8．(2013·三明检测)若已知使得某种金属产生光电效应的极限频率为ν0则(　　)
A．当用频率小于ν0的单色光照射该金属时，通过延长光照时间也能使电子逸出金属表面
B．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，增加光照强度所产生的光电子的最大初动能增大
C．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，增加光照强度所产生的光电子会增多
D．当照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大，则逸出功增大
【解析】　该金属的极限频率为ν0，则可知逸出功W＝hν0①
逸出功由金属自身的性质决定，与光的频率无关，D错．发生光电效应的条件是入射光的频率大于极限频率，与光强和照射时间无关，A错．由光电效应方程Ekm＝hν－W②
结合①得，当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hν0，而与光照强度无关，B错．当发生光电效应时，增大光强，吸收光子能量的电子个数增多，逸出的电子增多，C正确．
【答案】　C
9．光子有能量，也有动量，它也遵守有关动量的规律．如图5－1－5所示，真空中，有一“∞”字型装置可绕通过横杆中点的竖直轴OO′在水平面内灵活地转动，其中左边是圆形黑纸片(吸收光子)，右边是和左边大小、质量都相同的圆形白纸片(反射光子)．当用平行白光垂直照射这两个圆面时，关于装置开始转动情况(俯视)的下列说法中正确的是(　　)
图5－1－5
A．顺时针方向转动
B．逆时针方向转动
C．都有可能
D．不会转动
【解析】　黑纸片吸收光子，白纸片反射光子，射向白纸片上的光子动量变化大，由动量定理知：光子对白纸片的冲击力大于对黑纸片的冲击力，装置会逆时针方向转动，故B正确．
【答案】　B
10．如图5－1－6所示，一静电计与锌板相连，在A处用一弧光灯照射锌板，关灯后，指针保持一定偏角．
图5－1－6
(1)现用一带负电的金属小球(带电量小于锌板带电量)与锌板接触，则静电计指针偏角将________(填“增大”“减小”或“不变”)．
(2)使静电计指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，静电计指针无偏转．那么，若改用强度更大的红外线照射锌板，可观察到静电计指针________(填“有”或“无”)偏转．
【解析】　(1)锌板在紫外线照射下，发生光电效应现象，有光电子飞出，锌板带正电．将一带负电的金属小球与锌板接触，将锌板上的正电荷中和一部分，锌板正电荷减少，则静电计指针偏角将减小．注意，静电计与锌板带同种电荷．
(2)要发生光电效应现象，照射光的频率必须高于这种金属的极限频率，而与照射光的强度无关．用黄光照射，静电计指针无偏转，即不能发生光电效应现象．当改用强度更大的红外线照射时，因为红外线的频率比黄光低，所以用红外线照射更不能发生光电效应现象，静电计指针无偏转．
【答案】　(1)减小　(2)无
11．某真空光电管的金属阴极的逸出功是4.0×10－19
J，某种单色光的能量恰好等于这种金属的逸出功，试求：
(1)这种单色光的频率为多大？
(2)在光电管的阳极和阴极间加30
V的加速电压，用这种单色光照射光电管的阴极，光电子到达阳极时的动能有多大？
【解析】　(1)hν＝W
ν＝＝
Hz＝6×1014
Hz.
(2)Ek＝eU＝1.6×10－19×30
J＝4.8×10－18
J.
【答案】　(1)6×1014
Hz　(2)4.8×10－18
J
12．如图5－1－7所示，一光电管的阴极用极限波长λ0＝5×10－7
m的钠制成，用波长λ＝3×10－7
m的紫外线照射阴极，光电管阳极A和阴极K之间的电势差U＝2.1
V，饱和光电流的值(当阴极K发射的电子全部到达阳极A时，电路中的电流达到最大值，称为饱和光电流)Im＝0.56
μA.求：
图5－1－7
(1)每秒内由K极发射的光电子数目；
(2)电子到达A极时的最大动能；
(3)如果电势差U不变，而照射光的强度增到原值的三倍，此时电子到达A极的最大动能是多大？(普朗克常量h＝6.63×10－34
J·s)
【解析】　(1)设每秒内发射的电子数为n，则
n＝＝＝3.5×1012.
(2)由光电效应方程可知
Ekm＝hν－W0＝h－h＝hc(－)，
在AK间加电压U时，电子到达阳极时的动能为Ek
Ek＝Ekm＋eU＝hc(－)＋eU
代入数值得Ek＝6.01×10－19
J.
(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6.01×10－19
J.
【答案】　(1)3.5×1012　(2)6.01×10－19
J
(3)6.01×10－19
J