课时提升作业：十四第四章波粒二象性4.1量子概念的诞生4.2光电效应与光的量子说

课时提升作业 十四 量子概念的诞生 光电效应与光的量子说
(30分钟　50分)
一、选择题(本大题共5小题,每小题6分,共30分)
1.(多选)光电效应实验中,下列表述正确的是　(　　)
A.光照时间越长光电流越大
B.入射光足够强就可以有光电流
C.遏止电压与入射光的频率有关
D.入射光频率大于极限频率才能产生光电子
【解析】选C、D。要产生光电效应,入射光的频率必须大于最小频率,即极限频率,当入射光的频率小于极限频率时,不管光的强度多大都不会产生光电效应,与光照时间无关,故D正确,A、B错误;对同一种金属,入射光的频率越大,光电子的最大初动能越大,需要的遏止电压越大,C正确。
2.(多选)如图所示,N为钨板,M为金属网,它们分别与电池两极相连,各电池的电动势E和极性已在图中标出,钨的逸出功为4.5eV,现分别用能量不同的光子照射钨板(各光子的能量也已在图上标出),那么下列图中电子能到达金属网的是　
(　　)
【解析】选B、C。由3eV3.(多选)用同一光电管研究a、b两种单色光产生的光电效应,得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图,则这两种光　(　　)
A.照射该光电管时a光使其逸出的光电子最大初动能大
B.从同种玻璃射入空气发生全反射时,a光的临界角大
C.通过同一装置发生双缝干涉,a光的相邻条纹间距大
D.通过同一玻璃三棱镜时,a光的偏折程度大
【解题指南】解答本题时应注意以下三点:
(1)由Uc大小判断光电子最大初动能大小。
(2)由光电效应方程比较入射光频率大小。
(3)光的频率与折射率、光速、波长的关系。
【解析】选B、C。由Uce=Ekm可知,用b光照射出的光电子的最大初动能较大,A错误;由Ekm=hν-W可知,νb>νa,故nb>na,由sinC=可知,a光的临界角较大,B正确;由ν=可知,λb<λa,通过同一装置发生双缝干涉时,a光的相邻条纹间距较大,C正确;通过同一玻璃三棱镜时,b光的折射率大,偏折程度大,D错误。
【补偿训练】
研究光电效应规律的实验装置如图所示,以频率为ν的光照射光电管阴极K时,有光电子产生.由于光电管K、A间加的是反向电压,光电子从阴极K发射后将向阳极A做减速运动.光电流i由图中电流计G测出.反向电压U由电压表V测出,且遏止电压为U0.在下列表示光电效应实验规律的图像中,错误的是　(　　)
【解析】选B。当反向电压U和入射光频率ν一定时,发生光电效应产生的光电子数与光强成正比,则单位时间到达阳极A的光电子数与光强也成正比,故光电流i与光强I成正比,所以选项A正确。由动能定理得-eU0=0-Ek,又因Ek=hν-W,所以U0=ν-,可知遏止电压U0与频率ν是线性关系,但不是正比例关系,故选项B错误。当光强与入射光频率一定时,单位时间内逸出的光电子数及其最大初动能是一定的,所形成的光电流强度会随反向电压的增大而减小,选项C正确。根据光电效应的瞬时性规律,可知选项D正确。
【总结提升】利用光电效应规律解题的技巧
应用光电效应规律解题应当明确:
(1)光电效应规律中“光电流的强度”指的是光电流的饱和值(对应从阴极发射出的电子全部被拉向阳极的状态).因为光电流未达到饱和值之前,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,只有在光电流达到饱和值以后才和入射光的强度成正比。
(2)明确两个决定关系
①逸出功W一定时,入射光的频率决定着能否产生光电效应以及光电子的最大初动能。
②入射光的频率一定时,入射光的强度决定着单位时间内发射出来的光电子数。
4.如图所示,这是工业生产中大部分光电控制设备用到的光控继电器的示意图,它由电源、光电管、放大器、电磁继电器等几部分组成,当用绿光照射光电管的阴极K时,可以发生光电效应,则下列说法正确的是　(　　)
A.示意图中,a端应是电源的负极
B.放大器的作用是将光电管中产生的电流放大后,使铁芯M磁化,将衔铁N吸住
C.若增大绿光的照射强度,光电子最大初动能增大
D.改用红光照射光电管阴极K时,电路中一定有光电流
【解析】选B。要使光电管正常工作,光电管的A端应连接电源的正极,A错误;要把衔铁吸往,线圈中应有足够大的电流,放大器的作用就是放大光电管中的电流,B正确;由光电效应方程可知,光电子的最大初动能与光的强度无关,C错误;若换用频率较低的红光照射光电管的阴极K时,有可能不发生光电效应,故D错误。
5.(多选)如图所示为一光电管的工作原理图,当用波长为λ的光照射阴极K时,电路中有光电流,则　(　　)
A.换用波长为λ1(λ1>λ)的光照射阴极K时,电路中一定有光电流
B.换用波长为λ2(λ2<λ)的光照射阴极K时,电路中一定有光电流
C.增加电路中电源的路端电压,电路中的光电流一定增大
D.将电路中电源的极性反接,电路中可能还有光电流
【解析】选B、D。由ν=,λ1>λ可知,ν1<ν,故换用波长为λ1的光照射时,光电管有可能不发生光电效应,A错误;又由λ2<λ可知ν2>ν,故用波长为λ2的光照射时,光电管一定发生光电效应,电路中一定有光电流,B正确;在电路没达到光电流之前,增大电源的路端电压,电路中的光电流增大,将电路中电源极性反接,电源路端电压小于遏止电压时,电路中就有光电流,故C错误,D正确。
二、非选择题(本大题共2小题,共20分)
6.(10分)在绿色植物的光合作用中,每放出一个氧分子要吸收8个波长为6.68×10-7m的光子,同时每放出1mol氧气,植物储存469kJ的能量。求绿色植物能量的转化效率(普朗克常数h=6.63×10-34J·s)。
【解析】放出1mol氧气要吸收的能量为:
E=8NAh
=8×6.0×1023×6.63×10-34×J
=1.43×106J
则能量转化效率为:
η=×100%=×100%=33%。
答案:33%
7.(10分)如图所示,阴极K用极限波长是λ0=0.66μm的金属铯制成,用波长λ=0.50μm的绿光照射阴极K,调整两个极板电压。当A板电压比阴极高出2.5V时,光电流达到饱和,电流表G的示数为0.64μA。求:
(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极K时的最大初动能。
(2)若把入射到阴极的绿光的光强增大到原来的二倍,求每秒钟阴极发射的光电子数和光电子到达A极的最大动能。
(3)G中电流为零的条件即遏止电压UAK。
【解析】题目中的光电流达到饱和是指光电流达到最大值.因为光电流未达到最大值之前,其值大小不仅与入射光强度有关,还跟光电管两极的电压有关,只有在光电流达到最大值以后才和入射光的强度成正比。
(1)光电流达到饱和时,阴极发射的光电子全部到达阳极A,所以阴极每秒钟发射的光电子的个数:
n==个=4.0×1012个。
根据光电效应方程:
Ek=hν-W,W=,
代入可求得Ek=9.6×10-20J。
(2)若入射光的频率不变,光的强度加倍,则阴极每秒发射的光电子数也加倍,即n′=2n=8.0×1012个。根据Ek=hν-W可知,光电子的最大初动能不变,由于A、K之间电势差是2.5V,所以光电子到达A极时的最大动能为:Ek′=Ek+eU=4.96×10-19J
(3)光电子的最大初动能
Ek=9.6×10-20J=0.6eV。
若使G中电流为零,光电子到达A极时克服电场力做功至少为W=eU=Ek,
解得U=0.6V,即UAK=-0.6V。
答案:(1)4.0×1012个　9.6×10-20J
(2)8.0×1012个　4.96×10-19J
(3)UAK=-0.6V