4.2光电效应与光的量子说
达标作业(解析版)
1.人眼对绿光最为敏感,正常人的眼睛接收到波长为530nm的绿光时,只要所接收到的功率不低于2.3×10-18W,眼睛就能察觉。已知普朗克常量为6.63×10-34J·s,光速为3×108m/s,人眼能察觉到绿光时,每秒至少接收到的绿光光子数为
A.6 B.60 C.600 D.6000
2.当用一束紫外线照射锌板时,产生了光电效应,这时
A.锌板带负电 B.有正离子从锌板逸出
C.有电子从锌板逸出 D.锌板会吸附空气中的正离子
3.根据量子理论:光子既有能量也有动量;光子的能量和动量之间的关系是,期中为光速。由于光子有动量,照到物体表面的光子被物体吸收或被反射时都会对物体产生一定的冲量,也就对物体产生了一定的压强,这就是“光压”。根据动量定理可近似认为:当动量为的光子垂直照到物体表面,若被物体反射,则物体受到的冲量大小为;若被物体吸收,则物体受到的冲量大小为。有人设想在宇宙探测中用光作为动力推动探测器加速,探测器上安装面积极大、反光率为的薄膜,并让它正对太阳。已知太阳光照射薄膜对每平方米面积上的辐射功率为,探测器和薄膜的总质量为,薄膜面积为,则关于探测器的加速度大小正确的是(不考虑万有引力等其它的力)
A. B. C. D.
4.如图所示为氢原子的能级示意图,一群氧原子处于n=4的激发态,在向较低能级跃迁的过程中向外辐射光子,用这些光照射逸出功为1.90 ey的金属铯,下列说法正确的是( )
A.这群氢原子最多能发出6种不同频率的光,其中从n=4能级跃迁到n=3能级所发出的光 波长最长
B.这群氢原子发出的光子均能使金属铯发生光电效应
C.金属铯表面所逸出的光电子的初动能最大值为12.75eV
D.金属铯表面所逸出的光电子的初动能最大值为10.19eV
5.下图为氢原子的能级图,现有一大群处于n=5的激发态的氢原子向低能级跃迁,下列说法正确的是:
A.跃迁中能释放的光子只有4种
B.跃迁到低能级后核外电子速率变小
C.若某种金属的逸出功为13ev,则跃迁释放的光子中有且只有一种能使该金属发生光电效应
D.若跃迁释放的光子中某些光子能使某种金属发生光电效应,则逸出的光电子动能一定大于13.6ev
6.研究光电效应规律的实验光装置如图所示,以频率为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.当电流计的示数恰好为零时,电压表的示数称为遏止电压.在下列表示光电效应实验规律的图像中,错误的是
A.反向电压U和频率ν一定时,光电流i与光强I的关系
B.截止电压Uc和频率ν的关系
C.光强I和频率ν一定时,光电流i与反向电压U的关系
D.光强I和频率ν一定时,光电流i与产生光电子的时间t的关系
7.如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点坐标为4.27,与纵轴交点坐标为0.5).由图可知:
A.该金属的截止频率为4.27×1014Hz
B.该金属的截止频率为5.5×1014Hz
C.该图线的斜率的物理意义是普朗克常量
D.该金属的逸出功为0.5eV
8.某课外兴趣小组欲利用如图所示的电路探究光电效应现象,V为理想电压表。G为灵敏电流计。电路闭合后,用绿光照射光电管,发现灵敏电流计发生了偏转。保持滑动变阻器滑片P位置不变,以下说法正确的是( )
A.保持入射光为绿光,若增大入射光强度,则灵敏电流计的示数会增大
B.换用紫光照射光电管,逸出电子的最大初动能比绿光照射时大
C.换用红光照射光电管,则灵敏电流计的指针一定不会发生偏转
D.换用黄光照射光电管,灵敏电流针指针未发生偏转,若只增大入射光强度。灵敏电流计指针可能发生偏转
9.某同学研究光电效应的实验电路如图所示,用不同的光分别照射密封管真空管的钠阴极(阴极K),钠阴极发射出的光电子被阳极A吸收,在电路中形成光电流,实验得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(为甲光、乙光、丙光),如图所示,则以下说法正确的是( )
A.甲光的强度大于乙光的强度
B.乙光的频率小于丙光的频率
C.乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率
D.甲光对应的光电子最大初速度大于乙光的光电子的最大初动能
10.在研究某金属的光电效应现象时,发现当入射光的频率为ν以时,其遏止电压为U.已知普朗克常数为h,电子电量大小为e,下列说法正确的是
A.该金属的截止频率为
B.该金属的逸出功为
C.增大入射光的频率,该金属的截止频率增大
D.增大入射光的频率,该金属的遏止电压增大
11.如图甲所示是研究光电效应规律的光电管.用波长λ=0.50 μm的绿光照射阴极K,实验测得流过G表的电流I与AK之间的电势差UAK满足如图乙所示规律,取h=6.63×10-34 J·s.结合图象,求:(结果保留两位有效数字)
(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极K时的最大动能;
(2)该阴极材料的极限波长.
12.紫光在真空中的波长为4.5×10-7 m,问:(h=6.63×10-34 J·s,c=3×108 m/s)
(1)紫光光子的能量是多少?
(2)用它照射极限频率υc=4.62×1014 Hz的金属钾能否产生光电效应?
(3)若(2)能产生光电效应,则光电子的最大初动能为多少?
13.某种金属在光照情况下发生光电效应,光照强度为I,频率为,光照金属时,单位时间内逸出的光电子为N个,光电子的最大初动能为3.0eV。若使用强度为2I的该频率的光照射,单位时间内逸出的光电子数为_______个,光电子的最大初动能为_____J(本空保留两位有效数字)
14.如图甲所示为氢原子的能级图,大量处于n=4激发态的氢原子跃迁时,发出频率不同的大量光子,其中频率最高的光子照射到图乙电路阴极K上时,电路中电流随电压变化的图象如图丙,则金属的逸出功W=_____eV;将上述各种频率的光分别照射到电路阴极K上,共有________种频率的光能产生光电流.
参考答案
1.A
【解析】
【详解】
绿光光子能量,所以每秒钟最少接收光子数,BCD错误A正确
2.C
【解析】
【详解】
紫外线照射锌板,发生光电效应,此时锌板中有电子逸出,锌板失去电子带正电.故C正确;
3.B
【解析】
【详解】
太阳照到薄膜上的总能量为
光子的总动量为
故光子的动量变化为
故探测器的加速度大小为
故B正确,A、C、D错误;
故选B。
4.A
【解析】
【详解】
A.一群氢原子处于n=4的激发态,可能发出种不同频率的光子,因为n=4和n=3间能级差最小,所以从n=4跃迁到n=3发出的光子频率最小,波长最长。故A正确;
B.从n=4跃迁到n=3发出的光子能量值最小,为E43=E4-E3=-085-(-1.51)=0.66eV<1.90eV,所以不能使金属铯发生光电效应,故B错误。
CD.从n=4跃迁到n=1发出的光子频率最高,发出的光子能量为13.60-0.85eV=12.75eV.根据光电效应方程EKm=hv-W0得最大初动能为:Ekm=12.75-1.90eV=10.85eV.故 CD错误。故选A。
5.C
【解析】
【详解】
一群处于n=5激发态的氢原子,依据,即向低能级跃迁时最多可发出种10不同频率的光,故A错误;氢原子中的电子从高能级向低能级跃迁时轨道半径减小,该过程中电场力做正功,电势能减小;根据,可知动能增大,故B错误;根据玻尔理论可知,一群处于n=5激发态的氢原子,向低能级跃迁时可发出的种10不同频率的光中,只有n=5→1跃迁时释放的光子的能量值大于13eV,为13.06eV,能使该金属发生光电效应。故C正确;由于10种光子中能量值最大的光子的能量值仅仅为13.06eV,所以无论使哪一种金属发生光电效应,光电子的能量值都一定小于13.06eV,故D错误。
6.B
【解析】
【详解】
A.当反向电压U与频率一定时,光电流与入射光强度成正比,故A正确,不符合题意;
B.遏止电压与入射光频率的关系图像应为一条不过坐标原点的倾斜直线,故B错误,符合题意;
C.当光强I和频率一定时,反向电压增大,光电流减小,若反向电压超过遏止电压,则光电流为零,故C正确,不符合题意;
D.光电效应发生所需的时间小于,故D正确,不符合题意。
故选B.
7.AC
【解析】
当最大初动能为零时,入射光的光子能量与逸出功相等,即入射光的频率等于金属的截止频率,可知金属的截止频率为4.27×1014Hz,A正确B错误;根据知,图线的斜率表示普朗克常量,C正确;金属的逸出功为,D错误.
8.AB
【解析】
【详解】
A.保持入射光为绿光,若增大入射光强度,单位时间单位面积上照射出的光电子数目会增多,从而会使饱和电流增大,A符合题意;
B.换用紫光照射光电管,即增大入射光频率,根据爱因斯坦光电效应方程
知逸出电子的最大初动能比绿光照射时大,B符合题意;
C.用绿光照射光电管,能发生光电效应,说明绿光的频率大于该金属的截止频率,但无法判断红光的频率是否大于该金属的截止频率,即换用红光照射光电管,也可能发生光电效应,即灵敏电流计的指针可能会发生偏转,C不符合题意;
D.换用黄光照射光电管,灵敏电流计指针未发生偏转,说明黄光的频率小于该金属的截止频率,若只增大人射光强度,灵敏电流计指针依然不可能发生偏转,D不符合题意。
故选AB。
9.AB
【解析】
【详解】
由图可知甲光和乙光对应的反向截止电压相等,且小于丙光的反向截止电压,因此甲乙光频率相等,小于丙光的频率,B正确;在频率相等时,光的强度越大,则饱和光电流越大,A正确;截止频率由金属决定,与照射光无关,C错误;由光电效应方程可知甲光对应的光电子的最大初动能与乙光的光电子最大初动能相等,D错误.
10.AD
【解析】
A.设截止频率为,则,=,故A正确;
B.该金属的逸出功,故B错误;
C.该金属的截止频率只与材料本身有关,与入射光的频率没有关系,故C错误;
D.根据,增大入射光的频率,该金属的遏止电压增大,故D正确.
故选:AD.
11.(1)4.0×1012个 9.6×10-20 J (2)0.66 μm
【解析】
【详解】
(1)由图可知,最大光电流为0.64μA,则每秒钟阴极发射的光电子数:个由图可知,发生光电效应时的截止电压是0.6V,所以光电子的最大初动能:;
(2)根据光电效应方程得:
代入数据得:λ=0.66μm
12.(1)4.42×10-19 J(2)能(3)1.36×10-19 J
【解析】
【详解】
(1)由能量表达式:
E=hν=h=4.42×10-19 J;
(2)此紫光的频率为:
ν=≈6.67×1014 Hz
因为:
ν>νc
所以能产生光电效应;
(3)光电子的最大初动能:
Ek=hν-W0=h(ν-νc)≈1.36×10-19 J。
13.2N 4.8J
【解析】
【详解】
[1][2].若发生光电效应,则单位时间内逸出的光电子数与光强成正比,故光强为2I时,单位时间内逸出的光电子数为2N个,但光电子的最大初动能不变,仍为3.0eV,即4.8J。
14.6.75 3
【解析】
【详解】
[1].大量处于n=4激发态的氢原子跃迁时,发出频率最高的光子是对应着从n=4到n=1的跃迁,频率最高光子的能量为
由图可知辐射光电子的最大初动能为6eV,根据可知金属的逸出功
[2].从n=4到低能级的跃迁中能辐射出6种不同频率的光子,其中光子能量大于6.75eV的跃迁有:
n=2到n=1的跃迁,辐射光子的能量为(-3.4)-(-13.6)eV =10.2eV;
n=3到n=1的跃迁,辐射光子的能量为(-1.51)-(-13.6)eV =12.09eV;
n=4到n=1的跃迁,辐射光子的能量为(-0.85)-(-13.6)eV =12.75eV;
其余跃迁光子能量小于6.75eV:
n=4到n=2的跃迁,辐射光子的能量(-0.85)-(-3.4)eV =2.55eV;
所以各种频率的光分别照射到电路阴极K上,共有3种频率的光能产生光电流.