康南民族高级中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-5:4.2光电效应与光的量子说 质量检测(含解析)

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名称 康南民族高级中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-5:4.2光电效应与光的量子说 质量检测(含解析)
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资源类型 教案
版本资源 教科版
科目 物理
更新时间 2020-07-12 06:40:16

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4.2光电效应与光的量子说
1.某同学设计了如图所示的电路来研究光电效应现象,结点Q位于滑动变阻器的中点,初始状态时,滑动触头P也恰好位于滑动变阻器的中点.实验过程中,当该同学用绿光照射光电管时,灵敏电流计有示数,下列说法正确的是
A.若换用紫光照射光电管,则电流计的示数一定增大
B.若增大绿光的光照强度,则电流计的示数一定增大
C.若将滑动触头P向右滑动,则电流计的示数一定不断增大
D.若将滑动触头P向左滑动,则电流计的示数一定能减小为0
2.如图所示为研究光电效应的电路图。当入射光频率为时,对应的遏止电压为U1,入射光的频率为时,对应的遏止电压为U2,则(  )
A. B.
C. D.
3.有关下列四幅图的说法正确的是(  )
A.甲图中,链式反应属于轻核聚变
B.乙图中,在光颜色保持不变的情况下,入射光越强,饱和电流越大
C.丙图中射线1由粒子组成,射线2为射线,射线3由粒子组成
D.丁图中,球以速度碰撞静止球,若两球质量相等,碰后的速度一定为
4.如图,用波长为λ的单色光照射某金属,调节变阻器,当电压表的示数为U时,电流表的示数恰好减小为零。已知普朗克常数为h,真空中光速为c。让该金属产生光电效应的截止频率为(  )
A. B. C. D.
5.在光电效应实验中,某实验小组用同种频率的单色光,先后照射锌和银的表面,都能产生光电效应。对这两个过程,下列四个物理量中,可能相同的是( )
A.饱和光电流 B.遏止电压
C.光电子的最大初动能 D.逸出功
6.可见光的波长的大致范围是400~760nm。表给出了几种金属发生光电效应的极限波长,下列说法正确的是(  )
A.表中所列金属,钾的逸出功最大
B.只要光照时间足够长或强度足够大,所有波长的可见光都可以使钠发生光电效应
C.用波长760nm的光照射金属钠、钾,则钠逸出的光电子最大初动能较大
D.用波长400nm的光照射金属钠、钾,则钾逸出的光电子最大初动能较大
7.按照密立根的方法进行光电效应实验时得到的某金属的遏止电压Uc和入射光的频率v的几组数据,由以上数据应用Execl描点连线,可得直线方程及图象,如图所示。下列说正确的是(  )
A.遏止电压Uc与入射光的频率v成正比
B.此种金属的截止频率约为Hz
C.换种金属做实验,得到的图线斜率会明显变化
D.用此实验可测得的普朗克常量h
8.在探究某金属发生光电效应实验时,根据得到的数据作出了光电子的最大初动能Ek与入射光频率v之间关系的图象,如图所示。已知h为普朗克常量,e为电子电荷量的绝对值,则下列说法正确的是(  )
A.入射光的频率大于才会发生光电效应现象
B.该金属的逸出功随入射光频率的增大而增大
C.用频率是的光照射该金属,则遏止电压为
D.用频率是的相同强度的光照射该金属,则饱和电流不变
9.如图所示,a、b间接输出电压恒为2V的电源,用频率为ν的单色光照射光电管的金属板K,已知该金属的逸出功为3.5eV,普朗克常量用h表示,下列情形中能使电流表G指针偏转的是(  )
A.照射光子的能量=3eV,a接电源正极
B.照射光子的能量=4eV,a接电源正极
C.照射光子的能量=5eV,a接电源负极
D.照射光子的能量=6eV,a接电源负极
10.在光电效应实验中,用甲、乙、丙三束单色光照射同一光电管,得到的光电流与光电管两端电压之间的关系曲线如图所示,则下列说法正确的是(  )
A.甲与丙频率相同
B.乙波长大于丙波长
C.甲照射光电管产生的光电子的最大初动能大于丙照射光电管产生的光电子的最大初动能
D.乙照射光电管产生的光电子的最大初动能大于丙照射光电管产生的光电子的最大初动能
11.金属中电子吸收一个光子而挣脱金属的束缚,这就是光电效应现象。随着科技进步,强光源的出现,电子同时吸收多个光子成为可能,这是多光子光电效应现象。如图所示,光电管阴极金属的逸出功为W0,单一频率光源发射的光子频率为。在光源照射下,金属中电子同时吸收两个光子后发生光电效应,从金属逸出电子的最大动能为________,调节滑动变阻器,当电流表示数恰好为零时,电压表示数为________。(电子量为e,普朗克常量为h)
12.如图所示是对光电效应产生的光电子进行比荷测定的简要原理图,两块平行金属板相距很近,板间距为 d,放在真空中,其中 N 为锌板,受紫外线照射后将激发出沿不同方向的光电子,光电子打在 M 板上形成电流,引起微安表指针偏转,若将变阻器 R的滑动触头向上移动,则伏特表读数将变_____,(填“变大”, “变小”或“不变”)灵敏电流表的读数将变_________,(填“变大”, “变小”或“不变”)当电压表读数为 U 时,电流恰好为零;如果断开开关,而在 MN 之间加一垂直纸面磁感应强度为 B 的匀强磁场,也能使光电流恰好为零,那么光电子的比荷为:_____。
13.如图甲所示是使用光电管的原理图,当频率为的可见光照射到阴极K上时,电流表中有电流通过.
(1)当变阻器的滑动端P向___滑动时(填“左”或“右”),通过电流表的电流将会增大.
(2)当电流表电流刚减小到零时,电压表的读数为U,则阴极K的逸出功为___(已知电子电荷量为e,普朗克常量h).
(3)如果不改变入射光的强度,而增大入射光的频率,则光电子的最大初动能将___(填“变大”、“变小”或“不变”).
(4)用不同频率的光照射某金属产生光电效应,测量金属的遏止电压Uc与入射光频率ν,得到Uc﹣ν图象如图乙所示,根据图象求出该金属的截止频率νc=___Hz,普朗克常量h=___J?s(已知电子电荷量e=1.610﹣19C).
14.用如图所示的装置研究光电效应现象。用光子能量为2.75eV的光照射到光电管上时发生了光电效应,电流表G的示数不为零;移动变阻器的触点c,发现当电压表的示数大于或等于1.7V时,电流表示数为0,求:
(1)光电子的最大初动能;
(2)光电管阴极的逸出功。(以eV为单位)
15.小明用金属铷为阴极的光电管,观测光电效应现象,实验装置示意如图乙所示,已知普朗克常量h=6.60×10-34J·s,实验中测得铷的遏止电压UC与入射光频率ν之间的关系如图甲所示。(电子的电量e=1.6×10-19c)求:
(1)铷的截止频率和铷的逸出功W0;
(2)入射光的频率=6.70×1014Hz时的遏止电压UC;
(3)如果实验中入射光的频率=7.10×1014Hz,求产生的光电子的最大初动能Ek。
参考答案
1.B
【解析】
用绿光照射光电管时,灵敏电流计有示数,说明绿光的频率大于该光电管的极限频率,若换用紫光照射,则一定可产生光电效应,但光电流大小与光强有关,所以光电流大小变化情况不能确定,选项A错误;增大绿光的光照强度,则单位时间内从阴极逸出的光电子的数量一定增多,光电流变大,电流计的示数一定变大,选项B正确;此时加在光电管两端的电压为零,若将滑动触头P向右移动,加在光电管两端的电压为正向电压,则在电场力的作用下,到达阳极的光电子数会增多,而达到饱和光电流后,光电流的大小不会随着正向电压的增大而增大,选项C错误;若将滑动触头P向左滑动,加在光电管两端的电压为反向电压,则在电场力作用下,到达阳极的光电子数会减小,电流计的示数不断减小,若最大反向电压小于遏止电压,则电流计的示数不能减为零,选项D错误;故选B.
【点睛】
发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率,根据光电效应的条件判断能否发生光电效应,从而判断是否有光电流;知道饱和光电流是由光强决定的.
2.D
【解析】
根据爱因斯坦光电效应方程和遏止电压和最大初动能的关系式可得
当入射光频率为时有
方程两边同时乘以2得
当入射光的频率为时有
可得
故A、B、C错误,D正确;
故选D。
3.B
【解析】
A.由图甲所示可知,链式反应属于重核裂变,不是轻核的聚变,故A错误;
B.乙图中,图中光的颜色保持不变的情况下,光照越强,光电子数目越多,则饱和光电流越大,故B正确;
C.丙图中,由左手定则可知,1带正电,则1射线由粒子组成,2不带电,射线2是射线,3射线粒子带负电,则3射线由电子组成,故C错误;
D.丁图中,两球碰撞过程系统的动量守恒,碰撞过程机械能不增加,如果两球质量相等,则碰撞后的速度不大于,但不一定等于,故D错误;
故选B。
4.C
【解析】
根据爱因斯坦光电效应方程有

电流刚好为零时,最大动能

该金属产生光电效应的截止频率

由①②③式得
故C正确ABD错误。
故选C。
5.A
【解析】
A.饱和光电流和光的强度有关,这个实验可以通过控制光的强度来实现饱和光电流相同,A正确;
CD.不同的金属其逸出功是不同的,根据光电效应方程:
用同种频率的单色光,光子能量相同,光电子的最大初动能Ek不同,CD错误;
B.根据遏止电压和最大初动能关系:
可知光电子的最大初动能不同,遏止电压也不同,B错误。
故选A。
6.D
【解析】
A.由逸出功与极限频率(极限波长)的关系
可得表中所列金属,钾的逸出功最小,A错误;
B.金属发生光电效应与光照时间和光照强度无关,只与极限频率(极限波长)有关。当波长小于542nm的可见光照射时,才可以使钠发生光电效应,B错误;
C.用波长760nm的光照射金属钠、钾,不发生光电效应, C错误;
D.用波长400nm的光照射金属钠、钾,则钾逸出的光电子最大初动能较大,D正确。
故选D。
7.BD
【解析】
A.根据爱因斯坦光电效应方程
而加上反向遏止电压Uc时
联立得

可知,遏止电压Uc与入射光的频率v不成正比,A错误;
B.由图中数据
可知当
时对应的频率为截止频率,此种金属的截止频率约为
B正确;
C.由①式可知,图象的斜率为定值,换种金属做实验,图线斜率也不会改变,C错误;
D.由于图象的斜率为,求出斜率,代入电子电荷量,就可以求得普朗克常量h,D正确。
故选BD。
8.AC
【解析】
A.金属产生光电效应的极限频率为,该金属的逸出功为,当入射光的频率大于,才会发生光电效应现象,故A正确;
B.金属的逸出功的大小与入射光频率无关,由金属本身决定,故B错误;
C.根据光电效应方程则有
若用频率是的光照射该金属,则光电子的最大初动能是,而遏止电压为
故C正确;
D.用频率是的相同强度的光,由于光强不变,光的频率增大,则光源在单位时间内发射出的光子数减小,单位时间内逸出的光电子数目减少,所以饱和电流减小,故D错误;
故选AC。
9.BD
【解析】
A.照射光子的能量=3eV,小于金属的逸出功,则不能发生光电效应,即电流表G指针不会偏转,选项A错误;
B.a接电源正极,所加电压为正向电压;照射光子的能量=4eV,大于金属的逸出功,则能发生光电效应,则电流表G指针会偏转,选项B正确;
C.照射光子的能量=5eV,大于金属的逸出功,则能发生光电效应,光电子的最大初动能为Ekm=(5-3.5)eV=1.5eV;而a接电源负极,为反向电压UC=2V,则因为,则光电子不能到达A板,则电流表G指针不会偏转,选项C错误;
D.照射光子的能量=6eV,大于金属的逸出功,则能发生光电效应,光电子的最大初动能为Ekm=(6-3.5)eV=2.5eV;而a接电源负极,为反向电压UC=2V,则因为,则光电子能到达A板,则电流表G指针会偏转,选项D正确。
故选BD。
10.AD
【解析】
A.根据
可知甲与丙的截止电压相同,故二者频率相同,故A正确;
B.根据
可知同一光电管的逸出功相同,乙的截止电压大于丙的截止电压,故乙波长小于丙波长,故B错误;
CD.根据
可知乙的截止电压大于甲和丙的截止电压,甲和丙的截止电压相同,故乙照射光电管产生的光电子的最大初动能大于丙照射光电管产生的光电子的最大初动能,甲照射光电管产生的光电子的最大初动能等于丙照射光电管产生的光电子的最大初动能,故C错误,D正确。
故选AD。
11.
【解析】
[1]根据题意知,一个电子吸收两个光子而发生光电效应,则由光电效应方程得光电子的最大初动能为
[2]根据动能定理得
解得
12.变大 减小
【解析】
[1]将滑动触头向上移动时,加在伏特表两端的电压升高,因此伏特表读数变大。
[2]由于电容器所加的是反向电压,当电压升高时,打到M板的电子数量减小,因此电流表读数变小。
[3]由题可知

加磁场后电子恰好打不到上极板,板间的距离等于电子运动的直径
两式联立得
13.左; ; 变大; ; ;
【解析】
(1)当变阻器的滑动端P向左滑动时,光电管两端的反向电压减小,光电流增大,通过电流表的电流将会增大.
(2)当电流表电流刚减小到零时,电压表的读数为U,则光电子的最大初动能,据爱因斯坦光电效应方程可得,逸出功.
(3)如果不改变入射光的强度,而增大入射光的频率,据爱因斯坦光电效应方程可得,光电子的最大初动能变大.
(4) 据、、,可得,则.据图象求出该金属的截止频率;据图象斜率可得,则普朗克常量.
【点睛】
在光电效应中,电子吸收能量变成光电子在没有电压的情况下会在光电管中自由扩散从而形成光电流.当加速电压U增加到一定值时,阴极K射出的光电子全部到达阳极,光电流达到饱和值;随着反向电压越来越大,单位时间内到达阳极A的光电子数就越来越少,光电流也就越来越小,加到光电流为零时的电压就叫遏制电压,它使具有最大初速度的光电子也不能到达阳极.
14.(1)1.7eV (2)1.05 eV
【解析】
(1)根据题意得,遏止电压为1.7V,根据光电效应规律可知最大初动能:。
(2)根据,可求得:。
15.(1);;(2);(3)
【解析】
(1)由图像可得
由解得
(2)由解得
(3)由解得