4.2光电效应与光的量子说
1.下列说法正确的是( )
A.根据玻尔理论,氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道,原子的能量减少,电子的动能增加
B.中子与质子结合成氘核时吸收能量
C.卢瑟福的α粒子散射实验证明了原子核是由质子和中子组成的
D.入射光照射到某金属表面发生光电效应,若仅减弱该光的强度,则不可能发生光电效应
2.对于任何一种金属,必须满足下列哪种条件,才能发生光电效应现象( )
A.入射光的强度大于某一极限强度
B.入射光的波长大于某一极限波长
C.入射光照射时间大于某一极限时间
D.入射光的频率大于某一极限频率
3.关于光电效应,下列说法正确的是( )
A.光电效应是原子核吸收光子向外释放电子的现象
B.饱和光电流的强度与入射光的强度有关,且随入射光强度的增强而减弱
C.金属的逸出功与入射光的频率成正比
D.用不可见光照射某金属,不一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的最大初动能大
4.某同学采用如图所示的装置来研究光电效应现象。某单色光照射光电管的阴极K时,会发生光电效应现象,闭合开关S,在阳极A和阴极K之间加反向电压,通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压,直至电流计中电流恰为零,此时电压表显示的电压值U称为反向截止电压。现分别用频率为和的单色光照射阴极,测量到的反向截止电压分别为U1和U2。设电子质量为m,电荷量为e,则下列关系式中正确的是
A.两种单色光照射阴极时,光电子的最大初动能之比
B.阴极K金属的极限频率
C.普朗克常量
D.阴极K金属的逸出功
5.用两种不同频率的光A和B照射同一种金属,都能发生光电效应,光电子的最大初动能分别是Eka、Ekb,如果Eka > Ekb,则以下说法正确的是
A.A光波长大于B光波长
B.A光频率小于B光频率
C.A光对应的遏止电压大于B光对应的遏止电压
D.A光对应的饱和光电流一定大于B光对应的饱和光电流
6.氢原子的能级如图,一群氢原子处于n=4能级上。当氢原子从n=4能级跃迁到n=3能级时,辐射光的波长为1884 nm,下列判断正确的是( )
A.一群氢原子从n=4能级向n=1能级跃迁时,最多产生4种谱线
B.从高能级向低能级跃迁时,氢原子核一定向外放出能量
C.氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级时,辐射光的波长大于1884 nm
D.用氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级辐射的光照射W逸=6.34 eV的铂,能发生光电效应
7.某同学在研究某金属的光电效应现象时,发现该金属逸出光电子的最大初动能Ek与入射光频率v的关系如图所示。若图线在横、纵坐标轴上的截距分别为a和-b,已知电子所带电荷量为e,由图象可以得到( )
A.该金属的逸出功为a
B.普朗克常量为
C.当入射光的频率为2a时,逸出光电子的最大初动能为b
D.当入射光的频率为3a时,遏止电压为
8.对于钠和钙两种金属,其遏止电压与入射光频率v的关系如图所示.用h、e分别表示普朗克常量和电子电荷量,则( )
A.钠的逸出功小于钙的逸出功
B.图中直线的斜率为
C.在得到这两条直线时,必须保证入射光的光强相同
D.若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能,则照射到钠的光频率较高
9.如图所示,ABC为一玻璃三棱镜的截面,两种单色光a、b沿MN方向垂直于AB面射入(N点为MN和AB的交点),在AC面发生全反射后从BC面的O点射出。则下列说法正确的是( )
A.从AB面射入到BC面射出,b光用的时间比a光长
B.若∠MNA逐渐变小,a光比b光先从AC面透出
C.a、b光从同种玻璃射入空气发生全反射时,a光的临界角大
D.a、b光分别照射同一光电管发生光电效应时,a光使光电管逸出的光电子最大初动能小
E.a、b光分别通过同一装置发生双缝干涉,b光的相邻干涉条纹间距大
10.在研究光电效应时,小强分别用频率为的激光照射不同的金属,已知两种金属的极限频率分别为、,最大初动能分别为、,测得光电流强度分别为、,遏止电压分别为、。则下列正确的说法是( )
A.如果 ,则 B.如果,则 Ek1 Ek2
C.如果 ,则 D.如果,则
11.在光电效应实验中,小明同学用同一 实验装置在甲、乙、丙三种光的照射下得到了三条电流表与电压表读数之间的关系曲线,则甲光和乙光的频率相比较v甲_____v乙(填“>”,“<”或“=”);乙光和丙光每一秒照射到金属板上的光子数相比较n乙_____n丙(填“>”,“<”或“=”)如果知道这种金属的极限频率是v0,(普朗克常量为 h,电子电量为 e)则甲入射光的频率v甲=_____
12.原来不带电的锌板与验电器相连,用紫外线照射锌板,验电器指针张开一个角度,如图所示。这时锌板带________,验电器指针带________(两空都填正电或负电)
13.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、放电器、电磁继电器等几部分组成。其原理是:当光照射光电管时电路中产生光电流,经放大器放大的电流产生的磁场使铁芯M被磁化,将衔铁N吸住。当光照消失时,电路中电流消失,衔铁N自动离开M。
(1)示意图中,为了尽可能增大光电流,a端应是电源的______极(填“正”或“负”)。
(2)当用绿光照射光电管阴极K时,可以发生光电效应,则下列说法正确的是_____。
A.增大绿光照射强度,光电子最大初动能增大
B.增大绿光照射强度,电路中光电流增大
C.仅改用同等强度的紫光照射,光电子的最大初动能不变
D.仅改用同等强度的紫光照射,光电子的最大初动能变大
(3)已知用光照强度为Ja的a光和光照强度为Jb的b光照射该光电管,分别产生的光电流I随电源电压U的关系如图中曲线所示(其中电源按(1)问连接时电压为正),且在电源电压和入射光频率确定时,光电流与光照强度成正比。则a光的频率______b光的频率(填“大于”“小于”“等于”或“无法比较”)。实验发现,用光照强度为Ja的a光照射该光电管时,电压须大于+0.2V,继电器才能将衔铁吸附。若用光照强度为Jb的b光照射该光电管,调整电源电压,当继电器刚好不能将衔铁吸附时,电源电压为_____V(需指出正负);若将电源电压调整为+1.6V,用a光照射该光电管,能使继电器将衔铁吸附的最小光强为______Ja(结果保留两位有效数字)。
14.铝的逸出功为4.2 eV,现用波长200 nm的光照射铝的表面。已知h = 6.63 × 10?34 J?s,求:(结果保留三位小数)
(1)光电子的最大初动能;
(2)遏止电压;
(3)铝的截止频率。
15.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.
参考答案
1.A
【解析】
A.电子由外层轨道跃迁到内层轨道时,放出光子,总能量减小;根据
可知半径越小,动能越大,故A正确;
B.中子与质子结合成氘核的过程中有质量亏损,释放能量,故B错误;
C.卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子的核式结构模型,故C错误;
D.根据光电效应方程EKM=hγ-W0知,入射光的频率不变,若仅减弱该光的强度,则仍一定能发生光电效应,故D错误。
故选A。
2.D
【解析】
入射光的频率大于极限频率时,发生光电效应,因为极限波长,所以入射光的波长必须小于此波长,才能产生光电效应。与入射光的强度和照射时间无关,D正确,ABC错误。
故选D。
3.D
【解析】
A.光电效应是原子吸收光子向外释放电子的现象,A错误;
B.饱和光电流的强度随入射光强度的增强而增强,B错误;
C.逸出功与金属本身的特点有关,与外界因素无关,C错误;
D.由于不可见光的频率有的比可见光大,有的比可见光小,由光电效应方程
知产生光电子的初动能无法比较,D正确。
故选D。
4.D
【解析】
光电子在电场中做减速运动,根据动能定理得
根据爱因斯坦光电效应方程得
两种单色光照射阴极时,光电子的最大初动能之比
阴极K金属的极限频率
普朗克常量
阴极K金属的逸出功
故A、B、C错误,D正确;
故选D。
5.C
【解析】
AB.根据爱因斯坦光电效应方程,用两种不同频率的光A和B照射同一种金属,光电子的最大初动能Eka > Ekb,所以A光频率大于B光频率,A光波长小于B光波长,故AB错误;
C.因为光电子的最大初动能Eka > Ekb,由遏制电压和最大初动能的关系
所以A光对应的遏止电压大于B光对应的遏止电压,故C正确;
D.发生光电效应所产生的饱和光电流与光照强度有关,所以无法判断A光对应的饱和光电流与B光对应的饱和光电流哪个大,故D错误;
故选C。
6.D
【解析】
A.一群处于n=4能级上的氢原子向n=1能级跃迁时最多产生=6种谱线,故A错误;
B.从高能级向低能级跃迁时,氢原子一定向外放出能量,但原子核不向外放出能量,故B错误;
C.氢原子从n=4能级跃迁到n=3能级辐射的光子能量小于从n=3能级跃迁到n=2能
级辐射的光子能量,根据可知从n=3能级跃迁到n=2能级辐射的光子波长小于1884 nm,故C错误;
D.氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级辐射的光子的能量值:
E12=E2-E1=-3.40 eV-(-13.60 eV)=10.20 eV,
故用该光照射W逸=6.34 eV的铂,能发生光电效应,故D正确。
故选:D
7.BCD
【解析】
A.根据光电效应方程得
Ekm=hv-W0=hv-hv0
知Ekm与v成一次函数关系,其中hv0为该金属的逸出功,大小为b;故A不符合题意;
B.根据光电效应方程得
Ekm=hv-W0=hv-hv0
知图线的斜率等于普朗克常量,即为
故B符合题意;
C.横轴截距与普朗克常量的乘积为逸出功,横轴截距为金属的极限频率。当入射光的频率增为2倍,则为
Ekm=2hva-hva=W0=b
即逸出光电子的最大初动能为b,故C符合题意;
D.当入射光的频率为3a时,则
Ekm′=3hva-hva=2hva=2W0=2b
由
eUe=Ekm′
则遏止电压为
故D符合题意。
故选BCD。
8.AB
【解析】
根据,即 ,则由图像可知钠的逸出功小于钙的逸出功,选项A正确;图中直线的斜率为,选项B正确;在得到这两条直线时,与入射光的强度无关,选项C错误;根据,若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能,则照射到钠的光频率较低,选项D错误.
9.ACD
【解析】
A.由图可知,玻璃对a光的折射率较小,由分析知,a光在玻璃中的光速最大,用时最短,故A正确;
BC.若∠MNA变小,在AC面入射角增大,则由可知,入射角大于临界角,不会有光透出,且a光的临界角大于b光,故B错误,C正确;
D.因为a光的折射率较小,a光的频率减小,根据可知,a、b光分别照射同一光电管发生光电效应时,a光使光电管逸出的光电子最大初动能小,选项D正确;
E.因为a光的频率小,波长大,则由可知,a、b光分别通过同一装置发生双缝干涉,a光的相邻干涉条纹间距大,选项E错误。
故选ACD。
10.BC
【解析】
A.而光电流强度仅与入射光的强度有关,则,因此A错误;
B.由题意可知两金属的逸出功分别为、,根据爱因斯坦光电效应方程有可知,极限频率越大的金属最大初动能越小,则B正确;
C.又,则最大初动能与遏止电压成正比,则C正确;
D.根据上述有,遏止电压随逸出功的增大而减小,如果,则,D错误。
故选BC。
11.< >
【解析】
[1].分析图b可知,乙、丙两个的遏止电压相等,且大于甲光的遏止电压,根据爱因斯坦光电效应方程和动能定理可知
eUc=Ek=hv-W
则甲光的频率小于乙光,乙、丙光的频率相等;
[2].乙光对应的饱和光电流大于丙光,则金属板上每秒钟逸出的光电子数目多,则照射到金属板上的光子数多,即n乙>n丙;
[3].对于甲光,根据爱因斯坦光电效应方程和动能定理可知
eU2=hv甲-hv0
解得甲入射光的频率
12.正电 正电
【解析】
[1][2]用紫外线照射锌板时,发生光电效应,有电子从锌板逸出,锌板失去电子带正电,验电器与锌板通过导线连接,所以也带正电。
13.正 BD 小于 -0.4 0.78
【解析】
(1)[1]电路中要产生电流,则a端接电源的正极,阴极K发射电子,电路中产生电流,经放大器放大后的电流使电磁铁M被磁化,将衔铁N吸住;无光照射光电管时,电路中无电流,N自动离开M。
(2)[2]AB.根据光电效应规律可知,增大光照强度时,光电子的最大初动能不变,但光电流增大,故A错误,B正确;
CD.根据光电效应方程
可知,因为紫光的频率大于绿光的频率,光电子的最大初动能增加,故C错误,D正确。
故选BD。
(3)[3][4][5]根据光电效应方程
由于b光的图象与横轴交点在a光的图象与横轴交点的左侧,可知a光的反向遏止电压小于b光的反向遏止电压,根据方程得出a光的频率小于b光的频率;
由题干图像可知,用a光照射该光电管,且电源电压为+0.2V时,得到此时的光电流,如果使用b光照射该光电管,要得到相同的光电流,此时电源电压为;
根据光电效应规律,当入射光频率一定时,光电流强度与光强成正比。根据题意得,若用光照强度为Ja的a光照射该光电管时,电压等于+0.2V,继电器刚好不能将衔铁吸附时,此时的光电流占11个小格,当电源电压调整为+1.6V,此时的光电流占14个小格,要使继电器刚好不能将衔铁吸附时,就要降低光强使光电流恢复到11个小格,故
根据光电流与光强成正比,故
解得
14.(1)3.225 × 10?19 J:(2)Uc = 2.016 V;(3)vc = 1.014 × 1015 Hz
【解析】
(1)根据光电效应方程有
(2)由可得
(3)由可得
15.(1)4.0×1012个 9.6×10-20 J (2)0.66 μm
【解析】
(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