江门市艺华高中2019-2020学年高中物理粤教版选修3-5：2.2光子 质量检测（含解析）

2.2光子
1．爱因斯坦由光电效应的实验规律，猜测光具有粒子性，从而提出光子说，从科学研究的方法来说，这属于（ ）
A．科学假说 B．控制变量 C．等效替代 D．数学归纳
2．如图所示，分别用频率为、的光照射某光电管，对应的遏止电压之比为1:3，普朗克常量用表示，则（　　）
A．用频率为的光照射该光电管时有光电子逸出
B．该光电管的逸出功为
C．用的光照射时逸出光电子的初动能一定大
D．加正向电压时，用的光照射时饱和光电流一定大
3．某同学设计了一个烟雾探测器，如图所示，S为光源，当有烟雾进入探测器时，S发出的光被烟雾散射进入光电管C。光射到光电管中的钠表面产生光电子，当光电流大于或等于I时，探测器触发报警系统报警。已知真空中光速为c，钠的极限频率为υ0，电子的电荷量为e，下列说法正确的是（　　）
A．要使该探测器正常工作，光源S发出的光波长应大于
B．若用极限频率更高的材料取代钠，则该探测器一定不能正常工作
C．若射向光电管C的光子中能激发出光电子的光子数占比为η，报警时，t时间内射向光电管钠表面的光子数至少是
D．以上说法都不对
4．关于光电效应，下列说法正确的是（　　）
A．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
B．增大入射光的强度，光电子的最大初动能增大
C．光电子的初动能越大，光电子形成的电流强度就越大
D．增大入射光的频率或增加入射光的强度，金属的逸出功都不变
5．用图1装置研究光电效应，分别用a光、b光、c光照射阴极K得到图2中a、b、c三条光电流I与A、K间的电压UAK的关系曲线，则下列说法正确的是（　　）
A．开关S扳向1时测得的数据得到的是I轴左侧的图线 B．b光的光子能量大于a光的光子能量
C．用a光照射阴极K时阴极的逸出功大于用c光照射阴极K时阴极的逸出功 D．b光照射阴极K时逸出的光电子最大初动能小于a光照射阴极时逸出的光电子最大初动能
6．在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连.用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图所示，这时（ ）
A．锌板带正电，指针带负电
B．锌板带正电，指针带正电
C．锌板带负电，指针带正电
D．锌板带负电，指针带负电
7．1905年爱因斯坦提出光子假设，成功地解释了光电效应，因此获得1921年诺贝尔物理学奖，下列关于光电效应的说法正确的是（　　）
A．只有入射光的波长大于金属的极限波长才能发生光电效应
B．电子脱离某种金属所做的功叫这种金属的逸出功，其与入射光的频率和强度无关
C．用不同频率的光照射同种金属，发生光电效应时逸出的光电子的初动能都相同
D．发生光电效应时，保持入射光的频率不变，减弱入射光的强度，单位时间内射出的光电子数将减少
8．用如图甲所示的装置研究光电效应现象．闭合开关S，用频率为ν的光照射光电管时发生了光电效应．图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像，图线与横轴的交点坐标为(a,0)，与纵轴的交点坐标为(0，－b)，下列说法中正确的是(　　)
A．普朗克常量为h＝
B．断开开关S后，电流表G的示数为零
C．仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大
D．保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表G的示数保持不变
9．氢原子从n＝6跃迁到n＝2能级时辐射出频率为ν1的光子，从n＝5跃迁到n＝2能级时辐射出频率为ν2的光子，上述两种光子均能使某金属发生光电效应．下列说法正确的是（　　）
A．频率为ν1的光子的能量较小
B．频率为ν2的光子的波长较大
C．使用该金属做光电效应实验时，频率为ν2的光产生光电子的最大初动能较大
D．对同一套光电效应装置，若频率为ν2的光恰好能发生光电效应，用频率为ν1的光子照射，则反向遏止电压为
10．爱因斯坦成功地解释了光电效应现象，提出了光子说，关于与光电效应有关的四个图像如图所示，下列说法正确的是
A．如图1装置，如果先让锌板带负电，再用紫外线照射锌板，则验电器的张角可能变小
B．根据图2可知，黄光越强，光电流越大，说明光子的能量与光强有关
C．由图3可知v2为该金属的截止频率
D．由图4可知，E等于该金属的逸出功
11．黄光频率为，发射功率为10W的黄灯，每秒发射的光子数为_________个．
12．红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道闪光，每道闪光称为一个光脉冲．现有一发射功率为10W的红宝石激光器，正常工作时每发射一个光脉冲持续时间为，所发光的波长为693.4mm，由此可求出每道光脉冲的长度___________mm，其中含有的光子数___________个．
13．在可见光中，________的光子能量最大，波长为的光子的能量为___________J．
14．如图所示，当开关S断开时，用光子能量为2.50 eV的一束光照射光电管的阴极P，发现电流表的读数不为零．合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表的读数小于0.60 V时，电流表的读数仍不为零；当电压表的读数大于或等于0.60 V时，电流表的读数为零．求：
(1) 光电子的最大初动能Ek；
(2) 该阴极材料的逸出功W0．
15．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？
参考答案
1．A
【解析】
爱因斯坦由光电效应的实验规律，猜测光具有粒子性，从而提出光子说，科学研究的方法属于科学假说，故BCD错误，A正确．
故选A．
2．B
【解析】
AB．根据光电效应方程
联立解得
频率为的单色光光子能量
故用频率为的光照射该光电管时不能发生光电效应，即无光电子逸出，故A错误，B正确；
C．根据光电效应方程
可知，光子频率越大，光电子的最大初动能越大，但是逸出光电子的初动能小于等于最大初动能，所以用的光照射时逸出光电子的初动能不一定大，故C错误；
D．在发生光电效应的前提下，饱和光电流的强度只与光照强度有关，电压只是提高光电子的动能，增大电流。到达一定程度之后肯定要受到光电子数量的约束，电流不再增大，故D错误。
故选B。
3．C
【解析】
A．根据可知，光源S发出的光波波长
即要使该探测器正常工作，光源S发出的光波波长小于，故A错误；
B．根据光电效应方程可知，用极限频率更高的材料取代钠，只要频率小于光源S发出的光的频率，则该探测器也能正常工作，故B错误；
C．光电流等于I时，t秒产生的光电子的个数
t秒射向光电管钠表面的光子最少数目
故C正确；
D．由以上分析，D项错误。
故选C。
4．D
【解析】
A．根据爱因斯坦光电效应方程
入射光的频率越大，光电子的最大初动能Ek也越大，但并不是成正比，故A错误；
B．根据爱因斯坦光电效应方程
光电子的最大初动能Ek与入射光的强度无关，故B错误；
C．光电流的强度与入射光的强度有关，入射光的强度越大，单位时间内溢出的光电子数目越多，光电流越大，与光电子的初动能无关，故C错误；
D．金属的逸出功由金属材料本身的性质决定，与入射光的频率和强度无关，故D正确。
故选D。
5．B
【解析】
A．当光电流恰为零，此时光电管两端加的电压为截止电压，当开关S扳向1时，光电子在光电管是加速，则所加的电压是正向电压，因此测得的数据得到的并不是I轴左侧的图线，故A错误；
B．根据
入射光的频率越高，对应的截止电压越大；由题目图可知，b光的截止电压大于a光的截止电压，所以b光的频率大于a光的频率，依据
可知，b光的光子能量大于a光的光子能量，B正确；
C．同一阴极的逸出功总是相等，与入射光的能量大小无关，C错误；
D．b光的截止电压大于a光的截止电压，根据
所以b光对应的光电子最大初动能大于a光的光电子最大初动能，D错误。
故选B。
6．B
【解析】
锌板在弧光灯照射下，发生光电效应，有光电子逸出，锌板失去电子带正电，验电器与锌板相连，导致指针带正电．故B正确，ACD错误．故选B．
7．D
【解析】
A．要有光电子逸出，则光电子的最大初动能，即只有入射光的频率大于金属的极限频率，即波长小于极限波长时，才会有光电子逸出，故A错误；
B．逸出功就是使电子脱离金属所做功的最小值，金属的逸出功是金属的固有属性，与入射光的频率和强度无关，故B错误；
C．根据爱因斯坦光电效应方程
可知光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系，不同频率的光照射发生光电效应时，逸出的光电子的最大初动能不同，故C错误；
D．发生光电效应时，对于一定频率的光，减弱入射光的强度，则单位时间内入射的光子的数目越少，所以单位时间内发出光电子的数目越少，故D正确。
故选D。
8．AD
【解析】
根据Ekm=hv-W0得，纵轴截距的绝对值等于金属的逸出功，等于b．当最大初动能为零时，入射光的频率等于截止频率，所以金属的截止频率为v0=a，那么普朗克常量为，故A正确；电键S断开后，因光电效应现象中，光电子存在最大初动能，因此电流表G的示数不为零，故B错误；根据光电效应方程可知，入射光的频率与最大初动能有关，与光的强度无关，故C错误；若保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，则光子数目不变，那么电流表G的示数会不变，故D正确．
9．BD
【解析】
A．根据氢原子能级跃迁条件可知，辐射光子的能量等于能级差，即从n＝6跃迁到n＝2能级时辐射出光子的能量大，则频率为ν1的光子的能量较大，故A错误；
B．能量大的光子频率高，波长小，则频率为ν2的光子的波长较大，故B正确；
C．使用该金属做光电效应实验时，根据光电效应方程可知，频率为ν2的光产生光电子的最大初动能较小，故C错误；
D．对同一套光电效应装置，若频率为ν2的光恰好能发生光电效应，用频率为ν1的光子照射，最大初动能Ek＝hν1－hν2，则反向遏止电压为，故D正确。
故BD。
10．ACD
【解析】
A．如果先让锌板带负电，验电器由于带负电，张开一定的张角，当紫外线照射锌板时，产生光电子，则验电器的张角变小，故A正确；
B．黄光越强，光子数越多，产生光电子越多，光电流越大，但光子的能量与光强无关，故B错误；
C．根据:解得：
由图3可知为该金属的截止频率，故C正确；
D．根据光电效应方程，当时，可得：
由图象知纵轴截距，所以有：
即该金属的逸出功为，故D正确。
11．
【解析】
[1]每秒发射的总能量为：
光子数为：
个
12．3mm
【解析】
[1]每道光脉冲的长度：
[2] 发射的总能量为：E=
光子数为：
个
13．紫光
【解析】
[1]根据E=hv，h为普朗克常量，v为频率，即光子的能量由光的频率决定，可见光中光子能量最大的是紫色光；
[2]光子的能量为：
14．
【解析】
设用光子能量为2.5 eV的光照射时，光电子的最大初动能为Ek，阴极材料逸出功为W0．
当反向电压达到U＝0.60V以后，具有最大初动能的光电子达不到阳极，因此eU＝Ek
由光电效应方程：Ek＝hν－W0
联立解得：Ek＝0.6 eV，W0＝1.9 eV．
15．（1）4.42×10－19 J（2）能（3）1.36×10－19 J
【解析】
（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。