广州市白云中学2019-2020学年高中物理粤教版选修3-5：2.2光子 同步练习（含解析）

2.2光子
1．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．
2．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
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．用频率为v0的单色光照射某金属表面时，产生的光电子的最大初动能为Ekm，已知普朗克常量为h，光速为c，要使此金属发生光电效应，所用入射光的波长应不大于（　　）
A． B． C． D．
6．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
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．下列说法正确的有（　　）
A．光电效应现象揭示了光的粒子性
B．随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释
D．光电效应中产生的光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
10．关于光电效应的规律，下列说法中正确的是（ ）
A．发生光电效应时，不改变入射光的频率，增大入射光强度，则单位时间内从金属内逸出的光电子数目增多
B．光电子的最大初动能跟入射光强度成正比
C．发生光电效应的反应时间一般都大于10－7 s
D．只有入射光的波长小于该金属的极限波长，光电效应才能发生
11．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）
12．爱因斯坦提出光子说，认为每个光子所具有的能量跟它的频率成正比，比例常数为普朗克常量h，则h的单位为______；该单位用国际单位制基本单位可表示为_________。
13．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。
14．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．C
【解析】
根据爱因斯坦光电效应方程有
①
电流刚好为零时，最大动能
②
该金属产生光电效应的截止频率
③
由①②③式得
故C正确ABD错误。
故选C。
2．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。
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．A
【解析】
用频率为v的光照射某种金属时会发生光电效应，且光电子最大初动能为E，根据光电效应方程：
Ekm=hv－W
而W=hv0，则该金属发生光电效应的极限频率为：
v0=v－
那么所用入射光的极限波长为：
λ0=
因此所用入射光的波长应不大于，故A正确，BCD错误。
故选A。
6．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
①
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。
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．AB
【解析】
A．光电效应现象揭示了光的粒子性，故A正确；
B．随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故B正确；
C．黑体辐射的实验规律可用能量量子化解释，故C错误；
D．根据，光电效应中产生的光电子的最大初动能不与入射光的频率成正比，故D错误。
故选AB。
10．AD
【解析】
A．发生光电效应时，不改变入射光的频率，增大入射光强度，则单位时间内打到金属上的光子个数增加，则从金属内逸出的光电子数目增多，选项A正确；
B．光电子的最大初动能跟入射光强度无关，随入射光的频率增大而增大，选项B错误；
C．发生光电效应的反应时间一般都不超过10－9s，选项C错误；
D．只有入射光的频率大于该金属的极限频率时，即入射光的波长小于该金属的极限波长时，光电效应才能产生，选项D正确。
故选AD。
11．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。
12．J·s（或J/Hz） kg·m2/s
【解析】
[1]光子能量计算公式 = h，其中光子能量的单位为J，光子频率的单位为s-1（或Hz），所以普朗克常量h的单位为J·s（或J/Hz）。
[2]能量的单位J与动能的单位kg·m2/s2相同，所以h的单位J·s可表示为kg·m2/s。
13．（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
14．（1）；；（2）；（3）
【解析】
（1）由图像可得
由解得
（2）由解得
（3）由解得