鲁科版（2019）高中物理 选择性必修第三册 课时分层作业18　光电效应及其解释word版含答案

课时分层作业(十八)　光电效应及其解释
(建议用时：25分钟)
◎考点一　对光电效应现象的理解
1．(多选)用某种单色光照射某种金属表面，发生光电效应，现将该单色光的光强减弱，则(　　)
A．光电子的最大初动能不变
B．光电子的最大初动能减小
C．单位时间内产生的光电子数目减少
D．可能不发生光电效应
AC　[光电子的最大初动能跟光的频率有关，跟光强无关，故A正确；频率不变时，发生光电效应时单位时间内的光电子数正比于光强，故C正确．]
2．(多选)如图所示，C为一真空光电管，管的内壁K涂有碱金属，用可见光照射可发生光电效应．正常使用时将它和电源、电流计相连．下列说法正确的是(　　)
A．当开关断开时，用光照射光电管的内半壁K后，K带负电
B．正常使用时，a处为电源的正极，b处为电源的负极
C．正常使用时，通过电流计G的电流方向是自上而下的
D．在其他条件不变的情况下，增大可见光的照射强度，通过电流计的电流可能增大
BCD　[电源应给光电管加正向电压，a应为电源正极，电路中电流顺时针方向流动；增大光强，逸出的光电子数目可能增多，光电流可能增大．]
3．(多选)对光电效应的解释正确的是(　　)
A．金属内的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，它积累的动能足够大时，就能逸出金属
B．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服引力要做的最小功，光电子便不能逸出来，即光电效应便不能发生了
C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，发射的光电子的最大初动能就越大
D．由于不同的金属逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应的入射光的最低频率也不相同
BD　[实验证明，不论入射光的强度多大，只要入射光的频率小于金属的极限频率，就不会发生光电效应，而光电子的最大初动能与入射光频率和金属材料有关，材料不同，逸出功不同，由爱因斯坦光电效应方程hν＝W＋mv可知，光电子的最大初动能也就不同．当vm＝0时，νc＝，W不同则νc不同．最大初动能与光强无关．]
◎考点二　对光电效应方程的理解与应用
4．某种单色光的频率为ν，用它照射某种金属时，在逸出的光电子中动能最大值为Ek，则这种金属的逸出功和极限频率分别是(　　)
A．hν－Ek，ν－ B．Ek－hν，ν＋
C．hν＋Ek，ν－ D．Ek＋hν，ν＋
A　[根据光电效应方程得W＝hν－Ek．根据W＝hνc知极限频率νc＝＝ν－．]
5．如图所示，当开关S断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极K，发现电流表读数不为零．合上开关，调节滑动变阻器，发现电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零．由此可知阴极材料的逸出功为(　　)
A．1.9 eV B．0.6 eV
C．5 eV D．3.1 eV
A　[由题意可知，题图中光电管的反向遏止电压为Uc＝0.6 V，光电子的最大初动能Ek＝0.6 eV，由爱因斯坦光电效应方程得W＝hν－Ek＝2.5 eV－0.6 eV＝1.9 eV．]
6．用不同频率的光分别照射钨和锌，发生光电效应，根据实验可画出光电子的最大初动能Ek随入射光频率ν变化的Ek?ν图线．已知钨的逸出功是3.28 eV，锌的逸出功为3.34 eV，若将二者的图线画在同一个Ek?ν坐标系中，则正确的是(　　)
A　[根据光电效应方程Ek＝hν－W可知，Ek?ν图像的斜率表示普朗克常量h，因此图中两线应平行，故C、D错误；图线与横轴的交点表示恰能发生光电效应(光电子初动能为零)时的入射光频率，即极限频率．由光电效应方程可知，逸出功越大的金属对应的入射光的极限频率越高，所以能使金属锌发生光电效应的入射光的极限频率高，故A正确，B错误．]
7．紫光在真空中的波长为4.5×10－7m，问：
(1)紫光光子的能量是多少？
(2)用它照射极限频率为νc＝4.62×1014 Hz的金属钾时能否产生光电效应？
(3)若能产生，则光电子的最大初动能为多少？(h＝6.63×10－34 J·s)
[解析]　(1)紫光光子的能量
E＝hν＝h＝4.42×10－19 J．
(2)紫光频率
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为
Ekm＝hν－W＝h(ν－νc)
＝1.36×10－19 J．
[答案]　(1)4.42×10－19 J　(2)能　(3)1.36×10－19 J
◎考点三　光的波粒二象性的理解
8．(多选)关于光的波粒二象性的叙述正确的是(　　)
A．光有波动性，又有粒子性，这是相互矛盾、不统一的
B．任何光现象都能明显地显示波动性与粒子性
C．大量光子产生的效果往往显示波动性，个别光子产生的效果往往显示粒子性
D．频率较低的光子往往显示波动性，频率较高的光子往往显示粒子性
CD　[波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著，故A错误；大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性，高频光波长短，光的粒子性显著，低频光波长长，光的波动性显著，B错误，C正确；光的频率越低，波长越长，越容易衍射，其波动性越明显；频率越高，波长越短，越不容易衍射，其粒子性越显著，故D正确．]
9．(多选) 为了验证光的波粒二象性，在双缝干涉实验中将光屏换成照相底片，并设法减弱光的强度，下列说法正确的是(　　)
A．使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间足够长，底片上将出现双缝干涉图样
B．使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间很短，底片上将出现不太清晰的双缝干涉图样
C．大量光子的运动显示光的波动性
D．光只有波动性没有粒子性
AC　[使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上会出现双缝干涉图样，如果时间很短，少量光子到达底片上，由于光波是概率波，光子的行为是随机的，则底片上不会出现双缝干涉图样，故A正确，B错误；光波是一种概率波，光子落在光屏上各点的概率是不同的．单个光子通过双缝后打在底片的情况呈现出随机性，大量光子通过双缝后打在底片上的情况呈现出规律性．所以个别光子的运动体现粒子性，大量光子的运动体现波动性，故C正确；光既具有波动性又具有粒子性，故D错误．]
(建议用时：15分钟)
10．(多选)实验得到金属钙的光电子的最大初动能Ekm与入射光频率ν的关系如图所示．下表中列出了几种金属的截止频率和逸出功，参照下表可以确定的是(　　)
金属 钨 钙 钠
截止频率νc/(×1014 Hz) 10.95 7.73 5.53
逸出功W/eV 4.54 3.20 2.29
A．如用金属钨做实验得到的Ekm?ν图线也是一条直线，其斜率比图中直线的斜率大
B．如用金属钠做实验得到的Ekm?ν图线也是一条直线，其斜率比图中直线的斜率大
C．如用金属钠做实验得到的Ekm?ν图线也是一条直线，设其延长线与纵轴交点的坐标为(0，－Ek2)，则Ek2D．如用金属钨做实验，当入射光的频率ν<ν1时，不可能有光电子逸出
CD　[由光电效应方程Ekm＝hν－W可知Ekm?ν图线是直线，且斜率相同，A、B错误；由表中列出的极限频率和逸出功数据可知，C正确，当入射光的频率小于金属钨的极限频率时，不发生光电效应，不可能有光电子逸出，D正确．]
11．(多选)如图所示为研究光电效应规律的实验电路，电源的两个电极分别与接线柱c、d连接，用一定频率的单色光a照射光电管时，灵敏电流计G的指针会发生偏转，而且另一频率的单色光b照射该光电管时，灵敏电流计G的指针不偏转．下列说法正确的是(　　)
A．a光的频率一定大于b光的频率
B．电源正极可能与c接线柱连接
C．用b光照射光电管时，一定没有发生光电效应
D．若灵敏电流计的指针发生偏转，则电流方向一定是由e→G→f
ABD　[用单色光a照射光电管时，灵敏电流计G的指针会发生偏转，而用单色光b照射时，电流计G的指针不偏转，说明单色光a的频率一定大于单色光b的频率，A对；单色光a照射时一定发生光电效应，单色光b照射时可能发生光电效应，但由于加反向电压，光电流为零，也可能没有发生光电效应，C错误，B对；若灵敏电流计的指针发生偏转，电流方向一定是与电子定向运动的方向相反，由e→G→f，D对．]
12．在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图所示．则可判断出(　　)
A．甲光的频率大于乙光的频率
B．乙光的波长大于丙光的波长
C．乙光对应的极限频率大于丙光的极限频率
D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能
B　[由题图可知，对于甲、乙两种光，反向遏止电压相同，因而频率相同，选项A错误；丙光对应的反向遏止电压较大，因而丙光的频率较高，波长较短，对应的光电子的最大初动能较大，故选项C、D均错误，只有选项B正确．]
13．如图所示，一光电管的阴极用极限频率对应的波长 λc＝5.0×10－7 m 的钠制成．用波长λ＝3.0×10－7 m的紫外线照射阴极，光电管阳极A和阴极K之间的电势差 U＝2.1 V，饱和光电流的值(当阴极K发射的电子全部到达阳极A时，电路中的电流达到最大值，称为饱和光电流)I＝0.56 μA．(h＝6.63×10－34 J·s)
(1)求每秒由K极发射的光电子数目；
(2)求电子到达A极时的最大动能．
[解析]　(1)设每秒发射的电子数为n，则
n＝＝＝3.5×1012．
(2)由光电效应方程可知
Ek＝hν－W＝h－h＝hc，
在A、K间加电压U时，电子到达阳极时的动能为Ek′，
Ek′＝Ek＋eU＝hc＋eU，
代入数值得Ek′＝6.01×10－19 J．
[答案]　(1)3.5×1012 个　(2)6.01×10－19 J
7