2.2 光子 同步练习（粤教版选修3-5）

2.2 光子 同步练习（粤教版选修3-5）
1．(单选)(2010年高考上海卷)根据爱因斯坦光子说，光子能量ε等于(h为普朗克常量，c、λ为真空中的光速和波长)(　　)
A．h　　　　　　　　 B．h
C．hλ D.
解析：选A.由爱因斯坦光子说知，光子的能量E＝hν，而c＝νλ.故E＝h，A项正确．
2．(单选)(2010年高考四川理综卷)用波长为2.0×10－7m的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是4.7×10－19J.由此可知，钨的极限频率是(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3.0×108m/s，结果取两位有效数字)(　　)
A．5.5×1014Hz　　　　　　　　 B．7.9×1014Hz
C．9.8×1014Hz D．1.2×1015Hz
解析：选B.由爱因斯坦光电效应方程h＝Ekm－W0和W0＝hν0知ν0＝－＝7.9×1014Hz.选项B正确．
3．(单选)(2011年黄冈调研)用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率ν变化的Ek－ν图象．已知钨的逸出功是3.28 eV，锌的逸出功是3.24 eV，若将二者的图线画在同一个Ek－ν坐标图中，用实线表示钨，虚线表示锌，则正确反映这一过程的图是如图2－2－3所示中的(　　)
图2－2－3
解析：选B.图象斜率代表普朗克常量h，因此两条线应平行；横截距代表了极限频率ν0，ν0＝，因此钨的ν0大些．
4．(单选)(2010年高考浙江理综卷)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2－2－4所示．则可判断出(　　)
图2－2－4
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．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率
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
解析：选B.由图象知甲光、乙光对应的遏止电压相等，且小于丙光对应的遏止电压，所以甲光和乙光对应的光电子最大初动能相等且小于丙光的光电子最大初动能，故D项错误；根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0知甲光和乙光的频率相等，且小于丙光的频率，故A错误、B正确；而截止频率是由金属决定的与入射光无关，故C错误．
5．(2011年高考新课标全国卷)在光电效应实验中，某金属的截止频率相应的波长为λ0，该金属的逸出功为________．若用波长为λ(λ<λ0)的单色光做该实验，则其遏止电压为________．已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h.
解析：由光电效应方程知，光电子的最大初动能Ek＝hν－W0，其中金属的逸出功W0＝hν0，又由c＝λν知W0＝，用波长为λ的单色光照射时，其Ek＝－＝hc.又因为eU0＝Ek，所以遏止电压U0＝＝.
答案：　
一、单项选择题
1．硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能．若有N个频率为ν的光子打在光电池极板上，这些光子的总能量为(h为普朗克常量)(　　)
A．hν B.Nhν
C．Nhν D．2Nhν
解析：选C.据光子说可知，光子能量与频率有关，一个光子能量为ε＝hν(h为普朗克常量)，N个光子的能量为Nhν，所以选项C正确．
2．关于光子和光电子，以下说法正确的是(　　)
A．光子就是光电子
B．光电子是金属中电子吸收光子后飞离金属表面产生的
C．真空中光子和光电子速度都是c
D．光子和光电子都带负电
解析：选B.光电子是金属中电子吸收光子后飞离金属表面产生的，所以光电子带负电，而光子不带电，所以选项A、D错误，B正确．光电子属于电子，所以其速度不等于光速，故选项C错误．
图2－2－5
3．如图2－2－5，当开关S断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零．合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于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．2.5 eV
D．3.1 eV
解析：选A.设光子能量为2.5 eV照射时，光电子的最大初动能为mv2，阴极材料的逸出功为W0，据爱因斯坦光电效应方程：hν＝mv2＋W0①
题图中光电管上加的是反向电压，据题意，当反向电压达到U＝0.60 V以后，具有最大初动能的光电子也不能达到阳极，因此eU＝mv2②
由①②可得W0＝hν－eU＝2.5 eV－0.6 eV＝1.9 eV，选项A正确．
4．关于光电效应，以下说法正确的是(　　)
A．金属电子的逸出功与入射光的频率成正比
B．光电流的强度与入射光的强度无关
C．用不可见光照射金属，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
D．对于任何一种金属都存在一个极限波长，入射光的波长必须小于这个波长，才能产生光电效应
解析：选D.金属电子的逸出功由金属本身决定，与入射光的频率无关，A错；光电流的强度与入射光的强度成正比，B错；不可见光包括能量大的紫外线、X射线、γ射线，也包括能量比较小的红外线、无线电波，C错；金属逸出功的存在，决定了入射光的波长必须小于极限波长才能产生光电效应，D对．
5．关于光电效应的规律，下列说法中不正确的是(　　)
A．当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，则入射光的频率越高，产生的光电子的最大初动能越大
B．当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，则入射光的强度越大，产生的光电子数越多
C．同一频率的光照射不同金属，如果都能产生光电效应，则逸出功大的金属产生的光电子的最大初动能也越大
D．对某金属，入射光波长必须小于某一极限波长，才能产生光电效应
解析：选C.根据公式Ekm＝hν－W0可知，入射光的频率越大，产生的光电子的最大初动能越大，所以选项A正确，入射光的强度越大，产生光电子数越多，所以选项B正确，若hν一定，W0越大，则最大初动能越小，所以选项C错误．若ν6．关于光电效应，下列说法正确的是(　　)
A．极限频率越大的金属材料逸出功越大
B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应
C．从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小
D．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多
解析：选A.金属材料的逸出功与其极限频率相对应，即W0＝hν0.显然ν0越大，W0 越大，故A对．只有当入射光的频率大于某种金属的极限频率，才能发生光电效应，故B错．由光电效应方程mv2＝hν－W0可知，从金属表面出来的光电子的最大初动能与入射光的频率或光子的能量hν有关，而某种金属的逸出功是确定的，与光电子的最大初动能无关，故C错．发生光电效应时，单位时间内逸出的光电子数与入射光的光强有关，与频率无关，只要入射光的光强一定，单位时间内逸出的光电子数就一定，故D错．
二、双项选择题
7．光子说对光的解释是(　　)
A．光是不连续的、一份一份的
B．光子的能量和它的频率成正比
C．光子的能量跟它的速度的平方成正比
D．光子是具有一定质量和体积的物质微粒
解析：选AB.本题考查对光子说的理解．
8．用两束频率相同、强度不同的紫外线分别照射两种不同金属的表面，均能产生光电效应，那么(　　)
A．两束光的光子能量相同
B．两种情况下逸出的光电子个数相同
C．两种情况下逸出的光电子的最大初动能相同
D．两种情况下逸出的光电子的最大初动能不同
解析：选AD.由ε＝hν知，光子的能量只与频率有关，故A正确；两束光的强度不同，单位时间内照到金属上的光子个数不同，两种情况下逸出的光电子个数不同，故B选项错误；由于两种金属不同，其逸出功不同，由光电效应方程知，D选项正确．
9．某种金属在单色光照射下发出光电子，这光电子的最大初动能(　　)
A．随照射光强度的增大而增大
B．随照射光频率的增大而增大
C．随照射光波长的增大而增大
D．与照射光的照射时间无关
解析：选BD.根据光电效应的规律“光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光频率的增大而增大”，“入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s”，又不同色光的频率与波长成反比，可知选项B、D正确．
10．对光电效应的解释正确的是(　　)
A．金属内的每个电子要吸收一个或一个以上的光子，当它积累的能量足够大时，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原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应
C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大
D．由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应的入射光的最低频率也不同
解析：选BD.按照爱因斯坦的光子说，光子的能量是由光的频率决定的，与光强无关．入射光的频率越大，发生光电效应时产生的光电子的最大初动能越大．但要使电子离开金属，须使电子具有足够的动能，而电子增加的动能只能来源于照射光的光子能量，但电子只能吸收一个光子，不能吸收多个光子．因此只要光的频率低，即使照射时间足够长，也不会发生光电效应．电子从金属中逸出时，只有从金属表面向外逸出的电子克服原子核的引力所做的功最小，这个功称为逸出功，不同金属的逸出功不同，故上述选项正确的有B、D.
三、非选择题
11．某金属用频率为ν1的光照射时产生的光电子的最大初动能是用频率为ν2的光照射产生的光电子的最大初动能的2倍，则这种金属的逸出功W0＝________.
解析：由光电效应方程Ek＝hν－W0得，
Ek1＝hν1－W0　①，Ek2＝hν2－W0　②，Ek1＝2Ek2　③，联立①②③解得W0＝2hν2－hν1.
答案：2hν2－hν1
12．铝的逸出功是4.2 eV，现在用波长200 nm的光照射铝的表面．求：(1)光电子的最大初动能；(2)遏止电压；
(3)铝的截止频率．
解析：(1)根据光电效应方程Ek＝hν－W0
可得：Ek＝－W0＝(－4.2×1.6×10－19) J＝3.225×10－19 J.
(2)由Ek＝eU0可得：U0＝＝V
≈2.017 V.
(3)由hν＝W0知，ν＝＝Hz
≈1.014×1015 Hz.
答案：(1)3.225×10－19 J　(2)2.017 V
(3)1.014×1015 Hz