人教版 (2019)选择性必修 第三册第四章 原子结构和波粒二象性2 光电效应课后测评

第四章原子结构和波粒二象性

第二节光电效应

一、单选题

1．以下现象能显著表现出光的波动性的是（　　）

A．单色光经过杨氏双缝后在屏上得到明暗相间的图样

B．紫外线照射锌板，使电子从锌板表面逸出

C．光在同一种均匀介质中沿直线传播

D．光经过三棱镜后发生偏折

2．已知光速为，一束频率为的光从真空入射到某介质中后传播速度变为，则在该介质中，该束光的光子能量为（　　）

A． B． C． D．

3．用一束光照射锌板，却未发生光电效应现象，这是由于（　　）

A．照射时间太短 B．照射光波频率太低

C．照射光线太暗 D．照射光波波长太短

4．在光电效应现象中，从金属表面逸出的粒子是（　　）

A．粒子 B．质子 C．电子 D．中子

5．研究光电效应实验的电路如图所示，电源电动势为，内阻不计；用频率为的光照射光电管阴极K，当滑动变阻器的滑片在最左侧时，微安表中的电流不为零；当滑动变阻器的滑片向右滑动使电压表的示数为时，微安表中的电流恰好为零。已知普朗克常量，则阴极K的逸出功为（　　）

A． B． C． D．

6．研究光电效应实验电路图如图甲所示，其光电流与电压的关系如图乙所示。则下列说法正确的是（　　）

A．闭合开关，若把滑动变阻器的滑片向右滑动，光电流一定增大

B．若将开关断开，微安表示数立即变为0

C．三种光在水中的折射率大小关系为

D．利用同样的干涉装置做双缝干涉实验时，三种光产生的条纹间距大小关系为

7．我国初，高中学生及大学生近视眼率超过70%，现在医学上治疗近视眼时，用激光“焊接”视网膜，所用激光的波长，已知普朗克常量，光在真空中的传播速度，则该激光中每个光子的能量为（　　）

A． B． C． D．

8．用如图所示的光电管研究光电效应的实验中，用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转。而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，那么（　　）

A．a光的波长一定大于b光的波长

B．增加b光的强度可能使电流计G的指针发生偏转

C．用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电流是由d到c

D．只增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大

9．在研究光电效应现象时，先后用两种不同色光照射同一光电管，所得的光电流I与光电管两端所加电压U间的关系曲线如图所示，下列说法正确的是（  ）

A．色光乙的频率小、光强大

B．色光乙的频率大、光强大

C．若色光乙的强度减为原来的一半，无论电压多大，色光乙产生的光电流一定比色光甲产生的光电流小

D．若另一光电管所加的正向电压不变，色光甲能产生光电流，则色光乙一定能产生光电流

10．一束波长为500mm，功率为1.0W的激光可聚焦成一个半径为500nm的光斑，此激光照射在半径和高度均为500nm的圆柱体上，如图所示。假设圆柱体的密度与水相同且完全吸收辐射，已知普朗克常量为6.626×10-34J·s，则（　　）

A．每个光子动量大小为1.32×10-30kg·m/s

B．激光每秒发射的光子约为2.5×1018个

C．圆柱体的加速度约为8.5×108m/s2

D．圆柱体受到的作用力随着激光功率的增大而减小

11．一束由两种单色光组成的复色光，在真空中以一定的角度从三棱镜的一侧射入，从另一侧射出，光路如图所示，下列说法正确的是（　　）

A．在同种介质中，光的波长比光的波长短

B．两种光在该棱镜中的传播速度一样大

C．若光能使某种金属发生光电效应，光也能使该金属发生光电效应

D．用同一双缝干涉装置实验时，光的条纹间距比光的窄

12．如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率的关系图象，由图象可知（　　）

A．该金属的逸出功等于 hν0-E

B．该金属的逸出功等于hν0

C．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为3E

D．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为2E

二、填空题

13．已知金属铯的逸出功为1.9eV，在光电效应实验中，要使铯表面发出的光电子的最大动能为1.0eV，则入射光的波长应为___m．

14．太阳能光电直接转换的基本原理：利用光电效应，将太阳辐射直接转换成电能。如图所示是测定光电流的电路简图，光电管加正向电压。那么：

（1）在图示中，入射太阳光应照射在______（选填“A”或“B”）极上，电源的______（选填“C”或“D”）端须是正极；

（2）已知元电荷量为e，若电流表读数为I，则时间t内从光电管阴极发射出的光电子至少______个。

15．铝的逸出功为W0，现用波长为的光照射铝的表面。已知普朗克常数为h，电子的电荷量为e，光在真空或空气中的传播速度为c，求：（结果用已知字母表示）

(1)光电子的最大初动能________J

(2)遏止电压___________V

(3)铝的截止频率____________Hz

16．如图所示，一验电器与锌板相连，在A处用一紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保持一定偏角。

(1)验电器带______（填“负电荷”或“正电荷”）；

(2)现用一带少量负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角______（填“增大”“减小”或“不变”）；

(3)使验电器指针回到零，再用相同强度的黄光灯照射锌板，验电器指针无偏转。那么，若改用光照强度更大的红光灯照射锌板，可观察到验电器指针______（填“有”或“无”或“可能”）偏转；若改用光照强度更弱的蓝光灯照射锌板，可观察到验电器指针______（填“有”或“无”或“可能”）偏转。

三、解答题

17．如图所示为光电管产生的光电子进行比荷测定的原理装置图。光电管中两块平行金属板间距离为d，其中N为锌板，受紫外线照射后激发出不同方向的光电子。开关S闭合，电流表A有读数，若调节变阻器R，逐渐增大极板间的电压，A表读数逐渐减小，当电压表示数为U时，A表读数恰好为零；断开S，在极板间加上垂直纸面的匀强磁场，当磁感应强度为B时，A表读数也恰好为零。

（1）若所加紫外线的波长为，则金属锌的逸出功为多大？（已知普朗克常量为h，光速为c，电子的电荷量为e）

（2）求光电子的比荷为多大？

18．一平行板电容器的电容为C，A极板材料发生光电效应的极限波长为λ0，整个装置处于真空中，如图所示。现用一波长为λ（λ<λ0）的单色光持续照射电容器的A极板，B极板接地。若产生的光电子均不会飞出两极板间， 已知真空中的光速为c，普朗克常量为h，光电子的电荷量为e，求：

（1）光电子的最大初动能；

（2）平行板电容器可带的电荷量的最大值。

19．由阴极K发射的电子（质量为m，电量为e，设其初速度为零）经加速极A加速后垂直射向一开有两条平行狭缝的屏，电子自狭缝出射后打到一荧光屏上，如图所示。由于电子具有波动性，荧光屏将出现明暗相间的条纹。设加速极A与阴极K之间的电压为U，两平行狭缝间的距离为d，试问：

（1）在整个装置的轴线与荧光屏的交点О处，将出现暗条纹还是亮条纹？

（2）设位于轴线外侧的第一条亮条纹出现在θ角处，写出θ的表示式（以m，e，d，V及其他有关恒量表示）。

20．下表给出了一些金属材料的逸出功。已知普朗克常量，光速。现用波长为400nm的单色光照射下述材料，能产生光电效应的材料有几种？

参考答案

1．A

【解析】A．单色光经过杨氏双缝后在屏上得到明暗相间的图样，这是波的干涉现象，A正确；

B．紫外线照射锌板，使电子从锌板表面逸出，这是光的粒子性的体现，B错误；

C．光在同一种均匀介质中沿直线传播，这与波动性无关，C错误；

D．光经过三棱镜后发生偏折，这是光的色散，是折射率不同造成的结果，D错误；

故选A。

2．A

【解析】光从真空入射到某介质中，光的频率不变，所以光子的能量为。

故选A。

3．B

【解析】根据光电效应的规律可知，用一束光照射锌板，却未发生光电效应现象，这是由于照射光波频率太低，波长太长，与光强和照射时间无关。

故选B。

4．C

【解析】在光电效应现象中，金属表面逸出的粒子是电子。故ABD错误，C正确。

故选C。

5．A

【解析】频率为的光子能量

当电压表的示数为时，微安表中的电流恰好为零，说明光电子的最大初动能为，由光电效应方程可知，阴极K的逸出功为。

故选A。

6．C

【解析】A．滑动变阻器的滑片向右滑动，电路中的光电流可能增大，也可能已达到饱和电流而不变，A错误；

B．开关断开，但是光电效应还会发生，只是部分光电子不能到达极板A，光电流会减小，B错误；

C．由光电效应方程及最大初动能和遏制电压的关系可得

则可知频率越大的光遏制电压越大，因此从图乙可以看出，三种光的频率关系为，由于折射率随频率的变大而变大，因此折射率大小关系为，C正确；

D．三种光的波长关系为，由知，D错误。

故选C。

7．A

【解析】根据公式

解得

故选A。

8．D

【解析】A．用一定频率的a单色光照射光电管时，电流计指针会发生偏转，知νa>νb，a光的波长小于b光的波长，A错误；

B．发生光电效应的条件：ν>ν0，增加b光的强度不能使电流计G的指针发生偏转，B错误；

C．发生光电效应时，电子从光电管左端运动到右端，而电流的方向与电子定向移动的方向相反，所以流过电流计G的电流方向是c流向d，C错误；

D．增加a光的强度可使光子数增多，因此溢出的光电子数目增加，通过电流计G的电流增大，D正确。

故选D。

9．D

【解析】AB．题中图像可得用色光乙照射光电管时遏止电压大，使其逸出的光电子最大初动能大，所以色光乙的频率大，光子的能量大。由题中图像可知，色光甲的饱和光电流大于色光乙的饱和光电流，故色光甲的光强大于色光乙的光强，AB错误；

C．如果使色光乙的强度减半，则只是色光乙的饱和光电流减半，在特定的电压下，色光乙产生的光电流不一定比色光甲产生的光电流小，C错误；

D．色光乙的频率大于色光甲的，故另一个光电管加一定的正向电压，如果色光甲能使该光电管产生光电流，则色光乙一定能使该光电管产生光电流，D正确。

故选D。

10．C

【解析】A．由公式可知，每个光子动量大小

故A错误；

B．每个光子的能量为

每秒钟激光的能量为

则激光每秒发射的光子

故B错误；

C．圆柱体的质量为

激光的总动量为

由动量守恒可知

得

圆柱体的加速度大小为

故C正确；

D．激光功率越大，单位时间内的能量越大，光子的个数越多，光子的总动量越大，激光对圆柱体的作用力越大，故D错误。

故选C。

11．A

【解析】A．由题意可知，光的折射率比光的折射率大，则光的频率比光的频率大，根据

可知，在同种介质中，光的波长比光的波长短，所以A正确；

B．根据

可知，两种光在该棱镜中的传播速度不一样大，所以B错误；

C．因为发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，则光能使某种金属发生光电效应，光不一定能使该金属发生光电效应，所以C错误；

D．根据

可知用同一双缝干涉装置实验时，光的条纹间距比光的宽，所以D错误；

故选A。

12．B

【解析】根据光电效应方程，有

Ek=hν-W0

其中

W0=hν0

为金属的逸出功，所以有

Ek=hν-hν0

由此结合图象可知，该金属的逸出功为E，或者

W0=hν0

当入射光的频率为2ν0时，代入方程可知产生的光电子的最大初动能为E，所以B正确；ACD错误；

故选B。

13．4.3x10-7

【解析】根据光电效应方程Ek＝hν－W0可得入射光的频率为

ν＝

由c＝νλ可得入射光的波长为

λ＝＝＝m≈4.3×10－7 m

14．B    C       

【解析】(1)[1][2] 在图示中，入射太阳光应照射在B极上，此时光电管中的电场对电子有加速作用，则A端的电势应高于B端的电势，故电源的C端须是正极。

(2)[3]设时间t内从光电管阴极发射出的光电子至少m个，根据

得

15．           

【解析】（1）[1]根据爱因斯坦光电效应方程

又

联立解得

（2）[2]当电流表示数为零时，根据动能定理有

解得

（3）[3]铝的截止频率为

16．正电荷    减小    无    可能   

【解析】(1)[1]在A处用一紫外线灯照射锌板，锌板产生光电效应，光电子射出后，锌板带正电，则验电器也带正电荷；

(2)[2]用一带少量负电的金属小球与锌板接触时中和了一部分正电荷，使得验电器的带电量减小，则指针的偏角减小；

(3)[3]用黄光照射锌板，验电器指针无偏转，说明黄光不能使锌板产生光电效应，红光的频率比黄光低，红光也不能使锌板产生光电效应，验电器指针无偏转；

[4]蓝光的频率比黄光高，其频率有可能高于锌板的极限频率，故有可能发生光电效应，则验电器指针可能偏转。

17．（1）；（2）

【解析】（1）设光电子的最大初动能为，根据动能定理有

   ①

设紫外线的频率为，金属锌的逸出功为W，由爱因斯坦光电效应方程得

   ②

光速与波长和频率的关系满足

   ③

联立①②③解得

   ④

（2）当具有最大初动能的光电子垂直于N板射出后恰好无法到达M板时，所有光电子均无法到达M板，A表读数恰好为零，此时具有最大初动能的光电子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径为

   ⑤

根据牛顿第二定律得

   ⑥

联立①⑤⑥可得

⑦

18．（1）；（2）

【解析】（1）根据光电效应方程可知

（2）随着电荷的不断积聚，两极板间的电压逐渐变大，设最大电压为U，则

eU=Ek

且

Q=CU

解得

19．（1）亮条纹；（2）

【解析】（1）中央（O点处）出现亮条纹。

（2）以表示电子的波长，P表示电子的动量，于是有

，

∴     

又因，把上面得出的值代入，得出

20．2

【解析】光子能量

根据入射光的能量大于逸出功，才会发生光电效应，所以能发生光电效应的材料有铯和钙两种。