新人教版高中物理选择性必修第三册第四章原子结构和波粒二象性第2节光电效应基础训练含解析

第2节 光电效应课堂检测1.关于光的波粒二象性，下列说法错误的是( )A.光的频率越高，光子的能量越大，粒子性越显著B.光的波长越长，光的能量越小，波动性越显著C.频率高的光子不具有波动性，波长较长的光子不具有粒子性D.个别光子产生的效果往往显示粒子性，大量光子产生的效果往往显示波动性答案：C解析：光具有波粒二象性，但在不同情况下表现不同，频率越高，波长越短，粒子性越强，反之波动性明显，个别光子易显示粒子性，大量光子易显示波动性。2.（2021辽宁朝阳凌源二中高三月考）已知钙和钠的截止频率分别为7.73×1014Hz和5.53×1014Hz，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，则下列说法正确的是( )A.钙具有较大的逸出功B.钙的遏止电压较大C.钙逸出的光电子最大初动能较大D.钙更容易发生光电效应答案：A解析：金属的逸出功与截止频率的关系W0=hν0，由于钙和钠的截止频率分别为7.73×1014Hz和5.53×1014Hz，钙的截止频率大，所以钙的逸出功大，故A项正确；遏止电压eUc=Ek=hν-W0=hν-hν0，故钙的截止频率大，钙的遏止电压较小，钙逸出的光电子最大初动能较小，故B、C两项错误；钙的截止频率大，更不容易发生光电效应，故D项错误。3.（2021云南昆明一中高三一模）已知某光电管的极限频率为ν0，现用频率为ν的单色光照射这种金属，如图能发生光电效应，改变加在光电管两端的电压，测得电流随电压变化的图像如图所示。已知电子的电荷量大小为e，普朗克常量为h，则遏止电压的大小U0为( )A.h(ν-ν0)e B.h(ν0-ν)e C.hνe D.hν0e答案：A解析：由光电效应方程Ek=hν-W0，eU0=Ek和W=hν0得eU0=hν-hν0，U0=h(ν-ν0)e，故A项正确。4.下表给出了一些金属材料的逸出功。现用波长为400 nm的单色光照射上述材料，能产生光电效应的材料最多有（普朗克常量h=6.63×10-34J⋅s，光速c=3.0×108m/s）( )A.1种B.3种C.4种D.5种答案：A解析：由ε=hν及c=λν得ε=hcλ，故波长为400 nm的单色光光子的能量为ε=6.63×10-34×3.0×1084×10-7J≈4.97×10-19J，当入射光光子的能量大于金属的逸出功时，才能发生光电效应，因入射光光子的能量只大于铯的逸出功，故能产生光电效应的材料有1种，A项正确。素养视角教材拓展光电管上正向与反向电压情况分析（1）光电管加正向电压情况（如图） ①P右移时，参与导电的光电子数增加； ②P移到某一位置时，所有逸出的光电子恰好都参与了导电，光电流恰好达到最大值； ③P再右移时，光电流不再增大。（2）光电管加反向电压情况 ①P右移时，参与导电的光电子数减少； ②P移到某一位置时，所有逸出的光电子恰好都不参与导电，光电流恰好为0，此时光电管两端加的电压为遏止电压； ③P再右移时，光电流始终为0。素养演练1.研究光电效应规律的实验装置如图所示，以频率为ν的光照射光电管阴极K时，有光电子产生。由于光电管K、A间加的是反向电压，光电子从阴极K发射后将向阳极A做减速运动。光电流i由图中电流计G测出，反向电压U由电压表V测出。当电流计的示数恰好为零时，电压表的示数称为遏止电压U0，在下列表示光电效应实验规律的图像中，错误的是( )A.B.C.D.答案：B解析：由光电效应实验规律知，光的频率和反向电压一定，光电流强度与光强成正比，A图正确；由光电效应方程可知：hν=hν0+Ek，而eU0=Ek，所以有hν=hν0+eU0，U0与ν成线性关系，但不过原点，B图错误；从金属中逸出的光电子，在反向电压作用下做减速运动，反向电压增大，到达阳极的光电子数减少，光电流减小，U=U0时，光电流为零，C图正确；由光电效应实验规律可知，在ν>ν0时，光照射到金属上时，光电子的发射是瞬时的，D图正确。课时评价作业见学用《作业本》131页基础达标练1.（多选）关于光的本性，下列说法中正确的是( )A.关于光的本性，牛顿提出“微粒说”，惠更斯提出“波动说”，爱因斯坦提出“光子说”，它们都说明了光的本性B.光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看成微观概念上的粒子C.光的干涉、衍射现象说明光具有波动性D.光电效应说明光具有粒子性答案：C ; D解析：光的波动性指大量光子在空间各点出现的可能性的大小可以用波动规律来描述，不是惠更斯的“波动说”中宏观意义下的机械波，光的粒子性是指光的能量是一份一份的，每一份是一个光子，不是牛顿的“微粒说”中的经典微粒。某现象说明光具有波动性，是指波动理论能解释这一现象。某现象说明光具有粒子性，是指能用粒子说解释这个现象。要区分说法和物理史实与波粒二象性之间的关系。C、D项正确，A、B项错误。2.（多选）光电效应实验的装置如图所示，则下列说法正确的是( )A.用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转B.用红色光照射锌板，验电器指针会发生偏转C.锌板带的是负电荷D.使验电器指针发生偏转的是正电荷答案：A ; D解析：锌板连接验电器，在紫外线的照射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出来，锌板中缺少电子，于是带正电，则验电器也带正电并且指针发生偏转。3.白天的天空各处都是亮的，是大气分子对太阳光散射的结果。美国物理学家康普顿由于在这方面的研究而荣获了1927年的诺贝尔物理学奖。假设一个运动的光子和一个静止的自由电子碰撞以后，电子向某一个方向运动，光子沿另一方向散射出去，则这个散射光子跟原来的光子相比( )A.频率变大B.速度变小C.光子能量变大D.波长变长答案：D解析：光子与电子碰撞后，电子能量增加，故光子能量减小，根据ε=hν，光子的频率减小，故A、C两项错误；碰撞前、后的光子速度不变，故B项错误；当入射光子与静止的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，则动量减小，根据λ=hp，知波长变长，D项正确。4.（多选）（2021江苏如皋中学高二月考）现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。下列说法正确的是( )A. 保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和电流变大B. 入射光的频率越高，光电子的最大初动能就越大，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比C. 保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生D. 遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关答案：A ; D解析：入射光频率大于极限频率的情况下，饱和电流随着入射光的强度增大而增大，故A项正确；根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0可知，入射光的频率越高，光电子的最大初动能就越大，但光电子的最大初动能与入射光的频率是一次函数关系，故B项错误；保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，当入射光频率小于极限频率时，将不会发生光电效应，故C项错误；由eUc=Ek=hν-W0可知，遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关，故D项正确。5.（多选）（2021福建三明一中高三月考）产生光电效应时，关于逸出光电子的最大初动能Ek，下列说法正确的是( )A. 对于同种金属，Ek与照射光的强度无关B. 对于同种金属，Ek与照射光的波长成正比C. 对于同种金属，Ek与照射光的时间成正比D. 对于不同种金属，若照射光频率不变，Ek与金属的逸出功成线性关系答案：A ; D解析：对于同种金属，逸出光电子的最大初动能Ek，取决于入射光的频率，与照射光的强度、时间无关；对于不同种金属，若照射光频率不变，Ek与金属的逸出功W0成线性关系。6.（2021辽宁营口高三期末）某金属被光照射后产生了光电效应现象，测得光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν之间的关系如图所示，已知h为普朗克常量，电子的电荷量的绝对值为e，则当入射光频率为2ν0时，其遏止电压为( )A.hν0 B.2hν0 C.hν0e D.2hν0e答案：C解析：由爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0，由图可知，当ν=ν0时，则有W0=hν0，故当ν=2ν0时，光电子的最大初动能为Ek 1=h⋅2ν0-W0=hν0，又eUc=Ek 1，则遏止电压为Uc=hν0e，故C项正确。7.某光源发出的光由不同波长的光组成，不同波长的光的强度如图所示。表中给出了一些材料的极限波长，用该光源发出的光照射表中材料，则( )A.仅钠能产生光电子B.仅钠、铜能产生光电子C.仅铜、铂能产生光电子D.都能产生光电子答案：D解析：由题图可知，该光源发出的光的波长大约在25 nm到400 nm之间，而三种材料中，极限波长最小的铂的极限波长是196 nm，大于25 nm，所以该光源能使三种材料都产生光电效应。8.（多选）如图所示是工业生产中大部分光电控制设备（如夜亮昼熄的路灯）用到的光控继电器的示意图，它由电源、光电管、放大器、电磁继电器等几部分组成。当用绿光照射光电管阴极K时，可以发生光电效应，则下列说法中正确的是( )A.增大绿光照射强度，光电子最大初动能增大B.增大绿光照射强度，电路中的光电流增大C.改用波长比绿光波长大的光照射光电管阴极K时，电路中一定有光电流D.改用频率比绿光频率大的光照射光电管阴极K时，电路中一定有光电流答案：B ; D解析：增大绿光照射强度，光电子最大初动能不变，而光电流增大，A项错误，B项正确；改用频率大的光照射，入射光频率一定大于极限频率，则一定有光电流，D项正确；光的波长越大频率越小，改用波长大的光照射，入射光频率不一定大于极限频率，则不一定有光电流，C项错误。素养提升练9.如图甲所示，合上开关，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。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。把电路改为图乙所示，当电压表读数为2 V时，光电子到达阳极时的最大动能为( )A.0.6 eV B.1.9 eV C.2.6 eV D.4.5 eV答案：C解析：图甲所加电压为反向电压，当电压表读数大于或等于0.6 V时，电流表读数为0，说明光电子的最大初动能为Ek=0.6 eV，图乙所加电压为正向电压，故电子到达阳极时，最大动能为Ek'=Ek+2 eV=2.6 eV，C项正确。10.（多选）如图所示，两平行金属板A、B板间电压恒为U，一束波长为λ的入射光射到金属板B上，使B板发生了光电效应，已知该金属板的逸出功为W，电子的质量为m，电荷量为e，已知普朗克常量为h，真空中光速为c，下列说法中正确的是( )A.入射光子的能量为hcλB.到达A板的光电子的最大动能为hcλ-W+eUC.若增大两板间电压，B板没有光电子逸出D.若减小入射光的波长一定会有光电子逸出答案：A ; B ; D解析：根据E=hν，而ν=cλ，则光子的能量为hcλ，A项正确；光电子的最大初动能Ek=hcλ-W，根据动能定理得，Ek'-Ek=eU，则到达A板的光电子的最大动能为hcλ-W+eU，B项正确；若减小入射光的波长，那么频率增大，一定会有光电子逸出，故D项正确；金属板的逸出功与极限频率有关，与板间电压无关，故C项错误。11.（2021河南许昌长葛一中高二月考）从1907年起，美国物理学家密立根开始以精湛的技术测量光电效应中的几个重要物理量。表是按照密立根的方法进行实验时得到的某金属的遏止电压Uc和入射光的频率ν的几组数据。（1）在给出的坐标纸中作出Uc-ν图像；（2）根据所作图像求出该金属的截止频率νc；（结果保留三位有效数字）（3）根据图像求出普朗克常量的值。（结果保留两位有效数字）答案：（1）如图所示；（2）4.26×1014Hz（3）6.2×10-34J⋅s解析：（1）根据表格数据，通过描点，并作出图像。（2）根据爱因斯坦光电效应方程得Ek=hν-W0=hν-hν0，又Ek=eUc解得Uc=heν-W0e=heν-hν0e当Uc=0知，由图像与横坐标的交点知，ν=ν0=4.26×1014Hz。（3）图线的斜率为he=0.48(5.5-4.26)×1014V⋅s解得h=6.2×10-34J⋅s。创新拓展练12.（★）（多选）（2021甘肃岷县一中高三一模）光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流。表中给出了6次实验的结果，由表中数据得出的论断中正确的是( )A.甲、乙两组实验中所用的金属板材质相同B.甲组实验所采用的入射光波长更长C.甲组实验若入射光子的能量为5.0 eV，逸出光电子的最大初动能为2.2 eVD.乙组实验若入射光子的能量为5.0 eV，相对光强越强，光电流越大答案：B ; C ; D解析：根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W，可得第一组实验对应金属板的逸出功为W=4.0 eV-1.2 eV=2.8 eV，第二组实验对应金属板的逸出功为W'=6.0 eV-2.9 eV=3.1 eV，W≠W'，则可知两组实验所用的金属板材质不同，故A项错误；第一组实验时，光子能量为4.0 eV，第二组实验时，光子能量为6.0 eV，根据ε=hν=hcλ，可知甲组实验采用的入射光的波长较长，故B项正确；若入射光子的能量为5.0 eV，根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W，可得甲组实验逸出光电子的最大初动能为Ek=5.0 eV-2.8 eV=2.2 eV，故C项正确；由表格中的数据可知，在产生光电效应的前提下，对同种频率的入射光而言，入射光的强度越大，光电流越大，所以若入射光子的能量为5.0 eV，大于金属板的逸出功，则相对光强越强，光电流越大，故D项正确。思路分析根据两组数据的入射光能量和光电子的最大初动能，可解出金属板的逸出功，进而确定材料是否相同；根据能量子公式ε=hν也可知入射光波长。若光子能量变为5.0 eV，可根据爱因斯坦光电效应方程解得最大初动能。方法感悟光电效应三个重要关系式（1）爱因斯坦光电效应方程：Ek=hν-W0。（2）最大初动能与遏止电压的关系：Ek=eUc。（3）逸出功与极限频率的关系W0=hνc。材料铯钙镁铍钛逸出功/10-19J3.05.15.96.26.6材料钠铜铂极限波长/nm541268196Uc/V0.540.640.710.810.88ν/(×1014Hz)5.645.896.106.306.50组次入射光子的能量/eV相对光强光电流大小/mA逸出光电子的最大初动能/eV甲1234.04.04.0弱中强2943601.21.21.2乙4566.06.06.0弱中强2740552.92.92.9