高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册2 光电效应同步测试题

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册2 光电效应同步测试题，共21页。试卷主要包含了光电效应，光电子，不同的金属对应着不同的截止频率，光电效应与经典电磁理论的矛盾，下列说法不正确的是等内容，欢迎下载使用。


知识精讲
知识点01 光电效应
（一）光电效应的实验规律
1．光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象。
2．光电子：光电效应中发射出来的电子。
3光电效应的实验规律
(1)存在截止频率：当入射光的频率低于截止频率时不(填“能”或“不”)发生光电效应；
(2)存在饱和电流：在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大；
(3)存在遏止电压：使光电流减小到0的反向电压Uc，且满足eq \f(1,2)mevc2＝eUc；
(4)光电效应具有瞬时性：光电效应几乎是瞬时发生的。
（二）光电效应经典解释中的疑难
1．逸出功：使电子脱离某种金属，外界对它做功的最小值，用W0表示。不同种类的金属，其逸出功的大小不相同(填“相同”或“不相同”)。
2．光电效应经典解释
(1)不应存在截止频率；
(2)遏止电压Uc应该与光的强弱有关；
(3)电子获得逸出表面所需的能量需要的时间远远大于实验中产生光电流的时间；
（三）爱因斯坦的光电效应理论
1．光子：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν，其中h为普朗克常量，这些能量子后来称为光子。
2．爱因斯坦光电效应方程
(1)表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0，
(2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν，在这些能量中，一部分大小为W0的能量被电子用来脱离金属，剩下的是逸出后电子的初动能Ek。
(3)Uc与ν、W0的关系
①表达式：Uc＝eq \f(h,e)ν－eq \f(W0,e)；
②图像：Uc－ν图像是一条斜率为eq \f(h,e)的直线。
【知识拓展】
1．光电效应的实验规律
(1)任何一种金属都有一个截止频率，入射光的频率必须大于等于这个截止频率才能发生光电效应，低于这个截止频率则不能发生光电效应。
(2)发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，随入射光频率的增大而增大。
(3)大于截止频率的光照射金属时，光电流(反映单位时间内发射出的光电子数的多少)与入射光强度成正比。
(4)光电效应的发生几乎是瞬时的，产生电流的时间不超过10－9 s。
2．光电效应实验相关概念的理解
(1)光电子：光电效应中发射出来的电子，其本质还是电子。
(2)饱和电流
金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和电流，在一定条件下，饱和电流与所加电压大小无关，只与入射光的强度有关。入射光越强，饱和电流越大。即：入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。
(3)遏止电压 截止频率 逸出功
①遏止电压：使光电流减小到零的反向电压．用符号Uc表示．
计算方法：－eUc＝0－Ek
遏止电压与入射光的频率有关．入射光的频率不变，遏止电压不变，入射光的频率改变，遏止电压改变．这表明光电子的能量只与入射光的频率有关。
②截止频率：能使某种金属发生光电效应的入射光的最小频率叫作该种金属的截止频率(又叫极限频率)．不同的金属对应着不同的截止频率。
③逸出功：电子从金属中挣脱出来，要克服金属表面层的一种力做功，电子脱离某种金属所需做功的最小值叫作这种金属的逸出功，不同金属的逸出功不同。
3．光电效应与经典电磁理论的矛盾
按光的电磁理论，应有：
(1)不存在截止频率，任何频率的光都能产生光电效应；
(2)光越强，光电子的初动能越大，遏止电压与光的强弱有关；
(3)在光很弱时，放出电子的时间应远大于10－9 s；
显然这三条与光电效应的实验规律相矛盾。
二、爱因斯坦的光电效应理论
1．光子说：光子说的提出说明了光是由光子组成的，光子的能量ε＝hν，决定于光的频率，光的强度与光子的数目有关，在频率一定的情况下，光越强，单位时间内单位面积上的光子数越多。
2．光电效应方程：Ek＝hν－W0
(1)式中的Ek是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时剩余动能大小可以是0～Ek范围内的任何数值；
(2)光电效应方程实质上是能量守恒方程；
①能量为ε＝hν的光子被电子吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的初动能；
②如要克服吸引力做功最少为W0，则电子离开金属表面时动能最大为Ek，根据能量守恒定律可知：Ek＝hν－W0；
3．光子说对光电效应的解释
(1)饱和电流与光照强度的关系：同种频率的光，光照强度越大，包含的光子数越多，照射金属时产生的光电子越多，因而饱和电流越大；
(2)存在截止频率和遏止电压：
①由爱因斯坦光电效应方程知，光电子的最大初动能与入射光频率有关，与光强无关，所以遏止电压由入射光频率决定，与光强无关；
②若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，即Ek＝hν－W0>0，亦即hν>W0，ν>eq \f(W0,h)＝νc，而νc＝eq \f(W0,h)恰好是光电效应的截止频率；
【即学即练1】如图所示，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，颜色相同的a、b两束光分别照射1、2两种材料，光电流I随电压U变化关系如图所示，则下列说法正确的是（ ）
A．a、b光的频率B．a、b两光的光照强度相同
C．光电子的最大初动能D．材料1、2的截止频率
【即学即练2】关于能量，下列说法不正确的是（ ）
A．普朗克提出“振动者的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍”，从而建立了“能量量子化”观点
B．我们周围的一切物体都在以电磁波的形式向外辐射能量，这种辐射与温度无关
C．爱因斯坦指出“光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个不可分割的能量子组成的”
D．能量耗散是指耗散在环境中的内能很难被人类利用，并不违背能量守恒定律
知识点02 康普顿效应 光的波粒二象性
（一）康普顿效应和光子的动量
1．康普顿效应：在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应。
2．光子的动量
(1)表达式：p＝eq \f(h,λ).
(2)说明：在康普顿效应中，当入射的光子与晶体中的电子碰撞时，要把一部分动量转移给电子，光子的动量可能变小．因此，有些光子散射后波长变大。
（二）光的波粒二象性
光的干涉、衍射、偏振现象表明光具有波动性，光电效应和康普顿效应表明光具有粒子性，光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。
【知识拓展】
（一）康普顿效应的意义：康普顿效应进一步揭示了光的粒子性，也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性。
（二）光的波粒二象性
1．光的波动性实验基础：光的干涉和衍射。
2．光的粒子性
(1)实验基础：光电效应、康普顿效应；
(2)表现：①当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质；②少量或个别光子容易显示出光的粒子性。
【即学即练3】下列说法正确的是（ ）
A．平均速度、瞬时速度和加速度等描述运动所需的概念是伽利略首先建立的
B．牛顿在前人研究的基础上发现了万有引力定律，并“称”出了地球的质量
C．光电效应现象由爱因斯坦发现，并对其做出了正确的解释
D．光电效应揭示了光的粒子性，证明了光子除了能量之外还具有动量
【即学即练4】光子打在处于静止状态的电子上，光子将偏离原来的方向而发生散射，康普顿对散射的解释为（ ）
A．虽然改变原来的运动方向，但频率保持不变
B．由于电子受碰撞后得到动量，散射后的光子频率低于入射光的频率
C．入射光引起物质内电子做受迫振动，而从入射光中吸收能量后再释放，释放出的散射光频率不变
D．光子从电子处获得能量，因而频率增大
能力拓展
考法01 光子能量的公式
【典例1】某氦氖激光器发光的功率为P，发射频率为的单色光，真空中光速为c，下列说法正确的是（ ）
A．激光器每秒发射的光子数为
B．每个光子的能量为
C．该单色光在真空中的波长为
D．单色光从空气进入水中后波长变大
考法02 爱因斯坦光电效应方程
【典例2】如图甲，合上开关，用光子能量为2.5eV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0.60V时，电流表读数仍不为零，当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零。把电路改为图乙，当电压表读数为1.5V时，逸出功W及电子到达阳极时的最大动能Ek为（ ）
A．W=3.1eV Ek=4.5eVB．W=1.9eV Ek=2.leV
C．W=1.7eV Ek=1.9eVD．W=1.5eV Ek=0.6eV
分层提分
题组A 基础过关练
1．2021年6月23日，中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平来到北京航天飞行控制中心，同正在天和核心舱执行任务的神舟十二号航天员聂海胜、刘伯明、汤洪波亲切通话。相距万里的通话是利用了电磁波的传输。关于电磁波，下列说法正确的是（ ）
A．电磁场由发生区域向远处的传播就形成电磁波
B．电场或磁场随时间变化时一定会产生电磁波
C．麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在
D．X射线光子的能量大于γ射线光子的能量
2．在人类历史的进程中，物理学的发展促进了科学技术的不断进步，推动了人类文明的发展。下列物理学中的观点，正确的是（ ）
A．变化的电场一定产生变化的磁场
B．永久性磁体的磁场是分子电流产生的
C．奥斯特发现了电磁感应的规律
D．普朗克提出了“光子说”，并很好的解释了黑体辐射的规律
3．据《自然》杂志2021年5月17日报道，中国科学家在稻城“拉索”基地（如图所示）探测到迄今为止最高能量的γ射线，其能量值。已知普朗克常量，真空中光速，则该γ射线的波长为（ ）
A．B．C．D．
4．下列说法不正确的是（ ）
A．在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光子，其能量为ε=hv
B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关
C．通电直导线中电流的方向总是与其周围产生的磁场的方向垂直
D．电磁波谱排列顺序无线电波、紫外线、可见光、红外线、X射线、γ射线
5．氢原子能级如图甲所示，一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁，产生的光照射到图乙所示的真空管。阴极K材料为钠，其逸出功为2.29eV，发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流，则（ ）
A．跃迁产生的光中，由n=4能级跃迁到n=3能级产生的光子频率最大
B．跃迁产生的光中，只有一种频率的光可以使阴极K发生光电效应
C．当滑片P调至最左端时，电流表的示数不为0
D．当电源a端为负极，无论滑片P调至何位置，电流表的示数均为0
6．关于物理学史，下列叙述中符合事实的是（ ）
A．伽利略通过“理想斜面实验”归纳、总结出了牛顿第一定律
B．麦克斯韦在研究电磁波的实验中，最早发现了光电效应
C．法国学者安培提出了著名的分子电流假说
D．卡文迪许发现了万有引力定律，还测出了引力常量的数值
7．如图甲所示为研究光电效应的实验装置，用频率为的单色光照射光电管的阴极，得到光电流与光电管两端电压的关系图线如图乙所示，已知电子电荷量的绝对值为，普朗克常量为，则（ ）
A．极材料的逸出功为
B．只增大光的频率时，图乙中饱和电流的值会增大
C．时，，意味着光电子具有一定的初速度
D．测量区间的光电流时，极应该与电源的负极相连
8．已知普朗克常量为，元电荷，如图所示为金属钙的遏止电压Uc随入射光频率v变化的图像，图像中v0的数值约为（ ）
A．B．C．D．
9．某半导体激光器发射波长为的连续激光，发光功率为。已知可见光波长的数量级为，普朗克常量。下列说法正确的是（ ）
A．该激光属于紫外线
B．该激光的频率为
C．该激光器发出的光子能量为
D．该激光器每秒发出的光子数约为个
10．科学研究证明，光子有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子。假设光子与电子碰撞前的频率为ν，碰撞后的频率为ν′，则碰撞过程中（ ）
A．能量守恒，动量守恒，且ν＝ν′B．能量不守恒，动量不守恒，且ν＝ν′
C．能量守恒，动量守恒，且ν＜ν′D．能量守恒，动量守恒，且ν＞ν′
题组B 能力提升练
1．2021年12月9日，神舟十三号乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站进行太空授课。若本次直播通信使用电磁波的波长范围为，则该电磁波中能量子最大值为（ ）
A．B．C．D．
2．下列说法不正确的是（ ）
A．奥斯特发现电流的磁效应
B．法拉第发现电磁感应现象
C．摩擦生电，说明摩擦能创造电荷
D．当光照射在金属上时，有时会有电子从金属表面逸出，这是光电效应现象
3．在光电效应实验中，用单色光照射光电管阴极，发生了光电效应，要使光电管中的电流增大，下列做法正确的是（ ）
A．保持入射光的频率不变，增加照射时间
B．保持入射光的频率不变，增大光的强度
C．保持入射光的强度不变，增加照射时间
D．保持入射光的强度不变，增大光的频率
4．如图甲所示，把一平行玻璃板压在另一个平行玻璃板上，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光a、b分别从上方垂直下玻璃板入射。在相同条件下，从上往下看到的干涉条纹分别如图乙所示，下列说法正确的是（ ）
A．在玻璃中传播时，单色光a比单色光b的传播速度小
B．单色光a的光子能量比单色光b的光子能量大
C．薄片的厚度若增加一些，干涉条纹的间距会变宽
D．遇同一个障碍物，a光比b光更易发生衍射
5．某种金属板M受到一束紫外线照射时会不停地发射电子，射出的电子具有不同的运动方向，速度大小也不相同。如图所示，在M旁放置一个金属网N，在M、N之间加电压U，调节电压U的大小观察电流表中的电流大小，则下列说法正确的是（ ）
A．U增大，电流表的读数也增大
B．加上某一电压U0时电流表的读数可能为零
C．所有电子从M板到金属网N均做匀减速直线运动
D．将电源的正负极反向时电流表的读数可能为零
6．下列说法不正确的是（ ）
A．普朗克的假设认为微观粒子的能量是量子化的B．爱因斯坦认为电磁场本身是连续的
C．奥斯特发现了电流的磁效应D．法拉第发现了电磁感应现象
7．图甲是光电效应的实验装置图，图乙是光电流与加在阴极K和阳极上的电压的关系图像，下列说法正确的是（ ）
A．由图线①、②、③可知对某种确定的金属来说，饱和光电流的大小与入射光强度无关
B．由图线①、②、③可知其遏止电压只由入射光的频率决定
C．只要增大电压，光电流就会一直增大
D．不论哪种颜色的入射光，只要光足够强，就能发生光电效应
8．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．入射光的波长越长，从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大
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
9．用如图甲所示的装置研究光电效应现象，闭合开关S，用频率为v的光照射光电管时发生了光电效应。图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能Ek与入射光频率的关系图像，图线与横轴的交点坐标为（a，0），与纵轴的交点坐标为（0，-b），下列说法中正确的是（ ）
A．普朗克常量为
B．断开开关S后，电流表G的示数为零
C．仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大
D．保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表G的示数减小
10．一紫外线光电管如图所示，其中A为阳极，K为阴极。已知地表附近太阳光中紫外线光子能量介于3.1eV～3.9eV之间，紫外线灯中的紫外线光子能量介于4.4eV～6.2eV之间。若光电管阴极材料K选用逸出功为4.21eV的金属铝，则下列说法正确的是（ ）
A．太阳光照射时可能会逸出光电子
B．紫外线灯照射时产生光电子的最大初动能可能为1.99eV
C．紫外线波长越长，产生的光电子的最大初动能越大
D．紫外线频率越高，产生的光电子的最大初动能越小
题组C 培优拔尖练
1．全飞秒激光是国际上最先进的角膜屈光手术模式之一，目前仅德国蔡司的“VisuMax”全飞秒激光系统可以应用于“全飞秒”近视矫正手术中。经查阅资料得知，飞秒激光是一种波长1053nm 的激光，已知普朗克常数为 6.631034 J s 则下列说法正确的是（ ）
A．飞秒激光的传播速度有可能超过3108 m/s
B．飞秒激光光子的能量是不连续的
C．飞秒激光的频率为1.053106 Hz
D．飞秒激光的光子能量约为1.2eV
2．1905年，爱因斯坦把普朗克的量子化概念进一步推广，成功地解释了光电效应现象，提出了光子说。在给出与光电效应有关的四个图像中，下列说法正确的是（ ）
A．图1中，当紫外线照射锌板时，发现验电器指针发生了偏转，说明锌板带正电，验电器带负电
B．图2中，从光电流与电压的关系图像中可以看出，电压相同时，光照越强，光电流越大，说明遏止电压和光的强度有关
C．图3中，若电子电荷量用表示，、、已知，由图像可求得普朗克常量的表达式为
D．图4中，由光电子最大初动能与入射光频率的关系图像可知该金属的逸出功为或
3．用如图所示的电路研究光电效应现象，移动滑动变阻器滑片可以改变K与A之间电压的大小当滑片处于图示位置，某单色光束照到光电管上时，电流表的示数不为0，下列说法正确的是（ ）
A．光电管两极间的电场使光电子加速
B．滑片在最左端时，电流表的示数为0
C．仅增大入射光强度，电流表示数一定增大
D．仅增大入射光频率，电流表示数一定增大
4．1887年，赫兹在研究电磁波的实验中偶尔发现，接收电路的间隙如果受到光照，就更容易产生电火花，这就是最早发现的光电效应，在用同一光电管研究光电效应的实验规律的表述中，下列说法正确的是（ ）
A．入射光足够强就可以有光电流
B．遏止电压只与入射光的颜色有关
C．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
D．入射光频率大于极限频率时一定能产生光电子
5．额温枪是新冠病毒防控的重要装备之一，其原理为：人体辐射的红外线照射到温度传感器，发生光电效应、将光信号转化为电信号，从面显示出人体的温度。已知人的体温正常时能辐射被长约为的红外线，如图甲所示，用该红外线照射光电管的阴极K时，电路中有光电流产生，光电流随电压变化的图像如图乙所示，已知，，．则（ ）
A．波长的红外线在真空中的频率为
B．将图甲中的电源正负极反接，一定不会产生电信号
C．由图乙可知，产生的光电子最大初动能为2eV
D．由图乙可知，该光电管的阴极金属逸出功约为
6．现让一束单色光照射大量处于基态（量子数）的氢原子，受激的氢原子能自发地发出3种可见光（已知可见光光子的能量范围为）。氢原子的能级图如图所示，下列表述正确的是（ ）
A．照射氢原子的单色光的光子能量为
B．基态的氢原子吸收单色光光子能量后，核外电子会向离核更远的轨道跃迁
C．除了这3种可见光，受激氢原子还发出了3种不可见光
D．已知锌板的逸出功为，若用受激氢原子发出的光去照射锌板，则从锌板表面逸出的光电子的动能可能为
7．金属A在一束绿光照射下恰好能发生光电效应，现用紫光照射时，该金属_____（“能”或“不能”）发生光电效应；若用红光照射时，该金属_____（“能”或“不能”）发生光电效应。
8．如图所示是研究光电效应规律的电路，图中标有A和K的为光电管，其中K为阴极， A为阳极，现接通电源，用光子能量为10.5eV的光照射阴极K，电流计中有示数，若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动，电流计的读数_______（选填“增大”、“不变”或“减小”），当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为6.0V；则光电管阴极材料的逸出功为________ eV，现保持滑片P位置不变，增大入射光的强度，电流计的读数 __________。(选填“为零”、或“不为零”)
9．利用如图甲所示的实验装置观测光电效应，已知实验中测得某种金属的遏止电压Uc与入射频率v之间的关系如图乙所示，电子的电荷量为，求：
（1）普朗克常量h；
（2）该金属的逸出功W0；
（3）若电流表的示数为10 ，则每秒内从阴极发出的光电子数的最小值为多少？
10．实验表明，一些金属受到紫外线照射时会有电子射出。如图1所示，真空中一对平行金属板A和B正对放置，用紫外线持续照射A板时，A板持续射出速度大小不同的电子，且电子的最大速度为定值。为了简化问题，假设射出的电子都垂直于A板向B板运动，忽略电子之间的相互作用以及电子所受的重力。电子的电荷量为e、将两金属板、电压可调的电源、灵敏电流计连接成如图2所示的电路，A板接电源正极，B板接电源负极。逐渐增大两板间的电压，发现电流计示数会随着电压的增大而减小，当电压为U0时电流计示数刚好为零。
（1）求从A板射出的电子具有的最大动能；
（2）有同学认为，断开开关，将B板向左平移一段距离，使其靠近A板后，维持电压U0不变，再次闭合开关，则电路中将再次出现电流。你认为这种说法是否正确，请说明理由。
课程标准
课标解读
1.通过实验，了解光电效应现象。
2.知道爱因斯坦光电效应方程及其意义。
3.能根据实验结论说明光的波粒二象性。
1.知道光电效应现象，了解光电效应的实验规律。
2.知道光电效应与电磁理论的矛盾。
3.理解爱因斯坦光子说及对光电效应的解释，会用光电效应方程解决一些简单问题。
4.了解康普顿效应及其意义。
5.了解光的波粒二象性。