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14页。试卷主要包含了已知钙的逸出功是3，关于光电效应,下列说法正确的是，已知钙和钠的截止频率分别为7等内容，欢迎下载使用。
第四章　原子结构和波粒二象性
2　光电效应
基础过关练
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
题组一　光电效应的实验规律
1.(2021河北唐山高二下测试)如图所示,用导线把验电器与锌板相连接,当用紫外线灯照射锌板时,下列有关现象说法正确的是 (　　)

A.有光子从锌板逸出
B.有电子从锌板逸出
C.验电器带负电
D.锌板带负电
2.(2021河北唐山十一中高二上月考)用光照射金属表面时,没有发射光电子,这可能是由于 (　　)
A.入射光强度太小
B.照射的时间太短
C.光的波长太短
D.光的频率太低
3.(多选)已知钙的逸出功是3.20 eV,对此理解正确的是 (　　)
A.钙中的电子脱离钙需做功3.20 eV
B.钙表面的电子脱离钙需做功3.20 eV
C.钙只需吸收3.20 eV的能量就有电子逸出
D.入射光子的能量至少为3.20 eV才能发生光电效应
4.(2020河北邢台高二下期中)关于光电效应,下列说法正确的是 (　　)
A.光电效应说明光具有粒子性
B.光电效应说明光具有波动性
C.金属的逸出功和入射光的频率有关
D.入射光越强,单位时间内产生的光电子数越少
5.(2021广东广州第六十五中高二下期中)如图所示为一光电管电路图,滑动变阻器的滑片P位于AB上某点,用光照射光电管阴极,灵敏电流计指针不偏转。要使指针偏转,可采取的措施有 (　　)

A.增大照射光强度
B.换用波长短的光照射
C.将P向B滑动
D.将电源正负极对调
6.(2021浙江宁波效实中学高二下期中)如图为研究光电效应的实验电路,关于光电效应的实验规律,下列说法正确的是 (深度解析)

A.在光照条件一定的情况下,光电流随滑片P向b端移动一直增大
B.无论入射光的频率如何,只要光足够强,就一定能发生光电效应
C.只要入射光的频率足够大,即使不加电压,也会有光电流产生
D.入射光越弱,发生光电效应所需的时间就越长
题组二　爱因斯坦的光电效应理论
7.(2021上海崇明高三二模)已知h为普朗克常量,c、λ和ν分别为真空中的光速、光子的波长和频率,则根据爱因斯坦光子说,一个光子的能量E等于 (　　)
A.ℎcλ B.ℎλc C.hλ D.ℎνλ
8.(2021江西宜春高二下期末)已知钙和钠的截止频率分别为7.73×1014 Hz和5.53×1014 Hz,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(深度解析)
A.钙具有较大的逸出功
B.钙的遏止电压较大
C.钙逸出的光电子的最大初动能较大
D.钙更容易发生光电效应
9.(2020山东滨州北镇中学高二下测试)(多选)一束绿光照射某金属发生了光电效应,则下列说法正确的是 (　　)
A.若增加绿光的照射强度,则逸出的光电子的最大初动能增加
B.若增加绿光的照射强度,则逸出的光电子数增加
C.若改用红光照射,则一定会发生光电效应
D.若改用紫光照射,则逸出的光电子的最大初动能增加
10.(2021河北唐山高二下测试)(多选)有关光电效应实验,下列说法正确的是 (　易错　)
A.在光颜色不变的情况下,入射光越强,饱和电流越大
B.入射光越强,光电子的最大初动能越大,因而遏止电压越大
C.不管入射光的频率如何,只要光足够强,就会有光电流产生
D.当入射光频率超过截止频率时,无论入射光怎样微弱,都会瞬间产生光电流
11.(2021湖南师大附中高二下月考)某种金属逸出光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系如图所示,其中νc为极限频率。下列说法正确的是 (　　)

A.逸出功随入射光频率的增大而减小
B.最大初动能Ek与入射光强度成正比
C.最大初动能Ek与入射光频率成正比
D.图中直线的斜率与普朗克常量有关
12.(2021黑龙江大庆实验中学高二下月考)已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,元电荷e=1.60×10-19 C,如图所示为金属钙的遏止电压Uc随入射光频率ν变化的图像,图像中νc约为 (　　)

A.7.7×1014 Hz B.1.3×1015 Hz
C.2.1×1033 Hz D.4.8×1033 Hz
13.在如图所示的光电效应实验中,光电管阴极K的极限频率为ν0,现用频率为ν(ν>ν0)的光照射在阴极上,若在A、K之间加一数值为U的反向电压时,光电流恰好为零,则下列判断错误的是 (　　)

A.阴极材料的逸出功等于hν0
B.有光电子逸出,且光电子的最大初动能可表示为eU
C.有光电子逸出,且光电子的最大初动能可表示为hν-hν0
D.无光电子逸出,因为光电流为零
题组三　康普顿效应和光子的动量
14.(多选)美国物理学家康普顿在研究石墨对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。关于康普顿效应,下列说法正确的是　 (　　)
A.康普顿效应说明光具有波动性
B.康普顿效应说明光具有粒子性
C.当光子与晶体中的电子碰撞后,其能量增加
D.当光子与晶体中的电子碰撞后,其能量减少
15.(2021重庆江津中学高三模拟)(多选)电子和光子均是自然界的基本粒子。当光子被电子散射时,如果电子具有足够大的动能,则散射光子的频率会大于入射光的频率,称为逆康普顿散射或逆康普顿效应。关于该效应,下列说法中正确的是 (　　)
A.该效应说明光子和电子一样,具有粒子性
B.相较于入射光子,散射光子的波长更长
C.与入射光子发生作用后,电子的动能减小
D.由于散射光子的能量大于入射光子的能量,故该效应否定了能量量子化的观点
题组四　光的波粒二象性
16.(2021河北唐山高二下月考)(多选)从光的微粒说到光的波动说,从光的电磁理论到光子理论,人类对光的认识构成了一部科学史诗。现在我们认为光具有波粒二象性,下列能体现光的粒子性的现象是 (深度解析)
A.光的干涉
B.光的衍射
C.光电效应
D.康普顿效应
17.下列关于光的波粒二象性的说法中,正确的是 (　　)
A.有的光是波,有的光是粒子
B.光子与电子是同样的一种粒子
C.光子说完全否定了波动说
D.光电效应说明光具有粒子性
18.(2021江苏苏州一中高二下期中)美国物理学家阿瑟·阿什金因利用光的力量来操纵细胞获得2018年诺贝尔物理学奖。原来光在接触物体后,会对其产生力的作用,这个来自光的微小作用可以让微小的物体(如细胞)发生无损移动,这就是光镊技术。在光镊系统中,光路的精细控制非常重要。对此,下列说法正确的是 (　　)
A.光镊技术利用光的粒子性
B.光镊技术利用光的波动性
C.红色激光光子能量大于绿色激光光子能量
D.红色激光光子动量大于绿色激光光子动量

能力提升练

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
题组一　光电效应的实验规律
1.(2020山东潍坊高密高考模拟,)某同学设计了如图所示的电路来研究光电效应现象,结点Q位于滑动变阻器的中点,初始状态时,滑片P也恰好位于滑动变阻器的中点。实验过程中,当该同学用绿光照射光电管时,灵敏电流计有示数,下列说法正确的是 (　　)

A.若换用紫光照射光电管,则电流计的示数一定增大
B.若增大绿光的光照强度,则电流计的示数一定增大
C.若将滑片P向右滑动,则电流计的示数一定不断增大
D.若将滑片P向左滑动,则电流计的示数一定能减小为0
题组二　爱因斯坦光电效应方程的应用
2.(2021广东广州七中高二下测试,)关于光电效应,下列说法正确的是 (　　)
A.只要光照射的时间足够长,任何金属都能发生光电效应
B.从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大,这种金属的逸出功越小
C.截止频率越大的金属材料逸出功越大
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
3.(2021福建莆田高二下期中,)甲、乙两种金属发生光电效应时,光电子的最大初动能与入射光频率间的关系分别如图中的a、b所示。下列判断正确的是 (　　)

A.图线a与b不一定平行
B.图线a与b的斜率是定值,与入射光和金属材料均无关系
C.乙金属的极限频率小于甲金属的极限频率
D.甲、乙两种金属发生光电效应时,若光电子的最大初动能相同,甲金属的入射光频率大
4.(2021山东日照高三三模,)在研究光电效应现象时,先后用单色光a、b、c照射同一光电管,所得到的光电流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.b、c两种单色光的颜色相同
B.a、b两种单色光的光照强度相同
C.增大c光的光照强度,电路中的饱和电流将增大
D.增大b光的光照强度,射出的光电子的最大初动能增大
5.(2021山东泰安高三三模,)如图所示为研究光电效应的装置,当分别用波长为2λ、λ的单色光照射锌板时,从锌板表面逸出的光电子的最大初速度之比为1∶3,电流计的示数均不为零。已知光在真空中的传播速度为c,普朗克常量为h,则 (　　)

A.锌板的逸出功为9ℎc16λ
B.锌板的极限频率为7c16λ
C.用波长为2λ的光照射锌板时,电流计的示数较大
D.用波长为2λ、λ的单色光分别照射锌板时,二者遏止电压之比为1∶3
6.(2021安徽六安一中高二下测试,)(多选)如图甲为研究某金属材料的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系的电路图,用不同频率的光分别照射图中同一光电管的阴极K,调节滑片P测出遏止电压,并描绘Uc-ν关系图如图乙所示。已知三种光的频率分别为ν1、ν2、ν3,光子的能量分别为1.8 eV、2.4 eV、3.0 eV,测得遏止电压分别为Uc1=0.8 V、Uc2=1.4 V、Uc3(图中未知)。则下列说法正确的是 (　　)

A.普朗克常量可表示为h=Uc2-Uc1ν2-ν1
B.入射光的频率增大,测遏止电压时,应使滑动变阻器的滑片P向N端移动
C.图中频率为ν3的光对应的遏止电压Uc3=2.0 V
D.增大入射光的强度,光电子的最大初动能也增大

答案全解全析
第四章　原子结构和波粒二象性
2　光电效应
基础过关练
1.B　用紫外线灯照射锌板时,发生光电效应,有电子从锌板逸出,锌板因失去电子而带正电,与锌板相连的验电器带正电,故B正确。
2.D　发生光电效应的条件是入射光频率大于金属的极限频率,与入射光强度及照射时间长短均无关,所以没有发射光电子可能是由于光的频率太低(即波长太长),故D正确。
3.BD　逸出功是使电子脱离某种金属所做功的最小值,它等于金属表面的电子脱离金属所做的功,故A错误,B正确;钙中的电子至少吸收3.20 eV的能量才可能逸出,C错误;由光电效应发生的条件知D正确。
4.A　光电效应现象揭示了光具有粒子性,故A正确,B错误;金属的逸出功由金属本身决定,增大或减小入射光的频率,金属的逸出功不变,故C错误;当入射光的频率大于极限频率时,入射光越强,单位时间内照射到金属表面的光子数越多,产生的光电子数越多,故D错误。
5.B　由题图可知,光电管两端加正向电压,灵敏电流计指针不偏转,说明没有发生光电效应,照射光频率太低,与光强、外加电压的大小无关,故B正确,A、C错误;将电源正负极对调,光电管两端加反向电压,灵敏电流计指针仍不会偏转,故D错误。
6.C　滑片P向b端移动,光电管两端所加正向电压增大,光电流增大,当光电流达到饱和电流时电流不再增大,故A错误;根据发生光电效应的条件可知,只有入射光的频率大于金属的极限频率时,才能发生光电效应,故B错误;只要入射光的频率足够大,就能发生光电效应,即使不加电压,也会有光电流产生,故C正确;光电效应具有瞬时性,与入射光的强弱无关,故D错误。
导师点睛
光电效应的实验规律:(1)存在饱和电流;(2)存在遏止电压和截止频率;(3)光电效应具有瞬时性。
7.A　 一个光子的能量E=hν=ℎcλ,故A正确。
8.A　金属的逸出功与截止频率的关系为W0=hνc,由于钙和钠的截止频率分别为7.73×1014 Hz和5.53×1014 Hz,钙的截止频率大,所以钙的逸出功大,故A正确;eUc=Ek=hν-W0=hν-hνc,钙的截止频率大,则钙的遏止电压较小,钙逸出的光电子的最大初动能较小,故B、C错误;钙的截止频率大,更不容易发生光电效应,故D错误。
导师点睛
爱因斯坦光电效应方程的深度理解:
(1)表达式:hν=Ek+W0或Ek=hν-W0;
(2)物理意义:金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν,这些能量一部分用于克服金属的逸出功,剩下的为逸出后电子的动能Ek。
(3)金属的逸出功、极限频率、极限波长的关系是:W0=hνc=ℎcλ0。
9.BD　入射光的强度增大,则单位时间内逸出的光电子数增多,而根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0可知光电子的最大初动能不变,故A错误,B正确;因为红光的频率小于绿光的频率,改用红光照射时不一定发生光电效应,故C错误;紫光的频率大于绿光的频率,根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0可知光电子的最大初动能增加,故D正确。
10.AD　光的颜色不变,即入射光的频率一定,入射光越强,单位时间内发射的光电子数越多,饱和电流越大,故A正确;根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0可知,光电子的最大初动能与光照强度无关,故B错误;当入射光频率超过截止频率时,无论入射光怎样微弱,都会瞬间产生光电流,跟入射光的强度无关,故C错误,D正确。
易混易错
理解饱和电流概念的误区:
(1)只有在入射光的频率超过截止频率时,入射光越强,单位时间内发射的光电子数越多,饱和电流才越大。
(2)回路中光电流没有达到饱和电流时,所加正向电压增大,回路中光电流增加,但饱和电流与所加电压大小无关,只与入射光的强度有关。
11.D　逸出功是金属的固有属性,只与金属本身有关,与入射光的频率无关,故A错误;根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0可知,最大初动能与入射光的频率有关,与入射光的强度无关,但最大初动能与入射光的频率不是成正比关系,故B、C错误;根据Ek=hν-W0并结合图像可知,Ek-ν图线的斜率表示普朗克常量,故D正确。
12.A　根据hν-W0=eUc可知,当ν=0时,Uc=-W0e=-3.20 V,解得W0=5.12×10-19 J;当Uc=0时,νc=W0ℎ≈7.7×1014 Hz,故A正确。
13.D　阴极材料的逸出功W0=hν0,选项A正确;由于入射光的频率ν>ν0,则能发生光电效应,有光电子逸出,选项D错误;A、K间加的是反向电压,电子逸出后要做减速运动,当速度最大的光电子运动到A端速度为零时,光电流恰好为零,由动能定理得-eU=0-Ekm,则Ekm=eU,选项B正确;由爱因斯坦光电效应方程Ekm=hν-W0,可得Ekm=hν-hν0,选项C正确。
14.BD　康普顿效应说明了光具有粒子性。在散射过程中,X射线的光子与晶体中的电子碰撞时遵循动量守恒定律和能量守恒定律,可知光子与晶体中的电子碰撞时,光子要把部分能量转移给电子,光子的能量减少,故B、D正确,A、C错误。
15.AC　由于能发生逆康普顿散射或逆康普顿效应,说明光子具有粒子性,故A正确;因为散射光子的频率大于入射光的频率,根据波长与频率的关系,可得相较于入射光子,散射光子的波长更短,故B错误;根据公式ε=hν可知,散射光子的能量增大,根据能量守恒定律可知电子的动能减小,故C正确;虽然散射光子的能量大于入射光子的能量,但该效应还是遵循能量量子化的观点,故D错误。
16.CD　光具有波粒二象性,光电效应和康普顿效应能体现光的粒子性,光的干涉和光的衍射能体现光的波动性,故C、D正确。
导师点睛
光的波粒二象性:
(1)光的波动性:光的干涉、衍射表明了光具有波动性,大量光子在传播时表现出波的性质,频率低、波长长的光波动性特征显著。
(2)光的粒子性:光电效应、康普顿效应表明了光具有粒子性,少量或个别光子易显示出光的粒子性,频率高、波长短的光粒子性特征显著。
17.D　光具有波粒二象性,光的有些行为(如干涉、衍射)表现出波动性,有些行为(如光电效应)表现出粒子性,不能说有的光是波,有的光是粒子,故A错误。电子是组成原子的粒子,有确定的静止质量,是一种物质实体,光子代表着一份能量,没有静止质量,故B错误。光子说的确立,没有否定波动说,而是使人们对光的本性认识更完善,光既具有波动性,又具有粒子性,即光具有波粒二象性,故C错误。光电效应说明光具有粒子性,故D正确。
18.A　光在接触物体后,会对其产生力的作用,则光镊技术利用光的粒子性,故A正确,B错误;红光的频率小于绿光的频率,根据ε=hν可知,红色激光光子能量小于绿色激光光子能量,故C错误;红色激光光子的频率小于绿色激光光子的频率,则红色激光光子的波长大于绿色激光光子的波长,根据p=ℎλ可知,红色激光光子动量小于绿色激光光子动量,故D错误。
能力提升练
1.B　用一定频率的光照射金属,发生光电效应时,光的强弱影响单位时间内发射光电子的数目,换用紫光照射光电管,电流计的示数不一定增大,故A错误;用一定频率的光照射金属,发生光电效应时,增大入射光强度,则单位时间内产生的光电子数增加,保持滑动变阻器滑片位置不变,若增大绿光的光照强度,则电流计的示数一定增大,故B正确;将滑片P向右滑动,光电管两侧接入的是正向电压,当电路中的光电流达到饱和值时,滑动变阻器的滑片再向右滑动,电流计的示数不发生变化,故C错误;将滑片P向左滑动,光电管两侧接入的是反向电压,则电流计的示数减小,但只有当反向电压大于遏止电压时,电流才能减小到0,故D错误。
2.C　若入射光的频率低于金属的极限频率,无论照射时间多长,无论光的强度多大,都不会发生光电效应,故A错误;根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0可知,光电子的最大初动能跟入射光的频率和金属的逸出功都有关,故B错误;金属的截止频率νc=W0ℎ,所以金属的截止频率越大,金属材料的逸出功越大,故C正确;单位时间内逸出的光电子数与入射光的强度有关,入射光的光强一定时,频率越高,光子能量越大,则光子数越少,单位时间内逸出的光电子数越少,故D错误。
3.B　根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0可知,Ek-ν图线的斜率代表普朗克常量,则a、b两图线一定平行,故A错误;普朗克常量与入射光和金属材料均无关系,故B正确;横轴截距表示最大初动能为零时的入射光频率,也就是金属的极限频率,故乙金属的极限频率大于甲金属的极限频率,C错误;由νc=W0ℎ可知,乙金属的逸出功大于甲金属的逸出功,甲、乙两种金属发生光电效应时,若光电子的最大初动能相同,则甲金属的入射光频率小,故D错误。
4.C　根据图像可知单色光c的遏止电压小于单色光b的遏止电压,根据eUc=Ek=hν-W0可知b、c两种单色光的频率不同,所以颜色不同,故A错误。同理可知a、b两种单色光的频率相同,而单色光a的饱和电流大于单色光b的饱和电流,则单色光a的光照强度大于单色光b的光照强度,故B错误。电路中的饱和电流与光照强度有关,在其他条件相同的情况下,光照强度越大,光电流越大;增大c光的光照强度,电路中的饱和电流将增大,故C正确。射出的光电子的最大初动能与光照强度无关,故D错误。
5.B　根据爱因斯坦光电效应方程可知12mvm2=ℎc2λ-hνc,12m(3vm)2=ℎcλ-hνc,解得νc=7c16λ,逸出功W0=hνc=7ℎc16λ,故A错误,B正确;用波长不同的两种单色光照射锌板都能发生光电效应,但是两种光的强度关系不确定,则单位时间内逸出光电子的数量不确定,不能比较光电流的大小关系,故C错误;用波长为2λ、λ的单色光分别照射锌板时,因Uce=Ek,且光电子的最大初速度之比为1∶3,则最大初动能之比为1∶9,所以二者遏止电压之比为1∶9,故D错误。
6.BC　由爱因斯坦光电效应方程及动能定理可得eUc=12mvm2=hν-W0,故有eUc1=hν1-W0,eUc2=hν2-W0,解得h=e(Uc2-Uc1)ν2-ν1,故选项A错误;入射光的频率增大,光电子的最大初动能增大,则相应的遏止电压增大,应使滑动变阻器的滑片P向N端移动,故选项B正确;由于Uc-ν图像为一次函数图像,由图线特点可得Uc3-Uc2=Uc2-Uc1,代入数据可得Uc3=2.0 V,故选项C正确;光电子的最大初动能只与入射光的频率有关,与入射光的强度无关,D错误。