人教版 (2019)选择性必修 第三册2 光电效应随堂练习题

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第三册2 光电效应随堂练习题，共7页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

eq \f( 基础巩固练,25分钟·满分60分 )
一、选择题(本题共8小题，每题6分，共48分)
1．如图所示，弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成亮暗相间的条纹，与锌板相连的验电器的铝箔有张角，则该实验不能证明( B )
A．光具有波动性B．从锌板上逸出带正电的粒子
C．光能发生衍射D．光具有波粒二象性
解析：该题巧妙地把光的衍射和光电效应实验综合在一起，解题时应从光的衍射、光电效应、光的波粒二象性知识逐层分析，逸出的光电子应带负电。
2．能够证明光具有波粒二象性的现象是( A )
A．光的干涉、衍射现象和光电效应
B．光的反射与小孔成像
C．光的折射与偏振现象
D．光的干涉、衍射与光的色散
解析：小孔成像说明光沿直线传播，选项C、D说明光的波动性，故选项A正确。
3．关于光电效应实验现象及解释，下列说法正确的是( D )
A．光电流随着入射光频率的升高而增大
B．遏止电压随着入射光的强度增强而增大
C．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
D．入射光的波长大于极限波长时不能发生光电效应
解析：发生光电效应时，光电流的大小取决于光子个数和电压的大小，与入射光的频率无关，选项A错误；遏止电压随着入射光的频率升高而增大，与光强无关，选项B错误；光电子的最大初动能与入射光的频率的关系式为Ekm＝hν－W，不是正比关系，选项C错误；发生光电效应的条件是入射光的频率大于极限频率，根据c＝λν可知，入射光的波长大于极限波长时不能发生光电效应，选项D正确。
4．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波长为λ，碰撞后的波长为λ′，则碰撞过程中( C )
A．能量守恒，动量守恒，且λ＝λ′
B．能量不守恒，动量不守恒，且λ＝λ′
C．能量守恒，动量守恒，且λ＜λ′
D．能量守恒，动量守恒，且λ＞λ′
解析：光子与电子碰撞时遵循动量和能量两个守恒规律。光子与电子碰撞前光子的能量E＝hν＝heq \f(c,λ)，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，光子的能量E′＝hν′＝heq \f(c,λ′)，由E＞E′，可知λ＜λ′，选项C正确。
5．如图所示，N为钨板，M为金属网，它们分别和电池两极相连，各电池的极性和电动势已在图中标出。钨的逸出功为4.5 eV。现分别用能量不同的光子照射钨板(各光子的能量已在图上标出)。那么，下列图中有光电子到达金属网的是( C )
A．①②③B．②③④
C．②③ D．③④
解析：由光电效应方程知，若有光电效应发生，入射光的频率必须大于金属的极限频率，故①不能，②③④发生光电效应；②所加电压为正向电压，只要有光电子逸出，光电子就能到达金属网，故②可以；③④所加电压为反向电压，由爱因斯坦光电效应方程知，入射光的能量为8 eV时，逸出的光电子的最大初动能为3.5 eV，反向电压必须小于3.5 eV才有光电子到达金属网，故③可以，④不能。由以上分析知C正确。
6．如图所示，使用强度相同的连续光谱中的由红到紫等色光按顺序照射光电管阴极，电流表G有示数，且均达到最大值，在螺线管外悬套一金属线圈，线圈中能产生感应电流的是( C )
A．紫光照射时
B．红光照射时
C．改变照射光颜色的过程中
D．各种色光均可以产生感应电流
解析：只有线路中产生变化的电流时，才能在金属线圈中产生感应电流，所以C能产生感应电流。
7．爱因斯坦提出了光量子概念并成功解释光电效应的规律而获得1921年的诺贝尔物理学奖。某种金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率ν的关系如图所示，其中ν0为极限频率。从图中可以确定的是( D )
A．逸出功与ν有关B．Ekm与入射光强度成正比
C．ν＜ν0时，会逸出光电子D．图中直线的斜率与普朗克常量有关
解析：金属的逸出功是由金属自身决定的，与入射光频率无关，其大小W＝hν0，故A错误；根据爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W，可知光电子的最大初动能Ekm与入射光的强度无关，但入射光越强，光电流越大，只要入射光的频率不变，则光电子的最大初动能不变，故B错误；要有光电子逸出，则光电子的最大初动能Ekm＞0，即只有入射光的频率大于金属的极限频率即ν＞ν0时才会有光电子逸出。故C错误；根据爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W，可知eq \f(ΔEkm,Δν)＝h，故D正确。
8．(多选)(2021·四川省遂宁市高二月考)关于近代物理学，下列图像在描述现象中，解释正确的是( CD )
A．如图甲所示，由黑体的辐射强度与辐射光波长的关系可知，随温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长方向移动(已知T1＞T2)
B．如图乙所示，发生光电效应时，入射光越强，光电子的最大初动能也就越大
C．如图丙所示，金属的遏制电压Uc与入射光的频率ν的图像中，该直线的斜率为eq \f(h,e)
D．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，如图丁所示。则可判断甲、乙、丙光的频率关系为ν甲＝ν乙＜ν丙
解析：由图可知，随温度的升高，相同波长的光辐射强度都会增大，辐射强度的极大值向波长较短方向移动，故A错误；根据光电效应方程有：Ekm＝hν－W0，可知光电子的最大初动能与光的强度无关，故B错误；根据光电效应方程有Ekm＝hν－W0，根据能量守恒定律得：eUC＝Ekm，联立得：eUC＝hν－W0，即：UC＝eq \f(hν－W0,e)，可知，该直线的斜率为eq \f(h,e)，故C正确；根据eUC＝Ekm，由图知丙光的遏止电压大于甲光和乙光的遏止电压，所以甲光、乙光对应的光电子最大初动能小于丙光的光电子最大初动能，甲、乙的光的能量，E甲＝E乙二、非选择题(共12分)
9．(12分)如图所示，阴极材料由铝制成，已知铝的逸出功为W0，现用波长为λ的光照射铝的表面，使之产生光电效应，已知电子的电量为e，普朗克常量为h，真空中光速为c。求：
(1)光电子的最大初动能；
(2)电压表示数至少为多大时电流表示数才为零；
(3)若射出的具有最大初动能的光电子与一静止的电子发生正碰，则碰撞中两电子电势能增加的最大值是多少？
答案：(1)heq \f(c,λ)－W0 (2)eq \f(hc,eλ)－eq \f(W0,e) (3)eq \f(1,2)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(hc,λ)－W0))
解析：(1)最大初动能Ek＝heq \f(c,λ)－W0。
(2)电压表示数至少为eUc＝Ek＝heq \f(c,λ)－W0
解得：Uc＝eq \f(hc,eλ)－eq \f(W0,e)。
(3)要使电势能最大，即二者为完全非弹性碰撞，设碰前速度为v，碰后二者共速为v′，则：
eq \f(1,2)mv2＝heq \f(c,λ)－W0①
mv＋0＝2mv′②
eq \f(1,2)mv2＋0＝E电＋eq \f(1,2)2mv′2③
由①②③解得：E电＝eq \f(1,2)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(hc,λ)－W0))。
eq \f( 能力提升练,20分钟·满分40分 )
一、选择题(本题共3小题，每题6分，共18分)
1．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。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( D )
A．频率变大B．频率不变
C．光子能量变大 D．波长变长
解析：运动的光子和一个静止的自由电子碰撞时，既遵守能量守恒，又遵守动量守恒。碰撞中光子将能量hν的一部分传递给了电子，光子的能量减少，波长变长，频率减小，D选项正确。
2．(2021·黑龙江省哈尔滨六中高二月考)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( D )
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
解析：由题图可知，该光源发出的光的波长大约在25 nm到440 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。故选D。
3．(多选)(2021·西藏拉萨中学高二下学期检测)图甲是光电效应的实验装置(电源的正负极可调换)，图乙是用同一光电管在不同实验条件下得到的光电流与加在光电管两端电压关系的图像，下列说法正确的是( ABD )
A．由图线①③可知对于某种确定的金属来说，光电子的最大初动能与光强无关
B．由图线①②③可知对于某种确定的金属来说，入射光的频率越大其遏制电压越大
C．图甲中当某频率的光入射时，电流表有示数，把滑动变阻器向右滑动时，电流表示数一定变大
D．A、K间加反向电压时，直流电源右侧应是电源的正极
解析：由图线①③可知对于某种确定的金属来说，光电子的最大初动能eq \f(1,2)mveq \\al(2,m)＝Uce，与光强无关，选项A正确；由于蓝光的频率大于黄光的频率，由图线①②③可知对于某种确定的金属来说，入射光的频率越大其遏制电压越大，选项B正确；图甲中当某频率的光入射时，电流表有示数，把滑动变阻器向右滑动时，若还没有达到饱和光电流，则电流表示数变大；若已经达到饱和光电流，则电流表的示数不变，选项C错误；A、K间加反向电压时，直流电源右侧应是电源的正极，选项D正确。
二、非选择题(共22分)
4．(10分)(2021·陕西省咸阳市实验中学高二下学期检测)光电效应和康普顿效应深入地揭示了光的粒子性的一面。前者表明光子具有能量，后者表明光子除了具有能量之外还具有动量。我们知道光子的能量E＝hν，动量p＝eq \f(h,λ)，其中ν为光的频率，h为普朗克常量，λ为光的波长。由于光子具有动量，当光照射到物体表面时，会对物体表面产生持续均匀的压力，这种压力会对物体表面产生压强，这就是“光压”，用I表示。一台发光功率为P0的激光器发出一束频率为ν0的激光，光束的横截面积为S。当该激光束垂直照射到某物体表面时，假设光全部被吸收(即光子的末动量变为0)。求：
(1)该激光器在单位时间内发出的光子数N；
(2)该激光作用在物体表面时产生的光压I。
答案：(1)eq \f(P0,hν0) (2)eq \f(P0,cS)
解析：(1)Δt时间内，该激光器发出的光子数n＝eq \f(P0Δt,hν0)，单位时间该激光器发出的光子数N＝eq \f(P0,hν0)。
(2)该激光作用在物体表面，由动量定理F·Δt＝np，且p＝eq \f(h,λ)，λ＝eq \f(c,ν0)，产生的光压I＝eq \f(F,S)，解得I＝eq \f(P0,cS)。
5．(12分)(2021·湖北省宜昌市葛洲坝中学高二下学期月考)如图甲所示是研究光电效应规律的光电管。用波长λ＝0.50 μm的绿光照射阴极K，实验测得流过G表的电流I与AK之间的电势差UAK满足如图乙所示规律，取h＝6.63×10﹣34 J·s。结合图像，求：(以下所求结果均保留两位有效数字)
(1)每秒钟阴极发射的光电子数；
(2)光电子飞出阴极K时的最大动能为多少焦耳；
(3)该阴极材料的极限频率。
答案：(1)4.0×1012个 (2)9.6×10－20 J
(3)4.6×1014 Hz
解析：(1)每秒发射光电子个数：
n＝eq \f(Imt,e)＝eq \f(0.64×10－6×1,1.6×10－19)＝4.0×1012。
(2)光电子飞出阴极K时的最大动能：
Ekm＝eU0＝0.6 eV＝9.6×10－20 J。
(3)由光电效应方程可得：Ekm＝heq \f(c,λ)－hν0，
代入数据可得极限频率：ν0＝4.6×1014 Hz。材料
钠
铜
铂
极限波长(nm)
541
268
196