高考物理一轮复习课时练习 第16章第1练 能量量子化 光电效应(含详解)
展开1.关于光电效应,下列说法正确的是( )
A.截止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,任何金属都能发生光电效应
C.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
D.发生光电效应时,入射光的频率一定,光强越强,单位时间内逸出的光电子数就越少
2.(2022·江苏卷·4)上海光源通过电子-光子散射使光子能量增加,光子能量增加后( )
A.频率减小 B.波长减小
C.动量减小 D.速度减小
3.(2024·宁夏银川一中期中)物理学中有很多关于“通量”的概念,如磁通量、辐射通量等,其中辐射通量Φ表示单位时间内通过某一截面的辐射能,其单位为J/s,波长为λ的平行光垂直照射在面积为S的纸板上,已知该束光单位体积内的光子数为n,光速为c,普朗克常量为h,则该束光的辐射通量为( )
A.eq \f(hc2nS,λ) B.eq \f(hc2nλ3,S) C.eq \f(hc2,nSλ3) D.eq \f(hc2,nS2λ)
4.(2023·广东广州市检测)如图,放映电影时,强光照在胶片上,一方面,将胶片上的“影”投到屏幕上;另一方面,通过声道后的光照在光电管上,随即产生光电流,喇叭发出与画面同步的声音。电影实现声音与影像同步,主要应用了光电效应的下列哪一条规律( )
A.光电效应的发生时间极短,光停止照射,光电效应立即停止
B.入射光的频率必须大于金属的截止频率,光电效应才能发生
C.光电子的最大初动能与入射光的强度无关,只随着入射光的频率增大而增大
D.当入射光的频率大于截止频率时,光电流的大小随入射光的强度增大而增大
5.微光夜视仪可以在极低亮度的环境下,利用火光、月光、星光、大气辉光等微弱光线或者发射红外探测光照射物体,物体反射的光通过像增强器放大后转变成人眼可清晰观察的图像,从而实现在夜间对目标进行观察。微光夜视仪的核心部件是像增强器,它主要由光电阴极、微通道板、荧光屏幕三个部分组成(如图所示)。光电阴极将微弱的原始光信号通过光电效应转化成光电子,再通过微通道板对电子进行倍增,利用二次发射的电子能将光电子数量增加数百上千倍,最后在荧光屏幕(阳极)上将增强后的电子信号再次转换为光学信号,让人眼可以看到。在整个过程中,电子会被外加的静电场加速,进一步增强信号,下列说法正确的是( )
A.原始光信号无论频率多少,都能使光电阴极发生光电效应
B.原始光信号频率越大,则经过光电阴极发生光电效应后光电子的最大初动能越大
C.原始光信号转化而成的光电子就是光子
D.电子被外加静电场加速,说明该电场方向与电子运动方向相同
6.(2023·浙江1月选考·11)被誉为“中国天眼”的大口径球面射电望远镜已发现660余颗新脉冲星,领先世界。天眼对距地球为L的天体进行观测,其接收光子的横截面半径为R。若天体射向天眼的辐射光子中,有η(η<1)倍被天眼接收,天眼每秒接收到该天体发出的频率为ν的N个光子。普朗克常量为h,则该天体发射频率为ν光子的功率为( )
A.eq \f(4NL2hν,R2η) B.eq \f(2NL2hν,R2η)
C.eq \f(ηL2hν,4R2N) D.eq \f(ηL2hν,2R2N)
7.(2021·江苏卷·8)如图所示,分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究,其截止频率ν1<ν2,保持入射光不变,则光电子到达A极时动能的最大值Ekm随电压U变化关系的图像是( )
8.(多选)在光电效应实验中,分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上,测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub,光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb,h为普朗克常量。下列说法正确的是( )
A.若νa>νb,则一定有Ua<Ub
B.若νa>νb,则一定有Eka>Ekb
C.若Ua<Ub,则一定有Eka<Ekb
D.若νa>νb,则一定有hνa-Eka>hνb-Ekb
9.(多选)(2024·贵州贵阳市开学考)利用如图所示的电路做光电效应实验。实验时,闭合开关S,用两种已知频率的入射光照射光电管,在电路中均出现了光电流。电子的电荷量已知,现把电源的正负极对调后可以测出( )
A.普朗克常量
B.K极金属材料的逸出功
C.一定光强下的饱和电流
D.光电子脱离金属后的最大初动能
10.(多选)(2023·天津市模拟)如图所示,甲、乙为两束光经过同一双缝干涉装置后产生的干涉条纹,丙图为光电效应实验图,实验中施加反向电压得到的光电流I与光电管两端电压U的关系如图丁所示,下列说法正确的是( )
A.若甲光能使丙图中光电管产生光电流,则乙光一定能使丙图中光电管产生光电流
B.当UAK小于0,但UAK没有达到遏止电压时,流经电流表方向为从上到下
C.若甲光对应丁图中曲线b,则乙光可能对应丁图中曲线c
D.a光照射光电管产生的光电子动能一定小于b光照射光电管产生的光电子动能
11.(2024·江苏南通市模拟)某点光源以功率P向外均匀辐射某频率的光子,点光源正对图中的光电管窗口,窗口的有效接收面积为S,每个光子照射到阴极K都能激发出一个光电子。已知闭合开关时电压表示数为U,阴极K的逸出功为W0,光速为c,电子电荷量为e,光子能量为E,光电管每秒接收到N个光子。求:
(1)光子的动量大小p和光电子到达阳极A时的最大动能Ekm;
(2)微安表的最大电流I和光电管窗口距点光源的距离R。
12.(2023·安徽宿州市一模)太阳内部不断发生轻核聚变反应,向外辐射能量,其辐射的总功率P=3.75×1026 W。已知辐射的光传到地球需要t=500 s,地球的半径R0=6.4×106 m,真空中的光速c=3×108 m/s。求:(结果均保留两位有效数字)
(1)地球接收太阳能的功率P0;
(2)依据爱因斯坦波粒二象性理论,能量为ε的光子具有的动量为5×10-19 kg·m/s。假设辐射到地球上的太阳光全部被吸收,而没有被反射,估算地球受到太阳光的压力F的大小。
第1练 能量量子化 光电效应
1.A [逸出功W0=hνc,W0∝νc,A正确;只有照射光的频率大于或等于金属截止频率,才能发生光电效应,与光照的时间无关,B错误;由光电效应方程Ek=hν-W0知,最大初动能与入射光的频率和金属逸出功两个因素有关,入射光频率ν不确定时,无法确定Ek与W0的关系,C错误;发生光电效应的前提下,入射光的频率一定时,光强越强,单位时间内逸出的光电子数越多,D错误。]
2.B [根据ε=hν可知光子的能量增加后,光子的频率增加,又根据λ=eq \f(c,ν),光在真空中传播速度不变,可知光子波长减小,故A、D错误,B正确;根据p=eq \f(h,λ),可知光子的动量增大,故C错误。]
3.A [时间t内,照射在纸板上的光子数为N=nctS,辐射能为E=Nhν=Nheq \f(c,λ),则该束光的辐射通量为Φ=eq \f(E,t)=eq \f(hc2nS,λ),故选A。]
4.A [电影实现声音与影像同步,主要应用了光电效应中的规律是:光电效应的发生时间极短,光停止照射,光电效应立即停止,依据该原理实现声音与影像同步,故选A。]
5.B [原始光信号频率必须大于等于截止频率,才能发生光电效应,选项A错误;由Ek=hν-W0知原始光信号频率越大,则经过光电阴极发生光电效应后光电子的最大初动能越大,选项B正确;原始光信号转化而成的光电子是电子,而非光子,选项C错误;电子被外加静电场加速,说明该电场方向与电子运动方向相反,选项D错误。]
6.A [设天体发射频率为ν光子的功率为P,由题意可知天眼每秒接收光子的能量E=P·eq \f(πR2,4πL2)·η=Nhν,解得P=eq \f(4NL2hν,R2η),故选A。]
7.C [光电管所加电压为正向电压,则根据爱因斯坦光电效应方程可知光电子到达A极时动能的最大值Ekm=Ue+hν-hν截止,可知Ekm-U图像的斜率相同,均为e;截止频率越大,则图像在纵轴上的截距越小,因ν1<ν2,则图像C正确,A、B、D错误。]
8.BC [由爱因斯坦光电效应方程得Ek=hν-W0,由动能定理得Ek=eU,用a、b单色光照射同种金属时,逸出功W0相同。当νa>νb时,一定有Eka>Ekb,Ua>Ub,故选项A错误,B正确;若Ua<Ub,则一定有Eka<Ekb,故选项C正确;因逸出功相同,有W0=hνa- Eka=hνb- Ekb,故选项D错误。]
9.ABD [将电源反接,光电管中加反向电压,调节滑动变阻器,当电流表的示数为0时,电压表的示数表示遏止电压,由动能定理得,光电子获得的最大初动能Ekm=eUc,则该实验可以测量光电子脱离金属后的最大初动能,故选项D正确;根据光电效应方程得Ekm=hν-W0,两种入射光的频率ν已知,由该装置可以测出两种入射光光电子获得的最大初动能,从而列出两个方程,解方程组则可以计算出普朗克常量h和K极金属材料的逸出功W0,故A、B正确;若加正向电压,调节滑动变阻器,当电流表的示数不再增大时,电流表的示数为该光强下的饱和电流,加反向电压不能得到饱和电流,故C错误。]
10.AB [根据Δx=eq \f(l,d)λ,可知甲光波长比乙光长,甲光频率小于乙光,若甲光能使题图丙中光电管产生光电流,则乙光一定能使题图丙中光电管产生光电流,选项A正确;UAK没有达到遏止电压时,光电子在光电管中的运动方向由右至左,电流流经电流表方向为从上到下,选项B正确;根据题图丁可知,b、c两种光射向同一光电管,反向遏止电压是一样的,说明b、c是同一种频率的光,但是由A选项可知,甲、乙光频率不同,两者是矛盾的,选项C错误;根据上述分析可知,a光遏止电压小,由爱因斯坦光电效应方程可知,a光照射产生的光电子的最大初动能一定小于b光照射的,但是a光照射光电管产生的光电子动能不一定小于b光照射光电管产生的光电子动能,选项D错误。]
11.(1)eq \f(E,c) E-W0+eU
(2)Ne eq \r(\f(PS,4πNE))
解析 (1)每个光子的能量E=hν
每个光子的动量为p=eq \f(hν,c)=eq \f(E,c)
光电子从K逸出时的最大初动能
Ek=E-W0
光电子到达A时的最大动能
Ekm=Ek+eU=E-W0+eU
(2)通过微安表的电流I=eq \f(q,t)=Ne,设t秒发射总光子数为n,则eq \f(n,4πR2)·S=Nt,t秒辐射光子的总能量E′=nE=eq \f(4πR2NE,S)·t,点光源辐射光子的功率P=eq \f(E′,t)=eq \f(4πR2NE,S),得光电管窗口距点光源的距离R=eq \r(\f(PS,4πNE))。
12.(1)1.7×1017 W (2)5.7×108 N
解析 (1)日地之间的距离
r=ct=3×108×500 m=1.5×1011 m
根据球面积公式,太阳在距地球处的球面积S=4πr2
过地球的球心的截面面积S0=πR02
地球表面接收到太阳能的功率
P0=eq \f(S0,S)P=eq \f(πR02,4πr2)·P
=eq \f(6.4×1062,4×1.5×10112)×3.75×1026 W
≈1.7×1017 W
(2)设地球在Δt时间内接收到的光子数为n,接收到的光子的能量nε=P0Δt,一个光子动量p=eq \f(hν,c)=eq \f(ε,c)
根据动量定理FΔt=np
代入数据解得F≈5.7×108 N。
高考物理一轮复习课时练习 第15章第3练 气体的性质(含详解): 这是一份高考物理一轮复习课时练习 第15章第3练 气体的性质(含详解),共7页。试卷主要包含了9L,4 K或-38等内容,欢迎下载使用。
高考物理一轮复习课时练习 第14章第1练 训练1 光的折射、全反射(含详解): 这是一份高考物理一轮复习课时练习 第14章第1练 训练1 光的折射、全反射(含详解),共9页。试卷主要包含了光总是走时间最短的路径等内容,欢迎下载使用。
高考物理一轮复习课时练习 第13章第2练 训练1 变压器(含详解): 这是一份高考物理一轮复习课时练习 第13章第2练 训练1 变压器(含详解),共9页。