2014高考一轮复习选修3-5 第2讲 光电效应　波粒二象性 课时练试题及答案

1、在光电效应实验中，飞飞同学用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1－2－6所示．则可判断出                                                                                          (　　)．

图1－2－6

A．甲光的频率大于乙光的频率

B．乙光的波长大于丙光的波长

C．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率

D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能

解析　由于是同一光电管，因而不论对哪种光，极限频率和逸出功都相同，对于甲、乙两种光，反向截止电压相同，因而频率相同，A项错误；丙光对应的反向截止电压较大，因而丙光的频率较高，波长较短，对应的光电子的最大初动能较大，故C、D均错，只有B项正确．

答案　B

2、爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖．某种金属逸出光电子的最大初动能E_km与入射光频率ν的关系如图1－2－7所示，其中ν₀为极限频率．从图中可以确定的是________．(填选项前的字母)

A．逸出功与ν有关

B．E_km与入射光强度成正比

C．当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　金属的逸出功由金属本身决定，与入射光的频率无关，A错；由E_km＝hν－hν₀可知，E_km与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，B错；当入射光的频率小于极限频率时不会发生光电效应，不会逸出光电子，C错；由E_km＝hν－hν₀可知图线的斜率与普朗克常量有关，D对．

答案　D

3、太阳能光电直接转换的基本原理是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能．如图1－2－8所示是测定光电流的电路简图，光电管加正向电压．

(1)说出电源和电流表的正、负极．

(2)入射光应照射在________极上．

(3)若电流表读数是10 μA，则每秒钟从光电管阴极发射出的光电子数至少是________个．

解析　(1)电源左边为正极，右边为负极，电流表是上边正极下边负极．

(2)入射光应照射到阴极板上，即题图中的B极．

(3)q＝It＝10×10^－6×1 C＝10^－5 C，

而n＝，所以每秒发射出6.25×10¹³个光电子．

答案　(1)电源左边为正极，右边为负极　电流表是上边正极下边负极　(2)B　(3)6.25×10¹³

4、用不同频率的光照射某金属产生光电效应，测量金属的遏止电压U_c与入射光频率ν，得到U_c－ν图象如图1－2－9所示，根据图象求出该金属的截止频率ν_c＝________ Hz，普朗克常量h＝________ J·s.(已知电子电荷量e＝1.6×10^－19 C)

解析　由题图线可知ν_c＝5.0×10¹⁴ Hz，又eU_c＝hν－W₀，所以U_c＝ν－.结合图线可得

k＝＝ V/Hz，

h＝ J·s＝6.4×10^－34 J·s.

答案　5.0×10¹⁴　6.4×10^－34

5、在光电效应实验中，某金属截止频率相应的波长为λ₀，该金属的逸出功为________．若用波长为λ(λ<λ₀)的单色光做该实验，则其遏止电压为________．已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h.

解析　由波长、频率、波速的关系知，该金属的极限频率为ν₀＝，故该金属的逸出功为hν₀＝.设遏止电压为U_c，则eU_c＝－，解得U_c＝·.

答案　　·(写为·也可)

6、如图1－2－10所示，当电键S断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零．合上电键，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．

(1)求此时光电子的最大初动能的大小；

(2)求该阴极材料的逸出功．

解析　设用光子能量为2.5 eV的光照射时，光电子的最大初动能为E_k，阴极材料逸出功为W₀，当反向电压达到U＝0.60 V以后，具有最大初动能的光电子达不到阳极，因此eU＝E_k

由光电效应方程得：E_k＝hν－W₀

由以上两式得：E_k＝0.6 eV，W₀＝1.9 eV.

答案　(1)0.6 eV　(2)1.9 eV

7、光电效应实验中，下列表述正确的是(　　)

A．光照时间越长光电流越大

B．入射光足够强就可以有光电流

C．遏止电压与入射光的频率有关

D．入射光频率大于极限频率才能产生光电子

解析 只有当入射光频率大于极限频率时才能产生光电子，其大小与光强有关，与光照时间长短无关，A、B错由爱因斯坦光电效应方程知eUc＝Ek＝hν－W0(其中Uc为遏止电压，Ek为光电子的最大初动能，W0为逸出功，ν为入射光频率)．C、D正确．

答案 CD

8、用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措施是(　　)

A．改用频率更小的紫外线照射

B．改用X射线照射

C．改用强度更大的原紫外线照射

D．延长原紫外线的照射时间

解析 金属发生光电效应必须使光的频率大于极限频率，X射线的频率大于紫外线的频率．

答案 B

9、爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖．某种金属逸出光电子的最大初动能E_km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________．(填选项前的字母)

A．逸出功与ν有关

B．E_km与入射光强度成正比

C．当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 由爱因斯坦的光电效应方程hν＝Ekm＋W得：

Ekm＝hν－W，因此Ekm－ν图象的斜率为h，故D正确；Ekm随入射光频率的增大而增大与光强无关，B错；逸出功是由金属自身决定的，与ν无关，A错；当ν＜ν0，无光电子逸出，C错．

答案 D

10、在光电效应实验中，某金属的截止频率相应的波长为λ_o，该金属的逸出功为________．若用波长为λ(λ<λ₀)的单色光做该实验，则其遏止电压为________．已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h.

解析 由光电效应方程知，光电子的最大初动能Ek＝hν－W0，其中金属的逸出功W0＝hν0，又由c＝λν知W0＝，用波长为λ的单色光照射时，其Ek＝－＝hc.又因为eU＝Ek，所以遏止电压U＝＝.

答案 　(写为·也可)

11、如图甲，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．由此可知，光电子的最大初动能为________．把电路改为图乙，当电压表读数为2 V时，电子到达阳极时的最大动能为________．图乙中，电压表读数为2 V不变而照射光的强度增到原来的三倍，此时电子到达阳极时的动能是________．

解析 光子能量hν＝2.5 eV的光照射阴极，电流表读数不为零，则能发生光电效应，由光电效应方程hν＝mv＋W0，当电压表读数大于或等于0.6 V时，电流表读数为零，则电子不能到达阳极，由动能定理eU＝mv知，最大初动能mv＝eU＝0.6 eV

对题图乙当电压表读数为U′＝2 V时，电子到达阳极的最大动能Ek＝mv＋eU′＝0.6 eV＋2 eV＝2.6 eV.

根据光电效应规律，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，电压为2 V不变，则电子到达阳极的最大动能不变，仍为2.6 eV

答案 0.6 eV　2.6 eV　2.6 eV

12、 (1)研究光电效应的电路如图所示，用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流．下列光电流I与A、K之间的电压U_AK的关系图象中，正确的是(　　)

(2)钠金属中的电子吸收光子的能量，从金属表面逸出，这就是光电子．光电子从金属表面逸出的过程中，其动量的大小________(选填“增大”、“减小”或“不变”)，原因是________．

解析 (1)入射光的频率相同，则光电子的最大初动能相同，由－eU＝－mv知，两种情况下遏止电压相同，故选项A、B错误；光电流的强度与入射光的强度成正比，所以强光的光电流比弱光的光电流大，故选项C正确，选项D错误．

(2)减小　光电子受到金属表面层中力的阻碍作用

答案 (1)C　(2)见解析

13、如图所示，用导线将验电器与洁净锌板连接，触摸锌板使验电器指针归零．用紫外线照射锌板，验电器指针发生明显偏转，接着用毛皮摩擦过的橡胶棒接触锌板，发现验电器指针张角减小，此现象说明锌板带________电(选填“正”或“负”)；若改用红外线重复以上实验，结果发现验电器指针根本不会发生偏转，说明金属锌的极限频率________红外线的频率(选填“大于”或“小于”)．

解析 毛皮摩擦过的橡胶棒带负电，因锌板被紫外线照射后发生电效应射出电子而带正电，故橡胶棒的负电荷与锌板正电荷中和一部分后，验电器指针偏角变小，用红外线照射锌板，验电器指针偏角不变，说明锌板未发生光电效应，说明锌板的极限频率大于红外线的频率．

答案 正　大于

14、用功率P₀＝1 W的光源，照射离光源r＝3 m处的某块金属的薄片，已知光源发出的是波长λ＝663 nm的单色光，试计算：

(1)1 s内打到金属板 1 m²面积上的光子数；

(2)若取该金属原子半径r₁＝0.5×10^－10m，则金属表面上每个原子平均需隔多少时间才能接收到一个光子？

15、某同学采用如图所示的实验电路研究光电效应，用某单色光照射光电管的阴极K时，会发生光电效应现象．闭合开关S，在阳极A和阴极K之间加上反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计中电流恰为零，此时电压表的示数U称为反向遏止电压．根据反向遏止电压，可以计算出光电子的最大初动能．现分别用ν₁和ν₂的单色光照射阴极，测量到反向遏止电压分别为U₁和U₂，设电子的比荷为，求：

(1)阴极K所用金属的极限频率；

(2)用题目中所给条件表示普朗克常量h.

解 (1)由于阳极A和阴极K之间所加电压为反向电压，根据动能定理．

－eU1＝0－mv，－eU2＝0－mv

根据光电效应方程

mv＝hν1－W0，mv＝hν2－W0

其中W0＝hνc