2023春新教材高中物理第4章波粒二象性第1節(jié)光電效應(yīng)第2節(jié)光電效應(yīng)方程及其意義課后提升訓(xùn)練粵教版選擇性

第四章第一、二節(jié)A組·基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)1．一盞燈的發(fā)光功率為100W，假設(shè)它發(fā)出的光向四周均勻輻射，光的平均波長(zhǎng)6.0×10－7m，在距電燈10m遠(yuǎn)處，以電燈為球心的球面上，1m2的面積每秒通過(guò)的光子(能量子)數(shù)約為(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3.0×108m/s)()A．2×1015 B．2×1016C．2×1017 D．2×1023【答案】C【解析】設(shè)離燈10m遠(yuǎn)處每平方米面積上燈照射的能量為E0，則有E0＝eq\f(100,4πR2)；設(shè)穿過(guò)的光子數(shù)為n，則有nheq\f(c,λ)＝E0；解得n＝eq\f(E0λ,hc)，代入數(shù)據(jù)，得n＝2×1017個(gè)，故C正確．2．某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν之間的關(guān)系如圖所示．已知h為普朗克常量，e為電子電荷量的絕對(duì)值，結(jié)合圖像所給信息，下列說(shuō)法正確的是()A．入射光的頻率小于ν0也可能發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象B．該金屬的逸出功隨入射光頻率的增大而增大C．若用頻率是2ν0的光照射該金屬，則遏止電壓為eq\f(hν0,e)D．遏止電壓與入射光的頻率無(wú)關(guān)【答案】C【解析】圖像中橫軸的截距ν0為發(fā)生光電效應(yīng)的截止頻率，根據(jù)光電效應(yīng)產(chǎn)生條件，入射光的頻率大于截止頻率ν0才能發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，A錯(cuò)誤；金屬的逸出功是一常數(shù)，不隨入射光的頻率增大而變化，B錯(cuò)誤；若用頻率為2ν0的光照射該金屬，由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程，Ek＝2hν0－W，W＝hν0，Ek＝eU，聯(lián)立解得U＝eq\f(hν0,e)，C正確；由Ek＝2hν0－W，W＝hν0，Ek＝eU，可知入射光頻率越大，遏止電壓越大，即遏止電壓與入射光的頻率有關(guān)，D錯(cuò)誤．3．用波長(zhǎng)為300nm的光照射鋅板，電子逸出鋅板表面的最大初動(dòng)能為1.28×10－19J．已知普朗克常量為6.63×10－34J·s，真空中的光速為3.00×108m·s－1，能使鋅產(chǎn)生光電效應(yīng)的單色光的最低頻率約為()A．1×1014Hz B．8×1014HzC．2×1015Hz D．8×1015Hz【答案】B【解析】根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程，Ek＝eq\f(hc,λ)＋W，而W＝hν，聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)解得能夠使鋅產(chǎn)生光電效應(yīng)的單色光的最低頻率約為8×1014Hz，B正確．4．如圖所示，電路中所有元件完好，當(dāng)光照射到光電管上時(shí)，靈敏電流計(jì)中沒(méi)有電流通過(guò)，可能的原因是()A．入射光強(qiáng)較弱 B．入射光頻率太高C．電源正負(fù)極接反 D．光照射時(shí)間太短【答案】C【解析】光電管能否產(chǎn)生光電效應(yīng)只與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)度沒(méi)有關(guān)系，A錯(cuò)誤；若入射光頻率太高，則一定大于金屬的截止頻率，故一定可以發(fā)生光電效應(yīng)，電流計(jì)中有電流通過(guò)，B錯(cuò)誤；電源正負(fù)極接反時(shí)，光電管加上反向電壓，雖然發(fā)生光電效應(yīng)產(chǎn)生光電子，但是在反向電壓作用下，光電子做減速運(yùn)動(dòng)，可能不能到達(dá)陽(yáng)極，電路中不能形成電流，C正確；光電管能否產(chǎn)生光電效應(yīng)與光照時(shí)間沒(méi)有關(guān)系，D錯(cuò)誤．5．如圖所示，在驗(yàn)電器上安裝一個(gè)銅網(wǎng)，使其帶電，驗(yàn)電器金屬箔張開(kāi)一定角度．用紫外線照射銅網(wǎng)，驗(yàn)電器金屬箔的張角保持不變，再將一塊鋅板放置在該銅網(wǎng)后面一定距離處，用同一紫外線照射鋅板時(shí)，發(fā)現(xiàn)金屬箔張開(kāi)角度減小．下列相關(guān)說(shuō)法中正確的是()A．增加紫外線的強(qiáng)度照射銅網(wǎng)，金屬箔張角將變大B．紫外線的頻率大于金屬鋅的截止頻率C．銅網(wǎng)帶負(fù)電D．改用紫光照射鋅板，驗(yàn)電器的金屬箔張角也一定減小【答案】B【解析】根據(jù)用紫外線照射銅網(wǎng)，驗(yàn)電器金屬箔的張角保持不變；再將一塊鋅板放置在該銅網(wǎng)后面一定距離處，用同一紫外線照射鋅板時(shí)，發(fā)現(xiàn)金屬箔張開(kāi)角度減小，說(shuō)明逸出的光電子跑到銅網(wǎng)上，導(dǎo)致其電量減小，當(dāng)增加紫外線的強(qiáng)度照射銅網(wǎng)，金屬箔張角將變更小，由此可知，銅網(wǎng)帶正電，故A、C錯(cuò)誤；只有紫外線的頻率大于金屬鋅的截止頻率，才會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，故B正確；根據(jù)光電效應(yīng)產(chǎn)生條件，當(dāng)改用紫光照射，則紫光頻率小于紫外線，因此可能不發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，則驗(yàn)電器金屬箔不一定張開(kāi)，故D錯(cuò)誤．6．單色光B的頻率為單色光A的兩倍，用單色光A照射到某金屬表面時(shí)，從金屬表面逸出的光電子最大初動(dòng)能為E1．用單色光B照射該金屬表面時(shí)，逸出的光電子最大初動(dòng)能為E2，則該金屬的逸出功為()A．E2－E1 B．E2－2E1C．2E1－E2 D．eq\f(E1＋E2,2)【答案】B【解析】根據(jù)光電效應(yīng)方程：用單色光A照射到某金屬表面時(shí)E1＝hν－W逸出功，用單色光B照射到某金屬表面時(shí)E2＝h·2ν－W逸出功，解得W逸出功＝E2－2E1，B正確．7．某同學(xué)采用如圖甲所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，分別用a、b、c三束單色光照射圖甲中光電管的陰極，得到光電管兩端的電壓與相應(yīng)的光電流的關(guān)系如圖乙所示，其中a、c兩束光照射時(shí)對(duì)應(yīng)的遏止電壓相同，均為Ua，則下列論述正確的是()A．a(chǎn)、c兩束光的光強(qiáng)相同 B．a(chǎn)、c兩束光的頻率相同C．b光束光子的能量最小 D．b光束的波長(zhǎng)最長(zhǎng)，遏止電壓最大【答案】B【解析】由圖可知，a的飽和電流最大，因此a光束照射時(shí)單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)量大，光強(qiáng)大，故A錯(cuò)誤；當(dāng)光電流為零時(shí)，光電管兩端加的電壓為遏止電壓，對(duì)應(yīng)的光的頻率為截止頻率，根據(jù)eU＝hν－W，入射光的頻率越高，對(duì)應(yīng)的遏止電壓U越大．a(chǎn)光、c光的遏止電壓相等，所以a光、c光的頻率相等，而b光的頻率大，能量大，且對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)最小，故B正確，C、D錯(cuò)誤．8．(多選)利用如圖所示的電路研究光電效應(yīng)，其中電極K由金屬鉀制成，已知鉀的逸出功為2.25eV．用某一頻率的光照射電極K時(shí)，逸出的光電子的最大初動(dòng)能為1.50eV，電流表的示數(shù)為I．已知普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，下列說(shuō)法正確的是()A．金屬鉀的截止頻率約為5.5×1014HzB．若入射光頻率加倍，光電子的最大初動(dòng)能變?yōu)?.00eVC．若入射光的強(qiáng)度不變、頻率加倍，電流表的示數(shù)變?yōu)?ID．若入射光頻率加倍，遏止電壓的大小將變?yōu)?.25V【答案】AD【解析】由W0＝hνc，解得金屬鉀的截止頻率約為νc＝5.5×1014Hz，選項(xiàng)A正確；若入射光的頻率加倍，W0不變，由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，可知光電子的最大初動(dòng)能并不加倍，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；若入射光的頻率加倍、強(qiáng)度不變，則單位時(shí)間內(nèi)入射光的光子數(shù)減半，即電極K表面逸出的光電子數(shù)量減半，電流表的示數(shù)變?yōu)閑q\f(I,2)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由Ek＝hν－W0知入射光的能量為hν＝3.75eV，若入射光的頻率加倍，則Ek′＝2hν－W0＝5.25eV，而eUc＝Ek′，所以遏止電壓Uc＝5.25V，選項(xiàng)D正確．9．(多選)按如圖的方式連接電路，當(dāng)用紫光照射陰極K時(shí)，電路中的微安表有示數(shù)．則下列敘述正確的是()A．如果僅將紫光的光強(qiáng)減弱一些，則微安表可能沒(méi)有示數(shù)B．僅將滑動(dòng)變阻器的觸頭向右滑動(dòng)一些，則微安表的示數(shù)一定增大C．僅將滑動(dòng)變阻器的觸頭向左滑動(dòng)一些，則微安表的示數(shù)可能不變D．僅將電源的正負(fù)極對(duì)調(diào)，則微安表仍可能有示數(shù)【答案】CD【解析】如果僅將紫光的光強(qiáng)減弱一些，則單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)減小，則微安表示數(shù)減小，故A錯(cuò)誤；飽和光電流與入射光的強(qiáng)度有關(guān)，僅將滑動(dòng)變阻器的觸頭向右滑動(dòng)，不改變光的強(qiáng)度，則微安表的示數(shù)不一定增大；同理僅將滑動(dòng)變阻器的觸頭向左滑動(dòng)一些，則微安表的示數(shù)可能不變，故B錯(cuò)誤，C正確．將電路中電源的極性反接后，即加上反向電壓，若光電子的動(dòng)能足夠大，電路中還有光電流，微安表仍可能有示數(shù)，故D正確．10．(多選)三束單色光1、2和3的波長(zhǎng)分別為λ1、λ2和λ3(λ1>λ2>λ3)．分別用這三束光照射同一種金屬．已知用光束2照射時(shí)，恰能產(chǎn)生光電子．下列說(shuō)法正確的是()A．用光束1照射時(shí)，不能產(chǎn)生光電子B．用光束3照射時(shí)，不能產(chǎn)生光電子C．用光束2照射時(shí)，光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)目越多D．用光束2照射時(shí)，光越強(qiáng)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能越大【答案】AC【解析】根據(jù)題述，用光束2照射時(shí)，恰能產(chǎn)生光電子，可知λ2為金屬的截止波長(zhǎng)，用光束1照射時(shí)，不能產(chǎn)生光電子，用光束3照射時(shí)，能產(chǎn)生光電子，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；用光束2照射時(shí)，光越強(qiáng)，說(shuō)明照射的光子越多，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)目越多，選項(xiàng)C正確；根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程可知，用光束2照射時(shí)，光越強(qiáng)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能不變，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．B組·能力提升11．光電管是一種利用光照射產(chǎn)生電流的裝置，當(dāng)入射光照在管中金屬板上時(shí)，可能形成光電流．表中給出了6次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果．組次入射光子的能量/eV相對(duì)光強(qiáng)光電流大小/mA逸出光電子的最大動(dòng)能/eV第一組14.0弱290.924.0中430.934.0強(qiáng)600.9第二組46.0弱272.956.0中402.966.0強(qiáng)552.9由表中數(shù)據(jù)得出的論斷中不正確的是()A．兩組實(shí)驗(yàn)采用了不同頻率的入射光B．兩組實(shí)驗(yàn)所用的金屬板材質(zhì)不同C．若入射光子的能量為5.0eV，逸出光電子的最大動(dòng)能為1.9eVD．若入射光子的能量為5.0eV，入射光越強(qiáng)，光電流越大【答案】B【解析】由表格中數(shù)據(jù)可知，兩組實(shí)驗(yàn)所用入射光光子的能量，由E＝hν可知，兩組實(shí)驗(yàn)所用入射光的頻率不同，即兩組實(shí)驗(yàn)采用了不同頻率的入射光，選項(xiàng)A正確；由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程，Ek＝hν－W0，對(duì)第一組實(shí)驗(yàn)，0.9eV＝4.0eV－W01，對(duì)第二組實(shí)驗(yàn)，2.9eV＝6.0eV－W02，解得W01＝W02＝3.1eV，兩組實(shí)驗(yàn)所用金屬材料的逸出功相同，說(shuō)明兩組實(shí)驗(yàn)所用的金屬板材質(zhì)相同，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；若入射光子的能量為5.0eV，由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程，Ek＝hν－W0，可得逸出光電子的最大動(dòng)能為Ek＝hν－W0＝5.0eV－3.1eV＝1.9eV，選項(xiàng)C正確；若入射光子的能量為5.0eV，入射光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子就越多，光電流越大，選項(xiàng)D正確．12．小明用金屬銣為陰極的光電管，觀測(cè)光電效應(yīng)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖甲所示．已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s．(1)圖甲中電極A為光電管的____________(填“陰極”或“陽(yáng)極”)．(2)測(cè)得銣的遏止電壓Uc與入射光頻率ν之間的關(guān)系如圖乙所示，則銣的截止頻率νc＝__________Hz，逸出功W＝__________J．(3)如果實(shí)驗(yàn)中入射光的頻率ν＝7.00×1014Hz，則產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ek＝__________J．【答案】(1)陽(yáng)極(2)5.15×10143