2020-2021学年高中物理 第5章 波与粒子 1 光电效应 2 康普顿效应课时练习鲁科版选修3-5

1、2020-2021学年高中物理 第5章 波与粒子 1 光电效应 2 康普顿效应课时练习鲁科版选修3-52020-2021学年高中物理 第5章 波与粒子 1 光电效应 2 康普顿效应课时练习鲁科版选修3-5年级：姓名：- 9 -光电效应康普顿效应 (25分钟60分)一、选择题(本题共6小题,每小题6分,共36分)1.关于光束的强度、光束的能量及光子的能量的关系说法正确的是()a.光强增大,光束能量也增大,光子能量也增大b.光强减弱,光束能量也减弱,光子能量不变c.光的波长越长,光束能量也越大,光子能量也越大d.光的波长越短,光束能量也越大,光子能量越小【解析】选b。光子的能量e=h,则光子的能量

2、由光的频率决定,与光强无关;而光束的能量由光强决定,光强减弱,光束能量也减弱,故选项a错误,b正确;根据e=可知,光的波长越长,光子能量越小;光的波长越短,光子能量越大;选项c、d错误;故选b。2.有关光的本性,下列说法正确的是()a.光既具有波动性,又具有粒子性,两种性质是不相容的b.光的波动性类似于机械波,光的粒子性类似于质点c.大量光子才具有波动性,个别光子只具有粒子性d.由于光既具有波动性,又具有粒子性,无法只用其中一种去说明光的一切行为,只能认为光具有波粒二象性【解析】选d。19世纪初,人们成功地在实验中观察到了光的干涉、衍射现象,这属于波的特征,微粒说无法解释。但到了19世纪末又发

3、现了光的新现象电子投射多晶薄膜的衍射图样光电效应。这种现象用波动说无法解释,而用光子说可以完美地进行解释,证实光具有粒子性。因此,光既具有波动性,又具有粒子性,但它又不同于宏观观念中的机械波和粒子。波动性和粒子性是光在不同情况下的不同表现,是同一物体的两个不同侧面、不同属性,我们无法用其中的一种去说明光的一切行为,只能认为光具有波粒二象性。3.关于康普顿效应,下列说法正确的是()a.康普顿效应证明光具有波动性b.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,有些波长变短了c.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,有些波长变长了d.康普顿效应可用经典电磁理论进行解释【

4、解析】选c。康普顿效应揭示了光具有粒子性,故a错误;在康普顿效应中,当入射光子与晶体中的电子碰撞时,把一部分动量转移给电子,则动量减小,根据=,知波长变长,故b错误,c正确;光电效应和康普顿效应都无法用经典电磁理论进行解释,d错误;故选c。4.(多选)在光电效应实验中,用频率为的光照射光电管阴极,发生了光电效应,下列说法正确的是()a.增大入射光的强度,光电流增大b.减小入射光的强度,光电效应现象消失c.改用频率小于的光照射,一定不发生光电效应d.改用频率大于的光照射,光电子的最大初动能变大【解题指南】解答本题时应从以下两点进行分析:(1)爱因斯坦光电效应方程h-w逸=mv2中,各个物理量的含

5、义及影响因素。(2)产生光电效应的实验规律。【解析】选a、d。增大入射光的强度,单位时间内照到单位面积上的光子数增加,光电流增大,a项正确。减小入射光的强度,只是光电流减小,光电效应现象是否消失与光的频率有关,而与光的强度无关,b项错误。改用频率小于的光照射,但只要光的频率大于极限频率0仍然可以发生光电效应,c项错误。由爱因斯坦光电效应方程h-w逸=mv2得:光频率增大,而w逸不变,故光电子的最大初动能变大,d项正确。5.如图所示为一光电管电路,滑动变阻器触头位于ab上某点,用光照射光电管阴极,电表无偏转,要使电表指针偏转,可采取的可能措施有()a.加大照射光的强度b.换用频率高的光照射c.将

6、p向a滑动d.将电源正、负极对调【解析】选b。由题意可知,电表没有偏转,是由于没有发生光电效应,发生光电效应的条件:0,增加入射光的强度不能使电流计g的指针发生偏转,故a错误;换用频率高的光照射,从而可能发生光电效应,导致电流表指针会发生偏转,故b正确。当没有发生光电效应时,p向a滑动,减小电压,更不会形成电流,故c错误;电源正负极对调,若能发生光电效应,则出来的电子反而做减速运动,更不可能形成光电流。故d错误。故选b。6.(多选)(2020福州高二检测)在某次光电效应实验中,得到的遏止电压uc与入射光的频率的关系如图所示,若该直线的斜率和纵截距分别为k和-b,电子电荷量的绝对值为e,则()a

7、.普朗克常量可表示为b.若更换材料再实验,得到的图线的k不改变,b改变c.所用材料的逸出功可表示为ebd.b由入射光决定,与所用材料无关【解析】选b、c。根据光电效应方程ekm=h-w0,以及ekm=euc得:uc=-,图线的斜率k=,解得普朗克常量h=ke,故a错误;纵轴截距的绝对值b=,解得逸出功w0=eb,故c正确;b等于逸出功与电荷电量的比值,而逸出功与材料有关,则b与材料有关,故d错误;更换材料再实验,由于逸出功变化,可知图线的斜率不变,纵轴截距改变,故b正确。二、非选择题(本题共2小题,共24分)7.(12分)紫光在真空中的波长为4.510-7 m,问:(1)紫光光子的能量是多少?

8、(2)用它照射极限频率为0=4.621014 hz的金属钾时能否产生光电效应?(3)若能产生,则光电子的最大初动能为多少?(h=6.6310-34 js)【解析】(1)紫光光子的能量e=h=h=4.4210-19 j。(2)紫光频率=6.671014 hz,因为0,所以能产生光电效应。(3)光电子的最大初动能为ekm=h-w=h(-0)=1.3610-19 j。答案:(1)4.4210-19 j(2)能(3)1.3610-19 j8.(12分)如图甲所示是研究光电效应规律的光电管。用波长=0.50 m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

9、.6310-34 js。结合图象,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。【解析】(1)每秒发射光电子个数:n=4.01012。(2)光电子飞出阴极k时的最大动能:ekm=eu0=0.6 ev=9.610-20 j。(3)由光电方程可得:ekm=h-h0,代入数据可得极限频率:0=4.61014 hz。答案:(1)4.01012个(2)9.610-20 j(3)4.61014 hz【加固训练】如图所示,相距为d的两平行金属板a、b足够大,板间电压恒为u,有一波长为的细激光束照射到b板中央,使

10、b板发生光电效应,已知普朗克常量为h,金属板b的逸出功为w,电子质量为m,电荷量为e,求:(1)从b板运动到a板所需时间最短的光电子到达a板时的动能。(2)光电子从b板运动到a板所需的最长时间。【解析】(1)根据爱因斯坦光电效应方程有:ek=h-w光子的频率:=所以,光电子的最大初动能:ek=-w能以最短时间到达a板的光电子,是初动能最大且垂直于板面离开b板的电子,设到达a板时的动能为ek1,由动能定理:eu=ek1-ek所以:ek1=eu+-w(2)能以最长时间到达a板的光电子,是离开b板时的初速度为零或运动方向平行于b板的光电子。因为:d=at2=t2所以:t=d答案:(1)eu+-w(2

11、)d (15分钟40分)9.(6分)(多选)下列对光电效应的解释正确的是()a.金属内的每个电子要吸收一个或一个以上的光子,当它积累的能量足够大时,就能逸出金属b.如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功,便不能发生光电效应c.发生光电效应时,入射光越强,光子的能量就越大,光电子的最大初动能就越大d.由于不同金属的逸出功是不同的,因此使不同金属产生光电效应的入射光的最低频率也不同【解析】选b、d。按照爱因斯坦光子说,光子的能量是由光的频率决定的,与光强无关,入射光的频率越大,发生光电效应时产生的光电子的最大初动能越大,但要使电子离开金属,需使电子具有足够的动能

12、,而电子增加的动能只能来源于入射光的光子能量,但电子只能吸收一个光子,不能吸收多个光子,因此只要光的频率低,即使照射时间足够长,也不会发生光电效应。从金属中逸出时,只有从金属表面向外逸出的电子克服原子核的引力所做的功才最小,这个功称为逸出功,不同金属逸出功不同。故以上选项正确的有b、d。10.(6分)实验得到金属钙的光电子的最大初动能ekm与入射光频率的关系如图所示。表中列出了几种金属的截止频率和逸出功,参照下表可以确定的是()金属钨钙钠截止频率0/1014 hz10.957.735.53逸出功w/ev4.543.202.29a.如用金属钨做实验得到的ekm-图线也是一条直线,其斜率比图中直线

13、的斜率大b.如用金属钠做实验得到的ekm-图线也是一条直线,其斜率比图中直线的斜率大c.如用金属钠做实验得到的ekm-图线也是一条直线,设其延长线与纵轴交点的坐标为(0,-ek2),则ek2ek1d.如用金属钨做实验,当入射光的频率1时,可能会有光电子逸出【解析】选c。由光电效应方程ekm=h-w可知ekm-图线是直线,且斜率相同,a、b项错;由表中所列的截止频率和逸出功数据可知c项正确,d项错误。11.(6分)(多选)(2020厦门高二检测)用如图所示的装置研究光电效应现象。当用光子能量为2.75 ev的光照射到光电管上时发生了光电效应,电流表g的示数不为零;移动变阻器的触头c,发现当电压表

14、的示数大于或等于1.7 v时,电流表示数为0,则下列说法正确的是()a.光电子的最大初动能始终为1.05 evb.光电管阴极的逸出功为1.05 evc.当滑动触头向a端滑动时,反向电压增大,电流增大d.改用能量为2.5 ev的光子照射,移动变阻器的触头c,电流表g中也可能有电流【解析】选b、d。由爱因斯坦光电效应方程ek=h-w0可知,同种金属的逸出功相同,所以光电子逸出后的初动能取决于获得的能量,a错误;当电压表示数大于或等于1.7 v时,电流表无示数,说明遏止电压为1.7 v,由eu=mv2,可求得光电管的逸出功为1.05 ev,b正确;若光的频率不变,反向电压大于遏止电压后电路中就不再有

15、电流,c错误;当入射光频率超过截止频率,且反向电压小于遏止电压,电路中就会有电流,d正确。12.(22分)如图所示,阴极k用极限波长是0=0.66 m的金属铯制成,用波长=0.50 m 的绿光照射阴极k,调整两个极板电压。当a板电压比阴极高出2.5 v 时,光电流达到饱和,电流表g的示数为 0.64 a。求:(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极k时的最大初动能。(2)若把入射到阴极的绿光的光强增大到原来的二倍,求每秒钟阴极发射的光电子数和光电子到达a极的最大动能。【解题指南】解答本题注意以下三点:(1)题目中的光电流达到饱和是指光电流达到最大值。(2)光电流未达到最大值之前,其大小不仅与入射光强度有关,还跟光电管两极的电压有关,只有在光电流达到最大以后才和入射光的强度成正比。(3)由能量守恒求电子到达a极时的最大动能。【解析】(1)光电流达到饱和时,阴极发射的光电子全部到达阳极a,所以阴极