新教材同步系列2024春高中物理第四章波粒二象性第一节光电效应第二节光电效应方程及其意义课后提升训练粤教版选择性必修第三册

第四章第一节其次节A组·基础达标1．(2024年海南模拟)用紫外光电管制作的火灾报警器的灵敏度特别高，其能够探测5m远处香烟头燃烧时火焰发出的紫外线，因此被称为“火焰发觉者”，但它对可见光完全没有反应，因此在运用过程中不须要过滤任何可见光．已知光电管内部金属材料发生光电效应的极限频率为ν0，对应的波长为λ0；可见光的最高频率为ν1，对应的波长为λ1；可见光的最低频率为ν2，对应的波长为λ2.下列说法正确的是()A．ν0确定大于ν1 B．λ0确定大于λ1C．ν0确定小于ν2 D．λ0确定大于λ2【答案】A【解析】依据题意可知，用可见光照耀这种光电管时不能发生光电效应，说明可见光的最高频率ν1小于光电管内部金属的极限频率ν0，A正确，C错误；依据公式λ＝eq\f(c,v)可知，频率ν越高，波长λ越短，故λ0确定小于λ1和λ2，B、D错误．2．(2024年绍兴期末)氦氖激光器放射波长为632.8nm的单色光，已知普朗克常量h＝6.63×10-34J·s.这种光的一个光子能量为()A．3.14×10-17J B．3.14×10-18JC．3.14×10-19J D．3.14×10-20J【答案】C【解析】这种光的一个光子能量为ε＝eq\f(hc,λ)≈eq\f(6.63×10-34×3×108,632.8×10-9)J≈3.14×10-19J，故选C．3．某金属发生光电效应，光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν之间的关系如图所示．已知h为普朗克常量，e为电子电荷量的确定值，结合图像所给信息，下列说法正确的是()A．入射光的频率小于ν0也可能发生光电效应现象B．该金属的逸出功随入射光频率的增大而增大C．若用频率是2ν0的光照耀该金属，则遏止电压为eq\f(hν0,e)D．遏止电压与入射光的频率无关【答案】C【解析】图像中横轴的截距ν0为发生光电效应的截止频率，依据光电效应产生条件，入射光的频率大于截止频率ν0才能发生光电效应现象，A错误；金属的逸出功是一常数，不随入射光的频率增大而变更，B错误；若用频率为2ν0的光照耀该金属，由爱因斯坦光电效应方程，Ek＝2hν0－W，W＝hν0，Ek＝eU，联立解得U＝eq\f(hν0,e)，C正确；由Ek＝hν－W，W＝hν0，Ek＝eU，可知入射光频率越大，遏止电压越大，即遏止电压与入射光的频率有关，D错误．4．(2024年江苏卷)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【答案】B【解析】依据E＝hν可知光子的能量增加后，光子的频率增加，又依据λ＝eq\f(c,ν)，可知光子波长减小，A错误，B正确；依据p＝eq\f(h,λ)，可知光子的动量增加．又因为光子质量不变，依据p＝mv可知光子速度增加，C、D错误．5．如图所示，电路中全部元件完好，当光照耀到光电管上时，灵敏电流计中没有电流通过，可能的缘由是()A．入射光强较弱 B．入射光频率太高C．电源正负极接反 D．光照耀时间太短【答案】C【解析】光电管能否产生光电效应只与入射光的频率有关，与入射光的强度没有关系，A错误；若入射光频率太高，则确定大于金属的截止频率，故确定可以发生光电效应，电流计中有电流通过，B错误；电源正负极接反时，光电管加上反向电压，虽然发生光电效应产生光电子，但是在反向电压作用下，光电子做减速运动，可能不能到达阳极，电路中不能形成电流，C正确；光电管能否产生光电效应与光照时间没有关系，D错误．6．如图所示，在验电器上安装一个铜网，使其带电，验电器金属箔张开确定角度．用紫外线照耀铜网，验电器金属箔的张角保持不变，再将一块锌板放置在该铜网后面确定距离处，用同一紫外线照耀锌板时，发觉金属箔张开角度减小．下列相关说法中正确的是()A．增加紫外线的强度照耀铜网，金属箔张角将变大B．紫外线的频率大于金属锌的截止频率C．铜网带负电D．改用紫光照耀锌板，验电器的金属箔张角也确定减小【答案】B【解析】依据用紫外线照耀铜网，验电器金属箔的张角保持不变；再将一块锌板放置在该铜网后面确定距离处，用同一紫外线照耀锌板时，发觉金属箔张开角度减小，说明逸出的光电子跑到铜网上，导致其电量减小，当增加紫外线的强度照耀铜网，金属箔张角将变更小，由此可知，铜网带正电，故A、C错误；只有紫外线的频率大于金属锌的截止频率，才会发生光电效应，故B正确；依据光电效应产生条件，当改用紫光照耀，则紫光频率小于紫外线，因此可能不发生光电效应现象，则验电器金属箔不愿定张开，D错误．7．(2024年中山联考)图甲是探究光电效应的试验电路图，光电管截止电压Uc随入射光频率ν的变更规律如图乙所示．下列推断正确的是()A．入射光的频率ν不同时，截止电压Uc也不同B．入射光的频率ν不同时，Uc－ν图像的斜率不同C．图甲电路中，当电压表示数增大时，电流表的示数增大D．图甲电路中入射光频率不变，增加入射光的光照强度，光电子的最大初动能增大【答案】A【解析】依据光电效应方程可得Ekm＝hν－W0，依据动能定理可得－eUc＝0－Ekm联立可得Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)，可知Uc－ν图像的斜率为k＝eq\f(h,e)，可知入射光的频率ν不同时，截止电压Uc也不同，Uc－ν图像的斜率相同，A正确，B错误；图甲电路中，极板间所加电压为反向电压，当电压表示数增大时，电流表的示数减小，C错误；图甲电路中入射光频率不变，增加入射光的光照强度，依据光电效应方程可知，光电子的最大初动能不变，D错误．8．某同学接受如图甲所示的装置探讨光电效应现象，分别用a、b、c三束单色光照耀图甲中光电管的阴极，得到光电管两端的电压与相应的光电流的关系如图乙所示，其中a、c两束光照耀时对应的遏止电压相同，均为Ua，则下列论述正确的是()A．a、c两束光的光强相同B．a、c两束光的频率相同C．b光束光子的能量最小D．b光束的波长最长，遏止电压最大【答案】B【解析】由图可知，a的饱和电流最大，因此a光束照耀时单位时间内产生的光电子数量大，光强大，故A错误；当光电流为零时，光电管两端加的电压为遏止电压，对应的光的频率为截止频率，依据eU＝hν－W，入射光的频率越高，对应的遏止电压U越大．a光、c光的遏止电压相等，所以a光、c光的频率相等，而b光的频率最大，能量最大，且对应的波长最小，故B正确，C、D错误．9．(多选)利用如图所示的电路探讨光电效应，其中电极K由金属钾制成，已知钾的逸出功为2.25eV.用某一频率的光照耀电极K时，逸出的光电子的最大初动能为1.50eV，电流表的示数为I.已知普朗克常量h＝6.6×10-34J·s，下列说法正确的是()A．金属钾的截止频率约为5.5×1014HzB．若入射光频率加倍，光电子的最大初动能变为3.00eVC．若入射光的强度不变、频率加倍，电流表的示数变为2ID．若入射光频率加倍，遏止电压的大小将变为5.25V【答案】AD【解析】由W0＝hνc，解得金属钾的截止频率约为νc＝5.5×1014Hz，A正确；若入射光的频率加倍，W0不变，由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，可知光电子的最大初动能并不加倍，B错误；若入射光的频率加倍、强度不变，则单位时间内入射光的光子数减半，即电极K表面逸出的光电子数量减半，电流表的示数变为eq\f(I,2)，C错误；由Ek＝hν－W0知入射光的能量为hν＝3.75eV，若入射光的频率加倍，则Ek′＝2hν－W0＝5.25eV，而eUc＝Ek′，所以遏止电压Uc＝5.25V，D正确．10．(多选)按如图的方式连接电路，当用紫光照耀阴极K时，电路中的微安表有示数．则下列叙述正确的是()A．假如仅将紫光的光强减弱一些，则微安表可能没有示数B．仅将滑动变阻器的触头向右滑动一些，则微安表的示数确定增大C．仅将滑动变阻器的触头向左滑动一些，则微安表的示数可能不变D．仅将电源的正负极对调，则微安表仍可能有示数【答案】CD【解析】假如仅将紫光的光强减弱一些，则单位时间内逸出的光电子数减小，则微安表示数减小，故A错误；饱和光电流与入射光的强度有关，仅将滑动变阻器的触头向右滑动，不变更光的强度，则微安表的示数不愿定增大；同理仅将滑动变阻器的触头向左滑动一些，则微安表的示数可能不变，故B错误，C正确．将电路中电源的极性反接后，即加上反向电压，若光电子的动能足够大，电路中还有光电流，微安表仍可能有示数，故D正确．11．(2024年三明统考)为落实国家“双碳”战略，推动能源绿色低碳转型，三明市沙县区推动新型绿色光伏发电．假设太阳光子垂直射到发电板上并全部被吸取．已知光伏发电板面积为S，发电板单位面积上受到光子平均作用力为F，每个光子动量为heq\f(ν,c)(其中h为普朗克常量，ν为光子的频率，c为真空中的光速)，则t秒内该光伏发电板上接收到的光子能量为()A．FSct B．2FSctC．FSthν D．2FSthν【答案】A【解析】设t秒内该光伏发电板上接收到的光子数为n，依据动量定理可得F总t＝nheq\f(ν,c)，又F＝eq\f(F总,S)，联立解得n＝eq\f(FSct,hν)，则t秒内该光伏发电板上接收到的光子能量为E＝nhν＝FSct，A正确．B组·实力提升12．光电管是一种利用光照耀产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流．表中给出了6次试验的结果．组次入射光子的能量/eV相对光强光电流大小/mA逸出光电子的最大动能/eV第一组14.0弱290.924.0中430.934.0强600.9其次组46.0弱272.956.0中402.966.0强552.9由表中数据得出的论断中不正确的是()A．两组试验接受了不同频率的入射光B．两组试验所用的金属板材质不同C．若入射光子的能量为5.0eV，逸出光电子的最大动能为1.9eVD．若入射光子的能量为5.0eV，入射光越强，光电流越大【答案】B【解析】由表格中数据可知，两组试验所用入射光光子的能量，由E＝hν可知，两组试验所用入射光的频率不同，即两组试验接受了不同频率的入射光，A正确；由爱因斯坦光电效应方程，Ek＝hν－W0，对第一组试验，0.9eV＝4.0eV－W01，对其次组试验，2.9eV＝6.0eV－W02，解得W01＝W02＝3.1eV，两组试验所用金属材料的逸出功相同，说明两组试验所用的金属板材质相同，B错误；若入射光子的能量为5.0eV，由爱因斯坦光电效应方程，Ek＝hν－W0，可得逸出光电子的最大动能为Ek＝hν－W0＝5.0eV－3.1eV＝1.9eV，C正确；若入射光子的能量为5.0eV，入射光越强，单位时间内产生的光电子就越多，光电流越大，D正确．13．小明用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，试验装置示意图如图甲所示．已知普朗克常量h＝6.63×10-34J·s.(1)图甲中电极A为光电管的__________(填“阴极”或“阳极”).(2)测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc＝________Hz，逸出功W＝________J.(3)假如试验中入射光的频率ν＝7.00×1014Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek＝________J.【答案】(1