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）

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＜UbB．若νa＞νb，则一定有Eka＞EkbC．若Ua＜Ub，则一定有Eka＜EkbD．若νa＞νb，则一定有hνa－Eka＞hνb－Ekb9.(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cD．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＝3.75×1026W。已知辐射的光传到地球需要t＝500s，地球的半径R0＝6.4×106m，真空中的光速c＝3×108m/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5×10－19kg·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)Neeq\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)1.7×1017W(2)5.7×108N解析(1)日地之间的距离r＝ct＝3×108×500m＝1.5×1011m根据球面积公式