2024-2025学年高中物理第十七章波粒二象性第2节光的粒子性课后作业含解析新人教版选修3-5

PAGE5-第2节光的粒子性A组：合格性水平训练1．(光电效应的试验)(多选)在如图所示的光电管的试验中，发觉用肯定频率的A单色光照耀光电管时，电流表指针会发生偏转，而用另一频率的B单色光照耀时，不发生光电效应，那么()A．A光的频率大于B光的频率B．B光的频率大于A光的频率C．用A光照耀光电管时，流过电流表G的电流方向是a流向bD．用A光照耀光电管时，流过电流表G的电流方向是b流向a答案AC解析由发生光电效应的条件可知，A单色光的频率大于B单色光的频率，A正确，B错误；A单色光照耀光电管的阴极K时，从阴极K逸出电子，这些电子冲向阳极，在整个电路中形成顺时针电流，故流过电流表G的电流方向是a流向b，C正确，D错误。2．(光电效应的理解)(多选)现有a、b、c三束单色光，其波长关系为λa>λb>λc，用b光束照耀某种金属时，恰能发生光电效应。若分别用a光束和c光束照耀该金属，则可以断定()A．a光束照耀时，不能发生光电效应B．c光束照耀时，不能发生光电效应C．a光束照耀时，释放出的光电子数目最多D．c光束照耀时，释放出的光电子的最大初动能最大答案AD解析波长关系为λa>λb>λc，则νa<νb<νc。b光束照耀某种金属时，恰能发生光电效应，依据发生光电效应的条件，a光照耀不能发生光电效应，c光照耀能发生光电效应，所以A正确，B、C错误。依据光电效应方程：Ekm＝heq\f(c,λ)－W0，知c光束照耀时，释放出的光电子的最大初动能最大，所以D正确。3．(光电效应的理解)(多选)已知钙的逸出功是3.20eV，对此理解正确的是()A．钙中的电子脱离钙需做功3.20eVB．钙表面的电子脱离钙需做功超过3.20eVC．钙只需汲取3.20eV的能量就有电子逸出D．入射光子的能量必需大于3.20eV才能发生光电效应答案BD解析钙的逸出功为3.20eV，知电子逸出克服金属钙所做的最小的功为3.20eV，金属内部的电子须要更多能量才能脱离表面。故A、C错误，B、D正确。4．(光电效应方程的应用)某种单色光的频率为ν，用它照耀某种金属时，在逸出的光电子中动能最大值为Ek，则这种金属的逸出功和极限频率分别为()A．hν－Ek，ν－eq\f(Ek,h) B．Ek－hν，ν＋eq\f(Ek,h)C．hν＋Ek，ν－eq\f(h,Ek) D．Ek＋hν，ν＋eq\f(h,Ek)答案A解析依据爱因斯坦的光电效应方程，Ek＝hν－W0(W0为逸出功)，所以W0＝hν－Ek；极限频率νc＝eq\f(W0,h)＝eq\f(hν－Ek,h)＝ν－eq\f(Ek,h)，故A项正确。5．(综合)下表给出了一些金属材料的逸出功。材料铯钙镁铍钛逸出功/10－19J3.05.15.96.26.6现用波长为400nm的单色光照耀上述材料，能产生光电效应的材料最多有(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3.0×108m/s)()A．1种B．3种C．4种D．5种答案A解析由ε＝hν及c＝λν得ε＝heq\f(c,λ)，故波长为400nm的单色光光子的能量为ε＝6.63×10－34×eq\f(3.0×108,4×10－7)J≈4.97×10－19J，当入射光光子的能量大于金属的逸出功时，才能发生光电效应，因入射光光子的能量只大于铯的逸出功，故能产生光电效应的材料有1种，A正确。6．(光电效应方程的应用)用频率为ν的光照耀某金属表面时，逸出的光电子最大初动能为Ek，若改用频率为3ν的光照耀该金属时，则逸出光电子的最大初动能为()A．3hν B．3EkC．3hν－Ek D．2hν＋Ek答案D解析由光电效应方程可知Ek＝hν－W0，Ek′＝h·3ν－W0，所以Ek′＝2hν＋Ek。7．(综合)如图甲所示，合上开关，用光子能量为2.5eV的一束光照耀阴极K，发觉电流表读数不为零。调整滑动变阻器，发觉当电压表读数小于0.60V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零。把电路改为图乙所示，当电压表读数为2V时，电子到达阳极时的最大动能为()A．0.6eVB．1.9eVC．2.6eVD．4.5eV答案C解析图甲所加电压为反向电压，当电压表读数大于或等于0.6V时，电流表读数为0，说明光电子的最大初动能为Ek＝0.6eV，图乙所加电压为正向电压，故电子到达阳极时，最大动能为Ek′＝Ek＋2eV＝2.6eV，C正确。B组：等级性水平训练8．(光电效应的理解)(多选)关于光电效应，下列说法正确的是()A．极限频率越大的金属材料逸出功越大B．只要光照耀的时间足够长，任何金属都能产生光电效应C．从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小D．入射光的频率肯定时，入射光越强，单位时间内逸出的光电子数就越多答案AD解析金属的逸出功与其极限频率成正比，即W0＝hνc，故A正确。只要入射光的频率大于金属的极限频率，就能发生光电效应，与光照时间的长短无关，B错误。依据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0知，光电子的最大初动能不仅与金属的逸出功有关，且与入射光的频率有关，C错误。在入射光的频率肯定时，入射光越强，单位时间内入射的光子数目越多，因此逸出的光电子数就越多，D正确。9．(综合)用不同频率的紫外线分别照耀钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率ν变更的Ekν图象，已知钨的逸出功是4.54eV，锌的逸出功是3.34eV，若将二者的图线画在同一个Ekν坐标图中，用实线表示钨、虚线表示锌，则正确反映这一过程的图是()答案B解析依据光电效应方程Ek＝hν－W0可知，Ekν图线的斜率代表了普朗克常量h，因此钨和锌的Ekν图线应当平行，C、D错误。图线的横截距代表了极限频率ν0，而ν0＝eq\f(W,h)，因此钨的ν0大些。综上所述，B图正确。10．(综合)(多选)N为钨板，M为金属网，它们分别与电池的两极相连，各电池的电动势和极性如图所示，已知金属钨的逸出功为4.5eV。现分别用不同能量的光子照耀钨板(各光子的能量已在图上标出)，那么图中没有光电子到达金属网的是()答案AC解析C、D加反向电压，只要入射光子的能量hν≥W0＋eU，就有光电子到达金属网，将各数值代入上式可知D中光电子能到达金属网，C中光电子不能到达金属网；A、B加正向电压，只要入射光子能量大于逸出功，就有光电子到达金属网，可知B中光电子能到达金属网，A中没有光电子产生，没有光电子到达金属网。综上所述，A、C符合题意。11．(综合)在光电效应试验中，飞飞同学用同一光电管在不同试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)，如图所示。则可推断出()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答案B解析由于是同一光电管，因而不论对哪种光，极限频率和金属的逸出功相同，对于甲、乙两种光，遏止电压相同，因而频率相同，A错误；丙光对应的遏止电压较大，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错误，B正确。12．(综合)如图所示，一光电管的阴极用极限波长λ0＝5000×10－10m的钠制成。用波长λ＝3000×10－10m的紫外线照耀阴极，光电管阳极A和阴极K之间的电势差U＝2.1V，饱和光电流的值(当阴极K放射的电子全部到达阳极A时，电路中的电流达到最大值，称为饱和光电流)I＝0.56μA。(1)求每秒钟内由K极放射的光电子数目；(2)求电子到达A极时的最大动能；(3)假如电势差U不变，而照耀光的强度增到原值的三倍，此时电子到达A极时最大动能是多少？(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s)答案(1)3.5×1012个(2)6.01×10－19J(3)见解析解析(1)设每秒内放射的光电子数为n，则n＝eq\f(I,e)＝eq\f(0.56×10－6,1.60×10－19)＝3.5×1012(个)。(2)由光电效应方程可知Ekm＝hν－W0＝heq\f(c,λ)－heq\f(c,λ0)＝hceq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,λ)－\f(1,λ0)))，在A、K间加电压U时，电子到达阳极时的动能为Ek，则Ek＝Ekm＋eU＝hceq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,λ)－\f(1,λ0)))＋eU。代入数值得Ek≈6.01×10－19J。(3)依据光电效应规律，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，假如电势差U不变，则电子到达A极的最大动能不会变。13．(综合)用波长为λ的光照耀金属的表面时，遏止电压为某个值；当光的波长变更为原波长的eq\f(1,n)后，已查明遏止电压必需增大到原值的η倍，试计算原入射光的波长λ。(已知该金属的逸出功为W0)答案eq\f(\a\vs4