新教材适用2024-2025学年高中物理第4章原子结构和波粒二象性2光电效应夯基提能作业新人教版选择性必修第三册

第四章2.基础达标练一、选择题1．如图所示，用导线把验电器的小球与锌板相连接，当用紫外线照耀锌板时，验电器的两金属箔片张开，用带负电的导体棒接触锌板，又可视察到验电器的两金属箔片张角变小，其缘由是(D)A．紫外线电离空气，使锌板带正电B．紫外线自身带微量正电荷C．锌板发生光电效应，释放出了带正电的光电子D．锌板表面射出电子，锌板和两金属箔片均带正电解析：紫外线照耀锌板，锌板发生光电效应，逸出带负电的光电子，锌板带正电；当用带负电的导体棒接触锌板后，正负电荷中和，故金属箔片张角减小，锌板和金属箔片都带正电，A、C错误，D正确。紫外线并不带电，故B错误。2．关于光电效应，下列说法正确的是(D)A．金属的逸出功与入射光的频率成正比B．光电流的强度与入射光的强度无关C．用不行见光照耀金属肯定比用可见光照耀同种金属产生的光电子的最大初动能大D．对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长大于此波长时，就不能产生光电效应解析：金属的逸出功是由金属本身确定的，与入射光的频率无关，A错误；光电流大小与单位时间内逸出的光电子数正相关，而频率肯定时单位时间内接收到的光子数与入射光的强度成正比，所以发生光电效应时，光电流的强度跟入射光的强度正相关，B错误；不行见光中的紫外线照耀金属产生的光电子的最大初动能大于可见光照耀金属产生的光电子的最大初动能，但是不行见光中红外线的频率低于可见光的频率，所以用红外线照耀金属产生的光电子的最大初动能小于用可见光照耀金属产生的光电子的最大初动能，C错误；D选项中与金属的“最大波长”相对应的是金属的极限频率，入射光的波长大于金属的“最大波长”，即入射光的频率小于金属的极限频率时，不能发生光电效应，D正确。3．(2024·合肥一中单元检测)用波长为2.0×10－7m的紫外线照耀钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是4.7×10－19J。由此可知，钨的截止频率是(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3.0×108m/s，结果取两位有效数字)(B)A．5.5×1014Hz B．7.9×1014HzC．9.8×1014Hz D．1.2×1015Hz解析：由光电效应可知，入射光子的能量等于逸出功与最大初动能的和，即hν＝W0＋Ek，又有c＝λν，W0＝hν0，由以上三式得钨的截止频率ν0＝eq\f(c,λ)－eq\f(Ek,h)＝eq\f(3×108,2×10－7)Hz－eq\f(4.7×10－19,6.63×10－34)Hz＝7.9×1014Hz，故选B。4．用蓝光照耀密封在真空管中的两种不同金属材料Ⅰ、Ⅱ，完成光电效应试验。电路图如图甲所示，得到遏止电压Uc与入射光频率ν的关系，如图乙所示，已知电子电荷量为e，则下列说法正确的是(A)A．Ⅰ的截止频率比Ⅱ的小B．Ⅰ的逸出功比Ⅱ的大C．Ⅰ发生光电效应的时间较短D．由图乙可算出普朗克常量h＝eq\f(eν1,b1)解析：依据爱因斯坦光电效应方程结合动能定理可知，eUc＝Ek＝hν－hν0，则Uc＝eq\f(h,e)·ν－eq\f(h,e)·ν0＝eq\f(h,e)(ν－ν0)，Uc－ν图线与横轴的交点表示截止频率，则Ⅰ的截止频率比Ⅱ的小，故A正确；依据逸出功与截止频率的关系W0＝hν0可知，截止频率大的金属，逸出功也大，故Ⅰ的逸出功比Ⅱ的小，故B错误；光电效应几乎是瞬间发生的，可认为全部金属发生光电效应的时间均一样，故C错误；依据图乙和A选项的分析可知，Uc－ν图线的斜率eq\f(h,e)＝eq\f(b1,ν1)，则普朗克常量h＝eq\f(eb1,ν1)，故D错误。5．下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是(C)A．有的光是波，有的光是粒子B．光子与电子是同样的一种粒子C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著D．大量光子的行为往往显示出粒子性解析：一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、衍射)表现出波动性，光的有些行为(如光电效应)表现出粒子性，所以，不能说有的光是波，有的光是粒子，A错误；虽然光子与电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，所以，不能说光子与电子是同样的一种粒子，B错误；光的波粒二象性的理论和试验表明，大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性。光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，其光子能量越大，个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应，所以其粒子性就很显著，故选项C正确，A、B、D错误。6．科学探讨证明，光子有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子。假设光子与电子碰撞前的波长为λ，碰撞后的波长为λ′，则碰撞过程中(C)A．能量守恒，动量守恒，且λ＝λ′B．能量不守恒，动量不守恒，且λ＝λ′C．能量守恒，动量守恒，且λ＜λ′D．能量守恒，动量守恒，且λ＞λ′解析：光子与电子碰撞时遵循动量和能量两个守恒规律。光子与电子碰撞前光子的能量E＝hν＝heq\f(c,λ)，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，光子的能量E′＝hν′＝heq\f(c,λ′)，由E＞E′，可知λ＜λ′，选项C正确。7．(2024·浙江宁波效实中学高二下期中)如图为探讨光电效应的试验电路，关于光电效应的试验规律，下列说法正确的是(C)A．在光照条件肯定的状况下，光电流随滑片P向b端移动始终增大B．无论入射光的频率如何，只要光足够强，就肯定能发生光电效应C．只要入射光的频率足够大，即使不加电压，也会有光电流产生D．入射光越弱，发生光电效应所需的时间就越长解析：滑片P向b端移动，光电管两端所加正向电压增大，光电流增大，当光电流达到饱和电流时电流不再增大，故A错误；依据发生光电效应的条件可知，只有入射光的频率大于金属的极限频率时，才能发生光电效应，故B错误；只要入射光的频率足够大，就能发生光电效应，即使不加电压，也会有光电流产生，故C正确；光电效应具有瞬时性，与入射光的强弱无关，故D错误。二、非选择题8．如图所示，阴极材料由铝制成，已知铝的逸出功为W0，现用波长为λ的光照耀铝的表面，使之产生光电效应，已知电子的电荷量为e，普朗克常量为h，真空中光速为c。求：(1)光电子的最大初动能；(2)电压表示数至少为多大时电流表示数才为零；(3)若射出的具有最大初动能的光电子与一静止的电子发生正碰，则碰撞中两电子电势能增加的最大值是多少？答案：(1)heq\f(c,λ)－W0(2)eq\f(hc,eλ)－eq\f(W0,e)(3)eq\f(1,2)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(hc,λ)－W0))解析：(1)最大初动能Ek＝heq\f(c,λ)－W0。(2)电压表示数至少为eUc＝Ek＝heq\f(c,λ)－W0解得：Uc＝eq\f(hc,eλ)－eq\f(W0,e)。(3)要使电势能最大，即二者为完全非弹性碰撞，设碰前速度为v，碰后二者共速为v′，则：eq\f(1,2)mv2＝heq\f(c,λ)－W0①mv＋0＝2mv′②eq\f(1,2)mv2＋0＝E电＋eq\f(1,2)2mv′2③由①②③解得：E电＝eq\f(1,2)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(hc,λ)－W0))。实力提升练一、选择题1．(多选)(2024·河北唐山高二下测试)有关光电效应试验，下列说法正确的是(AD)A．在光颜色不变的状况下，入射光越强，饱和电流越大B．入射光越强，光电子的最大初动能越大，因而遏止电压越大C．不管入射光的频率如何，只要光足够强，就会有光电流产生D．当入射光频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，都会瞬间产生光电流解析：光的颜色不变，即入射光的频率肯定，入射光越强，单位时间内放射的光电子数越多，饱和电流越大，故A正确；依据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，光电子的最大初动能与光照强度无关，故B错误；当入射光频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，都会瞬间产生光电流，跟入射光的强度无关，故C错误，D正确。2．在同一电路装置中做光电效应试验，得到了如图所示的三条光电流与电压之间的关系曲线。关于甲、乙、丙三种光，下列叙述正确的是(A)A．甲光的频率等于丙光的频率B．甲光的频率大于乙光的频率C．乙光的频率小于丙光的频率D．甲光与丙光的强度相同解析：入射光的频率越高，对应的遏止电压Uc越大，由图像可知，甲光、丙光对应的遏止电压相等，且小于乙光对应的遏止电压，所以三种光的频率关系为ν乙>ν甲＝ν丙，故A正确，B、C错误；甲光、丙光的频率相等，甲光对应的饱和电流大于丙光对应的饱和电流，说明甲光的强度大于丙光的强度，故D错误。3．用红光照耀光电管阴极发生光电效应时，光电子的最大初动能为Ek，饱和电流为I，若改用强度相同的紫光照耀同一光电管，产生的光电子的最大初动能和饱和电流分别为Ek′和I′，则下列关系式正确的是(D)A．Ek′<Ek，I′<I B．Ek′>Ek，I′＝IC．Ek′<Ek，I′>I D．Ek′>Ek，I′<I解析：因为紫光的频率比红光的频率高，所以Ek′>Ek。红光和紫光的光强相同，只能说明单位时间内照耀到金属表面的光子的总能量相同，即N红hν红＝N紫hν紫，所以N红>N紫，而饱和电流又由入射的光子数确定，因此I>I′。4.(2024·陕西渭南期末)如图所示是某金属在光的照耀下产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像。下述错误的是(D)A．该金属的逸出功等于hν0B．该金属的逸出功等于EC．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为ED．入射光的频率为0.5ν0时，产生的光电子的最大初动能为0.5E解析：由图可知，该金属的截止频率是ν0，再结合爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，该金属的逸出功W0＝hν0＝E，故A、B正确；当入射光的频率为2ν0时，由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，产生的光电子的最大初动能Ek＝2hν0－W0＝2E－E＝E，故C正确；当入射光的频率为0.5ν0时不能产生光电效应，故D错误。5．(2024·河北石家庄模拟)如图为光电倍增管的原理图，管内由一个阴极K、一个阳极A，K、A间还有若干对倍增电极。运用时在阴极K、各倍增电极和阳极A间加上电压，使阴极K、各倍增电极到阳极A的电势依次上升。当满意肯定条件的光照耀阴极K时，就会有光电子射出，在加速电场作用下，光电子以较大的动能撞击到第一个倍增电极上，光电子能从这个倍增电极上激发出更多电子，最终阳极A收集到的电子数比最初从阴极放射的电子数增加了许多倍。下列说法正确的是(B)A．光电倍增管适用于各种频率的光B．保持入射光不变，增大各级间电压，阳极收集到的电子数可能增大C．增大入射光的频率，阴极K放射出的全部光电子的初动能都会增大D．保持入射光的频率和各级间电压不变，增大入射光的光强，不影响阳极收集到的电子数解析：只有满意肯定频率的光照耀阴极K时才能发生光电效应，从而逸出光电子，可知光电倍增管并不是适用于各种频率的光，选项A错误；保持入射光不变，增大各级间电压，则打到倍增极的光电子的动能变大，可能有更多的电子从倍增极逸出，则阳极收集到的电子数可能增大，选项B正确；增大入射光的频率，阴极K放射出的光电子的最大初动能变大，并不是全部光电子的初动能都会增大，选项C错误；保持入射光的频率和各级间电压不变，增大入射光的光强，单位时间逸出光电子的数目会增大，则阳极收集到的电子数会增大，选项D错误。二、非选择题6．(2024·陕西省咸阳市试验中学高二下学期检测)光电效应和康普顿效应深化地揭示了光的粒子性的一面。前者表明光子具有能量，后者表明光子除了具有能量之外还具有动量。我们知道光子的能量E＝hν，动量p＝eq\f(h,λ)，其中ν为光的频率，h为普朗克常量，λ为光的波长。由于光子具有动量，当光照耀到物体表面时，会对物体表面产生持续匀称的压力，这种压力会对物体表面产生压强，这就是“光压”，用I表示。一台发光功率为P0的激光器发出一束频率为ν0的激光，光束的横截面积为S。当该激光束垂直照耀