第四章  原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性2  光電效應【基礎(chǔ)鞏固】1.在演示光電效應的實驗中,原來不帶電的一塊鋅板與驗電器相連,用弧光燈照射鋅板時,驗電器的指針張開一個角度,如圖所示,這時????????????? (　　)A.鋅板帶正電,指針帶負電         B.鋅板帶正電,指針帶正電C.鋅板帶負電,指針帶正電         D.鋅板帶負電,指針帶負電解析:用弧光燈照射鋅板,發(fā)生光電效應,有電子從鋅板飛出,鋅板由于失去電子而帶正電;驗電器與鋅板相連接,指針帶正電.B正確.答案:B2.某單色光照射某金屬時不能產(chǎn)生光電效應,則下述措施中可能使該金屬產(chǎn)生光電效應的是 (　　)A.延長光照時間            B.使用更強的光照射C.換用波長較短的光照射    D.換用頻率較低的光照射解析:光照射金屬時能否產(chǎn)生光電效應,取決于入射光的頻率是否大于金屬的極限頻率,與入射光的強弱和照射時間無關(guān),A、B、D均錯誤.又因為ν=,故C正確.答案:C3.(多選)關(guān)于光電效應的規(guī)律,下列說法正確的是 (　　)A.只有入射光的波長大于金屬的極限波長時,光電效應才能發(fā)生B.光電子的最大初動能可以通過遏止電壓來確定C.發(fā)生光電效應的時間一般都不大于10-9 sD.用某種光照射金屬,發(fā)生光電效應時,單位時間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)與入射光的強弱有關(guān)解析:由ε=hν=h知,當入射光波長大于金屬的極限波長時,不能發(fā)生光電效應,A錯誤.由Ek=eUc可知B正確.發(fā)生光電效應的時間一般不超過10-9 s,C正確.發(fā)生光電效應時,入射光越強,單位時間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)越多,即D正確.答案:BCD4.在光電效應實驗中,用單色光照射某種金屬表面,有光電子逸出,則光電子的最大初動能取決于入射光的????????????? (　　)A.頻率　　　　             B.強度        C.照射時間                 D.光子數(shù)目解析:根據(jù)愛因斯坦光電效應方程Ek=hν-W0可知,當金屬的逸出功確定時,光電子的最大初動能取決于入射光的頻率,與光照強度、照射時間、光子數(shù)目無關(guān),A正確,B、C、D錯誤.答案:A5.(2022·廣東肇慶)查閱資料知,“全飛秒”近視矯正手術(shù)用的是一種波長λ=1.053×10-6 m的激光.已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,光在真空中的傳播速度c=3×108 m/s,則該激光中光子的能量約為 (　　)A.1.9×10-18 J              B.1.9×10-19 JC.2.2×10-18 J              D.2.2×10-19 J解析:解析:由ε=hν,ν=c/λ,聯(lián)立解得ε≈1.9×10-19 J.故選項B正確.答案:B6.(多選)在光電效應的四條規(guī)律中,光的電磁理論不能解釋的有 (　　)A.入射光的頻率必須大于被照金屬的截止頻率才能產(chǎn)生光電效應B.光電子的最大初動能與入射光強弱無關(guān),只隨入射光頻率的增大而增大C.入射光照射到金屬上時,光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的,一般不超過10-9 sD.當入射光頻率大于截止頻率時,光電流與入射光強度成正比解析:按照光的電磁理論,光的能量隨光強的增大而增大,金屬中的電子必須吸收足夠的能量后,才能從金屬中逸出,電子有一個能量積蓄的時間,光的強度越大,單位時間內(nèi)被電子吸收的能量自然也多,這樣產(chǎn)生的光電子數(shù)目也多.應選A、B、C.答案:ABC7.有關(guān)光的波粒二象性,下列說法正確的是 (　　)A.有的光是波,有的光是粒子B.光子與電子是同樣的一種粒子C.光的波長越長,其波動性越顯著;波長越短,其粒子性越顯著D.大量光子的行為往往顯示出粒子性解析:同一種光在不同條件下,有時表現(xiàn)出波動性,有時表現(xiàn)出粒子性,A錯誤.電子是實物粒子,有靜止質(zhì)量;光子無靜止質(zhì)量,B錯誤.光的波長越長(頻率越低),其波動性越顯著,反之,粒子性越顯著,C正確.大量光子的行為往往表現(xiàn)出波動性,D錯誤.答案:C8.(多選)下圖是某金屬在光的照射下,光電子最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖像,由圖像可知????????????? (　　)A.該金屬的逸出功等于EB.該金屬的逸出功等于hνcC.入射光的頻率為νc時,產(chǎn)生的光電子的最大初動能為ED.入射光的頻率為2νc時,產(chǎn)生的光電子的最大初動能為2E解析:題中圖像反映了光電子的最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系,根據(jù)愛因斯坦光電效應方程Ek=hν-W0知,當入射光的頻率恰為該金屬的截止頻率νc時,光電子的最大初動能Ek=0,此時有hνc=W0,即該金屬的逸出功等于hνc,B正確,C錯誤.根據(jù)圖線的物理意義,有W0=E,A正確.入射光頻率為2νc時,最大初動能為E,D錯誤.答案:AB9.在光電效應實驗中,某金屬的截止頻率對應的波長為λ0,該金屬的逸出功為　　　　.若用波長為λ(λ<λ0)的單色光做實驗,則其遏止電壓為　　　　.已知電子的電荷量、真空中的光速和普朗克常量分別為e、c和h. 解析:W0=hν0=h,eUc=Ek,且Ek=hν-W0,故Uc=-=.答案:　【拓展提高】10.(多選)產(chǎn)生光電效應時,關(guān)于逸出光電子的最大初動能Ek,下列說法正確的是 (　　)A.對于同種金屬,Ek與照射光的強弱無關(guān)B.對于同種金屬,Ek與照射光的波長成反比C.對于同種金屬,Ek與照射光的時間成正比D.對于同種金屬,Ek與照射光的頻率是線性關(guān)系解析:同種金屬的逸出功相同,由Ek=hν-W0=h-W0可知最大初動能與照射光的強弱和時間無關(guān),與照射光的波長有關(guān),但不是反比例函數(shù)關(guān)系.答案:AD11.(2021·江蘇卷)如圖所示,分別用1、2兩種材料作K極進行光電效應探究,其截止頻率ν1<ν2,保持入射光不變,則光電子到達A極時動能的最大值Ekm隨電壓U變化關(guān)系的圖像是 (　　)A              B              C              D解析:光電管所加電壓為正向電壓,則根據(jù)愛因斯坦光電效應方程可知光電子到達A極時動能的最大值Ekm=Ue+hν-hν截止,可知Ekm-U圖像的斜率相同,均為e;截止頻率越大,則圖像在縱軸上的截距越小,因ν1<ν2,則圖像C正確,A、B、D錯誤.答案:C12.下圖為光電管的使用原理圖,已知有波長為λ0的光照射到陰極K上,電路中有光電流,則 (　　)A.若有波長為λ(λ<λ0)的光照到陰極K上,電路中一定沒有光電流B.用波長為λ0的光照射陰極K,保持光電管兩極間電壓不變,增強該單色光,則光電流增大C.增加電路中電源電壓,電路中的光電流一定增大D.減弱波長為λ0的光,則電路中的光電流減小,最終會為0解析:電路中要有光電流,入射光需達到一定頻率,低于這個頻率便沒有光電流產(chǎn)生,因此A中λ<λ0,一定有ν>ν0,電路中一定有光電流,A錯誤.用波長λ0的光照射陰極K,保持光電管兩極間電壓不變,增強該單色光,則光電流增大,B正確.增大正向電壓,開始光電流增大,正向電壓增大到某值時,從陰極逸出的光電子全部到達陽極,此時電路中的光電流達到最大值,再增大電壓,此后電流不變,C錯誤.減弱入射光,可使光電流減小,但只要能發(fā)生光電效應,光電流就不可能減為0,D錯誤.答案:B13.在光電效應實驗中,飛飛同學用同一光電管在不同實驗條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線,如圖所示.可判斷出????????????? (　　)A.甲光的頻率大于乙光的頻率B.乙光的波長大于丙光的波長C.乙光對應的截止頻率大于丙光對應的截止頻率D.甲光對應的光電子最大初動能大于丙光對應的光電子最大初動能解析:由題圖可知,丙光對應的最大電流小于甲光和乙光的,說明逸出的電子數(shù)目最少,即丙光最弱.由Uc=ν-和Ek=hν-W0,可知甲光和乙光的頻率相同,丙光的頻率最高(波長最小),丙光對應的光電子的最大初動能最大,由于是同一光電管,乙光、丙光截止頻率是一樣的,A、C、D錯誤.答案:B14.如圖所示,當開關(guān)S斷開時,用光子能量為2.5 eV的一束光照射陰極,發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為0,合上開關(guān),調(diào)節(jié)滑動變阻器,發(fā)現(xiàn)當電壓表讀數(shù)小于0.6 V時,電流表讀數(shù)仍不為0;當電壓表讀數(shù)大于或等于0.6 V時,電流表讀數(shù)為0,由此可知,陰極材料的逸出功為????????????? (　　)A.1.9 eV                 B.0.6 eVC.2.5 eV                 D.3.1 eV解析:設(shè)能量為2.5 eV的光子照射時,光電子的最大初動能為mv2,陰極材料的逸出功為W0,根據(jù)愛因斯坦光電效應方程有mv2=hν-W0.題圖中光電管上加的是反向電壓,據(jù)題意,當反向電壓達到U=0.6 V及以上時,具有最大初動能的光電子也不能到達陽極,因此eU=mv2,聯(lián)立解得W0=hν-eU=2.5 eV-0.6 eV=1.9 eV,A正確.答案:A15.小明用光電管觀測光電效應現(xiàn)象,實驗裝置示意圖如圖甲所示.已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s.(計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)甲                      乙 (1)圖甲中電極A為光電管的什么極?(2)實驗中測得某金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν之間的關(guān)系如圖乙所示,則該金屬的截止頻率νc和逸出功W0分別是多少?(3)若實驗中入射光的頻率ν=7.0×1014 Hz,則產(chǎn)生的光電子的最大初動能Ek是多少?解析:(1)由光電管的結(jié)構(gòu)知,A為陽極.(2)Uc-ν圖像中橫軸的截距表示金屬的截止頻率,則νc=5.2×1014 Hz,逸出功W0=hνc=3.45×10-19 J.(3)由愛因斯坦的光電效應方程得Ek=hν-W0=1.19×10-19 J.答案:(1)陽極　(2)5.2×1014 Hz　3.45×10-19 J   (3)1.19×10-19 J【挑戰(zhàn)創(chuàng)新】16.以往我們認識的光電效應是單光子光電效應,即一個電子在極短時間內(nèi)只能吸收一個光子而從金屬表面逸出,強激光的出現(xiàn)豐富了人們對于光電效應的認識,用強激光照射金屬,由于其光子密度極大,一個電子在極短時間內(nèi)吸收多個光子成為可能,從而形成多光子光電效應,這已被實驗證實.光電效應實驗裝置示意圖如圖所示,用頻率為ν的普通光源照射陰極K,沒有發(fā)生光電效應,換用同樣頻率ν的強激光照射陰極K,則發(fā)生了光電效應;此時,若加上反向電壓U,即將陰極K接電源正極,陽極A接電源負極,在K、A之間就形成了使光電子減速的電場.已知W為逸出功,h為普朗克常量,e為電子電荷量.逐漸增大U,光電流會逐漸減小,當光電流恰好減小到0時,所加反向電壓U可能是下列的????????????? (　　)A.U=-            B.U=-C.U=2hν-W            D.U=-解析:以從陰極K逸出的且具有最大初動能的光電子為研究對象,由動能定理得-Ue=0-m,由光電效應方程得nhν=m+W(n=2,3,4,…),解得U=-(n=2,3,4,…),B正確.答案:B 

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