人教版 (2019)選擇性必修第三冊2 光電效應(yīng)精品課后練習(xí)題-試卷下載-教習(xí)網(wǎng)

基礎(chǔ)篇
一、單選題
1.新冠病毒疫情防控工作中，體溫槍被廣泛使用。其工作原理是∶利用光電效應(yīng)，將光信號轉(zhuǎn)化為電信號，從而顯示出物體的溫度。已知人的體溫正常時能輻射波長為10 μm的紅外線，如圖甲所示，用該紅外光線照射光電管的陰極K時，電路中有光電流產(chǎn)生，光電流隨電壓變化的圖像如圖乙所示，另一種金屬銣的遏止電壓Uc與入射光頻率v之間的關(guān)系如圖丙所示，已知光在真空中傳播的速度為3×108 m/s。則（）
A．波長為10μm的紅外線在真空中的頻率為5×1013Hz
B．將陰極K換成金屬銣，體溫槍仍然能正常使用
C．由圖乙可知，該光電管的遏止電壓為2×10-2 V
D．當(dāng)人體溫度升高，輻射紅外線的強(qiáng)度將增大，飽和光電流減小
【答案】C
【解析】A．根據(jù)，可得紅外線的頻率為，故A錯誤；
B．根據(jù)，由圖丙可知金屬銣的截止頻率為5.1×1014Hz，發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于等于金屬的截止頻率，而紅外線的頻率小于金屬銣的截止頻率，故不會發(fā)生光電效應(yīng)，體溫槍不能正常使用，故B錯誤；
C．當(dāng)I=0時的電壓為遏止電壓，由圖乙可知，該光電管的遏止電壓為2×10-2V，故C正確；
D．若人體溫度升高，輻射紅外線的強(qiáng)度增大，飽和光電流將增大，故 D錯誤。
故選：C。
2.用如圖甲所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，閉合開關(guān)S，用頻率為v的光照射光電管時發(fā)生了光電效應(yīng)。圖乙是該光電管發(fā)生光電效應(yīng)時光電子的最大初動能Ek與入射光頻率的關(guān)系圖像，圖線與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為（a，0），與縱軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為（0，-b），下列說法中正確的是（）

A．普朗克常量為
B．?dāng)嚅_開關(guān)S后，電流表G的示數(shù)為零
C．僅增加照射光的強(qiáng)度，光電子的最大初動能將增大
D．保持照射光強(qiáng)度不變，僅提高照射光頻率，電流表G的示數(shù)減小
【答案】D
【解析】A．根據(jù)得，縱軸截距的絕對值等于金屬的逸出功，即，當(dāng)最大初動能為零時，入射光的頻率等于截止頻率，所以金屬的截止頻率為，那么普朗克常量為，故A錯誤；
B．電鍵S斷開后，因光電效應(yīng)現(xiàn)象中，光電子存在最大初動能，因此電流表G的示數(shù)不為零，故B錯誤；
C．根據(jù)光電效應(yīng)方程可知，入射光的頻率與最大初動能有關(guān)，與光的強(qiáng)度無關(guān)，故C錯誤；
D．保持照射光強(qiáng)度不變，僅提高照射光的頻率，單個光子的能量將會增大，而光的強(qiáng)度不變，那么光子數(shù)一定會減少，發(fā)出的光電子數(shù)也會減少，電流表G的示數(shù)就會變小，故D正確。
故選：D。
3.如圖所示電路可研究光電效應(yīng)規(guī)律。圖中標(biāo)有A和K的為光電管，其中A為陽極，K為陰極，理想電流計可檢測通過光電管的電流，理想電壓表用來指示光電管兩端的電壓?，F(xiàn)接通電源，用光子能量為12.0 eV的光照射陰極K，電流計中有示數(shù)，若將滑動變阻器的滑片P緩慢向右滑動，電流計的讀數(shù)逐漸減小，當(dāng)滑至某一位置時電流計的讀數(shù)恰好為零，讀出此時電壓表的示數(shù)為5.0 V?，F(xiàn)保持滑片P位置不變，以下判斷正確的是（）
A．光電管陰極材料的逸出功為5.0 eV
B．若增大入射光的強(qiáng)度，電流計的讀數(shù)不為零
C．若用光子能量為15.0 eV的光照射陰極K，光電子的最大初動能一定變大
D．若用光子能量為10.0eV的光照射陰極K，同時把滑片P向左移動少許，電流計的讀數(shù)一定不為零
【答案】C
【解析】A．根據(jù)可知電子逸出后的最大初動能為5.0 eV，根據(jù)光電效應(yīng)方程解得逸出功，A錯誤；
B．若只增大入射光的強(qiáng)度，光子的能量不變，根據(jù)光電效應(yīng)方程可知，電子逸出后的最大初動能保持不變，因此電流計的讀數(shù)仍為零，B錯誤；
C．若用光子能量為15.0 eV的光照射陰極K，根據(jù)光電效應(yīng)方程可知光電子的最大初動能
C正確；
D．若用光子能量為10.0eV的光照射陰極K，則光電子的最大初動能，若把滑片P向左移動少許，但只要電壓表的示數(shù)超過3V，電流計的讀數(shù)一定為零，D錯誤。
故選：C。
4.如圖所示，用波長為λ0的單色光照射某金屬，調(diào)節(jié)滑動變阻器，當(dāng)電壓表的示數(shù)為某值時，電流表的示數(shù)恰好減小為零；再用波長為的單色光重復(fù)上述實(shí)驗，當(dāng)電壓表的示數(shù)增加到原來的2倍時，電流表的示數(shù)又恰好減小為零。已知普朗克常量為h，真空中光速為c、下列分析正確的是（）
A．用波長為2λ0的單色光照射該金屬一定能發(fā)生光電效應(yīng)
B．該金屬的逸出功為
C．兩種光照射出的光電子的最大初動能之比為1：2
D．若將電源的正負(fù)極調(diào)換，仍用波長為λ0的單色光照射，將滑動變阻器滑片向右移動，電流表的示數(shù)將一定增大
【答案】C
【解析】AB．根據(jù)光電效應(yīng)方程及，可知當(dāng)用波長為λ0的單色光照射時，可得
。當(dāng)用波長為的單色光照射時，可得可得。由
可得，故AB錯誤；
C．兩種光照射出的光電子的最大初動能之比為，故C正確；
D．電流表測量光電流，光電流大小跟照射光子的強(qiáng)度有關(guān)，所以將電源的正負(fù)極調(diào)換，仍用波長為λ0的單色光照射，將滑動變阻器滑片向右移動，電流表的示數(shù)不一定增大，故D錯誤。
故選：C。
5.中國古人對許多自然現(xiàn)象有深刻認(rèn)識，唐代張志和在《玄真子·濤之靈》中寫道：“雨色映日而為虹”．從物理學(xué)的角度看，虹是太陽光經(jīng)過雨滴的兩次折射和一次反射形成的，如圖是彩虹成因的簡化示意圖，其中a、b是兩種不同頻率的單色光，則（）
A．a(chǎn)可能是紅光，b可能是紫光，在a、b之間形成彩色光帶
B．在同種玻璃中傳播，a光的傳播速度一定大于b光
C．以相同的入射角從水中射向空氣，若在空氣中只能看到一種光，則一定是a光
D．分別照射同一光電管，若b光能引起光電效應(yīng)，則a光一定也能
【答案】D
【解析】A．由光路可知，水對a光的偏折程度較大，則a光的折射率較大，a光頻率較大，則a光可能是紫光，b光可能是紅光，在a、b之間形成彩色光帶，選項A錯誤；
B．根據(jù)可知，在同種玻璃中傳播，a光的傳播速度一定小于b光，選項B錯誤；
C．根據(jù)可知，a光的臨界角較小，則以相同的入射角從水中射向空氣，則首先發(fā)生全反射的一定是a光，若在空氣中只能看到一種光，一定是b光，選項C錯誤；
D．因a光的頻率大于b光頻率，可知分別照射同一光電管，若b光能引起光電效應(yīng)，則a光一定也能，選項D正確。
故選：D。
6.用鋅和銅制成電容為C的平行板電容器，兩板原來都不帶電，現(xiàn)用某頻率光持續(xù)照射兩板內(nèi)表面，已知入射光頻率大于鋅板截止頻率，小于銅板截止頻率，假設(shè)光電子全部到達(dá)另一極板，測得鋅板最終帶電荷量為Q，元電荷量為e，則入射光的頻率大小為（）
A．B．C．D．
【答案】B
【解析】用頻率為的單色光持續(xù)照射兩板內(nèi)表面，根據(jù)光電效應(yīng)的條件，知單色光只有照射鋅板才能發(fā)生光電效應(yīng)。通過光電效應(yīng)方程知，光電子的最大初動能，臨界狀態(tài)是電子減速到負(fù)極板時速度剛好減速為零。根據(jù)動能定理有，平行板電容器的電容，所以。
故選：B。
7.用同一光管研究a、b兩種單色光產(chǎn)生的光電效應(yīng)，得到光電流I與光電管兩極間所加電壓U的關(guān)系如圖。則這兩種光（）
A．照射該光電管時a光使其逸出的光電子最大初動能大
B．從同種玻璃射入空氣發(fā)生全反射時，b光的臨界角大
C．通過同一裝置發(fā)生雙縫干涉，a光的相鄰條紋間距大
D．通過同一玻璃三棱鏡時，a光的偏折程度大
【答案】C
【解析】A．根據(jù)，所以遏止電壓越大的動能越大，則照射該光電管時b光使其逸出的光電子最大初動能大，所以A錯誤；
B．根據(jù)，可知b光的頻率大于a光的頻率，所以同種介質(zhì)時，b光的折身率大于a光的折射率，根據(jù)，所以從同種玻璃射入空氣發(fā)生全反射時，a光的臨界角大，所以B錯誤；
C．由于b光的頻率大于a光的頻率，則b光的波長小于a光的波長，根據(jù)，所以通過同一裝置發(fā)生雙縫干涉，a光的相鄰條紋間距大，則C正確；
D．通過同一玻璃三棱鏡時，頻率越大的光，折射率越大，光的偏折程度大，所以b光的偏折程度大，則D錯誤。
故選：C。
8.已知鈣和鈉的截止頻率分別為7.73×1014Hz和5.53×1014Hz，在某種單色光的照射下兩種金屬均發(fā)生光電效應(yīng)，則下列說法正確的是( )
A.鈣具有較大的逸出功
B.鈣的遏止電壓較大
C.鈣逸出的光電子最大初動能較大
D.鈣更容易發(fā)生光電效應(yīng)
【答案】A
【解析】金屬的逸出功與截止頻率的關(guān)系W0=?ν0，由于鈣和鈉的截止頻率分別為7.73×1014Hz和5.53×1014Hz，鈣的截止頻率大，所以鈣的逸出功大，故A項正確；遏止電壓eUc=Ek=?ν?W0=?ν??ν0，故鈣的截止頻率大，鈣的遏止電壓較小，鈣逸出的光電子最大初動能較小，故B、C兩項錯誤；鈣的截止頻率大，更不容易發(fā)生光電效應(yīng)，故D項錯誤。
故選：A。
9.一塊帶有負(fù)電荷的鋅板與驗電器相連，驗電器張開一定的角度，打開紫外線燈，讓紫外線較長時間照射到鋅板上，觀察到的結(jié)果可能是(鋅的截止頻率為8.07×1014 Hz，紫外線波長范圍為10～ 400 nm)( )
A．驗電器指針張開的角度一直增大
B．驗電器指針張開的角度一直減小
C．驗電器指針張開的角度先減小后增大
D．驗電器指針張開的角度先增大后減小
【答案】C
【解析】根據(jù)頻率和波長的關(guān)系式，有ν＝ eq \f(c,λ)可得，紫外線的頻率范圍為7.5×1014～3×1016Hz，紫外線照射鋅板可以發(fā)生光電效應(yīng)。電子從鋅板飛出，原來帶負(fù)電的鋅板上負(fù)電荷減少，驗電器張角減小，鋅板變成中性之后，電子繼續(xù)飛出，鋅板所帶正電荷越來越多，驗電器張角重新增大。
故選：C。
10.用紅光照射光電管陰極發(fā)生光電效應(yīng)時，光電子的最大初動能為Ek，飽和電流為I，若改用強(qiáng)度相同的紫光照射同一光電管，產(chǎn)生光電子最大初動能和飽和電流分別為Ek′和I′，則下面正確的是( )
A．Ek′＜Ek，I′＞I
B．Ek′＞Ek，I′＞I
C．Ek′＜Ek，I′＝I
D．Ek′＞Ek，I′＜I
【答案】D
【解析】因為紫光的頻率比紅光的頻率高，由光電效應(yīng)方程hν＝W0＋Ek得知Ek′＞Ek。又因為兩束光的強(qiáng)度相同，因而N紅hν紅＝N紫hν紫，所以光子數(shù)N紅＞N紫，而飽和電流又由入射的光子數(shù)決定，因此I＞I′，故A、B、C錯誤，D正確。
故選：D。
提升篇
一、多選題
1．如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，由圖象可知（）
A．該金屬的逸出功等于W
B．該金屬的逸出功等于2hν0
C．入射光的頻率為2ν0時，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為2W
D．圖線的斜率表示普朗克常量h
【答案】AD
【解析】A．根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程得，可知，圖線縱軸截距的絕對值等于金屬的逸出功，等于W，故A正確；
B．當(dāng)最大初動能為零時，入射光的能量等于逸出功，即等于hv0，故B錯誤；
C．根據(jù)光電效應(yīng)方程可知，入射光的頻率變?yōu)樵瓉淼?倍，由于逸出功不變，最大初動能為
，故C錯誤；
D．根據(jù)一次函數(shù)，可知圖線的斜率即為普朗克常量h，故D正確。
故選：AD。
2.在做光電效應(yīng)的實(shí)驗時，某金屬被光照射發(fā)生了光電效應(yīng)，實(shí)驗測得光電子的遏止電壓Uc與入射光的頻率的關(guān)系如圖所示，由實(shí)驗圖線可求出（）
A．該金屬的截止頻率B．普朗克常量
C．該金屬的逸出功D．單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)
【答案】ABC
【解析】ABC．由光電效應(yīng)方程，可知，當(dāng)Uc=0時，即圖線在橫軸上的截距在數(shù)值上等于金屬的截止頻率；圖線的斜率在數(shù)值上等于，故可求出普朗克常量h；當(dāng)ν=0時，即圖線在縱軸上的截距的絕對值乘以電子電荷量e在數(shù)值上等于金屬的逸出功，故A、B、C正確。
D．由實(shí)驗圖線不能求出單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)，故D錯誤。
故選：ABC。
3.1905年，愛因斯坦把普朗克的量子化概念進(jìn)一步推廣，成功地解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象，提出了光子說。在給出與光電效應(yīng)有關(guān)的四個圖象中，下列說法正確的是（）
A．圖1中，驗電器指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，說明鋅板帶正電，驗電器帶負(fù)電
B．圖2中，電壓相同時，光照越強(qiáng)，光電流越大，說明遏止電壓和光的強(qiáng)度有關(guān)
C．圖3中，若e、v1、vc、U1已知，由圖象可求得普朗克常量的表達(dá)式
D．圖4中，由圖象可知該金屬的逸出功為E或hv0
【答案】CD
【解析】A．當(dāng)紫外線照射鋅板時，發(fā)現(xiàn)驗電器指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，僅僅能說明驗電器帶電；發(fā)生光電效應(yīng)后鋅板帶正電，所以驗電器也帶正電，故A錯誤；
B．從光電流與電壓的關(guān)系圖象中可以看出，電壓相同時，光照越強(qiáng)，光電流越大，說明飽和光電流與光的強(qiáng)度有關(guān)，不能說明遏止電壓和光的強(qiáng)度有關(guān)，故B錯誤；
C．根據(jù)Ekm=hv-W0=eUc，解得圖線的斜率，則，故C正確；
D．根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hv-W0，當(dāng)v=0時Ek=-W0，由圖象知縱軸截距-E，所以W0=E，即該金屬的逸出功E；圖線與v軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)是v0，該金屬的逸出功hv0，故D正確。
故選：CD。
4.現(xiàn)用某一光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗，當(dāng)用某一頻率的光入射時，有光電流產(chǎn)生。下列說法正確的是( )
A. 保持入射光的頻率不變，入射光的光強(qiáng)變大，飽和電流變大
B. 入射光的頻率越高，光電子的最大初動能就越大，光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比
C. 保持入射光的光強(qiáng)不變，不斷減小入射光的頻率，始終有光電流產(chǎn)生
D. 遏止電壓的大小與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的光強(qiáng)無關(guān)
【答案】AD
【解析】入射光頻率大于極限頻率的情況下，飽和電流隨著入射光的強(qiáng)度增大而增大，故A項正確；根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=?ν?W0可知，入射光的頻率越高，光電子的最大初動能就越大，但光電子的最大初動能與入射光的頻率是一次函數(shù)關(guān)系，故B項錯誤；保持入射光的光強(qiáng)不變，不斷減小入射光的頻率，當(dāng)入射光頻率小于極限頻率時，將不會發(fā)生光電效應(yīng)，故C項錯誤；由eUc=Ek=?ν?W0可知，遏止電壓的大小與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的光強(qiáng)無關(guān)，故D項正確。
故選：AD。
5.產(chǎn)生光電效應(yīng)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(qiáng)度無關(guān)
B. 對于同種金屬，Ek與照射光的波長成正比
C. 對于同種金屬，Ek與照射光的時間成正比
D. 對于不同種金屬，若照射光頻率不變，Ek與金屬的逸出功成線性關(guān)系
【答案】AD
【解析】對于同種金屬，逸出光電子的最大初動能Ek，取決于入射光的頻率，與照射光的強(qiáng)度、時間無關(guān)；對于不同種金屬，若照射光頻率不變，Ek與金屬的逸出功W0成線性關(guān)系。
故選：AD。
6.如圖所示，兩平行金屬板A、B板間電壓恒為U，一束波長為λ的入射光射到金屬板B上，使B板發(fā)生了光電效應(yīng)，已知該金屬板的逸出功為W，電子的質(zhì)量為m，電荷量為e，已知普朗克常量為?，真空中光速為c，下列說法中正確的是( )
A.入射光子的能量為?cλ
B.到達(dá)A板的光電子的最大動能為?cλ?W+eU
C.若增大兩板間電壓，B板沒有光電子逸出
D.若減小入射光的波長一定會有光電子逸出
【答案】ABD
【解析】根據(jù)E=?ν，而ν=cλ，則光子的能量為?cλ，A項正確；光電子的最大初動能Ek=?cλ?W，根據(jù)動能定理得，Ek'?Ek=eU，則到達(dá)A板的光電子的最大動能為?cλ?W+eU，B項正確；若減小入射光的波長，那么頻率增大，一定會有光電子逸出，故D項正確；金屬板的逸出功與極限頻率有關(guān)，與板間電壓無關(guān)，故C項錯誤。
故選：ABD。
二、非選擇題：
1.圖為通過某光電管的光電流與兩極間電壓的關(guān)系，當(dāng)用光子能量為 4.5eV 的藍(lán)光照射光電管的陰極 K 時，對應(yīng)圖線的與橫軸交點(diǎn) U1=-2.37V。（普朗克常量 h=6.63×10-34Js，電子電量 e=1.6×10-19C）（以下計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）
（1）求出陰極 K 發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率
（2）當(dāng)用光子能量為 7.0eV 的紫外線持續(xù)照射光電管的陰極 K 時，測得飽和電流為 0.32μA，求陰極 K 單位時間發(fā)射的光電子數(shù)。
【答案】（1）5.1×1014Hz；（2） n=2.0×1012個
【解析】（1）由圖中信息得
又根據(jù)光電效應(yīng)方程
Ek=hν-W0
聯(lián)立得
ν=5.1×1014Hz
（2）根據(jù)
，
得
n=2.0×1012個
２.我國中微子探測實(shí)驗利用光電管把光信號轉(zhuǎn)換為電信號。如圖所示，A和K分別是光電管的陽極和陰極，加在A、K之間的電壓為U?，F(xiàn)用發(fā)光功率為P的激光器發(fā)出頻率為ν的光全部照射在K上，回路中形成電流。已知陰極K材料的逸出功為W0，普朗克常量為h，電子電荷量為e。
(1)求光電子到達(dá)A時的最大動能Ekm；
(2)若每入射N個光子會產(chǎn)生1個光電子，所有的光電子都能到達(dá)A，求回路的電流強(qiáng)度I。
【答案】(1)Ue＋hν－W0 (2) eq \f(Pe,Nhν)
【解析】(1)根據(jù)光電效應(yīng)方程可知hν－W0＝Ek0
逸出的電子在電場中加速向A運(yùn)動，根據(jù)動能定理
Ue＝Ekm－Ek0
聯(lián)立解得Ekm＝Ue＋hν－W0。
(2)每秒鐘到達(dá)K極的光子數(shù)量為n，則nhν＝P
每秒鐘逸出電子個數(shù)為a個，則a＝ eq \f(n,N)
回路的電流強(qiáng)度I＝ eq \f(q,t)＝ae
聯(lián)立得I＝ eq \f(Pe,Nhν)。

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