新教材同步系列2024春高中物理第四章波粒二象性第一節(jié)光電效應第二節(jié)光電效應方程及其意義課后提升訓練粵教版選擇性必修第三冊

第四章第一節(jié)其次節(jié)A組·基礎達標1．(2024年海南模擬)用紫外光電管制作的火災報警器的靈敏度特別高，其能夠探測5m遠處香煙頭燃燒時火焰發(fā)出的紫外線，因此被稱為“火焰發(fā)覺者”，但它對可見光完全沒有反應，因此在運用過程中不須要過濾任何可見光．已知光電管內(nèi)部金屬材料發(fā)生光電效應的極限頻率為ν0，對應的波長為λ0；可見光的最高頻率為ν1，對應的波長為λ1；可見光的最低頻率為ν2，對應的波長為λ2.下列說法正確的是()A．ν0確定大于ν1 B．λ0確定大于λ1C．ν0確定小于ν2 D．λ0確定大于λ2【答案】A【解析】依據(jù)題意可知，用可見光照耀這種光電管時不能發(fā)生光電效應，說明可見光的最高頻率ν1小于光電管內(nèi)部金屬的極限頻率ν0，A正確，C錯誤；依據(jù)公式λ＝eq\f(c,v)可知，頻率ν越高，波長λ越短，故λ0確定小于λ1和λ2，B、D錯誤．2．(2024年紹興期末)氦氖激光器放射波長為632.8nm的單色光，已知普朗克常量h＝6.63×10-34J·s.這種光的一個光子能量為()A．3.14×10-17J B．3.14×10-18JC．3.14×10-19J D．3.14×10-20J【答案】C【解析】這種光的一個光子能量為ε＝eq\f(hc,λ)≈eq\f(6.63×10-34×3×108,632.8×10-9)J≈3.14×10-19J，故選C．3．某金屬發(fā)生光電效應，光電子的最大初動能Ek與入射光頻率ν之間的關(guān)系如圖所示．已知h為普朗克常量，e為電子電荷量的確定值，結(jié)合圖像所給信息，下列說法正確的是()A．入射光的頻率小于ν0也可能發(fā)生光電效應現(xiàn)象B．該金屬的逸出功隨入射光頻率的增大而增大C．若用頻率是2ν0的光照耀該金屬，則遏止電壓為eq\f(hν0,e)D．遏止電壓與入射光的頻率無關(guān)【答案】C【解析】圖像中橫軸的截距ν0為發(fā)生光電效應的截止頻率，依據(jù)光電效應產(chǎn)生條件，入射光的頻率大于截止頻率ν0才能發(fā)生光電效應現(xiàn)象，A錯誤；金屬的逸出功是一常數(shù)，不隨入射光的頻率增大而變更，B錯誤；若用頻率為2ν0的光照耀該金屬，由愛因斯坦光電效應方程，Ek＝2hν0－W，W＝hν0，Ek＝eU，聯(lián)立解得U＝eq\f(hν0,e)，C正確；由Ek＝hν－W，W＝hν0，Ek＝eU，可知入射光頻率越大，遏止電壓越大，即遏止電壓與入射光的頻率有關(guān)，D錯誤．4．(2024年江蘇卷)光源通過電子－光子散射使光子能量增加，光子能量增加后()A．頻率減小 B．波長減小C．動量減小 D．速度減小【答案】B【解析】依據(jù)E＝hν可知光子的能量增加后，光子的頻率增加，又依據(jù)λ＝eq\f(c,ν)，可知光子波長減小，A錯誤，B正確；依據(jù)p＝eq\f(h,λ)，可知光子的動量增加．又因為光子質(zhì)量不變，依據(jù)p＝mv可知光子速度增加，C、D錯誤．5．如圖所示，電路中全部元件完好，當光照耀到光電管上時，靈敏電流計中沒有電流通過，可能的緣由是()A．入射光強較弱 B．入射光頻率太高C．電源正負極接反 D．光照耀時間太短【答案】C【解析】光電管能否產(chǎn)生光電效應只與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強度沒有關(guān)系，A錯誤；若入射光頻率太高，則確定大于金屬的截止頻率，故確定可以發(fā)生光電效應，電流計中有電流通過，B錯誤；電源正負極接反時，光電管加上反向電壓，雖然發(fā)生光電效應產(chǎn)生光電子，但是在反向電壓作用下，光電子做減速運動，可能不能到達陽極，電路中不能形成電流，C正確；光電管能否產(chǎn)生光電效應與光照時間沒有關(guān)系，D錯誤．6．如圖所示，在驗電器上安裝一個銅網(wǎng)，使其帶電，驗電器金屬箔張開確定角度．用紫外線照耀銅網(wǎng)，驗電器金屬箔的張角保持不變，再將一塊鋅板放置在該銅網(wǎng)后面確定距離處，用同一紫外線照耀鋅板時，發(fā)覺金屬箔張開角度減?。铝邢嚓P(guān)說法中正確的是()A．增加紫外線的強度照耀銅網(wǎng)，金屬箔張角將變大B．紫外線的頻率大于金屬鋅的截止頻率C．銅網(wǎng)帶負電D．改用紫光照耀鋅板，驗電器的金屬箔張角也確定減小【答案】B【解析】依據(jù)用紫外線照耀銅網(wǎng)，驗電器金屬箔的張角保持不變；再將一塊鋅板放置在該銅網(wǎng)后面確定距離處，用同一紫外線照耀鋅板時，發(fā)覺金屬箔張開角度減小，說明逸出的光電子跑到銅網(wǎng)上，導致其電量減小，當增加紫外線的強度照耀銅網(wǎng)，金屬箔張角將變更小，由此可知，銅網(wǎng)帶正電，故A、C錯誤；只有紫外線的頻率大于金屬鋅的截止頻率，才會發(fā)生光電效應，故B正確；依據(jù)光電效應產(chǎn)生條件，當改用紫光照耀，則紫光頻率小于紫外線，因此可能不發(fā)生光電效應現(xiàn)象，則驗電器金屬箔不愿定張開，D錯誤．7．(2024年中山聯(lián)考)圖甲是探究光電效應的試驗電路圖，光電管截止電壓Uc隨入射光頻率ν的變更規(guī)律如圖乙所示．下列推斷正確的是()A．入射光的頻率ν不同時，截止電壓Uc也不同B．入射光的頻率ν不同時，Uc－ν圖像的斜率不同C．圖甲電路中，當電壓表示數(shù)增大時，電流表的示數(shù)增大D．圖甲電路中入射光頻率不變，增加入射光的光照強度，光電子的最大初動能增大【答案】A【解析】依據(jù)光電效應方程可得Ekm＝hν－W0，依據(jù)動能定理可得－eUc＝0－Ekm聯(lián)立可得Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)，可知Uc－ν圖像的斜率為k＝eq\f(h,e)，可知入射光的頻率ν不同時，截止電壓Uc也不同，Uc－ν圖像的斜率相同，A正確，B錯誤；圖甲電路中，極板間所加電壓為反向電壓，當電壓表示數(shù)增大時，電流表的示數(shù)減小，C錯誤；圖甲電路中入射光頻率不變，增加入射光的光照強度，依據(jù)光電效應方程可知，光電子的最大初動能不變，D錯誤．8．某同學接受如圖甲所示的裝置探討光電效應現(xiàn)象，分別用a、b、c三束單色光照耀圖甲中光電管的陰極，得到光電管兩端的電壓與相應的光電流的關(guān)系如圖乙所示，其中a、c兩束光照耀時對應的遏止電壓相同，均為Ua，則下列論述正確的是()A．a(chǎn)、c兩束光的光強相同B．a(chǎn)、c兩束光的頻率相同C．b光束光子的能量最小D．b光束的波長最長，遏止電壓最大【答案】B【解析】由圖可知，a的飽和電流最大，因此a光束照耀時單位時間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)量大，光強大，故A錯誤；當光電流為零時，光電管兩端加的電壓為遏止電壓，對應的光的頻率為截止頻率，依據(jù)eU＝hν－W，入射光的頻率越高，對應的遏止電壓U越大．a(chǎn)光、c光的遏止電壓相等，所以a光、c光的頻率相等，而b光的頻率最大，能量最大，且對應的波長最小，故B正確，C、D錯誤．9．(多選)利用如圖所示的電路探討光電效應，其中電極K由金屬鉀制成，已知鉀的逸出功為2.25eV.用某一頻率的光照耀電極K時，逸出的光電子的最大初動能為1.50eV，電流表的示數(shù)為I.已知普朗克常量h＝6.6×10-34J·s，下列說法正確的是()A．金屬鉀的截止頻率約為5.5×1014HzB．若入射光頻率加倍，光電子的最大初動能變?yōu)?.00eVC．若入射光的強度不變、頻率加倍，電流表的示數(shù)變?yōu)?ID．若入射光頻率加倍，遏止電壓的大小將變?yōu)?.25V【答案】AD【解析】由W0＝hνc，解得金屬鉀的截止頻率約為νc＝5.5×1014Hz，A正確；若入射光的頻率加倍，W0不變，由愛因斯坦光電效應方程Ek＝hν－W0，可知光電子的最大初動能并不加倍，B錯誤；若入射光的頻率加倍、強度不變，則單位時間內(nèi)入射光的光子數(shù)減半，即電極K表面逸出的光電子數(shù)量減半，電流表的示數(shù)變?yōu)閑q\f(I,2)，C錯誤；由Ek＝hν－W0知入射光的能量為hν＝3.75eV，若入射光的頻率加倍，則Ek′＝2hν－W0＝5.25eV，而eUc＝Ek′，所以遏止電壓Uc＝5.25V，D正確．10．(多選)按如圖的方式連接電路，當用紫光照耀陰極K時，電路中的微安表有示數(shù)．則下列敘述正確的是()A．假如僅將紫光的光強減弱一些，則微安表可能沒有示數(shù)B．僅將滑動變阻器的觸頭向右滑動一些，則微安表的示數(shù)確定增大C．僅將滑動變阻器的觸頭向左滑動一些，則微安表的示數(shù)可能不變D．僅將電源的正負極對調(diào)，則微安表仍可能有示數(shù)【答案】CD【解析】假如僅將紫光的光強減弱一些，則單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)減小，則微安表示數(shù)減小，故A錯誤；飽和光電流與入射光的強度有關(guān)，僅將滑動變阻器的觸頭向右滑動，不變更光的強度，則微安表的示數(shù)不愿定增大；同理僅將滑動變阻器的觸頭向左滑動一些，則微安表的示數(shù)可能不變，故B錯誤，C正確．將電路中電源的極性反接后，即加上反向電壓，若光電子的動能足夠大，電路中還有光電流，微安表仍可能有示數(shù)，故D正確．11．(2024年三明統(tǒng)考)為落實國家“雙碳”戰(zhàn)略，推動能源綠色低碳轉(zhuǎn)型，三明市沙縣區(qū)推動新型綠色光伏發(fā)電．假設太陽光子垂直射到發(fā)電板上并全部被吸?。阎夥l(fā)電板面積為S，發(fā)電板單位面積上受到光子平均作用力為F，每個光子動量為heq\f(ν,c)(其中h為普朗克常量，ν為光子的頻率，c為真空中的光速)，則t秒內(nèi)該光伏發(fā)電板上接收到的光子能量為()A．FSct B．2FSctC．FSthν D．2FSthν【答案】A【解析】設t秒內(nèi)該光伏發(fā)電板上接收到的光子數(shù)為n，依據(jù)動量定理可得F總t＝nheq\f(ν,c)，又F＝eq\f(F總,S)，聯(lián)立解得n＝eq\f(FSct,hν)，則t秒內(nèi)該光伏發(fā)電板上接收到的光子能量為E＝nhν＝FSct，A正確．B組·實力提升12．光電管是一種利用光照耀產(chǎn)生電流的裝置，當入射光照在管中金屬板上時，可能形成光電流．表中給出了6次試驗的結(jié)果．組次入射光子的能量/eV相對光強光電流大小/mA逸出光電子的最大動能/eV第一組14.0弱290.924.0中430.934.0強600.9其次組46.0弱272.956.0中402.966.0強552.9由表中數(shù)據(jù)得出的論斷中不正確的是()A．兩組試驗接受了不同頻率的入射光B．兩組試驗所用的金屬板材質(zhì)不同C．若入射光子的能量為5.0eV，逸出光電子的最大動能為1.9eVD．若入射光子的能量為5.0eV，入射光越強，光電流越大【答案】B【解析】由表格中數(shù)據(jù)可知，兩組試驗所用入射光光子的能量，由E＝hν可知，兩組試驗所用入射光的頻率不同，即兩組試驗接受了不同頻率的入射光，A正確；由愛因斯坦光電效應方程，Ek＝hν－W0，對第一組試驗，0.9eV＝4.0eV－W01，對其次組試驗，2.9eV＝6.0eV－W02，解得W01＝W02＝3.1eV，兩組試驗所用金屬材料的逸出功相同，說明兩組試驗所用的金屬板材質(zhì)相同，B錯誤；若入射光子的能量為5.0eV，由愛因斯坦光電效應方程，Ek＝hν－W0，可得逸出光電子的最大動能為Ek＝hν－W0＝5.0eV－3.1eV＝1.9eV，C正確；若入射光子的能量為5.0eV，入射光越強，單位時間內(nèi)產(chǎn)生的光電子就越多，光電流越大，D正確．13．小明用金屬銣為陰極的光電管，觀測光電效應現(xiàn)象，試驗裝置示意圖如圖甲所示．已知普朗克常量h＝6.63×10-34J·s.(1)圖甲中電極A為光電管的__________(填“陰極”或“陽極”).(2)測得銣的遏止電壓Uc與入射光頻率ν之間的關(guān)系如圖乙所示，則銣的截止頻率νc＝________Hz，逸出功W＝________J.(3)假如試驗中入射光的頻率ν＝7.00×1014Hz，則產(chǎn)生的光電子的最大初動能Ek＝________J.【答案】(1