新教材2024-2025學(xué)年高中物理第6章波粒二象性第1節(jié)光電效應(yīng)及其解釋分層作業(yè)魯科版選擇性必修第三冊

第1節(jié)光電效應(yīng)及其說明A級必備學(xué)問基礎(chǔ)練1.用如圖所示裝置做光電效應(yīng)試驗,下述正確的是()A.光電效應(yīng)現(xiàn)象是由愛因斯坦首先發(fā)覺的B.試驗現(xiàn)象揭示了光具有波動性C.試驗中,光電子從鋅板逸出,驗電器帶正電D.試驗中,若用可見光照耀鋅板,也能發(fā)生光電效應(yīng)2.(多選)對光電效應(yīng)的理解正確的是()A.金屬鈉的每個電子可以汲取一個或一個以上的光子,當它積累的動能足夠大時,就能逸出金屬B.假如入射光子的能量小于金屬表面的電子克服原子核的引力而逸出時所需做的最小功,便不能發(fā)生光電效應(yīng)C.發(fā)生光電效應(yīng)時,入射光越強,光子的能量就越大,光電子的最大初動能就越大D.由于不同金屬的逸出功是不相同的,因此使不同金屬產(chǎn)生光電效應(yīng),入射光的最低頻率也不同3.(多選)一真空光電管的應(yīng)用電路如圖所示,其陰極金屬材料的極限頻率為4.5×1014Hz,則以下推斷正確的是()A.發(fā)生光電效應(yīng)時,電路中光電流的飽和值取決于入射光的頻率B.發(fā)生光電效應(yīng)時,電路中光電流的飽和值取決于入射光的強度C.用λ=0.5μm的光照耀光電管時,電路中有光電流產(chǎn)生D.光照耀時間越長,電路中的光電流越大4.(多選)一束綠光照耀某金屬恰好發(fā)生了光電效應(yīng),對此,以下說法正確的是()A.若增加綠光的照耀強度,則單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)目增多B.若增加綠光的照耀強度,則逸出的光電子最大初動能增加C.若改用紫光照耀,則逸出光電子的最大初動能增加D.若改用紅光照耀,則仍有可能使其發(fā)生光電效應(yīng)5.在光電效應(yīng)試驗中,飛飛同學(xué)用同一光電管在不同試驗條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線(甲、乙、丙),如圖所示,則可推斷出()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.甲光的頻率大于丙光的頻率D.甲光對應(yīng)的光電子最大初動能大于丙光的光電子最大初動能6.用不同頻率的紫外線分別照耀鎢和鋅的表面而產(chǎn)生光電效應(yīng),可得到光電子最大初動能Ek隨入射光頻率ν改變的Ek-ν圖像。已知鎢的逸出功是3.28eV,鋅的逸出功是3.24eV,若將二者的圖線畫在一個Ek-ν坐標圖中,用實線表示鎢,用虛線表示鋅,則正確反映這一過程的圖是()7.如圖所示,將一個光電管正確連接到電路中,電源的a端是(選填“正”或“負”)極。若在光電管正常工作時,增大照耀光強度,電路中電流將(選填“變大”“變小”或“不變”)。

8.如圖所示裝置,陰極K用極限波長為λ0=0.66μm的金屬制成。若閉合開關(guān)S,用波長為λ=0.50μm的綠光照耀陰極,調(diào)整兩個極板間的電壓,使電流表的示數(shù)最大為0.64μA。(1)求陰極每秒逸出的光電子數(shù)和光電子飛出陰極時的最大初動能。(2)假如將照耀陰極的綠光的光強增大為原來的2倍,求陰極每秒放射的光電子數(shù)和光電子逸出陰極時的最大初動能。B級關(guān)鍵實力提升練9.某種火災(zāi)報警裝置的工作電路圖如圖甲所示,它的核心部件為紫外線光電管,其中A為陽極,K為陰極,發(fā)生火災(zāi)時c、d端有輸出電壓實施報警。已知地表旁邊太陽光中紫外線光子能量介于3.1~3.9eV之間,明火中的紫外線光子能量介于4.4~6.2eV之間。幾種金屬單質(zhì)的逸出功如表所示,則下列說法正確的是()金屬單質(zhì)鈣鋅鋁鎢逸出功/eV3.203.384.214.54甲乙A.明火中紫外線波長越長,光電子的最大初動能越大B.若用太陽光和明火分別去照耀鋅板,得到的I-U圖像如圖乙所示,則a圖線表示明火照耀,b圖線表示太陽光照耀C.太陽光照耀光電管時,c、d端有輸出電壓D.明火照耀光電管時,c、d端有輸出電壓10.(多選)現(xiàn)用某一光電管進行光電效應(yīng)試驗,當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,入射光的光強變大,飽和電流變大B.入射光的頻率變高,飽和電流變大C.入射光的頻率變高,光電子的最大初動能變大D.保持入射光的光強不變,不斷減小入射光的頻率,始終有光電流產(chǎn)生11.如圖所示,當開關(guān)S斷開時,用光子能量為2.5eV的一束光照耀陰極,發(fā)覺電流表讀數(shù)不為零。合上開關(guān),調(diào)整滑動變阻器,發(fā)覺當電壓表讀數(shù)小于0.6V時,電流表讀數(shù)仍不為零;當電壓表讀數(shù)大于或等于0.6V時,電流表讀數(shù)為零。由此可知,陰極材料的逸出功為()A.1.9eV B.0.6eV C.2.5eV D.3.1eV12.某廣播電臺放射功率為10kW,在空氣中波長為187.5m的電磁波。(保留一位有效數(shù)字)(1)該電臺每秒鐘從天線放射多少個光子?(2)若放射的能量子各個方向視為勻稱的,試求在離天線2.5km處直徑為2m的環(huán)狀天線每秒鐘接收的光子個數(shù)以及接收功率。13.從1907年起,美國物理學(xué)家密立根起先以精湛的技術(shù)測量光電效應(yīng)中幾個重要的物理量。他通過如圖甲所示的試驗裝置測量某金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν作出Uc-ν的圖像,由此算出普朗克常量h,并與普朗克依據(jù)黑體輻射測出的h相比較以檢驗愛因斯坦光電效應(yīng)方程的正確性。圖乙中頻率ν1、ν2,遏止電壓Uc1、Uc2及電子的電荷量e均為已知,求:(1)普朗克常量h;(2)該金屬的極限頻率ν0。第1節(jié)光電效應(yīng)及其說明1.C光電效應(yīng)是由赫茲首先發(fā)覺的,故A錯誤;光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光具有粒子性,故B錯誤;光電效應(yīng)現(xiàn)象中,光電子從鋅板逸出,驗電器帶正電,故C正確;光電效應(yīng)中應(yīng)當用紫外線照耀鋅板,當用可見光時,頻率降低,小于極限頻率,則不滿意光電效應(yīng)發(fā)生條件,故D錯誤。2.BD依據(jù)愛因斯坦的光子說,光子的能量由光的頻率確定,與光強無關(guān),入射光的頻率越大,發(fā)生光電效應(yīng)時產(chǎn)生的光電子的最大初動能越大;但要使電子離開金屬,電子必需具有足夠的動能,而電子增加的動能只能來源于照耀光的光子能量,且一個電子只能汲取一個光子,不能同時汲取多個光子,所以光子的能量小于某一數(shù)值時便不能產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象;電子只有從金屬表面對外逸出時,電子才只克服原子核的引力做功。綜上所述,選項B、D正確。3.BC在光電管中若發(fā)生了光電效應(yīng),單位時間內(nèi)放射光電子的數(shù)目只與入射光的強度有關(guān),光電流的飽和值只與單位時間內(nèi)放射光電子的數(shù)目有關(guān),故A、D錯誤,B正確;波長λ=0.5μm的光子的頻率ν=cλ=3×1080.5×10-64.AC光的強度增大,則單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)目增多,故A正確;依據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm=hν-W知,光電子的最大初動能不變,故B錯誤;因為紫光的頻率大于綠光的頻率,依據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm=hν-W知,光電子的最大初動能增加,故C正確;若改用紅光照耀,紅光的頻率小于綠光的頻率,能量比較小,小于金屬的逸出功,所以不能產(chǎn)生光電效應(yīng),故D錯誤。5.B當光電管兩端加上遏止電壓光電流為零時,則由動能定理得12mv2-0=eUc,所以遏止電壓越大,光電子最大初動能越大,有E丙>E甲=E乙,對同一光電管逸出功W0相同,運用不同頻率的光照耀,有hν-W=12mv2,可得hν-W=eUc,所以遏止電壓越大,光照頻率越大,因此ν丙>ν甲=ν乙,又λ=cν,可得λ丙<λ甲=6.B依據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hν-W可知,Ek-ν圖線的斜率代表了普朗克常量h,因此鎢和鋅的Ek-ν圖線應(yīng)當平行,圖線的橫軸截距代表了截止頻率νc,而νc=Wh,因此鎢的νc7.答案正變大解析為了能夠汲取更多的光電子,陽極應(yīng)當帶正電,即a端應(yīng)是電源的正極;當照耀光的強度增大時,單位時間內(nèi)射向陰極的光子數(shù)將增加,電路中的光電流變大。8.答案(1)4.0×1012個9.6×10-20J(2)8.0×1012個9.6×10-20J解析(1)當陰極放射的光電子全部到達陽極時,光電流達到飽和。由電流可知每秒到達陽極的電子數(shù),即陰極每秒逸出的光電子個數(shù)為n=Imte=0.64依據(jù)光電效應(yīng)方程,光電子的最大初動能為Ek=hν-W=hcλ-h代入數(shù)據(jù)可得Ek=9.6×10-20J。(2)假如照耀光的頻率不變,光強加倍,則每秒放射的光電子數(shù)加倍,飽和電流增大為原來的2倍。依據(jù)光電效應(yīng)試驗規(guī)律可得陰極每秒逸出的光電子個數(shù)為n'=2n=8.0×1012光電子的最大初動能仍舊為Ek=hν-W=9.6×10-20J。9.D由Ek=hν-W=hcλ-W可知明火中紫外線波長越長,光電子的最大初動能越小,故A錯誤;由圖乙可知,b圖線的遏止電壓大于a圖線的,由eU=Ek=hcλ-W,可知,b圖線表示明火照耀,a圖線表示太陽光照耀,故B錯誤;結(jié)合太陽光與明火中的紫外線光子能量與金屬單質(zhì)的逸出功可知,明火照耀光電管時,c、10.AC依據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律,保持入射光的頻率不變,入射光的光強變大,則飽和電流變大,故A正確;由愛因斯坦光電效應(yīng)方程知,入射光的頻率變大,產(chǎn)生的光電子最大初動能變大,而飽和電流與入射光的頻率和光強都有關(guān),故B錯誤,C正確;保持入射光的光強不變,不斷減小入射光的頻率,當入射光的頻率小于極限頻率時,就不能發(fā)生光電效應(yīng),沒有光電流產(chǎn)生,故D錯誤。11.A設(shè)能量為2.5eV的光子照耀時,光電子的最大初動能為12mv2,陰極材料的逸出功為W,依據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程有12mv2=hν-W,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=0.6V以后,具有最大初動能的光電子也不能達到陽極,因此eU=12mv2,聯(lián)立解得,W=hν-eU=(2.5-0.6)eV=12.答案(1)9×1030個(2)4×1023個4×10-4W解析(1)每個能量子的能量ε=hν=hcλ=6.63×10-34則每秒鐘電臺放