課時(shí)訓(xùn)練7光的粒子性題組一光電效應(yīng)的規(guī)律1.用下面哪種射線照射同一種金屬最有可能產(chǎn)生光電效應(yīng),且逸出的光電子的速率最大()A.紫外線 B.可見光 C.紅外線 D.γ射線解析:頻率越大的光越有可能,并且逸出的光電子的速率最大。從給出的四種光來看,D項(xiàng)的頻率最大。答案:D2.某單色光照射某金屬時(shí)不能產(chǎn)生光電效應(yīng),則下述措施中可能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的是()A.延長光照時(shí)間B.增大光的強(qiáng)度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(shí)能否產(chǎn)生光電效應(yīng),取決于入射光的頻率是否大于金屬的截止頻率,與入射光的強(qiáng)度和照射時(shí)間無關(guān),故選項(xiàng)A、B、D均錯(cuò)誤;又因ν=,所以選項(xiàng)C正確。答案:C3.如圖所示是利用光電管研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)原理示意圖,用可見光照射光電管的陰極K,電流表中有電流通過,則()A.滑動(dòng)變阻器的滑片由a端向b端滑動(dòng)的過程中,電流表中一定無電流通過B.滑動(dòng)變阻器的滑片由a端向b端滑動(dòng)的過程中,電流表的示數(shù)一定會(huì)持續(xù)增大C.將滑動(dòng)變阻器的滑片置于b端,改用紫外線照射陰極K,電流表中一定有電流通過D.將滑動(dòng)變阻器的滑片置于b端,改用紅外線照射陰極K,電流表中一定無電流通過解析:當(dāng)滑片自a端向b端移動(dòng)時(shí),開始一段有光電流而且應(yīng)增大,若移動(dòng)到某一位置時(shí)達(dá)到飽和,則此后的移動(dòng)過程中光電流不變,故A、B錯(cuò)誤。根據(jù)極限頻率的含義知C正確,D錯(cuò)誤。答案:C題組二愛因斯坦光電效應(yīng)方程4.在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,飛飛同學(xué)用同一光電管在不同實(shí)驗(yàn)條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線(甲光、乙光、丙光),如圖所示。則可判斷出()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(duì)應(yīng)的截止頻率大于丙光的截止頻率D.甲光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能大于丙光的光電子最大初動(dòng)能解析:當(dāng)光電管兩端加上反向截止電壓且光電流恰好為零時(shí),有=eU,對(duì)同一光電管使用不同頻率的光照射,有hν-W0=,兩式聯(lián)立得hν-W0=eU,丙光的反向截止電壓最大,則丙光的頻率最大,甲光、乙光頻率相同,A、C錯(cuò)誤;又λ=,可見λ丙<λ乙,B正確;丙光對(duì)應(yīng)的最大初動(dòng)能最大,D錯(cuò)誤。答案:B5.(多選)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,用頻率為ν的光照射光電管陰極,發(fā)生了光電效應(yīng)。下列說法正確的是()A.增大入射光的強(qiáng)度,光電流增大B.減小入射光的強(qiáng)度,光電效應(yīng)現(xiàn)象消失C.改用頻率小于ν的光照射,一定不發(fā)生光電效應(yīng)D.改用頻率大于ν的光照射,光電子的最大初動(dòng)能變大解析:增大入射光的強(qiáng)度,單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)目增多,光電流增大,A項(xiàng)正確;光電效應(yīng)的發(fā)生與入射光的強(qiáng)度無關(guān),B項(xiàng)錯(cuò)誤;入射光頻率小于ν時(shí),若仍大于金屬的截止頻率,仍能發(fā)生光電效應(yīng),C項(xiàng)錯(cuò)誤;增大入射光的頻率時(shí),由愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0可知,光電子的最大初動(dòng)能變大,D項(xiàng)正確。答案:AD題組三康普頓效應(yīng)6.科學(xué)研究表明:能量守恒和動(dòng)量守恒是自然界的普遍規(guī)律。從科學(xué)實(shí)踐的角度來看,迄今為止,人們還沒有發(fā)現(xiàn)這些守恒定律有任何例外。相反,每當(dāng)有人在實(shí)驗(yàn)中觀察到似乎是違反守恒定律的現(xiàn)象時(shí),物理學(xué)家們就會(huì)提出新的假設(shè)來補(bǔ)救,最后總是以有新的發(fā)現(xiàn)而勝利告終。例如,人們發(fā)現(xiàn),在電磁場的相互作用下,兩個(gè)運(yùn)動(dòng)著的微觀粒子的動(dòng)量的矢量和似乎是不守恒的。這時(shí)物理學(xué)家又把動(dòng)量的概念推廣到了電磁場,把電磁場的動(dòng)量也考慮進(jìn)去,總動(dòng)量就又守恒了?，F(xiàn)有沿一定方向運(yùn)動(dòng)的光子與一個(gè)原來靜止的自由電子發(fā)生碰撞后,自由電子向某一方向運(yùn)動(dòng),而光子沿另一方向散射出去。這個(gè)散射出去的光子與入射前相比較,其波長(選填“增大”“減小”或“不變”)。

解析:康普頓效應(yīng)表明光子不僅具有能量而且具有動(dòng)量,當(dāng)光子與靜止的電子發(fā)生碰撞時(shí),由動(dòng)量守恒知光子的動(dòng)量減小,由p=知,光子的波長增大。答案:增大7.康普頓效應(yīng)證實(shí)了光子不僅遵守能量守恒,也遵守動(dòng)量守恒。如圖給出了光子與靜止電子碰撞后電子的運(yùn)動(dòng)方向,則碰后光子可能沿方向運(yùn)動(dòng),并且波長(選填“不變”“變短”或“變長”)。

解析:因光子與電子的碰撞過程動(dòng)量守恒,所以碰撞之后光子和電子的總動(dòng)量的方向與光子碰前動(dòng)量的方向一致,可見碰后光子運(yùn)動(dòng)的方向可能沿1方向,不可能沿2或3方向;通過碰撞,光子將一部分能量轉(zhuǎn)移給電子,能量減少,由ε=hν知,頻率變小,再根據(jù)c=λν知,波長變長。答案:1變長(建議用時(shí):30分鐘)1.如圖所示,用綠光照射一光電管的陰極時(shí)產(chǎn)生光電效應(yīng),欲使光子從陰極逸出時(shí)的最大初動(dòng)能增大,應(yīng)采取的措施是()A.改用紅光照射B.改用紫光照射C.增大綠光的強(qiáng)度D.增大加在光電管上的正向電壓解析:發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),光電子的最大初動(dòng)能隨照射光頻率的增大而增大,與照射光強(qiáng)度、光電管的電壓無關(guān),紅光的頻率比綠光的頻率小,不一定能發(fā)生光電效應(yīng),即使發(fā)生光電效應(yīng),光電子的最大初動(dòng)能也較小,而紫光的頻率大于綠光的頻率。故選項(xiàng)B正確。答案:B2.(多選)下列對(duì)光電效應(yīng)的解釋中正確的是()A.金屬內(nèi)的每個(gè)電子要吸收一個(gè)或一個(gè)以上的光子,當(dāng)它積累的能量足夠大時(shí),就能逸出金屬B.如果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(shí)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(shí),入射光越強(qiáng),光子的能量就越大,光電子的最大初動(dòng)能就越大D.由于不同金屬的逸出功是不相同的,因此使不同金屬發(fā)生光電效應(yīng)的入射光的最低頻率也不同解析:按照愛因斯坦的光子說,光的能量是由光的頻率決定的,與光強(qiáng)無關(guān)。入射光的頻率越大,發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能越大。但要使電子離開金屬,必須使電子具有足夠的動(dòng)能,而電子增加的動(dòng)能只能來源于照射光的光子能量,但電子只能吸收一個(gè)光子,不能吸收多個(gè)光子。因此只要光的頻率低,即使照射時(shí)間足夠長,也不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)。電子從金屬中逸出時(shí)只有從金屬表面向外逸出的電子克服原子核的引力所做的功最小,這個(gè)功稱為逸出功,不同金屬的逸出功不同,故上述選項(xiàng)中正確的有B、D。答案:BD3.用一束紫外線照射某金屬時(shí)不能產(chǎn)生光電效應(yīng),可能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的措施是()A.改用頻率更小的紫外線照射B.改用X射線照射C.改用強(qiáng)度更大的原紫外線照射D.延長原紫外線的照射時(shí)間解析:發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于金屬的極限頻率,與入射光的強(qiáng)度和照射時(shí)間無關(guān),故選項(xiàng)A、C、D錯(cuò)誤;X射線的頻率大于紫外線的頻率,可能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng),故選項(xiàng)B正確。答案:B4.光子有能量,也有動(dòng)量,它也遵守有關(guān)動(dòng)量的規(guī)律。如圖所示,真空中有一“∞”字形裝置可繞通過橫桿中點(diǎn)的豎直軸OO'在水平面內(nèi)靈活地轉(zhuǎn)動(dòng),其中左邊是圓形黑紙片,右邊是和左邊大小、質(zhì)量都相同的圓形白紙片。當(dāng)用平行白光垂直紙面向里照射這兩個(gè)圓面時(shí)關(guān)于裝置開始轉(zhuǎn)動(dòng)情況(俯視)的下列說法中正確的是()A.順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)B.逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)C.都有可能 D.不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)解析:白紙片反射光子,光子的動(dòng)量變化大,黑紙片吸收光子,光子的動(dòng)量變化較小,由動(dòng)量定理知,光子對(duì)白紙片的沖擊力大,故B正確。答案:B5.硅光電池是利用光電效應(yīng)原理制成的,下列表述正確的是()A.硅光電池是把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N裝置B.硅光電池中吸收了光子能量的電子都能逸出C.逸出的光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率無關(guān)D.任意頻率的光照射到硅光電池上都能產(chǎn)生光電效應(yīng)解析:由光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律可知B、C、D選項(xiàng)都不符合光電效應(yīng)規(guī)律,A選項(xiàng)正確。答案:A6.(多選)如圖所示為一真空光電管的應(yīng)用電路,其陰極金屬材料的截止頻率為×1014Hz,則以下判斷正確的是()A.發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),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(shí),電路中光電流的飽和值取決于入射光的強(qiáng)度C.用λ=μm的光照射光電管時(shí),電路中有光電流產(chǎn)生D.光照射時(shí)間越長,電路中的光電流越大解析:在光電管中若發(fā)生了光電效應(yīng),單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射光電子的數(shù)目只與入射光的強(qiáng)度有關(guān),光電流的飽和值只與單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射光電子的數(shù)目有關(guān)。據(jù)此可判斷選項(xiàng)A、D錯(cuò)誤。波長λ=μm的光子的頻率ν=Hz=6×1014Hz>×1014Hz,可發(fā)生光電效應(yīng)。所以,選項(xiàng)B、C正確。答案:BC7.(多選)在做光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)時(shí),某種金屬被光照射發(fā)生了光電效應(yīng),實(shí)驗(yàn)測得光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光的頻率ν的關(guān)系如圖所示,由實(shí)驗(yàn)圖可求出()A.該金屬的截止頻率和截止波長B.普朗克常量C.該金屬的逸出功D.單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)解析:依據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0可知,當(dāng)Ek=0時(shí),ν=νc,即圖象中橫坐標(biāo)的截距在數(shù)值上等于金屬的截止頻率。圖線的斜率k=?？梢妶D線的斜率在數(shù)值上等于普朗克常量。據(jù)圖象,假設(shè)圖線的延長線與Ek軸的交點(diǎn)為C,其截距為W0,有tanθ=,而tanθ=h,所以W0=hνc。即圖象中縱坐標(biāo)軸的截距在數(shù)值上等于金屬的逸出功。答案:ABC8.(多選)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的裝置如圖所示,則下列說法中正確的是()A.用紫外線照射鋅板,驗(yàn)電器指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)B.用紅色光照射鋅板,驗(yàn)電器指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)C.鋅板帶的是負(fù)電荷D.使驗(yàn)電器指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的是正電荷解析:紫外線頻率大于鋅板的極限頻率,故鋅板會(huì)發(fā)生光電效應(yīng),向外放出光電子,從而鋅板帶上正電荷,所以選項(xiàng)A、D正確。答案:AD、B兩種光子的能量之比為2∶1,它們都能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng),且所產(chǎn)生的光電子最大初動(dòng)能分別為EA、EB,求A、B兩種光子的動(dòng)量之比和該金屬的逸出功。解析:光子能量ε=hν,動(dòng)量p=,且ν=,得p=,則pA∶pB=2∶1。A照射時(shí),光電子的最大初動(dòng)能EA=εA-W0,同理EB=εB-W0。又εA=2εB,解得W0=EA-2EB。答案:2∶1EA-2EB10.小明用金屬銣為陰極的光電管,觀測光電效應(yīng)現(xiàn)象,實(shí)驗(yàn)裝置示意如圖甲所示。已知普朗克常量h=×10-34J·s。(1)圖甲中電極A為光電管的(選填“陰極”或“陽極”);

(2)實(shí)驗(yàn)中測得銣的遏止電壓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W0=J;

(3)如果實(shí)驗(yàn)中入射光的頻率ν=×1014Hz,則產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ek=J