2020-2021学年教科版物理选修3-5课时素养评价量子概念的诞生光电效应与光的量子说.pdf

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1、 温馨提示：此套题为 Word 版，请按住 Ctrl,滑动鼠标滚轴，调节合适的观看比例，答案解析附后。关闭 Word 文档返回原板块。课时素养评价 十四 量子概念的诞生 光电效应与光的量子说 (25 分钟60 分)一、选择题(本大题共 6 小题,每小题 6 分,共 36 分)1.(多选)下列说法正确的是()A.微观粒子的能量变化是跳跃式的 B.能量子与电磁波的频率成正比 C.红光的能量子比绿光大 D.电磁波波长越长,其能量子越大【解析】选 A、B。微观粒子的能量变化是跳跃式的,故 A 正确;由=h可知,能量子与电磁波的频率成正比,故 B 正确;红光的频率比绿光小,由=h 可知,红光的能量子比绿

2、光小,故 C 错误;电磁波波长越长,其频率越小,能量子越小,故 D 错误。所以 A、B 正确,C、D 错误。2.如图,用一定频率的单色光照射光电管时,电流表指针会发生偏转,则()A.电源右端应为正极 B.流过电流表 G 的电流大小取决于入射光的频率 C.流过电流表 G 的电流方向是由 a 流向 b D.普朗克解释了光电效应并提出光子能量=h【解析】选 C。发生光电效应时,电子从光电管右端运动到左端,电流的方向与电子定向移动的方向相反,所以流过电流表 G 的电流方向是由 a流向 b;光电管两端可能是正向电压也可能是反向电压,所以电源右端可能为正极,也可能为负极;流过电流表 G 的电流大小取决于入

3、射光的强度,与入射光的频率无关;爱因斯坦解释了光电效应并提出光子能量=h。3.(多选)产生光电效应时,关于逸出光电子的最大初动能,下列说法中正确的是()A.对于同种金属,与照射光的强度无关 B.对于同种金属,与光照射的时间成正比 C.对于同种金属,与照射光的频率成线性关系 D.对于不同种金属,若照射光频率不变,与金属的逸出功成线性关系【解析】选 A、C、D。根据爱因斯坦光电效应方程 Ekm=h-W0,对于同种金属来说入射光的频率越大,光电子的最大初动能也越大;与入射光的强度以及光照时间无关,故 A 正确,B 错误;从公式 Ekm=h-W0可以看出 Ek与照射光的频率成线性关系,故 C 正确;根

4、据爱因斯坦光电效应方程 Ekm=h-W0,对于不同种金属,若照射光频率不变,Ek与金属的逸出功成线性关系,故 D 正确。4.如图所示为一光电管电路,滑动变阻器触头位于ab上某点,用光照射光电管阴极,电表无偏转,要使电表指针偏转,可采取的措施有()A.加大照射光的强度 B.换用波长短的光照射 C.将 P 向 b 滑动 D.将电源正、负极对调【解析】选 B。电表无偏转,说明没有发生光电效应现象,即入射光的频率小于极限频率,要能发生光电效应现象,只有增大入射光的频率,即减小入射光的波长。故选 B。5.对光电效应的解释正确的是()A.只要光照射的时间足够长,任何金属都能产生光电效应 B.如果入射光子的

5、能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功,便不能发生光电效应 C.金属钠的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子,当它积累的动能足够大时,就能逸出金属 D.发生光电效应时,入射光越强,光子的能量就越大,光电子的最大初动能就越大【解析】选 B。无论照射的时间多么长,只要光的频率小于金属的极限频率就不能产生光电效应,故A错误;根据光电效应的条件可知,入射光 子的能量小于电子脱离某种金属所做功的最小值,不能发生光电效应,故B正确;金属内的每个电子吸收一个光子,获取能量,若足够克服金属做功,就能逸出金属,若不够克服金属做功,就不会逸出金属,不会发生积累,故C错误;光电子的最大初动能与

6、入射光的频率有关,与光的强度无关,故 D 错误。6.(多选)如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点坐标为 4.27,与纵轴交点坐标为 0.5)。由图可知()A.该金属的截止频率为 4.271014 Hz B.该金属的截止频率为 5.51014 Hz C.该图线的斜率表示普朗克常量 D.该金属的逸出功为 0.5 eV【解析】选 A、C。图线在横轴上的截距为截止频率,A 正确,B 错误;由光电效应方程知 Ekm=h-W0,因此图线的斜率为普朗克常量,C 正确;金属的逸出功为 W0=h0=eV=1.77 eV,D 错误。二、非选择题(本大题共 2

7、 小题,共 24 分,要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)7.(12 分)在绿色植物的光合作用中,每放出一个氧分子要吸收 8 个波长为 6.6810-7 m 的光子,同时每放出 1 mol 氧气,植物储存 469 kJ 的 能量。求绿色植物能量的转化效率(普朗克常数 h=6.6310-34 Js)。【解析】放出 1 mol氧气要吸收的能量为:E=8NAh =86.010236.6310-34 J=1.43106 J 则能量转化效率为:=100%=100%=33%。答案:33%8.(12 分)如图所示,阴极 K 用极限波长是 0=0.66 m 的金属铯制成,用波长=0.50 m

8、 的绿光照射阴极 K,调整两个极板电压。当 A 板电压比阴极高出 2.5 V 时,光电流达到饱和,电流表 G 的示数为 0.64 A。求:(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极 K 时的最大初动能。(2)若把入射到阴极的绿光的光强增大到原来的二倍,求每秒钟阴极发射的光电子数和光电子到达 A 极的最大动能。(3)G 中电流为零的条件即遏止电压 UAK。【解析】题目中的光电流达到饱和是指光电流达到最大值。因为光电流未达到最大值之前,其值大小不仅与入射光强度有关,还跟光电管两极的电压有关,只有在光电流达到最大值以后才和入射光的强度成正 比。(1)光电流达到饱和时,阴极发射的光电子全部到达阳极

9、 A,所以阴极每秒钟发射的光电子的个数:n=个=4.01012个。根据光电效应方程:Ek=h-W,W=,代入可求得 Ek=9.610-20J。(2)若入射光的频率不变,光的强度加倍,则阴极每秒发射的光电子数也加倍,即 n=2n=8.01012个。根据 Ek=h-W 可知,光电子的最大初动能不变,由于 A、K 之间电势差是 2.5 V,所以光电子到达 A 极时的最大动能为:Ek=Ek+eU=4.9610-19J(3)光电子的最大初动能 Ek=9.610-20J=0.6 eV。若使 G 中电流为零,光电子到达 A 极时克服电场力做功至少为 W=eU=Ek,解得 U=0.6 V,即 UAK=-0.6

10、 V。答案:(1)4.01012个 9.610-20 J(2)8.01012个 4.9610-19 J(3)UAK=-0.6 V (15 分钟40 分)9.(8 分)若已知使得某种金属产生光电效应的极限频率为 0,则()A.当用频率小于 0的单色光照射该金属时,通过延长光照时间也能使电子逸出金属表面 B.当用频率为 20的单色光照射该金属时,增加光照强度所产生的光电子的最大初动能增大 C.当用频率为 20的单色光照射该金属时,增加光照强度所产生的光电子会增多 D.当照射光的频率 大于 0时,若 增大,则逸出功增大【解析】选 C。该金属的极限频率为 0,则可知逸出功 W=h0,逸出功由金属自身的

11、性质决定,与光的频率无关,D 错。发生光电效应的条件是入射光的频率大于极限频率,与光强和照射时间无关,A 错。由光电效应方程 Ekm=h-W,结合得,当用频率为 20的单色光照射该金属时,所产生的光电子的最大初动能为 h0,而与光照强度无关,B 错。当发生光电效应时,增大光强,吸收光子能量的电子个数增多,逸出的电子增多,C 对。10.(8 分)(多选)用同一光电管研究 a、b 两种单色光产生的光电效应,得到光电流 I 与光电管两极间所加电压 U 的关系如图,则这两种光()A.照射该光电管时 a 光使其逸出的光电子最大初动能大 B.从同种玻璃射入空气发生全反射时,a 光的临界角大 C.通过同一装

12、置发生双缝干涉,a 光的相邻条纹间距大 D.通过同一玻璃三棱镜时,a 光的偏折程度大【解题指南】解答本题时应注意以下三点:(1)由 Uc大小判断光电子最大初动能大小。(2)由光电效应方程比较入射光频率大小。(3)光的频率与折射率、光速、波长的关系。【解析】选 B、C。由 Uce=Ekm可知,用 b 光照射出的光电子的最大初动能较大,A 错误;由 Ekm=h-W 可知,ba,故 nbna,由 sinC=可知,a 光的临界角较大,B 正确;由=可知,ba,通过同一装置发生双缝干涉时,a 光的相邻条纹间距较大,C 正确;通过同一玻璃三棱镜时,b 光的折射率大,偏折程度大,D 错误。11.(8 分)(

13、多选)在某次光电效应实验中,得到的遏止电压 U0与入射光的频率 的关系如图所示,若该直线的斜率和纵截距分别为 k 和-b,电子电荷量的绝对值为 e,则()A.普朗克常量可表示为 B.若更换材料再次实验,得到的图线的 k 不改变,b 改变 C.所用材料的逸出功可表示为 eb D.b 由入射光决定,与所用材料无关【解析】选 B、C。根据光电效应方程得 Ek=h-W,又 Ek=eU0,则 U0=-,图线的斜率 k=,解得普朗克常量 h=ke,故 A 错误;纵轴截距的绝对值b=,解得逸出功 W=eb,故 C 正确;b 等于逸出功与电子电荷量绝对值的比值,而逸出功与材料有关,则 b 与材料有关,故 D

14、错误;更换材料再次 实验,由于逸出功变化,可知纵轴截距改变,图线的斜率不变,故B正确。12.(16 分)如图所示,一光电管的阴极用极限波长 0=5 000 的钠制成,光电管阳极 A 和阴极 K 之间的电势差 U=2.1 V,用波长=3 000 的紫外线照射阴极,饱和光电流的值(当阴极 K 发射的电子全部到达阳极 A 时,电路中的电流达到最 大值,称为饱和光电流)Im=0.56 A。求:(1)每秒内由 K 极发射的光电子数目。(2)电子达到 A 极时的最大动能。(3)如果电势差 U 不变,而照射光的强度增大到原值的 3 倍,此时电子到达 A 极的最大动能是多大?(普朗克常量 h=6.6310-34 Js,1=10-10 m)【解析】(1)设每秒内发射的电子数为 n,则 n=3.51012(个)。(2)由光电效应方程可知 Ekm=h-W0=h-h=hc,在 A、K 间加电压 U 时,电子到达阳极时的动能为 Ek,Ek=+eU=hc+eU 代入数值得 Ek=6.01210-19 J。(3)根据光电效应规律,光电子的最大初动能与入射光的强度无关,如果电压U不变,则电子到达A极的最大动能不会变,还是6.01210-19 J。答案:(1)3.51012个(2)6.01210-19 J(3)6.01210-19 J 关闭 Word 文档返回原板块