172光的粒子性.docx
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172光的粒子性
17-2光的粒子性
基础夯实
1.(2012·青州一模)在演示光电效应的实验中,原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连,用弧光灯照射锌板时,验电器的指针张开了一个角度,如图所示,这时( )
A.锌板带正电,指针带负电
B.锌板带正电,指针带正电
C.锌板带负电,指针带负电
D.锌板带负电,指针带正电
答案:
B
解析:
发生光电效应时有电子从锌板上跑出来,使锌板及验电器的指针都带正电,B正确。
2.关于光电效应,下列说法中正确的是( )
A.光电子的最大初动能随着入射光的强度增大而增大
B.只要入射光的强度足够强,照射时间足够长,就一定能产生光电效应
C.在光电效应中,饱和电流的大小与入射光的频率无关
D.任何一种金属都有一个极限频率,低于这个频率的光不能使它发生光电效应
答案:
D
解析:
由光电效应的实验规律可知,选项D正确;由光电效应方程可以推出光电子的最大初动能应随着入射光频率的增大而增大,选项A错误;饱和光电流的大小与光强有关,入射光频率一定时,饱和光电流大小与光强成正比,若是光强一定,入射光的频率越高,则光子数就少,饱和光电流就小了,所以选项C错误;能否发生光电效应,与照射的时间长短及入射光的强度无关,选项B错误。
3.(2010·大庆实验中学高二期末)某单色光照射某金属时不能产生光电效应,则下述措施中可能使金属产生光电效应的是( )
A.延长光照时间
B.增大光的强度
C.换用波长较短的光照射
D.换用频率较低的光照射
答案:
C
解析:
对某种金属能否发生光电效应取决于入射光的频率,与入射光的强度和照射时间无关,所以选项A、B错误。
没有发生光电效应,说明入射光的频率小于极限频率,所以要使金属发生光电效应,应增大入射光的频率,减小波长,所以选项C正确,D错误。
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
答案:
B
解析:
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。
5.在做光电效应的实验时,某金属被光照射发生了光电效应,实验测得光电子的最大动能Ek与入射光的频率ν的关系如图所示,由实验图线可求出( )
A.该金属的极限频率和极限波长
B.普朗克常量
C.该金属的逸出功
D.单位时间内逸出的光电子数
答案:
ABC
解析:
依据光电效应方程Ek=hν-W可知,当Ek=0时,ν=ν0,即图线横坐标的截距在数值上等于金属的极限频率。
图线的斜率k=
,可见图线的斜率在数值上等于普朗克常量。
6.用同一束单色光,在同一条件下,先后照射锌片和银片,都能产生光电效应,这两个过程中,对下列四个量,一定相同的是_____,可能相同的是________,一定不相同的是________。
A.光子的能量 B.金属的逸出功
C.光电子动能D.光电子最大初动能
答案:
A C BD
解析:
光子的能量由光的频率决定,同一束单色光频率相同,因而光子能量相同,逸出功等于电子脱离原子核束缚需要做的最小的功,因此只由材料决定,锌片和银片的逸出功一定不相同。
由Ek=hν-W,照射光子能量hν相同,逸出功W不同,则电子最大初动能也不同,由于光电子吸收光子后到达金属表面的路径不同,途中损失的能量也不同,因而脱离金属时的动能可能分布在零到最大初动能之间,所以,两个不同光电效应的光电子中,有时动能是可能相等的。
7.
如图所示,当电键S断开时,用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极P,发现电流表读数不为零。
合上电键,调节滑动变阻器,发现当电压表读数小于0.60V时,电流表读数仍不为零;当电压表读数大于或等于0.60V时,电流表读数为零。
(1)求此时光电子的最大初动能的大小。
(2)求该阴极材料的逸出功。
答案:
(1)0.6eV
(2)1.9eV
解析:
设用光子能量为2.5eV的光照射时,光电子的最大初动能为Ek,阴极材料逸出功为W0。
当反向电压达到U=0.60V以后,具有最大初动能的光电子达不到阳极,因此eU=Ek
由光电效应方程:
Ek=hν-W0
由以上二式:
Ek=0.6eV,W0=1.9eV。
能力提升
1.(2012·济南模拟)一束平行光经玻璃三棱镜折射后,分解为互相分离的三束光,分别照在相同的金属板a、b、c上,如图所示,已知金属板b有光电子放出,则可知( )
A.板a一定不放出光电子
B.板a一定能放出光电子
C.板c一定不放出光电子
D.板c一定能放出光电子
答案:
D
解析:
从棱镜对光的色散可知,光的频率越大,在同一介质的折射率越大,由题意:
νa<νb<νc,同种材料极限频率相同。
由b板有光电子,则发生光电效应,则c一定可放出光电子,所以选项C错误,D正确,但射到a板上的光的频率不能确定是否大于极限频率,所以不能判断是否发生光电效应,所以选项A、B错误。
2.(2011·河北保定联考)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,普朗克常量h=6.63×10-34J·s,由图可知( )
A.该金属的极限频率为4.27×1014Hz
B.该金属的极限频率为5.5×1014Hz
C.该图线的斜率表示普朗克常量
D.该金属的逸出功为0.5eV
答案:
AC
解析:
由光电效应方程Ekm=hν-W知图线与横轴交点为金属的极限频率,即ν0=4.27×1014Hz,A对,B错;该图线的斜率为普朗克常量,C对;金属的逸出功W=hν0=6.63×10-34×4.27×1014/1.6×10-19eV≈1.8eV,D错。
3.(2012·试题调研)在光电效应实验中,飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光),如图所示。
则可判断出( )
A.甲光的频率大于乙光的频率
B.乙光的波长大于丙光的波长
C.乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率
D.甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能
答案:
B
解析:
该题考查了光电效应问题,应根据截止电压判断频率。
由eUc=
mv2=hν-W可知ν丙>ν甲=ν乙 λ甲=λ乙>λ丙,所以A、D错,B对。
由于hν0=W,所以C错。
4.(2010·吉林实验中学高二检测)如图所示的实验电路,当用黄光照射光电管中的金属涂层时,毫安表的指针发生了偏转。
若将电路中的滑动变阻器的滑片P向右移动到某一位置时,毫安表的读数恰好减小到零,此时电压表读数为U。
(1)若增加黄光照射的强度,则毫安表________(选填“有”或“无”)示数。
若改用蓝光照射光电管中的金属涂层,则毫安表______
(选填“有”或“无”)示数。
(2)若用几种都能使金属涂层发生光电效应的不同频率ν的光照射光电管中的金属涂层,分别测出能使毫安表的读数恰好减小到零时的不同电压值U,通过U和ν的几组对应数据,作出U-ν图象。
则利用电子的电荷量e和U-ν图象的________就可求得普朗克常量h(用纵轴表示U、横轴表示ν)。
答案:
(1)无,有
(2)斜率
5.(2010·沈阳市高二联考)康普顿效应证实了光子不仅具有能量,也有动量。
下图给出了光子与静止电子碰撞后,电子的运动方向,则碰后光子可能沿方向________运动,并且波长________(填“不变”、“变短”或“变长”)。
答案:
1 变长
解析:
因光子与电子的碰撞过程动量守恒,所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与光子碰前动量的方向一致,可见碰后光子运动的方向可能沿1方向,不可能沿2或3方向;通过碰撞,光子将一部分能量转移给电子,能量减少,由E=hν知,频率变小,再根据c=λν知,波长变长。
6.如图所示,阴极K用极限波长λ0=0.66μm的金属铯制成,用波长λ=0.50μm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2.5V时,光电流达到饱和,电流表示数为0.64μA,求:
(1)每秒阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能
(2)如果把照射阴极绿光的光强增大为原来的2倍,每秒阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极的最大初动能
答案:
(1)4.0×1012个 9.5×10-20J
(2)8×1012个 9.5×1020J
解析:
饱和电流的值I与每秒内阴极发射的电子数的关系是I=ne。
电子从阴极K飞出的最大初动能Ek=hν-W,电子从阴极K飞向阳极A时,还会被电场加速,使其动能进一步增大。
(1)当阴极发射的光电子全部达到阳极A时,光电流达到饱和,由电流可知每秒到达阴极的电子数,即每秒发射的电子数。
n=
=
=4.0×1012(个)
根据爱因斯坦光电方程,光电子的最大初动能为
Ek=hν-W=h
-h
=6.63×10-34×3×108×(
-
)J=9.5×10-20J
(2)如果照射光的频率不变,光强加倍,根据光电效应实验规律,阴极每秒发射的光电子数为n′=2n=8×1012个。
光电子的最大初动能仍然是
mv2=9.5×10-20J。
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- 172 粒子