2018版物理粤教版新课堂同步选修3-5文档：学业分层测

学业分层测评(五)
(建议用时：45分钟)
[学业达标]
1．产生光电效应时，关于逸出光电子的最大初动能E k，下列说法正确的是()
【导学号：55272045】A．对于同种金属，E k与照射光的强度有关
B．对于同种金属，E k与照射光的波长成反比
C．对于同种金属，E k与照射光的时间成正比
D．对于同种金属，E k与照射光的频率成线性关系
【解析】E k＝hν－W＝h c
λ－W，同种金属逸出功相同，最大初动能与照射
光强度无关，与照射光的波长有关但不是反比例函数关系，故A、B、C项错误，D项正确．
【答案】 D
2. (多选)如图2-1-3所示是某金属在光的照射下，光电子最大初动能E k与入射光频率ν的关系图象，由图象可知()
图2-1-3
A．该金属的逸出功等于E
B．该金属的逸出功等于hν0
C．入射光的频率为ν0时，产生的光电子的最大初动能为E
D．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为2E
【解析】题中图象反映了光电子的最大初动能E k与入射光频率ν的关系，根据爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－W0，知当入射光的频率恰为金属的截止频率ν0时，光电子的最大初动能E k＝0，此时有hν0＝W0，即该金属的逸出功等于hν0，根据图线的物理意义，有W0＝E，故选项A、B正确，而选项C、D错误．
【答案】AB
3．实验得到金属钙的光电子的最大初动能E km与入射光频率ν的关系如图2-1-4所示．下表中列出了几种金属的截止频率和逸出功，参照下表可以确定的是()
【导学号：55272046】
图2-1-4
A.km
斜率大
B．如用金属钠做实验得到的E km-ν图线也是一条直线，其斜率比图中直线的斜率大
C．如用金属钠做实验得到的E km-ν图线也是一条直线，设其延长线与纵轴交点的坐标为(0，－E k2)，则E k2>E k1
D．如用金属钨做实验，当入射光的频率ν<ν1时，不可能有光电子逸出
【解析】由光电效应方程E km＝hν－W可知E km-ν图线是直线，且斜率相同，A、B错误；由表中列出的截止频率和逸出功数据可知，C错误，当入射光的频率小于金属钨的截止频率时，不发生光电效应，不可能有光电子逸出，D正确．
【答案】 D
4．对光电效应的理解不正确的是()
A．在光电效应中，一个电子只能吸收一个光子
B．如果入射光子的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．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
D ．由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应，入射光的最低频率也不同
【解析】 按照爱因斯坦的光子说，光子的能量由光的频率决定，与光强无关，入射光的频率越大，发生光电效应时产生的光电子的最大初动能越大；但要使电子离开金属，电子必须具有足够的动能，而电子增加的动能只能来源于照射光的光子能量，且一个电子只能吸收一个光子，不能同时吸收多个光子，所以光子的能量小于某一数值时便不能产生光电效应现象；电子从金属逸出时只有从金属表面向外逸出的电子克服原子核的引力所做的功最小．综上所述，选项A 、B 、D 正确．
【答案】 C
5．现在a 、b 、c 三束单色光，其波长关系为λa ∶λb ∶λc ＝1∶2∶3.当用a 光束照射某种金属板时能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为E k ，若改用b
光束照射该金属板，飞出的光电子最大动能为13E k ，当改用c 光束照射该金属板
时________(选填“能”或“不能”)发生光电效应，若能发生光电效应，飞出的光电子的最大初动能为________．
【解析】 对a 、b 、c 三束光由光电效应方程可得
hc λa －W ＝E k ，hc λb －W ＝13E k ，
由以上两式可解得hc λa
＝43E k ，W ＝13E k ， 当用c 光束照射该金属板时hc λc
－W ＝E k c λc ＝3λa ，可解得hc λc
＝49E k >W ， E k c ＝19E k .
【答案】 能 19E k
6．已知：功率为100 W 灯泡消耗的电能的5%转化为所发出的可见光的能量，光速c ＝3.0×108 m/s ，普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s ，假定所发出的可见光的波长都是560 nm ，计算灯泡每秒内发出的光子数．
【解析】波长为λ的光子能量为
E＝hc λ
设灯泡每秒内发出的光子数为n，灯泡电功率为P，则
n＝kP E
式中，k＝5%是灯泡的发光效率
得：光子数n＝kPλhc
代入题给数据得
n＝1.4×1019(个)．
【答案】 1.4×1019个
[能力提升]
7．(多选)如图2-1-5所示为研究光电效应规律的实验电路，电源的两个电极分别与接线柱c、d连接，用一定频率的单色光a照射光电管时，灵敏电流计G 的指针会发生偏转，而且另一频率的单色光b照射该光电管时，灵敏电流计G 的指针不偏转．下列说法正确的是()
【导学号：55272047】
图2-1-5
A．a光的频率一定大于b光的频率
B．电源正极可能与c接线柱连接
C．用b光照射光电管时，一定没有发生光电效应
D．若灵敏电流计的指针发生偏转，则电流方向一定是由e→G→f
【解析】用单色光a照射光电管时，灵敏电流计G的指针会发生偏转，而用单色光b照射时，电流计G的指针不偏转，说明单色光a的频率一定大于单色光b的频率，A对．单色光a照射时一定发生光电效应，单色光b照射时可能发生光电效应，但由于加反向电压，光电流为零，也可能没有发生光电效应，
C 错误，B 对．若灵敏电流计的指针发生偏转，电流方向一定是与电子定向运动的方向相反，由e →G →f ，
D 对．
【答案】 ABD
8．在光电效应实验中，小明同学用同一实验装置，如图2-1-6(a)所示，在甲、乙、丙三种光的照射下得到了三条电流表与电压表读数之间的关系曲线，如图(b)所示．则正确的是( )
图2-1-6
A ．乙光的频率大于甲光的频率
B ．甲光的波长小于丙光的波长
C ．丙光的光子能量小于甲光的光子能量
D ．乙光对应的光电子最大初动能小于丙光的光电子最大初动能
【解析】 由爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W 0及遏止电压的含义可知，hν－W 0＝eU c ，结合题意与图象可以判断，W 0相同，U 1>U 2，则三种色光的频率为ν乙＝ν丙>ν甲，故丙光子能量大于甲光子能量，C 错误；同时判断乙光对应光电子
的最大初动能等于丙光对应光电子的最大初动能，A 正确，D 错误；由ν＝c λ知，
λ乙＝λ丙＜λ甲，B 错误．
【答案】 A
9．小明用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图2-1-7甲所示．已知普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s.
【导学号：55272048】
图2-1-7
(1)图甲中电极A为光电管的________(选填“阴极”或“阳极”)．
(2)实验中测得铷的遏止电压U c与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc＝________Hz，逸出功W＝________J.
(3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014 Hz，则产生的光电子的最大初动能E k＝________J.
【解析】(1)光电管中光束直接照射的K极为光电管的阴极，所以电极A 为光电管的阳极．
(2)由U c-ν图线可知，铷的截止频率νc＝5.15×1014 Hz，金属的逸出功W＝hνc ＝6.63×10－34×5.15×1014 J＝3.41×10－19J.
(3)由光电效应方程E k＝hν－W可得产生的光电子的最大初动能E k＝6.63×10－34×7.00×1014 J－3.41×10－19 J＝1.23×10－19 J.
【答案】(1)阳极(2)5.15×1014 3.41×10－19
(3)1.23×10－19
10．A、B两种光子的能量之比为2∶1，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子最大初动能分别为E k A、E k B.求该金属的逸出功．【解析】由光电效应方程可得E k A＝E A－W
E k B＝E B－W
又E A∶E B＝2∶1，可解得该金属的逸出功W＝E k A－2E k B.
【答案】E k A－2E k B
11．光电管是应用光电效应实现光信号与电信号之间相互转换的装置，其广泛应用于光功率测量、光信号记录、电影、电视和自动控制等诸多方面．如图2-1-8所示，C为光电管，B极由金属钠制成(钠的极限波长为5.0×10－7m)．现用波长为4.8×10－7 m的某单色光照射B极.
【导学号：55272049】
(1)电阻R上电流的方向是向左还是向右？
(2)求出从B极发出的光电子的最大初动能．
(3)若给予光电管足够大的正向电压时，电路中光电流为10 μA，则每秒射到光电管B极的光子数至少为多少个？
图2-1-8
【解析】(1)B极板上逸出光电子，相当于电源的正极，A为负极，故流过R的电流向左．
(2)E km＝h c
λ－h
c
λ0＝6.63×10－
34×3×108×
1
4.8×10－7
－
1
5.0×10－7
J＝1.66×10
－20 J.
(3)每秒电路中流过的电子电荷量
q＝It＝10×10－6×1 C＝1×10－5 C
n＝q
e＝
1×10－5
1.6×10－19
个＝6.25×1013个．
【答案】(1)向左(2)1.66×10－20 J (3)6.25×1013个。