（課標通用版）2020版高考物理總復習 第十二章 01 第1講 光電效應 波粒二象性精練（含解析）

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1、第1講　光電效應　波粒二象性 A組　基礎過關 1.關于光電效應,下列說法正確的是(　　) A.極限頻率越大的金屬材料,其逸出功越大 B.只要光照射的時間足夠長,任何金屬都能產(chǎn)生光電效應 C.從金屬表面出來的光電子的最大初動能越大,這種金屬的逸出功越小 D.入射光的光強一定時,頻率越高,單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多 答案　A　由W0=hνc可知A項正確;照射光的頻率低于極限頻率時不能發(fā)生光電效應,故項B錯誤;由Ek=hν-W0可知C項錯誤;單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)與入射光的頻率無關,取決于入射光的強度,故D項錯誤。 2.用一束紫外線照射某金屬時不能產(chǎn)生光電效應,可能使該金屬發(fā)生

2、光電效應的措施是(　　) A.改用頻率更小的紫外線照射 B.改用X射線照射 C.改用強度更大的原紫外線照射 D.延長原紫外線的照射時間 答案　B　每一種金屬對應一個極限頻率,低于極限頻率的光,無論照射時間有多長,光的強度有多大,都不能使金屬發(fā)生光電效應。只要照射光的頻率大于金屬的極限頻率,就能產(chǎn)生光電效應。因為X射線的頻率高于紫外線的頻率,所以改用X射線照射可能發(fā)生光電效應,B選項正確。 3.(多選)1905年是愛因斯坦的“奇跡”之年,這一年他先后發(fā)表了三篇具有劃時代意義的論文,其中關于光量子的理論成功的解釋了光電效應現(xiàn)象。關于光電效應,下列說法正確的是(　　) A.當入射光的頻

3、率低于極限頻率時,不能發(fā)生光電效應 B.光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比 C.光電子的最大初動能與入射光的強度成正比 D.某單色光照射一金屬時不發(fā)生光電效應,改用波長較短的光照射該金屬可能發(fā)生光電效應 答案　AD　根據(jù)光電效應現(xiàn)象的實驗規(guī)律,只有入射光的頻率大于極限頻率才能發(fā)生光電效應,而波長越短頻率越大,故A、D正確。根據(jù)光電效應方程,光電子的最大初動能與入射光頻率為線性關系,但非正比關系,B錯誤;根據(jù)光電效應現(xiàn)象的實驗規(guī)律,光電子的最大初動能與入射光強度無關,C錯誤。 4.2017年年初,我國研制的“大連光源”——極紫外自由電子激光裝置,發(fā)出了波長在100nm(1nm=10

4、-9m)附近連續(xù)可調(diào)的世界上最強的極紫外激光脈沖。大連光源因其光子的能量大、密度高,可在能源利用、光刻技術、霧霾治理等領域的研究中發(fā)揮重要作用。 一個處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個分子,但又不會把分子打碎。據(jù)此判斷,能夠電離一個分子的能量約為(取普朗克常量h=6.6×10-34J·s,真空光速c=3×108m/s)(　　) A.10-21J B.10-18J C.10-15J D.10-12J 答案　B　由題意知,電離一個分子的能量等于照射分子的光子能量,E=hν=hcλ=2×10-18J,故選項B正確。 5.(多選)物理學家做了一個有趣的實驗:在雙縫干涉實驗中,在光屏處

5、放上照相底片,若減弱光的強度,使光子只能一個一個地通過狹縫。實驗結果表明,如果曝光時間不太長,底片上只能出現(xiàn)一些不規(guī)則的點;如果曝光時間足夠長,底片上就會出現(xiàn)規(guī)則的干涉條紋。對這個實驗結果,下列認識正確的是(　　) A.曝光時間不長時,光的能量太小,底片上的條紋看不清楚,故出現(xiàn)不規(guī)則的點 B.單個光子的運動沒有確定的軌道 C.干涉條紋中明亮的部分是光子到達機會較多的地方 D.只有大量光子的行為才表現(xiàn)出波動性 答案　BCD　單個光子通過狹縫后的落點無法預測,大量光子的落點呈現(xiàn)一定的規(guī)律性,落在某些區(qū)域的可能性較大,這些區(qū)域正是波通過雙縫后發(fā)生干涉時振幅加強的區(qū)域。光具有波粒二象性,少數(shù)

6、光子的行為表現(xiàn)為粒子性,大量光子的行為表現(xiàn)為波動性。綜上可知,正確選項為B、C、D。 6.(多選)(2018陜西西安模擬)2009年諾貝爾物理學獎得主威拉德·博伊爾和喬治·史密斯主要成就是發(fā)明了電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器。他們的發(fā)明利用了愛因斯坦的光電效應原理。如圖所示電路可研究光電效應規(guī)律。圖中標有A和K的為光電管,其中K為陰極,A為陽極。理想電流計可檢測通過光電管的電流,理想電壓表用來指示光電管兩端的電壓。現(xiàn)接通電源,用光子能量為10.5eV的光照射陰極K,電流計中有示數(shù),若將滑動變阻器的滑片P緩慢向右滑動,電流計的讀數(shù)逐漸減小,當滑至某一位置時電流計的讀數(shù)恰好為零,讀出此時電壓表

7、的示數(shù)為6.0V;現(xiàn)保持滑片P位置不變,以下判斷正確的是(　　) A.光電管陰極材料的逸出功為4.5eV B.若增大入射光的強度,電流計的讀數(shù)不為零 C.若用光子能量為12eV的光照射陰極K,光電子的最大初動能一定變大 D.若用光子能量為9.5eV的光照射陰極K,同時把滑片P向左移動少許,電流計的讀數(shù)一定不為零 答案　AC　由電路圖可知題圖中所加電壓為反向減速電壓,根據(jù)題意可知遏止電壓為6.0V,由Ek=hν-W0=eUc得W0=4.5eV,選項A正確;當電壓達到遏止電壓時,所有電子都不能到達A極,無論光強如何變化,電流計示數(shù)仍為零,選項B錯;若光子能量增大,根據(jù)光電效應方程,光

8、電子的最大初動能一定變大,選項C正確;若用光子能量為9.5eV的光照射陰極K,則遏止電壓為5.0V,滑片P向左移動少許,電流計的讀數(shù)仍可能為零,選項D錯。 7.某光源發(fā)出的光由不同波長的光組成,不同波長的光的強度如圖所示。表中給出了一些材料的極限波長,用該光源發(fā)出的光照射表中材料(　　) 材料 鈉 銅 鉑 極限波長/nm 541 268 196 A.僅鈉能產(chǎn)生光電子 B.僅鈉、銅能產(chǎn)生光電子 C.僅銅、鉑能產(chǎn)生光電子 D.都能產(chǎn)生光電子 答案　D　當入射光的波長小于金屬的極限波長時,被照射金屬能夠發(fā)生光電效應產(chǎn)生光電子。光源發(fā)出的光的波長在25nm到425nm之

9、間,故可使三種金屬均發(fā)生光電效應,D項正確。 8.某光波射到一逸出功為W的光電材料表面,所產(chǎn)生的光電子垂直射入磁感應強度為B的勻強磁場中,其做圓周運動的最大半徑為r,設電子的質(zhì)量為m,帶電荷量為e,普朗克常量為h,則該光波的頻率為(　　) A.Wh B.r2e2B22mh C.Wh+r2e2B22mh D.Wh-r2e2B22mh 答案　C　由evB=mv2r可得所產(chǎn)生的光電子的最大初動能Ek=12mv2=r2e2B22m。由愛因斯坦光電效應方程有Ek=hν-W,解得ν=Wh+r2e2B22mh,選項C正確。 9.(2018湖北八校聯(lián)考)表是按照密立根的方法進行光電效應實驗時得到的某

10、金屬的遏止電壓Uc和入射光的頻率ν的幾組數(shù)據(jù)。 Uc/V 0.541 0.637 0.714 0.809 0.878 ν/×1014Hz 5.644 5.888 6.098 6.303 6.501 由以上數(shù)據(jù)應用Excel描點連線,可得直線方程,如圖所示。 則這種金屬的截止頻率約為(　　) A.3.5×1014Hz B.4.3×1014Hz C.5.5×1014Hz D.6.0×1014Hz 答案　B　遏止電壓為零時,入射光的頻率等于截止頻率,根據(jù)方程Uc=0.3973ν1014-1.7024,當Uc=0時,解得ν=4.3×1014Hz,B正確。 10.

11、(多選)利用金屬晶格(大小約10-10m)作為障礙物觀察電子的衍射圖樣,方法是讓電子通過電場加速后,讓電子束照射到金屬晶格上,從而得到電子的衍射圖樣。已知電子質(zhì)量為m,電荷量為e,初速度為0,加速電壓為U,普朗克常量為h,則下列說法中正確的是(　　) A.該實驗說明了電子具有波動性 B.實驗中電子束的德布羅意波的波長為λ=h2meU C.加速電壓U越大,電子的衍射現(xiàn)象越明顯 D.若用相同動能的質(zhì)子替代電子,衍射現(xiàn)象將更加明顯 答案　AB　題中能得到電子的衍射圖樣,說明電子具有波動性,A正確;電子在加速過程中有eU=12mv2,電子束的德布羅意波的波長λ=hp,而動量p=mv,解得λ=

12、h2meU,B正確;由λ=h2meU可知,加速電壓越大,電子的德布羅意波的波長越小,衍射現(xiàn)象就越不明顯,C錯誤;由λ=hp=h2mEk知,相同動能的質(zhì)子與電子相比,質(zhì)子的德布羅意波的波長短,衍射現(xiàn)象與電子相比不明顯,故D錯誤。 11.(多選)(2018安徽淮北一中模擬)用甲、乙兩種單色光照射同一金屬做光電效應實驗,發(fā)現(xiàn)光電流與電壓的關系如圖所示。已知普朗克常量為h,被照射金屬的逸出功為W0,遏止電壓為Uc,電子的電荷量為e,則下列說法正確的是(　　) A.甲光的強度大于乙光的強度 B.甲光的頻率大于乙光的頻率 C.甲光照射時產(chǎn)生的光電子初動能均為eUc D.乙光的頻率為W0+eU

13、ch 答案　AD　光電效應方程Ek=hν-W0,Ek=Uce,由題圖可知,甲、乙的截止電壓相同,故甲、乙的頻率相同,選項B錯誤;頻率相同,光的強度越強,則單位時間內(nèi)光電子數(shù)目越多,對應的光電流越大,即可判定甲光的強度較大,選項A正確;甲光照射時產(chǎn)生的光電子的最大初動能為eUc,選項C錯誤;根據(jù)Ek=hν-W0=Uce,可得ν=Uce+W0h,選項D正確。 12.(多選)1927年戴維遜和革末完成了電子衍射實驗,該實驗是榮獲諾貝爾獎的重大近代物理實驗之一。如圖所示的是該實驗裝置的簡化圖,下列說法正確的是(　　) A.亮條紋是電子到達概率大的地方 B.該實驗說明物質(zhì)波理論是正確的 C

14、.該實驗再次說明光子具有波動性 D.該實驗說明實物粒子具有波動性 答案　ABD　電子屬于實物粒子,電子衍射實驗說明電子具有波動性,說明物質(zhì)波理論是正確的,與光的波動性無關,B、D正確,C錯誤;物質(zhì)波也是概率波,亮條紋是電子到達概率大的地方,A正確。 B組　能力提升 13.(多選)1905年,愛因斯坦把普朗克的量子化概念進一步推廣,成功地解釋了光電效應現(xiàn)象,提出了光子說。在給出的與光電效應有關的四個圖像中,下列說法正確的是(　　) A.圖1中,當紫外線照射鋅板時,發(fā)現(xiàn)驗電器指針發(fā)生了偏轉,說明鋅板帶正電,驗電器帶負電 B.圖2中,從光電流與電壓的關系圖像中可以看出,電壓相同時

15、,光照越強,光電流越大,說明遏止電壓和光的強度有關 C.圖3中,若電子電荷量用e表示,ν1、νc、U1已知,由Uc-ν圖像可求得普朗克常量的表達式為h=U1eν1-νc D.圖4中,由光電子最大初動能Ek與入射光頻率ν的關系圖像可知該金屬的逸出功為E或hν0 答案　CD　用紫外線燈發(fā)出的紫外線照射鋅板,鋅板失去電子帶正電,驗電器與鋅板相連,則驗電器的金屬球和金屬指針帶正電,故選項A錯誤;由圖2可知電壓相同時,光照越強,光電流越大,只能說明光電流大小與光的強度有關,遏止電壓只與入射光的頻率有關,與入射光的強度無關,故選項B錯誤;根據(jù)愛因斯坦光電效應方程Uce=hν-W0,可知Uc=heν-

16、W0e,Uc-ν圖線的斜率為he,即he=U1ν1-νc,解得h=U1eν1-νc,故選項C正確;根據(jù)光電效應方程Ekm=hν-W0知道Ek-ν圖線的縱軸截距的絕對值表示逸出功,則逸出功為E,當最大初動能為零時,入射光的頻率等于金屬的極限頻率,則金屬的逸出功等于hν0,故選項D正確。 14.現(xiàn)有a、b、c三束單色光,其波長關系為λa∶λb∶λc=1∶2∶3。當用a光束照射某金屬板時能發(fā)生光電效應,飛出的光電子最大初動能為Ek;若改用b光束照射該金屬板,飛出的光電子最大初動能為13Ek。當改用c光束照射該金屬板時(　　) A.能發(fā)生光電效應,飛出的光電子最大初動能為16Ek B.能發(fā)生光電效應,飛出的光電子最大初動能為19Ek C.能發(fā)生光電效應,飛出的光電子最大初動能為112Ek D.由于c光束的光子能量較小,該金屬板不會發(fā)生光電效應 答案　B　對a、b兩束光,由光電效應方程有:hcλa-W0=Ek,hc2λa-W0=13Ek,由以上兩式可得hcλa=43Ek,W0=13Ek。當改用c光束照射該金屬板時有:hc3λa-W0=49Ek-13Ek=19Ek,故B正確。 8