（课标通用版）2020版高考物理总复习 第十二章 01 第1讲 光电效应 波粒二象性精练（含解析）

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1、第1讲　光电效应　波粒二象性 A组　基础过关 1.关于光电效应,下列说法正确的是(　　) A.极限频率越大的金属材料,其逸出功越大 B.只要光照射的时间足够长,任何金属都能产生光电效应 C.从金属表面出来的光电子的最大初动能越大,这种金属的逸出功越小 D.入射光的光强一定时,频率越高,单位时间内逸出的光电子数就越多 答案　A　由W0=hνc可知A项正确;照射光的频率低于极限频率时不能发生光电效应,故项B错误;由Ek=hν-W0可知C项错误;单位时间内逸出的光电子数与入射光的频率无关,取决于入射光的强度,故D项错误。 2.用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应,可能使该金属发生

2、光电效应的措施是(　　) A.改用频率更小的紫外线照射 B.改用X射线照射 C.改用强度更大的原紫外线照射 D.延长原紫外线的照射时间 答案　B　每一种金属对应一个极限频率,低于极限频率的光,无论照射时间有多长,光的强度有多大,都不能使金属发生光电效应。只要照射光的频率大于金属的极限频率,就能产生光电效应。因为X射线的频率高于紫外线的频率,所以改用X射线照射可能发生光电效应,B选项正确。 3.(多选)1905年是爱因斯坦的“奇迹”之年,这一年他先后发表了三篇具有划时代意义的论文,其中关于光量子的理论成功的解释了光电效应现象。关于光电效应,下列说法正确的是(　　) A.当入射光的频

3、率低于极限频率时,不能发生光电效应 B.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 C.光电子的最大初动能与入射光的强度成正比 D.某单色光照射一金属时不发生光电效应,改用波长较短的光照射该金属可能发生光电效应 答案　AD　根据光电效应现象的实验规律,只有入射光的频率大于极限频率才能发生光电效应,而波长越短频率越大,故A、D正确。根据光电效应方程,光电子的最大初动能与入射光频率为线性关系,但非正比关系,B错误;根据光电效应现象的实验规律,光电子的最大初动能与入射光强度无关,C错误。 4.2017年年初,我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置,发出了波长在100nm(1nm=10

4、-9m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲。大连光源因其光子的能量大、密度高,可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。 一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子,但又不会把分子打碎。据此判断,能够电离一个分子的能量约为(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　由题意知,电离一个分子的能量等于照射分子的光子能量,E=hν=hcλ=2×10-18J,故选项B正确。 5.(多选)物理学家做了一个有趣的实验:在双缝干涉实验中,在光屏处

5、放上照相底片,若减弱光的强度,使光子只能一个一个地通过狭缝。实验结果表明,如果曝光时间不太长,底片上只能出现一些不规则的点;如果曝光时间足够长,底片上就会出现规则的干涉条纹。对这个实验结果,下列认识正确的是(　　) A.曝光时间不长时,光的能量太小,底片上的条纹看不清楚,故出现不规则的点 B.单个光子的运动没有确定的轨道 C.干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方 D.只有大量光子的行为才表现出波动性 答案　BCD　单个光子通过狭缝后的落点无法预测,大量光子的落点呈现一定的规律性,落在某些区域的可能性较大,这些区域正是波通过双缝后发生干涉时振幅加强的区域。光具有波粒二象性,少数

6、光子的行为表现为粒子性,大量光子的行为表现为波动性。综上可知,正确选项为B、C、D。 6.(多选)(2018陕西西安模拟)2009年诺贝尔物理学奖得主威拉德·博伊尔和乔治·史密斯主要成就是发明了电荷耦合器件(CCD)图像传感器。他们的发明利用了爱因斯坦的光电效应原理。如图所示电路可研究光电效应规律。图中标有A和K的为光电管,其中K为阴极,A为阳极。理想电流计可检测通过光电管的电流,理想电压表用来指示光电管两端的电压。现接通电源,用光子能量为10.5eV的光照射阴极K,电流计中有示数,若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动,电流计的读数逐渐减小,当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零,读出此时电压表

7、的示数为6.0V;现保持滑片P位置不变,以下判断正确的是(　　) A.光电管阴极材料的逸出功为4.5eV B.若增大入射光的强度,电流计的读数不为零 C.若用光子能量为12eV的光照射阴极K,光电子的最大初动能一定变大 D.若用光子能量为9.5eV的光照射阴极K,同时把滑片P向左移动少许,电流计的读数一定不为零 答案　AC　由电路图可知题图中所加电压为反向减速电压,根据题意可知遏止电压为6.0V,由Ek=hν-W0=eUc得W0=4.5eV,选项A正确;当电压达到遏止电压时,所有电子都不能到达A极,无论光强如何变化,电流计示数仍为零,选项B错;若光子能量增大,根据光电效应方程,光

8、电子的最大初动能一定变大,选项C正确;若用光子能量为9.5eV的光照射阴极K,则遏止电压为5.0V,滑片P向左移动少许,电流计的读数仍可能为零,选项D错。 7.某光源发出的光由不同波长的光组成,不同波长的光的强度如图所示。表中给出了一些材料的极限波长,用该光源发出的光照射表中材料(　　) 材料 钠 铜 铂 极限波长/nm 541 268 196 A.仅钠能产生光电子 B.仅钠、铜能产生光电子 C.仅铜、铂能产生光电子 D.都能产生光电子 答案　D　当入射光的波长小于金属的极限波长时,被照射金属能够发生光电效应产生光电子。光源发出的光的波长在25nm到425nm之

9、间,故可使三种金属均发生光电效应,D项正确。 8.某光波射到一逸出功为W的光电材料表面,所产生的光电子垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中,其做圆周运动的最大半径为r,设电子的质量为m,带电荷量为e,普朗克常量为h,则该光波的频率为(　　) A.Wh B.r2e2B22mh C.Wh+r2e2B22mh D.Wh-r2e2B22mh 答案　C　由evB=mv2r可得所产生的光电子的最大初动能Ek=12mv2=r2e2B22m。由爱因斯坦光电效应方程有Ek=hν-W,解得ν=Wh+r2e2B22mh,选项C正确。 9.(2018湖北八校联考)表是按照密立根的方法进行光电效应实验时得到的某

10、金属的遏止电压Uc和入射光的频率ν的几组数据。 Uc/V 0.541 0.637 0.714 0.809 0.878 ν/×1014Hz 5.644 5.888 6.098 6.303 6.501 由以上数据应用Excel描点连线,可得直线方程,如图所示。 则这种金属的截止频率约为(　　) A.3.5×1014Hz B.4.3×1014Hz C.5.5×1014Hz D.6.0×1014Hz 答案　B　遏止电压为零时,入射光的频率等于截止频率,根据方程Uc=0.3973ν1014-1.7024,当Uc=0时,解得ν=4.3×1014Hz,B正确。 10.

11、(多选)利用金属晶格(大小约10-10m)作为障碍物观察电子的衍射图样,方法是让电子通过电场加速后,让电子束照射到金属晶格上,从而得到电子的衍射图样。已知电子质量为m,电荷量为e,初速度为0,加速电压为U,普朗克常量为h,则下列说法中正确的是(　　) A.该实验说明了电子具有波动性 B.实验中电子束的德布罗意波的波长为λ=h2meU C.加速电压U越大,电子的衍射现象越明显 D.若用相同动能的质子替代电子,衍射现象将更加明显 答案　AB　题中能得到电子的衍射图样,说明电子具有波动性,A正确;电子在加速过程中有eU=12mv2,电子束的德布罗意波的波长λ=hp,而动量p=mv,解得λ=

12、h2meU,B正确;由λ=h2meU可知,加速电压越大,电子的德布罗意波的波长越小,衍射现象就越不明显,C错误;由λ=hp=h2mEk知,相同动能的质子与电子相比,质子的德布罗意波的波长短,衍射现象与电子相比不明显,故D错误。 11.(多选)(2018安徽淮北一中模拟)用甲、乙两种单色光照射同一金属做光电效应实验,发现光电流与电压的关系如图所示。已知普朗克常量为h,被照射金属的逸出功为W0,遏止电压为Uc,电子的电荷量为e,则下列说法正确的是(　　) A.甲光的强度大于乙光的强度 B.甲光的频率大于乙光的频率 C.甲光照射时产生的光电子初动能均为eUc D.乙光的频率为W0+eU

13、ch 答案　AD　光电效应方程Ek=hν-W0,Ek=Uce,由题图可知,甲、乙的截止电压相同,故甲、乙的频率相同,选项B错误;频率相同,光的强度越强,则单位时间内光电子数目越多,对应的光电流越大,即可判定甲光的强度较大,选项A正确;甲光照射时产生的光电子的最大初动能为eUc,选项C错误;根据Ek=hν-W0=Uce,可得ν=Uce+W0h,选项D正确。 12.(多选)1927年戴维逊和革末完成了电子衍射实验,该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一。如图所示的是该实验装置的简化图,下列说法正确的是(　　) A.亮条纹是电子到达概率大的地方 B.该实验说明物质波理论是正确的 C

14、.该实验再次说明光子具有波动性 D.该实验说明实物粒子具有波动性 答案　ABD　电子属于实物粒子,电子衍射实验说明电子具有波动性,说明物质波理论是正确的,与光的波动性无关,B、D正确,C错误;物质波也是概率波,亮条纹是电子到达概率大的地方,A正确。 B组　能力提升 13.(多选)1905年,爱因斯坦把普朗克的量子化概念进一步推广,成功地解释了光电效应现象,提出了光子说。在给出的与光电效应有关的四个图像中,下列说法正确的是(　　) A.图1中,当紫外线照射锌板时,发现验电器指针发生了偏转,说明锌板带正电,验电器带负电 B.图2中,从光电流与电压的关系图像中可以看出,电压相同时

15、,光照越强,光电流越大,说明遏止电压和光的强度有关 C.图3中,若电子电荷量用e表示,ν1、νc、U1已知,由Uc-ν图像可求得普朗克常量的表达式为h=U1eν1-νc D.图4中,由光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像可知该金属的逸出功为E或hν0 答案　CD　用紫外线灯发出的紫外线照射锌板,锌板失去电子带正电,验电器与锌板相连,则验电器的金属球和金属指针带正电,故选项A错误;由图2可知电压相同时,光照越强,光电流越大,只能说明光电流大小与光的强度有关,遏止电压只与入射光的频率有关,与入射光的强度无关,故选项B错误;根据爱因斯坦光电效应方程Uce=hν-W0,可知Uc=heν-

16、W0e,Uc-ν图线的斜率为he,即he=U1ν1-νc,解得h=U1eν1-νc,故选项C正确;根据光电效应方程Ekm=hν-W0知道Ek-ν图线的纵轴截距的绝对值表示逸出功,则逸出功为E,当最大初动能为零时,入射光的频率等于金属的极限频率,则金属的逸出功等于hν0,故选项D正确。 14.现有a、b、c三束单色光,其波长关系为λa∶λb∶λc=1∶2∶3。当用a光束照射某金属板时能发生光电效应,飞出的光电子最大初动能为Ek;若改用b光束照射该金属板,飞出的光电子最大初动能为13Ek。当改用c光束照射该金属板时(　　) A.能发生光电效应,飞出的光电子最大初动能为16Ek B.能发生光电效应,飞出的光电子最大初动能为19Ek C.能发生光电效应,飞出的光电子最大初动能为112Ek D.由于c光束的光子能量较小,该金属板不会发生光电效应 答案　B　对a、b两束光,由光电效应方程有:hcλa-W0=Ek,hc2λa-W0=13Ek,由以上两式可得hcλa=43Ek,W0=13Ek。当改用c光束照射该金属板时有:hc3λa-W0=49Ek-13Ek=19Ek,故B正确。 8