2019高考物理一輪復習 第十二章 近代物理 課時規(guī)范練37 光電效應 波粒二象性 新人教版.doc

課時規(guī)范練37　光電效應　波粒二象性 基礎鞏固組 1.(光電效應)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逸出功越大 B.只要光照射的時間足夠長,任何金屬都能產生光電效應 C.從金屬表面逸出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,單位時間內逸出的光電子數就越多 答案A 解析逸出功W0=hν0,W0∝ν0,A正確;只有照射光的頻率ν大于金屬極限頻率ν0,才能產生光電效應現象,B錯誤;由光電效應方程Ekm=hν-W0知,光電子的最大初動能與入射光的頻率和金屬材料的逸出功都有關系,所以C錯誤;光強E=nhν,E一定,ν越大,則光子數n越小,單位時間內逸出的光電子數就越少,D錯誤。 2. (光電效應)(2017廣東陽東模擬)用如圖所示的光電管研究光電效應,用某種頻率的單色光a照射光電管陰極K,電流計G的指針發(fā)生偏轉,而用另一頻率的單色光b照射光電管陰極K時,電流計G的指針不發(fā)生偏轉。那么(　　) A.a光的頻率不一定大于b光的頻率 B.只增加a光的強度可使通過電流計G的電流增大 C.增加b光的強度可能使電流計G的指針發(fā)生偏轉 D.用a光照射光電管陰極K時通過電流計G的電流是由d到c 答案B 解析由于用單色光a照射光電管陰極K,電流計G的指針發(fā)生偏轉,說明發(fā)生了光電效應,而用另一頻率的單色光b照射光電管陰極K時,電流計G的指針不發(fā)生偏轉,說明b光不能發(fā)生光電效應,即a光的頻率一定大于b光的頻率,選項A錯誤;增加a光的強度可使單位時間內逸出光電子的數量增加,則通過電流計G的電流增大,選項B正確;因為b光不能發(fā)生光電效應,所以即使增加b光的強度也不可能使電流計G的指針發(fā)生偏轉,選項C錯誤;用a光照射光電管陰極K時通過電流計G的電子的方向是由d到c,所以電流方向是由c到d,選項D錯誤。 3.(光電效應圖象)(2017北京朝陽區(qū)期末) 愛因斯坦因提出了光量子概念,并成功地解釋了光電效應的規(guī)律而獲得1921年諾貝爾物理學獎。某種金屬逸出光電子的最大初動能Ekm與入射光頻率ν的關系如圖所示,其中ν0為極限頻率。則可以確定的是(　　) A.逸出功與ν有關 B.Ekm與入射光強度成正比 C.當ν<ν0時,會逸出光電子 D.圖中直線的斜率與普朗克常量有關 答案D 解析由愛因斯坦光電效應方程Ek=hν-W0和W0=hν0(W0為金屬的逸出功)可得,Ek=hν-hν0,可見圖象的斜率就表示普朗克常量,D正確;只有ν≥ν0時才會發(fā)生光電效應,C錯誤;金屬的逸出功只與金屬本身有關,與入射光的頻率無關,A錯誤;最大初動能取決于入射光的頻率和金屬的逸出功,而與入射光的強度無關,B錯誤。 4.(多選)(波粒二象性)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,底片上只能出現一些不規(guī)則的點;如果曝光時間足夠長,底片上就會出現規(guī)則的干涉條紋。對這個實驗結果的認識,下列正確的是(　　) 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出波動性 答案BCD 解析單個光子通過雙縫后的落點無法預測,大量光子的落點出現一定的規(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,少數光子的行為表現為粒子性,大量光子的行為表現為波動性。所以正確選項為B、C、D。 5.(多選)(波粒二象性)下列說法正確的是(　　) A.普朗克為了解釋黑體輻射現象,第一次提出了能量量子化理論 B.大量的電子通過雙縫后在屏上能形成明暗相間的條紋,這表明所有的電子都落在明條紋處 C.電子和其他微觀粒子都具有波粒二象性 D.光波是一種概率波,光的波動性是由于光子之間的相互作用引起的,這是光子自身的固有性質 答案AC 解析普朗克為了解釋黑體輻射現象,第一次提出了能量量子化理論,A正確;不可能所有的電子都落在明條紋處,只是電子落到該處的概率大,B錯誤;所有粒子都具有波粒二象性,C正確;波粒二象性是光的根本屬性,與光子之間的相互作用無關,D錯誤。 6.(愛因斯坦光電效應方程)已知鈣和鉀的截止頻率分別為7.731014 Hz和5.441014 Hz,在某種單色光的照射下兩種金屬均發(fā)生光電效應,比較它們表面逸出的具有最大初動能的光電子,鈣逸出的光電子具有較大的(　　) 　　　　 　　　　　　 　　　　　　 A.波長 B.頻率 C.能量 D.動量 答案A 解析由愛因斯坦光電效應方程hν=W0+12mvm2,又由W0=hν0,可得光電子的最大初動能12mvm2=hν-hν0,由于鈣的截止頻率大于鉀的截止頻率,所以鈣逸出的光電子的最大初動能較小,因此它具有較小的能量、頻率和動量,B、C、D錯;又由c=λν可知光電子頻率較小時,波長較大,A對。 7.(光電效應圖象)(2017北京東城期末)實驗得到金屬鈣的光電子的最大初動能Ekmax與入射光頻率ν的關系如圖所示。下表中列出了幾種金屬的截止頻率和逸出功,參照下表可以確定的是(　　) 金屬 鎢 鈣 鈉 截止頻率ν0/Hz 10.95 7.73 5.53 逸出功W/eV 4.54 3.20 2.29 A.如用金屬鎢做實驗得到的Ekmax-ν圖線也是一條直線,其斜率比圖中直線的斜率大 B.如用金屬鈉做實驗得到的Ekmax-ν圖線也是一條直線,其斜率比圖中直線的斜率大 C.如用金屬鈉做實驗得到的Ekmax-ν圖線也是一條直線,設其延長線與縱軸交點的坐標為(0,-Ek2),則Ek2<Ek1 D.如用金屬鎢做實驗,當入射光的頻率ν<ν1時,可能會有光電子逸出 答案C 解析由光電效應方程Ekmax=hν-W可知Ekmax-ν圖線是直線,且斜率相同,選項A、B錯;由表中所列的截止頻率和逸出功數據可知選項C正確,選項D錯誤。 8.(光電效應圖象)(2017江蘇南京、鹽城二模)用如圖甲所示的裝置研究光電效應現象,當用光子能量為5 eV的光照射到光電管上時,測得電流計上的示數隨電壓變化的圖象如圖乙所示,則光電子的最大初動能為　　　　 J,金屬的逸出功為　　　　 J。 答案3.210-19　4.810-19 解析由題圖乙可知,當該裝置所加的電壓為反向電壓-2 V時,電流計示數為0,故光電子的最大初動能為Ekm=2 eV=3.210-19 J,根據光電效應方程Ekm=hν-W0,可得W0=3 eV=4.810-19 J。?導學號06400492? 能力提升組 9.(多選)在X射線管中,由陰極發(fā)射的電子(不計初速度)被加速后打到陽極,會產生包括X光在內的各種能量的光子,其中光子能量的最大值等于電子的動能。已知陽極與陰極之間的電勢差U、普朗克常量h、電子電荷量e和光速c,則可知該X射線管發(fā)出的X光的(　　) A.最短波長為hceU B.最長波長為cheU C.最小頻率為eUh D.最大頻率為eUh 答案AD 解析根據動能定理eU=12mv2、光速與波長和頻率的關系公式c=λν、光子能量E=hν,依題意有eU≥E,則可得λ≥hceU,ν≤eUh,所以A、D正確。 10. (多選)如圖是某金屬在光的照射下產生的光電子的最大初動能Ek與入射光頻率ν的關系圖象。由圖象可知(　　) A.該金屬的逸出功等于E B.該金屬的逸出功等于hν0 C.入射光的頻率為2ν0時,產生的光電子的最大初動能為E D.由該圖象可得出普朗克常量h=ν0E 答案ABC 解析由愛因斯坦的光電效應方程可知,Ek=hν-W,對應圖線可得該金屬的逸出功W=E=hν0,A、B均正確;若入射光的頻率為2ν0,則產生的光電子的最大初動能Ek=2hν0-W=hν0=E,故C正確;由E=hν0可得h=Eν0,D錯誤。 11.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.僅鈉能產生光電子 B.僅鈉、銅能產生光電子 C.僅銅、鉑能產生光電子 D.都能產生光電子 答案D 解析根據愛因斯坦光電效應方程可知,只有光源的波長小于某金屬的極限波長,就有光電子逸出,該光源發(fā)出的光的波長小于100 nm,小于鈉、銅、鉑三個的極限波長,都能產生光電子,故D正確,A、B、C錯誤。 12.(2017河南洛陽二模)一個德布羅意波波長為λ1的中子和另一個德布羅意波波長為λ2的氘核同向正碰后結合成一個氚核,該氚核的德布羅意波波長為(　　) A.λ1λ2λ1+λ2 B.λ1λ2λ1-λ2 C.λ1+λ22 D.λ1-λ22 答案A 解析中子的動量p1=hλ1,氘核的動量p2=hλ2,同向正碰后形成的氚核的動量p3=p2+p1,所以氚核的德布羅意波波長λ3=hp3=λ1λ2λ1+λ2,A正確。 13.現有a、b、c三束單色光,其波長關系為λa∶λb∶λc=1∶2∶3。當用a光束照射某種金屬板時能發(fā)生光電效應,飛出的光電子最大動能為Ek,若改用b光束照射該金屬板,飛出的光電子最大動能為13Ek,當改用c光束照射該金屬板時(　　) A.能發(fā)生光電效應,飛出的光電子最大動能為16Ek B.能發(fā)生光電效應,飛出的光電子最大動能為19Ek C.能發(fā)生光電效應,飛出的光電子最大動能為112Ek D.由于c光束光子能量較小,該金屬板不會發(fā)生光電效應 答案B 解析對a光,由光電效應方程有hcλa-W=Ek,對b光有hc2λa-W=13Ek,由以上兩式可得hcλa=43Ek,則W=13Ek。當改用c光束照射該金屬板時,有hc3λa-W=Ek得Ek=19Ek,故B正確。 14. 如圖所示,相距為d的兩平行金屬板A、B足夠大,板間電壓恒為U,有一波長為λ的細激光束照射到B板表面,使B板發(fā)生光電效應,已知普朗克常量為h,金屬板B的逸出功為W,電子質量為m,電荷量為e,求: (1)從B板運動到A板所需時間最短的光電子到達A板時的動能; (2)光電子從B板運動到A板所需的最長時間。 答案(1)eU+hcλ-W　(2)d2mUe 解析(1)由愛因斯坦光電效應方程Ek=hν-W和光子的頻率為ν=cλ,可得到光電子的最大初動能為Ek=hcλ-W。 能以最短時間到達A板的光電子是初動能最大且垂直于板面離開B板的電子。設光電子到達A板的動能為Ek1,則由動能定理得,eU=Ek1-Ek,所以Ek1=eU+hcλ-W。 (2)能以最長時間到達A板的光電子是離開B板時的初速度為零或初速度方向平行于B板的光電子。根據牛頓第二定律和勻變速直線運動規(guī)律,有d=12at2=Uet22dm得t=d2mUe。 ?導學號06400493? 15.(2017北京海淀區(qū)二模)光電效應現象逸出的光電子的最大初動能不容易直接測量,也可以利用類似轉換的方法。 (1)如圖1是研究某光電管發(fā)生光電效應的電路圖,當用頻率為ν的光照射金屬K時,通過調節(jié)光電管兩端電壓U,測量對應的光電流I,繪制了如圖2的I-U圖象。求當用頻率為2ν的光照射金屬K時,光電子的最大初動能Ek的大小。已知電子所帶電荷量為e,圖象中Uc、Im及普朗克常量h均為已知量。 (2)有研究者設計了如下的測量光電子最大初動能的方式。研究裝置如圖3,真空中放置的平行正對金屬板可以作為光電轉換裝置。用一定頻率的激光照射A板中心O點,O點附近將有大量的電子吸收光子的能量而逸出。B板上涂有特殊材料,當電子打在B板上時會在落點處留有可觀察的痕跡。可以認為所有逸出的電子都從O點以相同大小的速度逸出,其初速度沿各個方向均勻分布,金屬板的正對面積足夠大(保證所有的光電子都不會射出兩極板所圍的區(qū)域),光照條件保持不變。已知A、B兩極板間的距離為d,電子所帶電荷量為e,質量為m,其所受重力及它們之間的相互作用力均可忽略不計。 ①通過外接可調穩(wěn)壓電源使A、B兩極板有一定的電勢差,A板接電源的負極,由O點逸出的電子打在B板上的最大區(qū)域范圍為一個圓形,且圓形的面積隨A、B兩極板間的電壓變化而改變。已知電子逸出時的速度大小為v0,試通過計算,推導電子打在B板上的最大范圍圓形半徑r與兩極板間電壓U的關系式。 ②通過外接電源給A、B兩極板間加上一定的電壓U0,若第一次A板接電源的負極,電子打在B板上的最大區(qū)域為一個圓形;第二次A板接電源的正極,保持極板間所加電壓U0不變,電子打在B板上的最大區(qū)域范圍仍為一個圓形,只是這個圓形半徑恰好是第一次的一半。為使B板上沒有電子落點的痕跡,則兩金屬板間的電壓滿足什么條件? 圖1 圖2 圖3 答案見解析 解析(1)由題圖2可知,當該裝置所加的電壓為反向電壓,當電壓是Uc時,電流表示數為0,知道光電子點的最大初動能為Ekm=eUc,根據光電效應方程Ekm=hν-W0,則:W0=hν-eUc。當用頻率為2ν的光照射金屬K時,Ek=2hν-W0=hν+eUc (2)①打在最邊緣處的電子,將是類平拋運動的電子,在垂直電場方向做勻速運動,即r=v0t 在平行電場方向做初速度為零的勻加速運動,即d=12at2 其中,a=eEm=eUmd,則t=d2meU 將r=v0t代入得:r=v0d2meU ②第一次A板接電源的負極,電子向B板做加速運動,最大區(qū)域為一個圓形的半徑:r1=v0d2meU0 第二次A板接電源的正極,電子向B板做減速運動,打在B板上的最大區(qū)域范圍邊緣的電子沿垂直于極板方向的速度恰好等于0,此時電子只剩下沿平行于極板方向的分速度,設該分速度為v,則電子運動過程的逆過程可以看作是類平拋運動,此時對應的半徑:r2=vd2meU0 由于r2=12r1 所以:v=12v0 電子向B板做減速運動,根據動能定理可得: -eU0=12mv2-12mv02 若電子恰好能到達B板,則:-eU=0-12mv02 聯立以上方程得:U=43U0 則為使B板上沒有電子落點的痕跡,則兩金屬板間的電壓滿足U≥43U0