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1、1 / 15【2019【2019 最新最新】精选高考物理一轮复习第十二章近代物理课时规精选高考物理一轮复习第十二章近代物理课时规范练范练 3737 光电效应波粒二象性新人教版光电效应波粒二象性新人教版基础巩固组基础巩固组1.(1.(光电效应光电效应) )关于光电效应关于光电效应, ,下列说法正确的是下列说法正确的是( ( ) )A.极限频率越大的金属材料逸出功越大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.从金属表面逸出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解析逸出功 W0=h0,W00,A 正确;只有
2、照射光的频率 大于金属极限频率 0,才能产生光电效应现象,B 错误;由光电效应方程 Ekm=h-W0 知,光电子的最大初动能与入射光的频率和金属材料的逸出功都有关系,所以C 错误;光强 E=nh,E 一定, 越大,则光子数 n 越小,单位时间内逸出的光电子数就越少,D 错误。2 / 152.2.(光电效应)(2017广东阳东模拟)用如图所示的光电管研究光电效应,用某种频率的单色光 a 照射光电管阴极 K,电流计 G 的指针发生偏转,而用另一频率的单色光 b 照射光电管阴极 K 时,电流计 G 的指针不发生偏转。那么( )A.a 光的频率不一定大于 b 光的频率B.只增加 a 光的强度可使通过电
3、流计 G 的电流增大C.增加 b 光的强度可能使电流计 G 的指针发生偏转D.用 a 光照射光电管阴极 K 时通过电流计 G 的电流是由 d 到 c答案 B解析由于用单色光 a 照射光电管阴极 K,电流计 G 的指针发生偏转,说明发生了光电效应,而用另一频率的单色光 b 照射光电管阴极 K 时,电流计 G 的指针不发生偏转,说明 b 光不能发生光电效应,即 a 光的频率一定大于 b 光的频率,选项 A 错误;增加 a 光的强度可使单位时间内逸出光电子的数量增加,则通过电流计 G 的电流增大,选项 B 正确;因为 b 光不能发生光电效应,所以即使增加 b 光的强度也不可能使电流计 G 的指针发生
4、偏转,选项 C 错3 / 15误;用 a 光照射光电管阴极 K 时通过电流计 G 的电子的方向是由 d 到 c,所以电流方向是由 c 到 d,选项 D 错误。3.(3.(光电效应图象光电效应图象)(2017)(2017北京北京区期末区期末) )爱因斯坦因提出了光量子概念,并成功地解释了光电效应的规律而获得1921 年诺贝尔物理学奖。某种金属逸出光电子的最大初动能 Ekm 与入射光频率 的关系如图所示,其中 0 为极限频率。则可以确定的是( )A.逸出功与 有关B.Ekm 与入射光强度成正比C.当 0 时,会逸出光电子D.图中直线的斜率与普朗克常量有关答案 D解析由爱因斯坦光电效应方程 Ek=h
5、-W0 和 W0=h0(W0 为金属的逸出功)可得,Ek=h-h0,可见图象的斜率就表示普朗克常量,D 正确;只有0 时才会发生光电效应,C 错误;金属的逸出功只与金属本身有关,与入射光的频率无关,A 错误;最大初动能取决于入射光的频率和金属的逸出功,而与入射光的强度无关,B 错误。4 / 154.(4.(多选多选)()(波粒二象性波粒二象性) )物理学家做了一个有趣的实验物理学家做了一个有趣的实验: :在双缝干涉实验中在双缝干涉实验中, ,在光屏处放上照相底片在光屏处放上照相底片, ,若减弱光的强度若减弱光的强度, ,使光子只能一个一个地通过狭缝。使光子只能一个一个地通过狭缝。实验结果表明实
6、验结果表明, ,如果曝光时间不太长如果曝光时间不太长, ,底片上只能出现一些不规则的点底片上只能出现一些不规则的点; ;如如果曝光时间足够长果曝光时间足够长, ,底片上就会出现规则的干涉条纹。对这个实验结果的底片上就会出现规则的干涉条纹。对这个实验结果的认识认识, ,下列正确的是下列正确的是( ( ) )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解析单个光子通过双缝后的落点无法预测,大量光子的落点出现一定的规律性,落在某些区域的可能性较大
7、,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,少数光子的行为表现为粒子性,大量光子的行为表现为波动性。所以正确选项为 B、C、D。5.(5.(多选多选)()(波粒二象性波粒二象性) )下列说法正确的是下列说法正确的是( ( ) )5 / 15A.普朗克为了解释黑体辐射现象,第一次提出了能量量子化理论B.大量的电子通过双缝后在屏上能形成明暗相间的条纹,这表明所有的电子都落在明条纹处C.电子和其他微观粒子都具有波粒二象性D.光波是一种概率波,光的波动性是由于光子之间的相互作用引起的,这是光子自身的固有性质答案 AC解析普朗克为了解释黑体辐射现象,第一次提出了能量量子化理论,
8、A 正确;不可能所有的电子都落在明条纹处,只是电子落到该处的概率大,B 错误;所有粒子都具有波粒二象性,C 正确;波粒二象性是光的根本属性,与光子之间的相互作用无关,D 错误。6.(6.(爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程) )已知钙和钾的截止频率分别为已知钙和钾的截止频率分别为 7.7310147.731014 HzHz和和 5.4410145.441014 Hz,Hz,在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应, ,比较比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子它们表面逸出的具有最大初动能的光电子, ,钙逸出的光电子具有较大的钙逸出的光电子具有
9、较大的( ( ) )A.波长B.频率C.能量D.动量答案 A6 / 15解析由爱因斯坦光电效应方程 h=W0+,又由 W0=h0,可得光电子的最大初动能=h-h0,由于钙的截止频率大于钾的截止频率,所以钙逸出的光电子的最大初动能较小,因此它具有较小的能量、频率和动量,B、C、D 错;又由 c= 可知光电子频率较小时,波长较大,A 对。7.(7.(光电效应图象光电效应图象)(2017)(2017北京东城期末北京东城期末) )实验得到金属钙的光电子的最大实验得到金属钙的光电子的最大初动能初动能 EkmaxEkmax 与入射光频率与入射光频率 的关系如图所示。下表中列出了几种金属的关系如图所示。下表
10、中列出了几种金属的截止频率和逸出功的截止频率和逸出功, ,参照下表可以确定的是参照下表可以确定的是( ( ) )金属钨钙 钠截止频 率0/Hz10. 957.7 35.5 3逸出功W/eV4.5 43.2 02.2 9A.如用金属钨做实验得到的 Ekmax- 图线也是一条直线,其斜率比图中直线的斜率大B.如用金属钠做实验得到的 Ekmax- 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 Ekmax- 图线也是一条直线,设其延长线与纵轴交点的坐标为(0,-Ek2),则 Ek2Ek1D.如用金属钨做实验,当入射光的频率 1 时,可能会有光电子逸出7 / 15答案 C解析由光
11、电效应方程 Ekmax=h-W 可知 Ekmax- 图线是直线,且斜率相同,选项 A、B 错;由表中所列的截止频率和逸出功数据可知选项 C 正确,选项 D错误。8.(8.(光电效应图象光电效应图象)(2017)(2017江苏南京、盐城二模江苏南京、盐城二模) )用如图甲所示的装置研究用如图甲所示的装置研究光电效应现象光电效应现象, ,当用光子能量为当用光子能量为 5 5 eVeV 的光照射到光电管上时的光照射到光电管上时, ,测得电流计测得电流计上的示数随电压变化的图象如图乙所示上的示数随电压变化的图象如图乙所示, ,则光电子的最大初动能为则光电子的最大初动能为 J,J,金属的逸出功为金属的逸
12、出功为 J J。 答案 3.210-19 4.810-19解析由题图乙可知,当该装置所加的电压为反向电压-2 V 时,电流计示数为 0,故光电子的最大初动能为 Ekm=2 eV=3.210-19 J,根据光电效应方程 Ekm=h-W0,可得 W0=3 eV=4.810-19 J。导学号 06400492能力提升组能力提升组9.(9.(多选多选) )在在 X X 射线管中射线管中, ,由阴极发射的电子由阴极发射的电子( (不计初速度不计初速度) )被加速后打到阳被加速后打到阳极极, ,会产生包括会产生包括 X X 光在内的各种能量的光子光在内的各种能量的光子, ,其中光子能量的最大值等于电其中光
13、子能量的最大值等于电子的动能。已知阳极与阴极之间的电势差子的动能。已知阳极与阴极之间的电势差 U U、普朗克常量、普朗克常量 h h、电子电荷量、电子电荷量e e 和光速和光速 c,c,则可知该则可知该 X X 射线管发出的射线管发出的 X X 光的光的( ( ) )8 / 15A.最短波长为 B.最长波长为C.最小频率为 D.最大频率为答案 AD解析根据动能定理 eU=mv2、光速与波长和频率的关系公式 c=、光子能量 E=h,依题意有 eUE,则可得 ,所以 A、D 正确。10.10.(多选)如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能 Ek 与入射光频率 的关系图象。由图象可知( )
14、A.该金属的逸出功等于 EB.该金属的逸出功等于 h0C.入射光的频率为 20 时,产生的光电子的最大初动能为 ED.由该图象可得出普朗克常量 h=答案 ABC9 / 15解析由爱因斯坦的光电效应方程可知,Ek=h-W,对应图线可得该金属的逸出功 W=E=h0,A、B 均正确;若入射光的频率为 20,则产生的光电子的最大初动能 Ek=2h0-W=h0=E,故 C 正确;由 E=h0 可得 h=,D 错误。11.11.某光源发出的光由不同波长的光组成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表中给出了一些材料的极限
15、波长, ,用该光源发出的光照射表中材料用该光源发出的光照射表中材料( ( ) )材料钠 铜 铂极限波 长(nm)54 126 819 6A.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解析根据爱因斯坦光电效应方程可知,只有光源的波长小于某金属的极限波长,就有光电子逸出,该光源发出的光的波长小于 100 nm,小于钠、铜、铂三个的极限波长,都能产生光电子,故 D 正确,A、B、C 错误。12.(201712.(2017河南洛阳二模河南洛阳二模) )一个德布罗意波波长为一个德布罗意波波长为 11 的中子和另一个德的中子和另一个德布罗意波波长为布罗意波波
16、长为 22 的氘核同向正碰后结合成一个氚核的氘核同向正碰后结合成一个氚核, ,该氚核的德布罗该氚核的德布罗意波波长为意波波长为( ( ) )10 / 15A.B.C.D.答案 A解析中子的动量 p1=,氘核的动量 p2=,同向正碰后形成的氚核的动量p3=p2+p1,所以氚核的德布罗意波波长 3=,A 正确。13.13.现有现有 a a、b b、c c 三束单色光三束单色光, ,其波长关系为其波长关系为 abc=123abc=123。当。当用用 a a 光束照射某种金属板时能发生光电效应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飞出的光电子最大动能为 Ek,Ek,若若改用改用
17、 b b 光束照射该金属板光束照射该金属板, ,飞出的光电子最大动能为飞出的光电子最大动能为 Ek,Ek,当改用当改用 c c 光束照光束照射该金属板时射该金属板时( ( ) )A.能发生光电效应,飞出的光电子最大动能为 EkB.能发生光电效应,飞出的光电子最大动能为 EkC.能发生光电效应,飞出的光电子最大动能为 EkD.由于 c 光束光子能量较小,该金属板不会发生光电效应答案 B解析对 a 光,由光电效应方程有-W=Ek,对 b 光有-W=Ek,由以上两式可得 Ek,则W=Ek。当改用 c 光束照射该金属板时,有-W=Ek得 Ek=Ek,故 B 正确。11 / 1514.14.如图所示,相
18、距为 d 的两平行金属板 A、B 足够大,板间电压恒为 U,有一波长为 的细激光束照射到 B 板表面,使 B 板发生光电效应,已知普朗克常量为 h,金属板 B 的逸出功为 W,电子质量为 m,电荷量为 e,求:(1)从 B 板运动到 A 板所需时间最短的光电子到达 A 板时的动能;(2)光电子从 B 板运动到 A 板所需的最长时间。答案(1)eU+-W (2)d解析(1)由爱因斯坦光电效应方程 Ek=h-W 和光子的频率为 =,可得到光电子的最大初动能为 Ek=-W。能以最短时间到达 A 板的光电子是初动能最大且垂直于板面离开 B 板的电子。设光电子到达 A 板的动能为 Ek1,则由动能定理得
19、,eU=Ek1-Ek,所以 Ek1=eU+-W。(2)能以最长时间到达 A 板的光电子是离开 B 板时的初速度为零或初速度方向平行于 B 板的光电子。根据牛顿第二定律和匀变速直线运动规律,有d=at2=得 t=d。导学号 0640049312 / 1515.(201715.(2017北京北京区二模区二模) )光电效应现象逸出的光电子的最大初动能不光电效应现象逸出的光电子的最大初动能不容易直接测量容易直接测量, ,也可以利用类似转换的方法。也可以利用类似转换的方法。(1)如图 1 是研究某光电管发生光电效应的电路图,当用频率为 的光照射金属 K 时,通过调节光电管两端电压 U,测量对应的光电流
20、I,绘制了如图2 的 I-U 图象。求当用频率为 2 的光照射金属 K 时,光电子的最大初动能 Ek 的大小。已知电子所带电荷量为 e,图象中 Uc、Im 及普朗克常量 h均为已知量。(2)有研究者设计了如下的测量光电子最大初动能的方式。研究装置如图3,真空中放置的平行正对金属板可以作为光电转换装置。用一定频率的激光照射 A 板中心 O 点,O 点附近将有大量的电子吸收光子的能量而逸出。B板上涂有特殊材料,当电子打在 B 板上时会在落点处留有可观察的痕迹。可以认为所有逸出的电子都从 O 点以相同大小的速度逸出,其初速度沿各个方向均匀分布,金属板的正对面积足够大(保证所有的光电子都不会射出两极板
21、所围的区域),光照条件保持不变。已知 A、B 两极板间的距离为 d,电子所带电荷量为 e,质量为 m,其所受重力及它们之间的相互作用力均可忽略不计。通过外接可调稳压电源使 A、B 两极板有一定的电势差,A 板接电源的负极,由 O 点逸出的电子打在 B 板上的最大区域范围为一个圆形,且圆形的面13 / 15积随 A、B 两极板间的电压变化而改变。已知电子逸出时的速度大小为 v0,试通过计算,推导电子打在 B 板上的最大范围圆形半径 r 与两极板间电压 U的关系式。通过外接电源给 A、B 两极板间加上一定的电压 U0,若第一次 A 板接电源的负极,电子打在 B 板上的最大区域为一个圆形;第二次 A
22、 板接电源的正极,保持极板间所加电压 U0 不变,电子打在 B 板上的最大区域范围仍为一个圆形,只是这个圆形半径恰好是第一次的一半。为使 B 板上没有电子落点的痕迹,则两金属板间的电压满足什么条件?图 1图 2图 3答案见解析解析(1)由题图 2 可知,当该装置所加的电压为反向电压,当电压是 Uc 时,电流表示数为 0,知道光电子点的最大初动能为 Ekm=eUc,根据光电效应方程 Ekm=h-W0,则:W0=h-eUc。当用频率为 2 的光照射金属 K 时,Ek=2h-W0=h+eUc14 / 15(2)打在最边缘处的电子,将是类平抛运动的电子,在垂直电场方向做匀速运动,即 r=v0t在平行电
23、场方向做初速度为零的匀加速运动,即 d=at2其中,a=,则 t=d将 r=v0t 代入得:r=v0d第一次 A 板接电源的负极,电子向 B 板做加速运动,最大区域为一个圆形的半径:r1=v0d第二次 A 板接电源的正极,电子向 B 板做减速运动,打在 B 板上的最大区域范围边缘的电子沿垂直于极板方向的速度恰好等于 0,此时电子只剩下沿平行于极板方向的分速度,设该分速度为 v,则电子运动过程的逆过程可以看作是类平抛运动,此时对应的半径:r2=vd由于 r2=r1所以:v=v0电子向 B 板做减速运动,根据动能定理可得:-eU0=mv2-15 / 15若电子恰好能到达 B 板,则:-eU=0-联立以上方程得:U=U0则为使 B 板上没有电子落点的痕迹,则两金属板间的电压满足 UU0