2019高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十二章 近代物理 課時(shí)規(guī)范練37 光電效應(yīng) 波粒二象性 新人教版.doc

課時(shí)規(guī)范練37光電效應(yīng)波粒二象性基礎(chǔ)鞏固組1.(光電效應(yīng))關(guān)于光電效應(yīng),下列說(shuō)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(shí)間足夠長(zhǎng),任何金屬都能產(chǎn)生光電效應(yīng)C.從金屬表面逸出的光電子的最大初動(dòng)能越大,這種金屬的逸出功越小D.入射光的光強(qiáng)一定時(shí),頻率越高,單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多答案A解析逸出功W0=h0,W00,A正確;只有照射光的頻率大于金屬極限頻率0,才能產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象,B錯(cuò)誤;由光電效應(yīng)方程Ekm=h-W0知,光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率和金屬材料的逸出功都有關(guān)系,所以C錯(cuò)誤;光強(qiáng)E=nh,E一定,越大,則光子數(shù)n越小,單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越少,D錯(cuò)誤。2.(光電效應(yīng))(2017廣東陽(yáng)東模擬)用如圖所示的光電管研究光電效應(yīng),用某種頻率的單色光a照射光電管陰極K,電流計(jì)G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),而用另一頻率的單色光b照射光電管陰極K時(shí),電流計(jì)G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。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(qiáng)度可使通過(guò)電流計(jì)G的電流增大C.增加b光的強(qiáng)度可能使電流計(jì)G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)D.用a光照射光電管陰極K時(shí)通過(guò)電流計(jì)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(jì)G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),說(shuō)明發(fā)生了光電效應(yīng),而用另一頻率的單色光b照射光電管陰極K時(shí),電流計(jì)G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn),說(shuō)明b光不能發(fā)生光電效應(yīng),即a光的頻率一定大于b光的頻率,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;增加a光的強(qiáng)度可使單位時(shí)間內(nèi)逸出光電子的數(shù)量增加,則通過(guò)電流計(jì)G的電流增大,選項(xiàng)B正確;因?yàn)閎光不能發(fā)生光電效應(yīng),所以即使增加b光的強(qiáng)度也不可能使電流計(jì)G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),選項(xiàng)C錯(cuò)誤;用a光照射光電管陰極K時(shí)通過(guò)電流計(jì)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(xiàng)D錯(cuò)誤。3.(光電效應(yīng)圖象)(2017北京朝陽(yáng)區(qū)期末)愛(ài)因斯坦因提出了光量子概念,并成功地解釋了光電效應(yīng)的規(guī)律而獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。某種金屬逸出光電子的最大初動(dòng)能Ekm與入射光頻率的關(guān)系如圖所示,其中0為極限頻率。則可以確定的是()A.逸出功與有關(guān)B.Ekm與入射光強(qiáng)度成正比C.當(dāng)<0時(shí),會(huì)逸出光電子D.圖中直線的斜率與普朗克常量有關(guān)答案D解析由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=h-W0和W0=h0(W0為金屬的逸出功)可得,Ek=h-h0,可見(jiàn)圖象的斜率就表示普朗克常量,D正確;只有0時(shí)才會(huì)發(fā)生光電效應(yīng),C錯(cuò)誤;金屬的逸出功只與金屬本身有關(guān),與入射光的頻率無(wú)關(guān),A錯(cuò)誤;最大初動(dòng)能取決于入射光的頻率和金屬的逸出功,而與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān),B錯(cuò)誤。4.(多選)(波粒二象性)物理學(xué)家做了一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn):在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,在光屏處放上照相底片,若減弱光的強(qiáng)度,使光子只能一個(gè)一個(gè)地通過(guò)狹縫。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,如果曝光時(shí)間不太長(zhǎng),底片上只能出現(xiàn)一些不規(guī)則的點(diǎn);如果曝光時(shí)間足夠長(zhǎng),底片上就會(huì)出現(xiàn)規(guī)則的干涉條紋。對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的認(rèn)識(shí),下列正確的是()A.曝光時(shí)間不長(zhǎng)時(shí),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(diǎn)B.單個(gè)光子的運(yùn)動(dòng)沒(méi)有確定的軌道C.干涉條紋中明亮的部分是光子到達(dá)機(jī)會(huì)較多的地方D.只有大量光子的行為才表現(xiàn)出波動(dòng)性答案BCD解析單個(gè)光子通過(guò)雙縫后的落點(diǎn)無(wú)法預(yù)測(cè),大量光子的落點(diǎn)出現(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(guò)雙縫后發(fā)生干涉時(shí)振幅加強(qiáng)的區(qū)域。光具有波粒二象性,少數(shù)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(dòng)性。所以正確選項(xiàng)為B、C、D。5.(多選)(波粒二象性)下列說(shuō)法正確的是()A.普朗克為了解釋黑體輻射現(xiàn)象,第一次提出了能量量子化理論B.大量的電子通過(guò)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(dòng)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(zhì)答案AC解析普朗克為了解釋黑體輻射現(xiàn)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(cuò)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(wú)關(guān),D錯(cuò)誤。6.(愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)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(yīng),比較它們表面逸出的具有最大初動(dòng)能的光電子,鈣逸出的光電子具有較大的() A.波長(zhǎng)B.頻率C.能量D.動(dòng)量答案A解析由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程h=W0+12mvm2,又由W0=h0,可得光電子的最大初動(dòng)能12mvm2=h-h0,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(dòng)能較小,因此它具有較小的能量、頻率和動(dòng)量,B、C、D錯(cuò);又由c=可知光電子頻率較小時(shí),波長(zhǎng)較大,A對(duì)。7.(光電效應(yīng)圖象)(2017北京東城期末)實(shí)驗(yàn)得到金屬鈣的光電子的最大初動(dòng)能Ekmax與入射光頻率的關(guān)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0/Hz10.957.735.53逸出功W/eV4.543.202.29A.如用金屬鎢做實(shí)驗(yàn)得到的Ekmax-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(shí)驗(yàn)得到的Ekmax-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(shí)驗(yàn)得到的Ekmax-圖線也是一條直線,設(shè)其延長(zhǎng)線與縱軸交點(diǎn)的坐標(biāo)為(0,-Ek2),則Ek2<Ek1D.如用金屬鎢做實(shí)驗(yàn),當(dāng)入射光的頻率<1時(shí),可能會(huì)有光電子逸出答案C解析由光電效應(yīng)方程Ekmax=h-W可知Ekmax-圖線是直線,且斜率相同,選項(xiàng)A、B錯(cuò);由表中所列的截止頻率和逸出功數(shù)據(jù)可知選項(xiàng)C正確,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。8.(光電效應(yīng)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(yīng)現(xiàn)象,當(dāng)用光子能量為5 eV的光照射到光電管上時(shí),測(cè)得電流計(jì)上的示數(shù)隨電壓變化的圖象如圖乙所示,則光電子的最大初動(dòng)能為 J,金屬的逸出功為 J。答案3.210-194.810-19解析由題圖乙可知,當(dāng)該裝置所加的電壓為反向電壓-2 V時(shí),電流計(jì)示數(shù)為0,故光電子的最大初動(dòng)能為Ekm=2 eV=3.210-19 J,根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm=h-W0,可得W0=3 eV=4.810-19 J。導(dǎo)學(xué)號(hào)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(jì)初速度)被加速后打到陽(yáng)極,會(huì)產(chǎn)生包括X光在內(nèi)的各種能量的光子,其中光子能量的最大值等于電子的動(dòng)能。已知陽(yáng)極與陰極之間的電勢(shì)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(zhǎng)為hceUB.最長(zhǎng)波長(zhǎng)為cheUC.最小頻率為eUhD.最大頻率為eUh答案AD解析根據(jù)動(dòng)能定理eU=12mv2、光速與波長(zhǎng)和頻率的關(guān)系公式c=、光子能量E=h,依題意有eUE,則可得hceU,eUh,所以A、D正確。10.(多選)如圖是某金屬在光的照射下產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率的關(guān)系圖象。由圖象可知()A.該金屬的逸出功等于EB.該金屬的逸出功等于h0C.入射光的頻率為20時(shí),產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為ED.由該圖象可得出普朗克常量h=0E答案ABC解析由愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程可知,Ek=h-W,對(duì)應(yīng)圖線可得該金屬的逸出功W=E=h0,A、B均正確;若入射光的頻率為20,則產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ek=2h0-W=h0=E,故C正確;由E=h0可得h=E0,D錯(cuò)誤。11.某光源發(fā)出的光由不同波長(zhǎng)的光組成,不同波長(zhǎng)的光的強(qiáng)度如圖所示,表中給出了一些材料的極限波長(zhǎng),用該光源發(fā)出的光照射表中材料()材料鈉銅鉑極限波長(zhǎng)(nm)541268196A.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解析根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程可知,只有光源的波長(zhǎng)小于某金屬的極限波長(zhǎng),就有光電子逸出,該光源發(fā)出的光的波長(zhǎng)小于100 nm,小于鈉、銅、鉑三個(gè)的極限波長(zhǎng),都能產(chǎn)生光電子,故D正確,A、B、C錯(cuò)誤。12.(2017河南洛陽(yáng)二模)一個(gè)德布羅意波波長(zhǎng)為1的中子和另一個(gè)德布羅意波波長(zhǎng)為2的氘核同向正碰后結(jié)合成一個(gè)氚核,該氚核的德布羅意波波長(zhǎng)為()A.121+2B.121-2C.1+22D.1-22答案A解析中子的動(dòng)量p1=h1,氘核的動(dòng)量p2=h2,同向正碰后形成的氚核的動(dòng)量p3=p2+p1,所以氚核的德布羅意波波長(zhǎng)3=hp3=121+2,A正確。13.現(xiàn)有a、b、c三束單色光,其波長(zhǎng)關(guān)系為abc=123。當(dāng)用a光束照射某種金屬板時(shí)能發(fā)生光電效應(yīng),飛出的光電子最大動(dòng)能為Ek,若改用b光束照射該金屬板,飛出的光電子最大動(dòng)能為13Ek,當(dāng)改用c光束照射該金屬板時(shí)()A.能發(fā)生光電效應(yīng),飛出的光電子最大動(dòng)能為16EkB.能發(fā)生光電效應(yīng),飛出的光電子最大動(dòng)能為19EkC.能發(fā)生光電效應(yīng),飛出的光電子最大動(dòng)能為112EkD.由于c光束光子能量較小,該金屬板不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)答案B解析對(duì)a光,由光電效應(yīng)方程有hca-W=Ek,對(duì)b光有hc2a-W=13Ek,由以上兩式可得hca=43Ek,則W=13Ek。當(dāng)改用c光束照射該金屬板時(shí),有hc3a-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(zhǎng)為的細(xì)激光束照射到B板表面,使B板發(fā)生光電效應(yīng),已知普朗克常量為h,金屬板B的逸出功為W,電子質(zhì)量為m,電荷量為e,求:(1)從B板運(yùn)動(dòng)到A板所需時(shí)間最短的光電子到達(dá)A板時(shí)的動(dòng)能;(2)光電子從B板運(yùn)動(dòng)到A板所需的最長(zhǎng)時(shí)間。答案(1)eU+hc-W(2)d2mUe解析(1)由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=h-W和光子的頻率為=c,可得到光電子的最大初動(dòng)能為Ek=hc-W。能以最短時(shí)間到達(dá)A板的光電子是初動(dòng)能最大且垂直于板面離開(kāi)B板的電子。設(shè)光電子到達(dá)A板的動(dòng)能為Ek1,則由動(dòng)能定理得,eU=Ek1-Ek,所以Ek1=eU+hc-W。(2)能以最長(zhǎng)時(shí)間到達(dá)A板的光電子是離開(kāi)B板時(shí)的初速度為零或初速度方向平行于B板的光電子。根據(jù)牛頓第二定律和勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律,有d=12at2=Uet22dm得t=d2mUe。導(dǎo)學(xué)號(hào)0640049315.(2017北京海淀區(qū)二模)光電效應(yīng)現(xiàn)象逸出的光電子的最大初動(dòng)能不容易直接測(cè)量,也可以利用類似轉(zhuǎn)換的方法。(1)如圖1是研究某光電管發(fā)生光電效應(yīng)的電路圖,當(dāng)用頻率為的光照射金屬K時(shí),通過(guò)調(diào)節(jié)光電管兩端電壓U,測(cè)量對(duì)應(yīng)的光電流I,繪制了如圖2的I-U圖象。求當(dāng)用頻率為2的光照射金屬K時(shí),光電子的最大初動(dòng)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(shè)計(jì)了如下的測(cè)量光電子最大初動(dòng)能的方式。研究裝置如圖3,真空中放置的平行正對(duì)金屬板可以作為光電轉(zhuǎn)換裝置。用一定頻率的激光照射A板中心O點(diǎn),O點(diǎn)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(dāng)電子打在B板上時(shí)會(huì)在落點(diǎn)處留有可觀察的痕跡?？梢哉J(rèn)為所有逸出的電子都從O點(diǎn)以相同大小的速度逸出,其初速度沿各個(gè)方向均勻分布,金屬板的正對(duì)面積足夠大(保證所有的光電子都不會(huì)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(zhì)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(jì)。通過(guò)外接可調(diào)穩(wěn)壓電源使A、B兩極板有一定的電勢(shì)差,A板接電源的負(fù)極,由O點(diǎn)逸出的電子打在B板上的最大區(qū)域范圍為一個(gè)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(shí)的速度大小為v0,試通過(guò)計(jì)算,推導(dǎo)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(guān)系式。通過(guò)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(fù)極,電子打在B板上的最大區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)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(gè)圓形,只是這個(gè)圓形半徑恰好是第一次的一半。為使B板上沒(méi)有電子落點(diǎn)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(jiàn)解析解析(1)由題圖2可知,當(dāng)該裝置所加的電壓為反向電壓,當(dāng)電壓是Uc時(shí),電流表示數(shù)為0,知道光電子點(diǎn)的最大初動(dòng)能為Ekm=eUc,根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm=h-W0,則:W0=h-eUc。當(dāng)用頻率為2的光照射金屬K時(shí),Ek=2h-W0=h+eUc(2)打在最邊緣處的電子,將是類平拋運(yùn)動(dòng)的電子,在垂直電場(chǎng)方向做勻速運(yùn)動(dòng),即r=v0t在平行電場(chǎng)方向做初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng),即d=12at2其中,a=eEm=eUmd,則t=d2meU將r=v0t代入得:r=v0d2meU第一次A板接電源的負(fù)極,電子向B板做加速運(yùn)動(dòng),最大區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)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(yùn)動(dòng),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(shí)電子只剩下沿平行于極板方向的分速度,設(shè)該分速度為v,則電子運(yùn)動(dòng)過(guò)程的逆過(guò)程可以看作是類平拋運(yùn)動(dòng),此時(shí)對(duì)應(yīng)的半徑:r2=vd2meU0由于r2=12r1所以:v=12v0電子向B板做減速運(yùn)動(dòng),根據(jù)動(dòng)能定理可得:-eU0=12mv2-12mv02若電子恰好能到達(dá)B板,則:-eU=0-12mv02聯(lián)立以上方程得:U=43U0則為使B板上沒(méi)有電子落點(diǎn)的痕跡,則兩金屬板間的電壓滿足U43U0