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29光的波粒二象性 高考物理一轮复习经典题汇编含解析
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这是一份29光的波粒二象性 高考物理一轮复习经典题汇编含解析，共24页。
光的波粒二象性
一．选择题（共13小题）
1．在做光电效应的实验时，某金属被光照射发生了光电效应，实验测得光电子的最大初动能Ekm与入射光的频率ν的关系如图所示，由实验图象不可求出（ ）
A．该金属的极限频率和极限波长
B．普朗克常量
C．该金属的逸出功
D．单位时间内逸出的光电子数
2．某光波射到一逸出功为W的光电材料表面，所产生的光电子在垂直于磁感应强度为B的匀强磁场中做圆周运动的最大半径为r，则该光波的频率为（设电子的质量为m，带电量为e，普朗克常量为h）（ ）
A． B．
C．+ D．﹣
3．在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线（甲光、乙光、丙光），如图所示。则可判断出（ ）
A．甲光的频率大于乙光的频率
B．乙光的波长大于丙光的波长
C．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率
D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能
4．某一金属在一束绿光的照射下发生了光电效应，则下列说法正确的是（ ）
A．若改用红光照射也一定能发生光电效应
B．若增大绿光的照射强度，则逸出的光电子的最大初动能可能变大
C．若增大绿光的照射强度，则单位时间内逸出的光电子的数目一定增多
D．若改用紫光照射，则单位时间内逸出的光电子的数目一定增多
5．下列几种说法中有一种是错误的，它是（ ）
A．大如太阳、地球等这些宏观的运动物体也具有波动性，这种波是物质波
B．光子与物质微粒发生相互作用时，不仅遵循能量守恒，还遵循动量守恒
C．光子与光电子是同一种粒子，它们对应的波也都是概率波
D．核力是一种强相互作用力，热核反应中库仑力做功与核力做功相比能忽略
6．在利用光电管研究光电效应的实验中，入射光照到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么（ ）
A．从光照射到金属表面到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加
B．饱和光电流将会减弱
C．遏止电压将会减小
D．有可能不再发生光电效应
7．2002年诺贝尔物理学奖中的一项，是奖励美国科学家贾科尼和日本科学家小柴晶俊发现了宇宙X射线源．X射线是一种高频电磁波，若X射线在真空中的波长为λ，以h表示普朗克常量，c表示真空的光速，以E和m分别表示X射线每个光子的能量和质量，则（ ）
A．E=，m=0 B．E=h，m=h C．E=h，m=0 D．E=h，m=
8．以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出．强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子电效应，这已被实验证实．
光电效应实验装置示意如图．用频率为ν的普通光源照射阴极K，没有发生光电效应．换用同样频率为ν的强激光照射阴极K，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U，即将阴极K接电源正极，阳极A接电源负极，在KA之间就形成了使光电子减速的电场，逐渐增大U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是下列的（其中W为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电量）（ ）
A． B． C．U=2hν﹣W D．
9．一个德布罗意波波长为λ1的中子和另一个德布罗意波波长为λ2的氘核同向正碰后结合成一个氚核，该氚核的德布罗意波波长为（ ）
A． B．
C． D．
10．关于光电效应，下列说法中正确的是（ ）
A．金属内的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属
B．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应
C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大
D．不同金属产生光电效应的入射光的最低频率是相同的
11．如图所示是光电管的工作原理电路图，一束波长为λ1的单色光照射到光电管的阴极，电路中产生了光电流，下列判断正确的是（ ）
A．若电路中电源的正、负极反接后，电路中仍可能有光电流
B．单色光照射一段时间后，才能观察到电流表指针转动
C．若另一束波长为λ2的单色光（λ2＞λ1）照射到光电管的阴极时，电路中也可能产生光电流但光电流肯定比前次小
D．入射光的强度一定时，电路中光电流的大小随电压的增大而持续增大
12．从1907年起，美国物理学家密立根就开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量。他通过如图甲所示的实验装置测量某金属的遏止电压Uc与入射光频率ν，作出图乙所示的Uc﹣﹣ν的图象，由此算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射测出的h相比较，以检验爱因斯坦方程的正确性。已知电子的电荷量e，则下列普朗克常量h的表达式正确的是（ ）
A．h= B．h=
C．h= D．h=
13．用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措施是（ ）
A．改用强度更大的原紫外线照射
B．改用X射线照射
C．延长原紫外线的照射时间
D．改用红外线照射
二．多选题（共6小题）
14．如图甲所示，在光电效应实验中，某同学用相同频率的单色光，分别照射阴极材料为锌和铜的两个不同的光电管，结果都能发生光电效应．图乙为其中一个光电管的遏止电压UC随入射光频率ν变化的函数关系图象．对于这两个光电管，下列判断正确的是 （ ）
A．因为材料不同逸出功不同，所以遏止电压Uc不同
B．光电子的最大初动能不同
C．因为光强不确定，所以单位时间逸出的光电子数可能相同，饱和光电流也可能相同
D．两个光电管的Uc﹣ν图象的斜率可能不同
15．如图所示，N为金属板，M为金属网，它们分别与电池的两极相连，各电池的电动势和极性如图所示，已知金属板的逸出功为4.8eV．现分别用不同频率的光照射金属板（各光子的能量已在图上标出），则下列说法正确的是（ ）
A．A图中无光电子射出
B．B图中光电子到达金属板时的动能大小为1.5eV
C．C图中的光电子能到达金属网
D．D图中光电子到达金属板时的最大动能为3.5eV
16．如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线，普朗克常量h=6.63×10﹣34J•s，由图可知（ ）
A．该金属的极限频率为4.27×1014Hz
B．该金属的极限频率为5.5×1014 Hz
C．该金属的逸出功为0.5 eV
D．该图线的斜率表示普朗克常量
17．下列说法正确的是（ ）
A．用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，则逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变
B．X射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的
C．发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
D．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此光子散射后波长变长
E．速度相等的电子和质子，电子的波长大
18．美国物理学家密立根利用图甲所示的电路研究金属的遏止电压Uc与入射光频率v的关系，描绘出图乙中的图象，由此算出普朗克常量h．电子电量用e表示，下列说法正确的是（ ）
A．入射光的频率增大，为了测遏止电压，则滑动变阻器的滑片P应向M端移动
B．由Uc﹣v图象可知，这种金属的截止频率为vc
C．增大入射光的强度，光电子的最大初动能也增大
D．由Uc﹣v图象可求普朗克常量表达式为h=
19．下列说法正确的是（ ）
A．普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一
B．玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了各种原子光谱的实验规律
C．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为这束光的光强太小
D．德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的猜想，而电子的衍射实验证实了他的猜想
三．解答题（共2小题）
20．用功率P0=1W的光源，照射离光源r=3m处的某块金属的薄片．已知光源发出的是波长λ=589nm的单色光，试计算
（1）1s内打到金属板1m2面积上的光子数；
（2）若取该金属原子半径r1=0.5×10﹣10m，则金属表面上每个原子平均需隔多少时间才能接收到一个光子？
21．用频率均为γ但强度不同的甲、乙两种光做光电效应实验，发现光电流与电压的关系如图所示，由图可知， （选填“甲”或“乙”）光的强度大．已知普朗克常量为h，被照射金属的逸出功为W0，则光电子的最大初动能为 ．
光的波粒二象性
参考答案与试题解析
一．选择题（共13小题）
1．在做光电效应的实验时，某金属被光照射发生了光电效应，实验测得光电子的最大初动能Ekm与入射光的频率ν的关系如图所示，由实验图象不可求出（ ）
A．该金属的极限频率和极限波长
B．普朗克常量
C．该金属的逸出功
D．单位时间内逸出的光电子数
【分析】根据光电效应方程EKm=hγ﹣W0=hγ﹣hγ0得出最大初动能与入射光频率的关系，通过图线的斜率和截距去求解．
【解答】解：根据光电效应方程EKm=hγ﹣W0=hγ﹣hγ0知，图线的斜率表示普朗克常量，根据图线斜率可得出普朗克常量。
横轴截距表示最大初动能为零时的入射光频率，此时的频率等于金属的极限频率，也可能知道极限波长；
根据W0=hγ0可求出逸出功。
单位时间内逸出的光电子数无法从图象中获知。故A、B、C正确，D错误。
本题选择错误的，故选D。
【点评】解决本题的关键掌握光电效应方程EKm=hγ﹣W0=hγ﹣hγ0，知道逸出功与极限频率的关系．
2．某光波射到一逸出功为W的光电材料表面，所产生的光电子在垂直于磁感应强度为B的匀强磁场中做圆周运动的最大半径为r，则该光波的频率为（设电子的质量为m，带电量为e，普朗克常量为h）（ ）
A． B．
C．+ D．﹣
【分析】根据光电效应方程求出光电子的最大初动能；最大初动能的光电子垂直进入匀强磁场，半径最大，根据半径公式求出最大速度，从而得出最大初动能．
【解答】解：根据光电效应方程得，EKm=hν﹣W。
根据洛伦兹力提供向心力，有：，则，
最大初动能。
该光波的频率：
故C正确，A、B、D错误。
故选：C。
【点评】解决本题的关键掌握光电效应方程，以及掌握带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式．
3．在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线（甲光、乙光、丙光），如图所示。则可判断出（ ）
A．甲光的频率大于乙光的频率
B．乙光的波长大于丙光的波长
C．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率
D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能
【分析】光电管加正向电压情况：P右移时，参与导电的光电子数增加；P移到某一位置时，所有逸出的光电子都刚参与了导电，光电流恰达最大值；P再右移时，光电流不能再增大。
光电管加反向电压情况：P右移时，参与导电的光电子数减少；P移到某一位置时，所有逸出的光电子都刚不参与了导电，光电流恰为零，此时光电管两端加的电压为截止电压，对应的光的频率为截止频率；P再右移时，光电流始终为零。，入射光的频率越高，对应的截止电压U截越大。从图象中看出，丙光对应的截止电压U截最大，所以丙光的频率最高，丙光的波长最短，丙光对应的光电子最大初动能也最大。
【解答】解：A、根据，入射光的频率越高，对应的截止电压U截越大。甲光、乙光的截止电压相等，所以甲光、乙光的频率相等；故A错误。
B、丙光的截止电压大于乙光的截止电压，所以丙光的频率大于乙光的频率，则乙光的波长大于丙光的波长；
故B正确。
C、丙的频率最大，甲乙频率相同，且均小于丙的频率，故C错误。
D、丙光的截止电压大于甲光的截止电压，所以甲光对应的光电子最大初动能小于于丙光的光电子最大初动能。故D错误。
故选：B。
【点评】解决本题的关键掌握截止电压、截止频率，以及理解光电效应方程。
4．某一金属在一束绿光的照射下发生了光电效应，则下列说法正确的是（ ）
A．若改用红光照射也一定能发生光电效应
B．若增大绿光的照射强度，则逸出的光电子的最大初动能可能变大
C．若增大绿光的照射强度，则单位时间内逸出的光电子的数目一定增多
D．若改用紫光照射，则单位时间内逸出的光电子的数目一定增多
【分析】发生光电效应的条件是入射光的频率大于极限频率，与入射光的强度无关．入射光的强度影响单位时间内发出光电子的数目．
【解答】解：A、某金属在一束绿光的照射下，发生了光电效应，若改用红光照射，由于红色光的频率小，光子的能量小。则不一定能发生光电效应。故A错误。
B、根据光电效应方程Ekm=hγ﹣W0，知最大初动能与入射光的强度无关。故B错误。
C、金属在一束绿光的照射下，发生了光电效应，增大绿光的强度，单位时间内发出的光电子数目增加。故C正确。
D、用紫光照射时，逸出的光电子的最大初动能增大，而光电子的数目与光的强度有关。故D错误。
故选：C。
【点评】解决本题的关键知道影响光电子最大初动能的因素，以及知道光的强度影响单位时间发出的光电子数目．
5．下列几种说法中有一种是错误的，它是（ ）
A．大如太阳、地球等这些宏观的运动物体也具有波动性，这种波是物质波
B．光子与物质微粒发生相互作用时，不仅遵循能量守恒，还遵循动量守恒
C．光子与光电子是同一种粒子，它们对应的波也都是概率波
D．核力是一种强相互作用力，热核反应中库仑力做功与核力做功相比能忽略
【分析】光子及微观粒子都具有波粒二象性，而宏观物体也具有波动性；光电子是发生光电效应时打出的电子；核力是一种强相互作用力．
【解答】解：A、大如太阳、地球等这些宏观的运动物体也具有波动性，这种波是物质波；故A正确；
B、光子与物质微粒发生相互作用时，不仅遵循能量守恒，还遵循动量守恒；故B正确；
C、光子是光的组成部分，而光电子是电子；故二者不相同；故C错误；
D、根据核力的特点可知，核力是一种强相互作用力，热核反应中库仑力做功与核力做功相比能忽略；故D正确；
本题选错误的，故选：C
【点评】本题考查光的波粒二象性等知识点的内容，属于对基础知识的考查，要注意明确物质波、光子及光电子等的区别．
6．在利用光电管研究光电效应的实验中，入射光照到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么（ ）
A．从光照射到金属表面到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加
B．饱和光电流将会减弱
C．遏止电压将会减小
D．有可能不再发生光电效应
【分析】发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，光的强弱只影响单位时间内发出光电子的数目．
【解答】解：A、光的强弱影响的是单位时间内发出光电子的数目，不影响发射出光电子的时间间隔。故A错误。
B、单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少，光电流减弱。故B正确。
C、根据eUc=hγ0，可知，当入射光的强度减弱，不会影响极限频率，因此遏止电压不变，故C错误。
D、入射光的频率不变，则仍然能发生光电效应。故D错误。
故选：B。
【点评】解决本题的关键知道发生光电效应的条件，以及知道光的强弱会影响单位时间内发出光电子的数目．
7．2002年诺贝尔物理学奖中的一项，是奖励美国科学家贾科尼和日本科学家小柴晶俊发现了宇宙X射线源．X射线是一种高频电磁波，若X射线在真空中的波长为λ，以h表示普朗克常量，c表示真空的光速，以E和m分别表示X射线每个光子的能量和质量，则（ ）
A．E=，m=0 B．E=h，m=h C．E=h，m=0 D．E=h，m=
【分析】根据E=hv求出光子的能量，通过质能方程求出光子的质量．
【解答】解：光子的能量E=hv=．根据质能方程E=mc2得，光子质量m=．故D正确，A、B、C错误。
故选：D。
【点评】解决本题的关键知道频率与波长的关系，以及掌握质能方程，并能灵活运用．
8．以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出．强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子电效应，这已被实验证实．
光电效应实验装置示意如图．用频率为ν的普通光源照射阴极K，没有发生光电效应．换用同样频率为ν的强激光照射阴极K，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U，即将阴极K接电源正极，阳极A接电源负极，在KA之间就形成了使光电子减速的电场，逐渐增大U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是下列的（其中W为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电量）（ ）
A． B． C．U=2hν﹣W D．
【分析】根据光电效应方程Ekm=hv﹣W，以及Ekm=eU进行分析．
【解答】解：根据题意知，一个电子吸收一个光子不能发生光电效应，换用同样频率为ν的强激光照射阴极K，则发生了光电效应，即吸收的光子能量为nhv，n=2，3，4…
则有：eU=nhv﹣W，解得．知B正确，A、C、D错误。
故选：B。
【点评】解决本题的关键是掌握光电效应方程，知道最大初动能与遏止电压的关系．
9．一个德布罗意波波长为λ1的中子和另一个德布罗意波波长为λ2的氘核同向正碰后结合成一个氚核，该氚核的德布罗意波波长为（ ）
A． B．
C． D．
【分析】任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有德布罗意波．分别写出中子和氘核的动量的表达式，然后根据动量守恒定律得出氚核的动量，代入公式即可．
【解答】解：中子的动量P1=，氘核的动量P2=
对撞后形成的氚核的动量P3=P2+P1
所以氚核的德布罗意波波长为λ3==
故选：A。
【点评】同一物质不同的速度，对应的德布罗意波的波长也不相同．
10．关于光电效应，下列说法中正确的是（ ）
A．金属内的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属
B．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应
C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大
D．不同金属产生光电效应的入射光的最低频率是相同的
【分析】正确解答本题要掌握：理解光电效应的产生条件，最大初动能与入射光频率、逸出功之间关系等．
【解答】解：A、金属内的每个电子一次只能吸收一个光子，而且是不能积累的，故A错误；
B、根据光电效应产生的条件可知，当入射光光子的能量小于金属的逸出功时，不能发生光电效应，故B正确；
C、光子的能量与光照强度无关，只与光的频率有关，光子的最大初动能与光照强度无关，随着入射光的频率增大而增大，故C错误；
D、每种金属都有自己的极限频率，故D错误。
故选：B。
【点评】本题考查了学生对光电效应的理解情况，要理解光电效应方程物理意义，并能正确应用光电效应方程解答有关问题．
11．如图所示是光电管的工作原理电路图，一束波长为λ1的单色光照射到光电管的阴极，电路中产生了光电流，下列判断正确的是（ ）
A．若电路中电源的正、负极反接后，电路中仍可能有光电流
B．单色光照射一段时间后，才能观察到电流表指针转动
C．若另一束波长为λ2的单色光（λ2＞λ1）照射到光电管的阴极时，电路中也可能产生光电流但光电流肯定比前次小
D．入射光的强度一定时，电路中光电流的大小随电压的增大而持续增大
【分析】发生光电效应的条件是当入射光的频率大于截止频率，就会发生光电效应，反向电压大于截止电压时，电路中才没有电流．
【解答】解：A、将电路中电源的极性反接，光电子做减速运动，还可能到达阳极，所以还可能有光电流。故A正确。
B、发生光电效应的条件与照射的时间无关；若能产生光电流，则不需要等待时间。故B错误。
C、换用波长为λ2（λ2＞λ1）的光照射阴极K时，由于频率变小，仍可能发生光电效应；但光电流的大小与光的强度有关，与光的频率无关。故C错误。
D、增加电路中电源的路端电压，当达到饱和电流，不再增大。故D错误。
故选：A。
【点评】解决本题的关键掌握光电效应的条件，当入射光的频率大于截止频率，就会发生光电效应．
12．从1907年起，美国物理学家密立根就开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量。他通过如图甲所示的实验装置测量某金属的遏止电压Uc与入射光频率ν，作出图乙所示的Uc﹣﹣ν的图象，由此算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射测出的h相比较，以检验爱因斯坦方程的正确性。已知电子的电荷量e，则下列普朗克常量h的表达式正确的是（ ）
A．h= B．h=
C．h= D．h=
【分析】根据光电效应方程得出遏止电压与入射光频率的关系，通过图线的斜率求出普朗克常量。
【解答】解：根据爱因斯坦光电效应方程有：Ek=hv﹣W0。
根据动能定理有：eUC=Ek，
得：UC=，
所以图象的斜率为：k==，故A正确，BCD错误；
故选：A。
【点评】解决本题的关键掌握光电效应方程以及最大初动能与遏止电压的关系。
13．用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措施是（ ）
A．改用强度更大的原紫外线照射
B．改用X射线照射
C．延长原紫外线的照射时间
D．改用红外线照射
【分析】发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率。结合光电效应的条件分析判断。
【解答】解：用紫外线照射某金属时不能产生光电效应，说明紫外线的频率小于该金属的极限频率，要产生光电效应必须增大入射光的频率，符合条件的只有X射线。故ACD错误，B正确；
故选：B。
【点评】解决本题的关键知道光电效应的条件，知道能否发生光电效应与入射光的强度和照射时间无关。
二．多选题（共6小题）
14．如图甲所示，在光电效应实验中，某同学用相同频率的单色光，分别照射阴极材料为锌和铜的两个不同的光电管，结果都能发生光电效应．图乙为其中一个光电管的遏止电压UC随入射光频率ν变化的函数关系图象．对于这两个光电管，下列判断正确的是 （ ）
A．因为材料不同逸出功不同，所以遏止电压Uc不同
B．光电子的最大初动能不同
C．因为光强不确定，所以单位时间逸出的光电子数可能相同，饱和光电流也可能相同
D．两个光电管的Uc﹣ν图象的斜率可能不同
【分析】根据光电效应方程Ekm=hγ﹣W0和eUC=EKm得出遏止电压Uc与入射光频率v的关系式，分析遏止电压UC的关系以及光电子的最大初动能的关系．结合数学知识分析Uc﹣v图象的斜率关系．饱和光电流与入射光的强度有关．
【解答】解：A、根据光电效应方程有 Ekm=hγ﹣W0
根据能量守恒定律得：eUC=EKm
联立得：eUC=hv﹣W0
即 UC=﹣，可知，入射光的频率相同，逸出功W0不同，则遏止电压UC也不同。故A正确。
B、根据光电效应方程Ekm=hγ﹣W0得，相同的频率，不同的逸出功，则光电子的最大初动能也不同，故B正确。
C、虽然光的频率相同，但光强不确定，所以单位时间逸出的光电子数可能相同，而饱和光电流不一定相同。故C正确。
D、由UC=﹣，可知，Uc﹣γ图象的斜率 k==常数，所以两个光电管的Uc﹣v图象的斜率一定相同，故D错误。
故选：ABC。
【点评】解决本题的关键掌握光电效应方程，以及知道遏止电压与最大初动能之间的关系，注意Uc～ν图象斜率的含义．
15．如图所示，N为金属板，M为金属网，它们分别与电池的两极相连，各电池的电动势和极性如图所示，已知金属板的逸出功为4.8eV．现分别用不同频率的光照射金属板（各光子的能量已在图上标出），则下列说法正确的是（ ）
A．A图中无光电子射出
B．B图中光电子到达金属板时的动能大小为1.5eV
C．C图中的光电子能到达金属网
D．D图中光电子到达金属板时的最大动能为3.5eV
【分析】发生光电效应的条件是入射光子的能量大于逸出功，当能发生光电效应时，若加的电压为正向电压，则一定能到达金属网，若所加的电压为反向电压，根据动能定理判断能否到达．
【解答】解：A、因入射光的能量3.8eV（小于金属板的逸出功4.8eV），依据光电效应发生条件，不能发生光电效应，故A正确；
B、因入射光的能量4.8eV（等于金属板的逸出功4.8eV），因此电子出来的速度恰好为零，则在电场力加速作用下，到达金属网的动能为1.5eV，因此能够到达金属网的光电子的最大动能是1.5eV，故B正确；
C、入射光的能量为5.8eV，大于金属钨的逸出功4.8eV，依据光电效应方程△EKM=hγ﹣W0，逸出来电子最大初动能为1.0eV，根据动能定理，知电子不能到达金属网，故C错误；
D、逸出的光电子最大初动能为：Ekm=E光﹣W0=6.8eV﹣4.8eV=2.0eV，
到达金属网时最大动能为Ek=2.0﹣1.5=0.5 eV，故D错误；
故选：AB。
【点评】解决本题的关键掌握光电效应的条件，以及掌握光电效应方程，并注意正向电压与反向电压的判定．
16．如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线，普朗克常量h=6.63×10﹣34J•s，由图可知（ ）
A．该金属的极限频率为4.27×1014Hz
B．该金属的极限频率为5.5×1014 Hz
C．该金属的逸出功为0.5 eV
D．该图线的斜率表示普朗克常量
【分析】根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hγ﹣W，Ek﹣γ图象的斜率等于h．横轴的截距大小等于截止频率，逸出功W=hγ0，根据数学知识进行求解．
【解答】解：A、B根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hγ﹣W，Ek﹣γ图象的横轴的截距大小等于截止频率，由图知该金属的极限频率为4.27×1014 Hz．故A正确，B错误。
C、当Ek=hγ﹣W=0时，逸出功为W=hγ0=6.63×10﹣34J•s×4.27×1014 Hz≈2.83×10﹣19J≈1.8 eV．故C错误。
D、由Ek=hγ﹣W，得知，该图线的斜率表示普朗克常量h，故D正确。
故选：AD。
【点评】解决本题的关键掌握光电效应方程，以及知道逸出功与极限频率的关系，结合数学知识即可进行求解．
17．下列说法正确的是（ ）
A．用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，则逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变
B．X射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的
C．发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
D．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此光子散射后波长变长
E．速度相等的电子和质子，电子的波长大
【分析】发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，光的强弱只影响单位时间内发出光电子的数目；电子的衍射说明证实了物质波的存在；康普顿效应说明光具有粒子性；德布罗意波理论告诉我们，一切运动的微粒都有一种波与之对应，即一切运动的微粒都具有波粒二象性．电子有波动性，但在一定的条件下才能表现出来．
【解答】解：A、根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关。故A正确；
B、电子的衍射说明粒子的波动性，证实了物质波的存在。故B错误；
C、根据光电效应方程：Ekm=hγ﹣W，可知光电子的最大初动能与入射光的频率有关，是线性关系，不是成正比。故C错误；
D、在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，则动量减小，根据λ=，知波长增大。故D正确；
E、速度相等的电子和质子，电子的动量小；根据物质波的波长公式：λ=可知，电子的波长长。故E正确。
故选：ADE。
【点评】该题考查的康普顿效应与物质波属于比较冷僻，以上比较简单的知识点；解决本题的关键知道发生光电效应的条件，以及知道光的强弱会影响单位时间内发出光电子的数目．
18．美国物理学家密立根利用图甲所示的电路研究金属的遏止电压Uc与入射光频率v的关系，描绘出图乙中的图象，由此算出普朗克常量h．电子电量用e表示，下列说法正确的是（ ）
A．入射光的频率增大，为了测遏止电压，则滑动变阻器的滑片P应向M端移动
B．由Uc﹣v图象可知，这种金属的截止频率为vc
C．增大入射光的强度，光电子的最大初动能也增大
D．由Uc﹣v图象可求普朗克常量表达式为h=
【分析】入射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，遏止电压增大．根据光电效应方程得出Uc﹣γ的关系式，通过关系式得出斜率、截距表示的含义．
【解答】解：A、入射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，则遏止电压增大，测遏制电压时，应使滑动变阻器的滑片P向N端移动。故A错误。
BD、根据Ekm=hv﹣W0=eUc，解得，图线的斜率k=，则h=，当遏止电压为零时，v=vc．故B正确，D正确。
C、根据光电效应方程Ekm=hv﹣W0知，光电子的最大初动能与入射光的强度无关。故C错误。
故选：BD。
【点评】解决本题的关键掌握光电效应方程以及最大初动能与遏止电压的关系．
19．下列说法正确的是（ ）
A．普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一
B．玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了各种原子光谱的实验规律
C．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为这束光的光强太小
D．德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的猜想，而电子的衍射实验证实了他的猜想
【分析】普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一，玻尔原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律，发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率．
【解答】解：A、普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一，故A正确
B、玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱的实验规律，故B错误；
C、根据光电效应的条件可知，一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为这束光的频率太小，故C错误；
D、德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的猜想，而电子的衍射实验证实了他的猜想，故D正确；
故选：AD。
【点评】该题考查玻尔理论、光电效应等基础知识的内容，掌握玻尔理论的内容及应用，知道发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率．
三．解答题（共2小题）
20．用功率P0=1W的光源，照射离光源r=3m处的某块金属的薄片．已知光源发出的是波长λ=589nm的单色光，试计算
（1）1s内打到金属板1m2面积上的光子数；
（2）若取该金属原子半径r1=0.5×10﹣10m，则金属表面上每个原子平均需隔多少时间才能接收到一个光子？
【分析】（1）光沿着球面发射，根据ε=hν求解出一个光子的能量，求解1s内打到金属板1m2面积上的光能，最后求解光子数；
（2）先求解每秒中打到每个原子的光子数目，再求解金属表面上每个原子平均需隔多少时间才能接收到一个光子．
【解答】解 （1）离光源3m处的金属板每1s内单位面积上接受的光能为
E==5.56×1016eV/m2•s
因为每个光子的能量为
E1=hν=
所以单位时间内打到金属板上单位面积的光子数为
n==2.64×1016个
（2）每个原子的截面积为
S1=πr12=π×（0.5×10﹣10）2m2=7.85×10﹣21m2．
把金属板看成由原子密集排列组成的，则每个原子截面积上每秒内接收到的光子数为
n1=nS1=2.64×1016×7.85×10﹣21s﹣1=2.07×10﹣4s﹣1．
每两个光子落在原子上的时间间隔为
答：（1）1s内打到金属板1m2面积上的光子数为2.64×1016个；
（2）若取该金属原子半径r1=0.5×10﹣10m，则金属表面上每个原子平均需隔4830.9s才能接收到一个光子．
【点评】本题关键是建立物理模型，第二问计算结果表明：每个原子接收两个光子的间隔是一段相当长的时间．由于金属内电子的碰撞十分频繁，两次碰撞之间的时间只有10﹣15s左右，因此，一个电子接收一个光子后如不能立即逸出，来不及等到接收第二个光子，它所额外增加的能量早已消耗殆尽．可见，在表面光电效应中是难以实现双光子吸收的．
21．用频率均为γ但强度不同的甲、乙两种光做光电效应实验，发现光电流与电压的关系如图所示，由图可知， 甲 （选填“甲”或“乙”）光的强度大．已知普朗克常量为h，被照射金属的逸出功为W0，则光电子的最大初动能为 hγ﹣W0 ．
【分析】根据光的强度越强，形成的光电流越大即可判断出甲与乙的关系；并根据光电效应方程，即可求解光电子的最大初动能．
【解答】解：根据光的强度越强，则光电子数目越多，对应的光电流越大，即可判定甲光的强度较大；
由光电效应方程mv2=hγ﹣W0，
可知，电子的最大初动能EKm=hγ﹣W0；
故答案为：甲，hγ﹣W0
【点评】本题考查了产生光电效应的原理和电子的最大初动能公式，理解光电效应方程的应用，注意光电流影响因素．
光的波粒二象性
一．选择题（共13小题）
1．在做光电效应的实验时，某金属被光照射发生了光电效应，实验测得光电子的最大初动能Ekm与入射光的频率ν的关系如图所示，由实验图象不可求出（ ）
A．该金属的极限频率和极限波长
B．普朗克常量
C．该金属的逸出功
D．单位时间内逸出的光电子数
2．某光波射到一逸出功为W的光电材料表面，所产生的光电子在垂直于磁感应强度为B的匀强磁场中做圆周运动的最大半径为r，则该光波的频率为（设电子的质量为m，带电量为e，普朗克常量为h）（ ）
A． B．
C．+ D．﹣
3．在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线（甲光、乙光、丙光），如图所示。则可判断出（ ）
A．甲光的频率大于乙光的频率
B．乙光的波长大于丙光的波长
C．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率
D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能
4．某一金属在一束绿光的照射下发生了光电效应，则下列说法正确的是（ ）
A．若改用红光照射也一定能发生光电效应
B．若增大绿光的照射强度，则逸出的光电子的最大初动能可能变大
C．若增大绿光的照射强度，则单位时间内逸出的光电子的数目一定增多
D．若改用紫光照射，则单位时间内逸出的光电子的数目一定增多
5．下列几种说法中有一种是错误的，它是（ ）
A．大如太阳、地球等这些宏观的运动物体也具有波动性，这种波是物质波
B．光子与物质微粒发生相互作用时，不仅遵循能量守恒，还遵循动量守恒
C．光子与光电子是同一种粒子，它们对应的波也都是概率波
D．核力是一种强相互作用力，热核反应中库仑力做功与核力做功相比能忽略
6．在利用光电管研究光电效应的实验中，入射光照到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么（ ）
A．从光照射到金属表面到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加
B．饱和光电流将会减弱
C．遏止电压将会减小
D．有可能不再发生光电效应
7．2002年诺贝尔物理学奖中的一项，是奖励美国科学家贾科尼和日本科学家小柴晶俊发现了宇宙X射线源．X射线是一种高频电磁波，若X射线在真空中的波长为λ，以h表示普朗克常量，c表示真空的光速，以E和m分别表示X射线每个光子的能量和质量，则（ ）
A．E=，m=0 B．E=h，m=h C．E=h，m=0 D．E=h，m=
8．以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出．强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子电效应，这已被实验证实．
光电效应实验装置示意如图．用频率为ν的普通光源照射阴极K，没有发生光电效应．换用同样频率为ν的强激光照射阴极K，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U，即将阴极K接电源正极，阳极A接电源负极，在KA之间就形成了使光电子减速的电场，逐渐增大U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是下列的（其中W为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电量）（ ）
A． B． C．U=2hν﹣W D．
9．一个德布罗意波波长为λ1的中子和另一个德布罗意波波长为λ2的氘核同向正碰后结合成一个氚核，该氚核的德布罗意波波长为（ ）
A． B．
C． D．
10．关于光电效应，下列说法中正确的是（ ）
A．金属内的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属
B．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应
C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大
D．不同金属产生光电效应的入射光的最低频率是相同的
11．如图所示是光电管的工作原理电路图，一束波长为λ1的单色光照射到光电管的阴极，电路中产生了光电流，下列判断正确的是（ ）
A．若电路中电源的正、负极反接后，电路中仍可能有光电流
B．单色光照射一段时间后，才能观察到电流表指针转动
C．若另一束波长为λ2的单色光（λ2＞λ1）照射到光电管的阴极时，电路中也可能产生光电流但光电流肯定比前次小
D．入射光的强度一定时，电路中光电流的大小随电压的增大而持续增大
12．从1907年起，美国物理学家密立根就开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量。他通过如图甲所示的实验装置测量某金属的遏止电压Uc与入射光频率ν，作出图乙所示的Uc﹣﹣ν的图象，由此算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射测出的h相比较，以检验爱因斯坦方程的正确性。已知电子的电荷量e，则下列普朗克常量h的表达式正确的是（ ）
A．h= B．h=
C．h= D．h=
13．用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措施是（ ）
A．改用强度更大的原紫外线照射
B．改用X射线照射
C．延长原紫外线的照射时间
D．改用红外线照射
二．多选题（共6小题）
14．如图甲所示，在光电效应实验中，某同学用相同频率的单色光，分别照射阴极材料为锌和铜的两个不同的光电管，结果都能发生光电效应．图乙为其中一个光电管的遏止电压UC随入射光频率ν变化的函数关系图象．对于这两个光电管，下列判断正确的是 （ ）
A．因为材料不同逸出功不同，所以遏止电压Uc不同
B．光电子的最大初动能不同
C．因为光强不确定，所以单位时间逸出的光电子数可能相同，饱和光电流也可能相同
D．两个光电管的Uc﹣ν图象的斜率可能不同
15．如图所示，N为金属板，M为金属网，它们分别与电池的两极相连，各电池的电动势和极性如图所示，已知金属板的逸出功为4.8eV．现分别用不同频率的光照射金属板（各光子的能量已在图上标出），则下列说法正确的是（ ）
A．A图中无光电子射出
B．B图中光电子到达金属板时的动能大小为1.5eV
C．C图中的光电子能到达金属网
D．D图中光电子到达金属板时的最大动能为3.5eV
16．如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线，普朗克常量h=6.63×10﹣34J•s，由图可知（ ）
A．该金属的极限频率为4.27×1014Hz
B．该金属的极限频率为5.5×1014 Hz
C．该金属的逸出功为0.5 eV
D．该图线的斜率表示普朗克常量
17．下列说法正确的是（ ）
A．用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，则逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变
B．X射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的
C．发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
D．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此光子散射后波长变长
E．速度相等的电子和质子，电子的波长大
18．美国物理学家密立根利用图甲所示的电路研究金属的遏止电压Uc与入射光频率v的关系，描绘出图乙中的图象，由此算出普朗克常量h．电子电量用e表示，下列说法正确的是（ ）
A．入射光的频率增大，为了测遏止电压，则滑动变阻器的滑片P应向M端移动
B．由Uc﹣v图象可知，这种金属的截止频率为vc
C．增大入射光的强度，光电子的最大初动能也增大
D．由Uc﹣v图象可求普朗克常量表达式为h=
19．下列说法正确的是（ ）
A．普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一
B．玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了各种原子光谱的实验规律
C．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为这束光的光强太小
D．德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的猜想，而电子的衍射实验证实了他的猜想
三．解答题（共2小题）
20．用功率P0=1W的光源，照射离光源r=3m处的某块金属的薄片．已知光源发出的是波长λ=589nm的单色光，试计算
（1）1s内打到金属板1m2面积上的光子数；
（2）若取该金属原子半径r1=0.5×10﹣10m，则金属表面上每个原子平均需隔多少时间才能接收到一个光子？
21．用频率均为γ但强度不同的甲、乙两种光做光电效应实验，发现光电流与电压的关系如图所示，由图可知， （选填“甲”或“乙”）光的强度大．已知普朗克常量为h，被照射金属的逸出功为W0，则光电子的最大初动能为 ．
光的波粒二象性
参考答案与试题解析
一．选择题（共13小题）
1．在做光电效应的实验时，某金属被光照射发生了光电效应，实验测得光电子的最大初动能Ekm与入射光的频率ν的关系如图所示，由实验图象不可求出（ ）
A．该金属的极限频率和极限波长
B．普朗克常量
C．该金属的逸出功
D．单位时间内逸出的光电子数
【分析】根据光电效应方程EKm=hγ﹣W0=hγ﹣hγ0得出最大初动能与入射光频率的关系，通过图线的斜率和截距去求解．
【解答】解：根据光电效应方程EKm=hγ﹣W0=hγ﹣hγ0知，图线的斜率表示普朗克常量，根据图线斜率可得出普朗克常量。
横轴截距表示最大初动能为零时的入射光频率，此时的频率等于金属的极限频率，也可能知道极限波长；
根据W0=hγ0可求出逸出功。
单位时间内逸出的光电子数无法从图象中获知。故A、B、C正确，D错误。
本题选择错误的，故选D。
【点评】解决本题的关键掌握光电效应方程EKm=hγ﹣W0=hγ﹣hγ0，知道逸出功与极限频率的关系．
2．某光波射到一逸出功为W的光电材料表面，所产生的光电子在垂直于磁感应强度为B的匀强磁场中做圆周运动的最大半径为r，则该光波的频率为（设电子的质量为m，带电量为e，普朗克常量为h）（ ）
A． B．
C．+ D．﹣
【分析】根据光电效应方程求出光电子的最大初动能；最大初动能的光电子垂直进入匀强磁场，半径最大，根据半径公式求出最大速度，从而得出最大初动能．
【解答】解：根据光电效应方程得，EKm=hν﹣W。
根据洛伦兹力提供向心力，有：，则，
最大初动能。
该光波的频率：
故C正确，A、B、D错误。
故选：C。
【点评】解决本题的关键掌握光电效应方程，以及掌握带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式．
3．在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线（甲光、乙光、丙光），如图所示。则可判断出（ ）
A．甲光的频率大于乙光的频率
B．乙光的波长大于丙光的波长
C．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率
D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能
【分析】光电管加正向电压情况：P右移时，参与导电的光电子数增加；P移到某一位置时，所有逸出的光电子都刚参与了导电，光电流恰达最大值；P再右移时，光电流不能再增大。
光电管加反向电压情况：P右移时，参与导电的光电子数减少；P移到某一位置时，所有逸出的光电子都刚不参与了导电，光电流恰为零，此时光电管两端加的电压为截止电压，对应的光的频率为截止频率；P再右移时，光电流始终为零。，入射光的频率越高，对应的截止电压U截越大。从图象中看出，丙光对应的截止电压U截最大，所以丙光的频率最高，丙光的波长最短，丙光对应的光电子最大初动能也最大。
【解答】解：A、根据，入射光的频率越高，对应的截止电压U截越大。甲光、乙光的截止电压相等，所以甲光、乙光的频率相等；故A错误。
B、丙光的截止电压大于乙光的截止电压，所以丙光的频率大于乙光的频率，则乙光的波长大于丙光的波长；
故B正确。
C、丙的频率最大，甲乙频率相同，且均小于丙的频率，故C错误。
D、丙光的截止电压大于甲光的截止电压，所以甲光对应的光电子最大初动能小于于丙光的光电子最大初动能。故D错误。
故选：B。
【点评】解决本题的关键掌握截止电压、截止频率，以及理解光电效应方程。
4．某一金属在一束绿光的照射下发生了光电效应，则下列说法正确的是（ ）
A．若改用红光照射也一定能发生光电效应
B．若增大绿光的照射强度，则逸出的光电子的最大初动能可能变大
C．若增大绿光的照射强度，则单位时间内逸出的光电子的数目一定增多
D．若改用紫光照射，则单位时间内逸出的光电子的数目一定增多
【分析】发生光电效应的条件是入射光的频率大于极限频率，与入射光的强度无关．入射光的强度影响单位时间内发出光电子的数目．
【解答】解：A、某金属在一束绿光的照射下，发生了光电效应，若改用红光照射，由于红色光的频率小，光子的能量小。则不一定能发生光电效应。故A错误。
B、根据光电效应方程Ekm=hγ﹣W0，知最大初动能与入射光的强度无关。故B错误。
C、金属在一束绿光的照射下，发生了光电效应，增大绿光的强度，单位时间内发出的光电子数目增加。故C正确。
D、用紫光照射时，逸出的光电子的最大初动能增大，而光电子的数目与光的强度有关。故D错误。
故选：C。
【点评】解决本题的关键知道影响光电子最大初动能的因素，以及知道光的强度影响单位时间发出的光电子数目．
5．下列几种说法中有一种是错误的，它是（ ）
A．大如太阳、地球等这些宏观的运动物体也具有波动性，这种波是物质波
B．光子与物质微粒发生相互作用时，不仅遵循能量守恒，还遵循动量守恒
C．光子与光电子是同一种粒子，它们对应的波也都是概率波
D．核力是一种强相互作用力，热核反应中库仑力做功与核力做功相比能忽略
【分析】光子及微观粒子都具有波粒二象性，而宏观物体也具有波动性；光电子是发生光电效应时打出的电子；核力是一种强相互作用力．
【解答】解：A、大如太阳、地球等这些宏观的运动物体也具有波动性，这种波是物质波；故A正确；
B、光子与物质微粒发生相互作用时，不仅遵循能量守恒，还遵循动量守恒；故B正确；
C、光子是光的组成部分，而光电子是电子；故二者不相同；故C错误；
D、根据核力的特点可知，核力是一种强相互作用力，热核反应中库仑力做功与核力做功相比能忽略；故D正确；
本题选错误的，故选：C
【点评】本题考查光的波粒二象性等知识点的内容，属于对基础知识的考查，要注意明确物质波、光子及光电子等的区别．
6．在利用光电管研究光电效应的实验中，入射光照到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么（ ）
A．从光照射到金属表面到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加
B．饱和光电流将会减弱
C．遏止电压将会减小
D．有可能不再发生光电效应
【分析】发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，光的强弱只影响单位时间内发出光电子的数目．
【解答】解：A、光的强弱影响的是单位时间内发出光电子的数目，不影响发射出光电子的时间间隔。故A错误。
B、单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少，光电流减弱。故B正确。
C、根据eUc=hγ0，可知，当入射光的强度减弱，不会影响极限频率，因此遏止电压不变，故C错误。
D、入射光的频率不变，则仍然能发生光电效应。故D错误。
故选：B。
【点评】解决本题的关键知道发生光电效应的条件，以及知道光的强弱会影响单位时间内发出光电子的数目．
7．2002年诺贝尔物理学奖中的一项，是奖励美国科学家贾科尼和日本科学家小柴晶俊发现了宇宙X射线源．X射线是一种高频电磁波，若X射线在真空中的波长为λ，以h表示普朗克常量，c表示真空的光速，以E和m分别表示X射线每个光子的能量和质量，则（ ）
A．E=，m=0 B．E=h，m=h C．E=h，m=0 D．E=h，m=
【分析】根据E=hv求出光子的能量，通过质能方程求出光子的质量．
【解答】解：光子的能量E=hv=．根据质能方程E=mc2得，光子质量m=．故D正确，A、B、C错误。
故选：D。
【点评】解决本题的关键知道频率与波长的关系，以及掌握质能方程，并能灵活运用．
8．以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出．强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子电效应，这已被实验证实．
光电效应实验装置示意如图．用频率为ν的普通光源照射阴极K，没有发生光电效应．换用同样频率为ν的强激光照射阴极K，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U，即将阴极K接电源正极，阳极A接电源负极，在KA之间就形成了使光电子减速的电场，逐渐增大U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是下列的（其中W为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电量）（ ）
A． B． C．U=2hν﹣W D．
【分析】根据光电效应方程Ekm=hv﹣W，以及Ekm=eU进行分析．
【解答】解：根据题意知，一个电子吸收一个光子不能发生光电效应，换用同样频率为ν的强激光照射阴极K，则发生了光电效应，即吸收的光子能量为nhv，n=2，3，4…
则有：eU=nhv﹣W，解得．知B正确，A、C、D错误。
故选：B。
【点评】解决本题的关键是掌握光电效应方程，知道最大初动能与遏止电压的关系．
9．一个德布罗意波波长为λ1的中子和另一个德布罗意波波长为λ2的氘核同向正碰后结合成一个氚核，该氚核的德布罗意波波长为（ ）
A． B．
C． D．
【分析】任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有德布罗意波．分别写出中子和氘核的动量的表达式，然后根据动量守恒定律得出氚核的动量，代入公式即可．
【解答】解：中子的动量P1=，氘核的动量P2=
对撞后形成的氚核的动量P3=P2+P1
所以氚核的德布罗意波波长为λ3==
故选：A。
【点评】同一物质不同的速度，对应的德布罗意波的波长也不相同．
10．关于光电效应，下列说法中正确的是（ ）
A．金属内的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属
B．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应
C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大
D．不同金属产生光电效应的入射光的最低频率是相同的
【分析】正确解答本题要掌握：理解光电效应的产生条件，最大初动能与入射光频率、逸出功之间关系等．
【解答】解：A、金属内的每个电子一次只能吸收一个光子，而且是不能积累的，故A错误；
B、根据光电效应产生的条件可知，当入射光光子的能量小于金属的逸出功时，不能发生光电效应，故B正确；
C、光子的能量与光照强度无关，只与光的频率有关，光子的最大初动能与光照强度无关，随着入射光的频率增大而增大，故C错误；
D、每种金属都有自己的极限频率，故D错误。
故选：B。
【点评】本题考查了学生对光电效应的理解情况，要理解光电效应方程物理意义，并能正确应用光电效应方程解答有关问题．
11．如图所示是光电管的工作原理电路图，一束波长为λ1的单色光照射到光电管的阴极，电路中产生了光电流，下列判断正确的是（ ）
A．若电路中电源的正、负极反接后，电路中仍可能有光电流
B．单色光照射一段时间后，才能观察到电流表指针转动
C．若另一束波长为λ2的单色光（λ2＞λ1）照射到光电管的阴极时，电路中也可能产生光电流但光电流肯定比前次小
D．入射光的强度一定时，电路中光电流的大小随电压的增大而持续增大
【分析】发生光电效应的条件是当入射光的频率大于截止频率，就会发生光电效应，反向电压大于截止电压时，电路中才没有电流．
【解答】解：A、将电路中电源的极性反接，光电子做减速运动，还可能到达阳极，所以还可能有光电流。故A正确。
B、发生光电效应的条件与照射的时间无关；若能产生光电流，则不需要等待时间。故B错误。
C、换用波长为λ2（λ2＞λ1）的光照射阴极K时，由于频率变小，仍可能发生光电效应；但光电流的大小与光的强度有关，与光的频率无关。故C错误。
D、增加电路中电源的路端电压，当达到饱和电流，不再增大。故D错误。
故选：A。
【点评】解决本题的关键掌握光电效应的条件，当入射光的频率大于截止频率，就会发生光电效应．
12．从1907年起，美国物理学家密立根就开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量。他通过如图甲所示的实验装置测量某金属的遏止电压Uc与入射光频率ν，作出图乙所示的Uc﹣﹣ν的图象，由此算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射测出的h相比较，以检验爱因斯坦方程的正确性。已知电子的电荷量e，则下列普朗克常量h的表达式正确的是（ ）
A．h= B．h=
C．h= D．h=
【分析】根据光电效应方程得出遏止电压与入射光频率的关系，通过图线的斜率求出普朗克常量。
【解答】解：根据爱因斯坦光电效应方程有：Ek=hv﹣W0。
根据动能定理有：eUC=Ek，
得：UC=，
所以图象的斜率为：k==，故A正确，BCD错误；
故选：A。
【点评】解决本题的关键掌握光电效应方程以及最大初动能与遏止电压的关系。
13．用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措施是（ ）
A．改用强度更大的原紫外线照射
B．改用X射线照射
C．延长原紫外线的照射时间
D．改用红外线照射
【分析】发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率。结合光电效应的条件分析判断。
【解答】解：用紫外线照射某金属时不能产生光电效应，说明紫外线的频率小于该金属的极限频率，要产生光电效应必须增大入射光的频率，符合条件的只有X射线。故ACD错误，B正确；
故选：B。
【点评】解决本题的关键知道光电效应的条件，知道能否发生光电效应与入射光的强度和照射时间无关。
二．多选题（共6小题）
14．如图甲所示，在光电效应实验中，某同学用相同频率的单色光，分别照射阴极材料为锌和铜的两个不同的光电管，结果都能发生光电效应．图乙为其中一个光电管的遏止电压UC随入射光频率ν变化的函数关系图象．对于这两个光电管，下列判断正确的是 （ ）
A．因为材料不同逸出功不同，所以遏止电压Uc不同
B．光电子的最大初动能不同
C．因为光强不确定，所以单位时间逸出的光电子数可能相同，饱和光电流也可能相同
D．两个光电管的Uc﹣ν图象的斜率可能不同
【分析】根据光电效应方程Ekm=hγ﹣W0和eUC=EKm得出遏止电压Uc与入射光频率v的关系式，分析遏止电压UC的关系以及光电子的最大初动能的关系．结合数学知识分析Uc﹣v图象的斜率关系．饱和光电流与入射光的强度有关．
【解答】解：A、根据光电效应方程有 Ekm=hγ﹣W0
根据能量守恒定律得：eUC=EKm
联立得：eUC=hv﹣W0
即 UC=﹣，可知，入射光的频率相同，逸出功W0不同，则遏止电压UC也不同。故A正确。
B、根据光电效应方程Ekm=hγ﹣W0得，相同的频率，不同的逸出功，则光电子的最大初动能也不同，故B正确。
C、虽然光的频率相同，但光强不确定，所以单位时间逸出的光电子数可能相同，而饱和光电流不一定相同。故C正确。
D、由UC=﹣，可知，Uc﹣γ图象的斜率 k==常数，所以两个光电管的Uc﹣v图象的斜率一定相同，故D错误。
故选：ABC。
【点评】解决本题的关键掌握光电效应方程，以及知道遏止电压与最大初动能之间的关系，注意Uc～ν图象斜率的含义．
15．如图所示，N为金属板，M为金属网，它们分别与电池的两极相连，各电池的电动势和极性如图所示，已知金属板的逸出功为4.8eV．现分别用不同频率的光照射金属板（各光子的能量已在图上标出），则下列说法正确的是（ ）
A．A图中无光电子射出
B．B图中光电子到达金属板时的动能大小为1.5eV
C．C图中的光电子能到达金属网
D．D图中光电子到达金属板时的最大动能为3.5eV
【分析】发生光电效应的条件是入射光子的能量大于逸出功，当能发生光电效应时，若加的电压为正向电压，则一定能到达金属网，若所加的电压为反向电压，根据动能定理判断能否到达．
【解答】解：A、因入射光的能量3.8eV（小于金属板的逸出功4.8eV），依据光电效应发生条件，不能发生光电效应，故A正确；
B、因入射光的能量4.8eV（等于金属板的逸出功4.8eV），因此电子出来的速度恰好为零，则在电场力加速作用下，到达金属网的动能为1.5eV，因此能够到达金属网的光电子的最大动能是1.5eV，故B正确；
C、入射光的能量为5.8eV，大于金属钨的逸出功4.8eV，依据光电效应方程△EKM=hγ﹣W0，逸出来电子最大初动能为1.0eV，根据动能定理，知电子不能到达金属网，故C错误；
D、逸出的光电子最大初动能为：Ekm=E光﹣W0=6.8eV﹣4.8eV=2.0eV，
到达金属网时最大动能为Ek=2.0﹣1.5=0.5 eV，故D错误；
故选：AB。
【点评】解决本题的关键掌握光电效应的条件，以及掌握光电效应方程，并注意正向电压与反向电压的判定．
16．如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线，普朗克常量h=6.63×10﹣34J•s，由图可知（ ）
A．该金属的极限频率为4.27×1014Hz
B．该金属的极限频率为5.5×1014 Hz
C．该金属的逸出功为0.5 eV
D．该图线的斜率表示普朗克常量
【分析】根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hγ﹣W，Ek﹣γ图象的斜率等于h．横轴的截距大小等于截止频率，逸出功W=hγ0，根据数学知识进行求解．
【解答】解：A、B根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hγ﹣W，Ek﹣γ图象的横轴的截距大小等于截止频率，由图知该金属的极限频率为4.27×1014 Hz．故A正确，B错误。
C、当Ek=hγ﹣W=0时，逸出功为W=hγ0=6.63×10﹣34J•s×4.27×1014 Hz≈2.83×10﹣19J≈1.8 eV．故C错误。
D、由Ek=hγ﹣W，得知，该图线的斜率表示普朗克常量h，故D正确。
故选：AD。
【点评】解决本题的关键掌握光电效应方程，以及知道逸出功与极限频率的关系，结合数学知识即可进行求解．
17．下列说法正确的是（ ）
A．用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，则逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变
B．X射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的
C．发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
D．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此光子散射后波长变长
E．速度相等的电子和质子，电子的波长大
【分析】发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，光的强弱只影响单位时间内发出光电子的数目；电子的衍射说明证实了物质波的存在；康普顿效应说明光具有粒子性；德布罗意波理论告诉我们，一切运动的微粒都有一种波与之对应，即一切运动的微粒都具有波粒二象性．电子有波动性，但在一定的条件下才能表现出来．
【解答】解：A、根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关。故A正确；
B、电子的衍射说明粒子的波动性，证实了物质波的存在。故B错误；
C、根据光电效应方程：Ekm=hγ﹣W，可知光电子的最大初动能与入射光的频率有关，是线性关系，不是成正比。故C错误；
D、在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，则动量减小，根据λ=，知波长增大。故D正确；
E、速度相等的电子和质子，电子的动量小；根据物质波的波长公式：λ=可知，电子的波长长。故E正确。
故选：ADE。
【点评】该题考查的康普顿效应与物质波属于比较冷僻，以上比较简单的知识点；解决本题的关键知道发生光电效应的条件，以及知道光的强弱会影响单位时间内发出光电子的数目．
18．美国物理学家密立根利用图甲所示的电路研究金属的遏止电压Uc与入射光频率v的关系，描绘出图乙中的图象，由此算出普朗克常量h．电子电量用e表示，下列说法正确的是（ ）
A．入射光的频率增大，为了测遏止电压，则滑动变阻器的滑片P应向M端移动
B．由Uc﹣v图象可知，这种金属的截止频率为vc
C．增大入射光的强度，光电子的最大初动能也增大
D．由Uc﹣v图象可求普朗克常量表达式为h=
【分析】入射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，遏止电压增大．根据光电效应方程得出Uc﹣γ的关系式，通过关系式得出斜率、截距表示的含义．
【解答】解：A、入射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，则遏止电压增大，测遏制电压时，应使滑动变阻器的滑片P向N端移动。故A错误。
BD、根据Ekm=hv﹣W0=eUc，解得，图线的斜率k=，则h=，当遏止电压为零时，v=vc．故B正确，D正确。
C、根据光电效应方程Ekm=hv﹣W0知，光电子的最大初动能与入射光的强度无关。故C错误。
故选：BD。
【点评】解决本题的关键掌握光电效应方程以及最大初动能与遏止电压的关系．
19．下列说法正确的是（ ）
A．普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一
B．玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了各种原子光谱的实验规律
C．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为这束光的光强太小
D．德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的猜想，而电子的衍射实验证实了他的猜想
【分析】普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一，玻尔原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律，发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率．
【解答】解：A、普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一，故A正确
B、玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱的实验规律，故B错误；
C、根据光电效应的条件可知，一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为这束光的频率太小，故C错误；
D、德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的猜想，而电子的衍射实验证实了他的猜想，故D正确；
故选：AD。
【点评】该题考查玻尔理论、光电效应等基础知识的内容，掌握玻尔理论的内容及应用，知道发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率．
三．解答题（共2小题）
20．用功率P0=1W的光源，照射离光源r=3m处的某块金属的薄片．已知光源发出的是波长λ=589nm的单色光，试计算
（1）1s内打到金属板1m2面积上的光子数；
（2）若取该金属原子半径r1=0.5×10﹣10m，则金属表面上每个原子平均需隔多少时间才能接收到一个光子？
【分析】（1）光沿着球面发射，根据ε=hν求解出一个光子的能量，求解1s内打到金属板1m2面积上的光能，最后求解光子数；
（2）先求解每秒中打到每个原子的光子数目，再求解金属表面上每个原子平均需隔多少时间才能接收到一个光子．
【解答】解 （1）离光源3m处的金属板每1s内单位面积上接受的光能为
E==5.56×1016eV/m2•s
因为每个光子的能量为
E1=hν=
所以单位时间内打到金属板上单位面积的光子数为
n==2.64×1016个
（2）每个原子的截面积为
S1=πr12=π×（0.5×10﹣10）2m2=7.85×10﹣21m2．
把金属板看成由原子密集排列组成的，则每个原子截面积上每秒内接收到的光子数为
n1=nS1=2.64×1016×7.85×10﹣21s﹣1=2.07×10﹣4s﹣1．
每两个光子落在原子上的时间间隔为
答：（1）1s内打到金属板1m2面积上的光子数为2.64×1016个；
（2）若取该金属原子半径r1=0.5×10﹣10m，则金属表面上每个原子平均需隔4830.9s才能接收到一个光子．
【点评】本题关键是建立物理模型，第二问计算结果表明：每个原子接收两个光子的间隔是一段相当长的时间．由于金属内电子的碰撞十分频繁，两次碰撞之间的时间只有10﹣15s左右，因此，一个电子接收一个光子后如不能立即逸出，来不及等到接收第二个光子，它所额外增加的能量早已消耗殆尽．可见，在表面光电效应中是难以实现双光子吸收的．
21．用频率均为γ但强度不同的甲、乙两种光做光电效应实验，发现光电流与电压的关系如图所示，由图可知， 甲 （选填“甲”或“乙”）光的强度大．已知普朗克常量为h，被照射金属的逸出功为W0，则光电子的最大初动能为 hγ﹣W0 ．
【分析】根据光的强度越强，形成的光电流越大即可判断出甲与乙的关系；并根据光电效应方程，即可求解光电子的最大初动能．
【解答】解：根据光的强度越强，则光电子数目越多，对应的光电流越大，即可判定甲光的强度较大；
由光电效应方程mv2=hγ﹣W0，
可知，电子的最大初动能EKm=hγ﹣W0；
故答案为：甲，hγ﹣W0
【点评】本题考查了产生光电效应的原理和电子的最大初动能公式，理解光电效应方程的应用，注意光电流影响因素．
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