2024年高考物理第一轮复习讲义：第十五章 第1讲 光电效应 波粒二象性

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 【A级——夯实基础】 1．(2020·江苏卷)“测温枪”(学名“红外线辐射测温仪”)具有响应快、非接触和操作方便等优点。它是根据黑体辐射规律设计出来的，能将接收到的人体热辐射转换成温度显示。若人体温度升高，则人体热辐射强度I及其极大值对应的波长λ的变化情况是(　　)A．I增大，λ增大　　　　 B．I增大，λ减小C．I减小，λ增大    D．I减小，λ减小解析：若人体温度升高，则人体的热辐射强度I变大，由ε＝hν可知对应的频率变大，由c＝λν知对应的波长变小，选项B正确。答案：B2．(2022·北京西城区模拟)被誉为“中国天眼”的世界最大单口径射电望远镜(简称FAST)坐落在贵州省平塘县，用来接收来自宇宙深处的电磁波。“中国天眼”的存在，使得深空通信能力延伸至太阳系外缘行星，对探索宇宙的起源和地外文明具有重要意义。如果为天眼配备一部发射功率为百万瓦级(106 W)的发射机，其发射的无线电波波长为126厘米，那么该发射机每秒钟发射的光子数量的数量级约为(取真空光速c＝3×108 m/s，普朗克常量h＝6．6×10－34 J·s)(　　)A．1023   B．1027C．1031    D．1035解析：设发射机每秒钟发射的光子数量为n，则t0时间内发射光子的总能量为E＝nt0ε，由ε＝hν和ν＝得E＝nt0h，则有nt0h＝Pt0，代入数据，最终可得n的数量级约为1031，故C正确。答案：C3．利用光电管研究光电效应的实验电路图如图所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则(　　)A．改用紫外线照射K，电流表中没有电流通过B．只增加该可见光的强度，电流表中通过的电流将变大C．若将滑动变阻器的滑片滑到A端，电流表中一定无电流通过D．若将滑动变阻器的滑片向B端滑动，电流表示数一定变化解析：用频率为ν的可见光照射阴极K，能发生光电效应，则该可见光的频率大于阴极材料的极限频率，紫外线的频率大于可见光的频率，故用紫外线照射K，也一定能发生光电效应，电流表中有电流通过，A错误；只增加可见光的强度，单位时间内逸出金属表面的光电子数增多，电流表中通过的电流将变大，B正确；滑动变阻器的滑片滑到A端，光电管两端的电压为零，但光电子有初动能，故电流表中仍有电流通过，C错误；滑动变阻器的滑片向B端滑动时，若电流已达到饱和电流，则电流表示数可能不变，D错误。答案：B4．用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1．28×10－19 J。已知普朗克常量为6．63×10－34 J·s，真空中的光速为3．00×108 m·s－1。能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为(　　)A．1×1014 Hz　　　　　   B．8×1014 HzC．2×1015 Hz    D．8×1015 Hz解析：设单色光的最低频率为ν0，由爱因斯坦光电效应方程得Ek＝hν－W，0＝hν0－W，又ν＝，整理得ν0＝－，代入数据解得ν0≈8×1014 Hz。答案：B5．关于物质的波粒二象性，下列说法错误的是(　　)A．光的波长越短，光子的能量越大，光的粒子性越明显B．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性C．光电效应现象揭示了光的粒子性D．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性解析：根据ν＝可知光的波长越短，则频率越大，根据ε＝hν可知光能量越大，光的粒子性越显著，A正确；波粒二象性是微观世界特有的规律，一切运动的微粒都具有波粒二象性，B正确；光电效应现象说明光具有粒子性，C正确；由德布罗意理论知，宏观物体的德布罗意波的波长太小，很难观察到波动性，但仍具有波粒二象性，D错误。答案：D6．下列说法正确的是(　　)A．铀核发生α衰变时，释放出α粒子和一定的能量，目前核电站就是利用铀核发生α衰变时释放的能量B．如果利用紫光照射某种金属可以发生光电效应，改用红光一定不能发生光电效应C．氢原子由较高能级跃迁到较低能级时，会吸收一定频率的光子D．机械波和电磁波都具有干涉、衍射的特性解析：α衰变时放出的能量比较小，目前核电站利用的是铀核发生裂变时释放的能量，故A错误；用紫光照射某种金属可以发生光电效应，可知紫光的频率大于金属的极限频率，红光的频率小于紫光的频率，但红光的频率不一定小于金属的极限频率，则用红光照射可能发生光电效应，故B错误；氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，能量减小，要释放一定频率的光子，故C错误；干涉与衍射都是波特有的性质，机械波和电磁波都具有干涉、衍射的特性，故D正确。答案：D7．如图所示，电路中所有元件完好，但光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过，其原因可能是(　　)①入射光太弱　②入射光波长太长　③光照时间短　④电源正、负极接反A．①②　　        B．③④　       　C．①③　　      　D．②④解析：入射光波长太长，入射光的频率低于截止频率时，不能发生光电效应；电路中电源反接，对光电管加了反向电压，若该电压超过了遏止电压，也没有光电流产生，故D正确。答案：D【B级——能力提升】8．美国物理学家密立根利用如图甲所示的电路研究金属的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系，描绘出如图乙所示的图像，并由此算出了普朗克常量h。电子电荷量用e表示。下列说法正确的是(　　)A．入射光的频率增大，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片P向M端移动B．增大入射光的强度，光电子的最大初动能也增大C．由图像可知，这种金属截止频率为νcD．由图像可求得普朗克常量的表达式为h＝解析：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的关系式，通过关系式得出斜率、截距表示的含义。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，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片P向N端移动，A错误；根据光电效应方程Ekm＝hν－W0知，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，B错误；根据Ekm＝hν－W0＝eUc，解得Uc＝－，图线的斜率k＝＝，则h＝，当遏止电压为零时，ν＝νc，C正确，D错误。答案：C9．人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm 的绿光时，只要所接收到的功率不低于2.3×10－18 W，眼睛就能察觉。已知普朗克常量为6.63×10－34 J·s，光速为3×108 m/s，人眼能察觉到绿光时，每秒至少接收到的绿光光子数为(　　)A．6             B．60           C．600    D．6 000解析：绿光光子能量ε＝hν＝h≈3．8×10－19 J，所以每秒内最少接收光子数n＝＝≈6，B、C、D错误，A正确。答案：A10．(2021·浙江卷)已知普朗克常量h＝6．63×10－34 J·s，电子的质量为9．11×10－31 kg。一个电子和一滴直径约为4 μm的油滴具有相同动能，则电子与油滴的德布罗意波长之比的数量级为(　　)A．10－8           B．106          C．108    D．1016解析：利用Ek＝mv2和p＝mv，得到p＝，由于德布罗意波长的公式为λ＝，则＝＝，由于两者的动能相等，且m油滴＝π()3ρ，则＝＝，数量级约为＝108，故选C。答案：C11．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)541268196A．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．都能产生光电子解析：根据爱因斯坦光电效应方程可知，只要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有的小于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。答案：D12．(2019·北京卷)光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流。表中给出了6次实验的结果。组次入射光子的能量/eV相对光强光电流大小/mA逸出光电子的最大动能/eV第一组1234．04．04．0弱中强2943600．90．90．9第二组4566．06．06．0弱中强2740552．92．92．9由表中数据得出的论断中不正确的是(　　)A．两组实验采用了不同频率的入射光B．两组实验所用的金属板材质不同C．若入射光子的能量为5．0 eV，逸出光电子的最大动能为1．9 eVD．若入射光子的能量为5．0 eV，相对光强越强，光电流越大解析：由于光子的能量ε＝hν，又入射光子的能量不同，故入射光子的频率不同，A项正确；由爱因斯坦光电效应方程hν＝W＋Ek，可求出两组实验的逸出功均为3．1 eV，故两组实验所用的金属板材质相同，B项错误；由hν＝W＋Ek，逸出功W＝3．1 eV可知，若入射光子能量为5．0 eV，则逸出光电子的最大动能为1．9 eV，C项正确；相对光强越强，单位时间内射出的光子数越多，单位时间内逸出的光电子数越多，形成的光电流越大，D项正确。答案：B13．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，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实。光电效应实验装置示意图如图所示。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K、A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可能是下列选项中的(其中W为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电荷量)(　　)A．U＝－　　　　　　　 B．U＝－C．U＝2hν－W    D．U＝－解析：以从阴极K逸出的且具有最大初动能的光电子为研究对象，由动能定理得－Ue＝0－mvm2①由光电效应方程得nhν＝mvm2＋W(n＝2，3，4，…)②由①②式解得U＝－(n＝2，3，4，…)，故选项B正确。答案：B14．如图所示是一个研究光电效应的电路图。下列叙述中正确的是(　　)A．只调换电源的极性，移动滑片P，当电流表示数为零时，电压表示数为遏止电压Uc的数值B．保持光照条件不变，滑片P向右滑动的过程中，电流表示数将一直增大C．不改变光束颜色和电路，增大入射光束强度，电流表示数不变D．阴极K需要预热，光束照射后需要一定的时间才会有光电流解析：只调换电源的极性，移动滑片P，电场力对电子做负功，当电流表示数为零时，则有eU＝mvm2，那么电压表示数为遏止电压Uc的数值，A正确；当其他条件不变，P向右滑动时，加在光电管两端的电压增加，光电子运动得更快，由I＝得电流表示数变大，若电流达到饱和电流，则电流表示数不会增大，B错误；只增大入射光束强度时，单位时间内光电子数变多，电流表示数变大，C错误；光电效应的发生是瞬时的，阴极K不需要预热，D错误。答案：A