新高考浙江版2025届高考物理一轮总复习训练第14单元35光电效应波粒二象性(人教版)

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微练一 能量量子化
1.如图所示,图中画出了四种温度下黑体辐射的强度与波长的关系,从中可以看出( )
A.温度越高,辐射电磁波的波长越短
B.温度越低,辐射电磁波的波长越长
C.同一波长的辐射强度随着温度的升高而增强
D.不同温度时辐射强度最大值的变化无规律可循
2.物理学家普朗克在研究黑体辐射时提出了一个大胆的假说,即能量子假说。关于能量子假说,下列说法不正确的是( )
A.物质辐射(或吸收)能量时,能量不是连续的,而是一份一份进行的
B.能量子假说中,将每一份不可再分的最小能量值称为能量子
C.能量子假说中,能量子的能量ε=hν,ν为带电微粒的振动频率,h为普朗克常量
D.能量子假说认为能量是连续的,是不可分割的
微练二 对光电效应的理解
3.(2023浙江宁波效实中学期末)用如图所示的实验装置研究光电效应现象。用光子能量为2.75 eV的光照射光电管时发生了光电效应,电流表G的示数不为零,移动滑动变阻器的触点c,发现当电压表的示数大于或等于1.7 V时,电流表示数为零,则在该实验中( )
A.光电管阴极的逸出功为1.05 eV
B.光电子的最大初动能为1.05 eV
C.若开关S闭合,当滑动变阻器的触点向a端滑动时,电流表G示数可能增大
D.若开关S断开,用光子能量为1.00 eV的强光照射,电流表G可能满偏
4.(2023浙江嘉兴一中模拟)光电管是一种利用光照产生电流的装置,当入射光照在管中金属板上时,可以形成光电流。下表中记录了某同学进行光电管实验时的数据。
由表中数据得出的以下论断正确的是( )
A.三次实验采用了不同频率的入射光
B.三次实验光电管中的金属板材质不同
C.若入射光子的能量为5.0 eV,不论光照多强,饱和光电流一定大于60 mA
D.若入射光子的能量为5.0 eV,逸出光电子的最大初动能为1.8 eV
微练三 光电效应的图像问题
5.用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应,可得到光电子的最大初动能Ek随入射光频率ν变化的Ek-ν图像。已知钨的逸出功是4.54 eV,锌的逸出功是3.34 eV,若将二者的图线画在同一个Ek-ν坐标系中,用实线表示钨、虚线表示锌,则下列正确反映这一过程的图像是( )
6.图甲是探究光电效应实验的电路图,光电管遏止电压Uc随入射光频率ν的变化规律如图乙所示。下列判断正确的是( )
A.入射光的频率ν不同,遏止电压Uc相同
B.只要入射光的强弱相同,光电子的最大初动能就一定相同
C.如图甲所示的电路中,当电压增大到一定数值时,电流表将达到饱和电流
D.入射光的频率ν不同,强弱不同,Uc-ν图像的斜率相同
微练四 波粒二象性
7.下列各组现象能说明光具有波粒二象性的是( )
A.光的色散和光的干涉
B.光的干涉和光的衍射
C.泊松亮斑和光电效应
D.光的直线传播和光电效应
8.若两个质量不同的粒子的德布罗意波波长相等,则( )
A.两粒子的动能相等
B.两粒子的动量大小相等
C.通过相同晶体时,质量小的粒子衍射现象更明显
D.通过相同晶体时,质量大的粒子衍射现象更明显
B组 综合提升
9.(2023浙江宁波十校模拟)激光冷却中性原子的原理如图所示,质量为m、速度为v0的原子连续吸收多个迎面射来的频率为ν的光子后,速度减小。不考虑原子质量的变化,光速为c。下列说法正确的是( )
A.激光冷却利用了光的波动性
B.原子吸收第一个光子后速度的变化量为Δv=-
C.原子每吸收一个光子后速度的变化量不同
D.原子吸收个光子后速度减小到原来的一半
10.(多选)(2023浙江绍兴二模)如图是一颗人造地球卫星的示意图,它的主体表面上镀有一层铂(铂的逸出功为5.32 eV),两翼的太阳能电池板(面积为3.0 m2)在绕地球轨道运行时,始终保持正面垂直于太阳光的照射方向。若太阳光为波长550 nm的单色光,照射到电池板表面的太阳光被全部吸收且单位面积的接收功率为1.4 kW,已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,1 ml粒子约为6.0×1023个。下列说法正确的是( )
A.每个光子的能量约为3.3×10-40 J
B.到达电池板表面的太阳光的功率为4.2 kW
C.电池板表面吸收1 ml光子的时间约为51 s
D.太阳光照射到卫星主体上会有光电子从表面逸出
11.如图所示为研究光电效应的装置,第1次和第2次分别用波长为2λ和λ的单色光照射阴极K(锌板制成),从阴极K表面逸出的光电子的最大初速度之比v1∶v2=1∶3,电流表G的示数均不为零。已知单色光在真空中的传播速度为c,普朗克常量为h。则( )
A.第1次与第2次的遏止电压之比为1∶9
B.第1次电流表的示数一定比第2次小
C.锌板的截止频率为
D.用波长为3λ的单色光照射阴极K时,能从阴极K表面逸出光电子
参考答案
第十四单元 波粒二象性和原子物理
作业35 光电效应 波粒二象性
1.C 解析 无论温度高低,黑体都会辐射各种波长的电磁波,故A、B错误;同一波长的辐射强度随着温度的升高而增强,故C正确;温度升高,辐射强度的最大值向波长短、频率高的方向移动,故D错误。
2.D 解析 能量子假说认为物质辐射(或吸收)能量时,辐射(或吸收)的能量是不连续的,是一份一份进行的,故A正确,不符合题意,D错误,符合题意;能量子假说中,将每一份不可再分的、最小的能量值称为能量子,故B正确,不符合题意;能量子假说中,能量子的能量ε=hν,其中ν为带电微粒的振动频率,h为普朗克常量,故C正确,不符合题意。
3.A 解析 由题目可知,遏止电压为Uc=1.7V,故最大初动能为Ek=eUc=1.7eV,故B错误;根据光电效应方程可知,逸出功为W0=E-Ek=1.05eV,故A正确;电源电压为反向电压,当滑动变阻器的触点向a端滑动时,反向电压增大,电压表示数增大,电流表中电流减小,故C错误;断开开关S,光电管、电流表、滑动变速器构成闭合回路,但光子能量为1.00eV,小于光电管阴极的逸出功1.05eV,不会发生光电效应,没有光电流,电流表G示数为零,故D错误。
4.D 解析 由于入射光子能量相同,根据光子能量公式ε=hν,可知三次实验入射光的频率相同,A错误;由于入射光子能量相同,逸出光电子的最大初动能相同,根据爱因斯坦光电效应方程,可知逸出功相同,则三次实验光电管中的金属板材质相同,B错误;饱和光电流只与光的强弱有关,与入射光光子的能量无关,C错误;若入射光子的能量为4.0eV,逸出光电子的最大初动能为0.8eV,根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0,则有Ek1=ε1-W0,解得W0=ε1-Ek1=4.0eV-0.8eV=3.2eV,若入射光子的能量为5.0eV,则有Ek2=ε2-W0=5.0eV-3.2eV=1.8eV,D正确。
5.B 解析 依据光电效应方程Ek=hν-W0可知,Ek-ν图线的斜率代表普朗克常量h,因此钨和锌的Ek-ν图线应该平行;图线的横轴截距代表截止频率ν0,而ν0=,因此钨的截止频率大些,故B正确,A、C、D错误。
6.D 解析 根据光电效应方程Ekm=hν-W0,可知入射光的频率不同,电子的最大初动能不同,又Ekm=eUc,所以Uc=ν-,因此入射光的频率不同,遏止电压不同,故A错误;根据Ekm=hν-W0可知光电子的最大初动能与光照强弱无关,故B错误;图甲所示电路中,必须把电源正负极反接过来,才能验证光电流与电压的关系,即当电压增大到一定数值时,电流表将达到饱和电流,故C错误;Uc-ν图像的斜率为,与入射光的频率和强弱无关,故D正确。
7.C 解析 光的色散说明光具有波动性,光的干涉也说明光具有波动性,因此该组不能说明光具有波粒二象性,故A项错误;光的干涉说明光具有波动性,光的衍射也说明光具有波动性,因此该组不能说明光具有波粒二象性,故B项错误;泊松亮斑说明光具有波动性,光电效应现象说明光具有粒子性,因此该组可以说明光具有波粒二象性,故C项正确;光的直线传播说明光具有粒子性,光电效应现象也说明光具有粒子性,因此该组不能说明光具有波粒二象性,故D项错误。
8.B 解析 根据德布罗意波波长λ=可知,若两个质量不同的粒子的德布罗意波波长相等,则两粒子的动量大小相等,由动能和动量的关系式p=可知,由于两个粒子的质量不同,则动能不同,故A错误,B正确;由于两个质量不同的粒子的德布罗意波波长相等,则通过相同晶体时,两种粒子的衍射现象相同,故C、D错误。
9.B 解析 激光冷却体现了激光的粒子性,故A错误;根据德布罗意波波长公式λ=,可得一个光子的动量为p=,根据动量守恒有mv0-p=mv1,所以原子吸收第一个光子后速度的变化量为Δv=v1-v0=-,故B正确;由动量守恒,每个光子的动量相同,所以原子每吸收一个光子后速度的变化量相同,故C错误;原子吸收个光子后,根据动量守恒有mv0-np=mv2,即mv0-=mv2,解得v2=0,故D错误。
10.BC 解析 每个光子的能量约为E0=J=3.6×10-19J,选项A错误;照射到电池板表面的太阳光被全部吸收且单位面积的接收功率为1.4kW,则到达电池板表面的太阳光的功率为3.0×1.4kW=4.2kW,选项B正确;电池板表面吸收1ml光子的时间约为t=s=51s,选项C正确;铂的逸出功为W0=5.32eV=8.5×10-19J,大于光子的能量,则不能发生光电效应,即太阳光照射到卫星主体上不会有光电子从表面逸出,选项D错误。
11.A 解析 由公式eUc=me可得Uc=,解得Uc1∶Uc2=1∶9,即第1次与第2次的遏止电压之比为1∶9,A正确;电流表的示数与光电流的大小有关,单位时间内逸出光电子的数目越多,光电流越大,而单位时间内逸出光电子的数目与光的强弱有关,由于光的强弱关系未知,故电流表示数的大小无法判断,B错误;波长为2λ和λ的单色光的能量分别为E1=h,E2=h,由爱因斯坦的光电效应方程可知Ekm1=h-W0,Ekm2=h-W0,又由逸出的光电子的最大初速度之比v1∶v2=1∶3,可知光电子的最大初动能之比为1∶9,由以上各式解得W0=,所以ν0=,C错误;波长为3λ的单色光的频率ν=,因此该光不能使锌板产生光电效应,即该光照射阴极K时,不能从阴极K表面逸出光电子,D错误。次数
入射光子的能量/eV
光的强弱
饱和光电流大小/mA
逸出光电子的最大初动能/eV
1
4.0
弱
29
0.8
2
4.0
中
43
0.8
3
4.0
强
60
0.8