2020高考物理一轮总复习课时冲关41《光电效应波粒二象性》（含解析）人教版 学案

第1讲　光电效应　波粒二象性

(课时冲关四十一)

[A级－基础练]

1．在光电效应的实验结果中，与光的波动理论不矛盾的是(　　 )

A．光电效应是瞬时发生的

B．所有金属都存在极限频率

C．光电流随着入射光增强而变大

D．入射光频率越大，光电子最大初动能越大

解析：C　[光具有波粒二象性，既具有波动性又具有粒子性，光电效应证实了光的粒子性．因为光子的能量是一份一份的，不能积累，所以光电效应具有瞬时性，这与光的波动性矛盾，A项错误；同理，因为光子的能量不能积累，所以只有当光子的频率大于金属的极限频率时，才会发生光电效应，B项错误；光强增大时，光子数量和能量都增大，所以光电流会增大，这与波动性无关，C项正确；一个光电子只能吸收一个光子，所以入射光的频率增大，光电子吸收的能量变大，所以最大初动能变大，D项错误．]

2．(多选)在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面．都能发生光电效应．对于这两个过程，下列四个物理量中，一定不同的是(　　 )

A．遏止电压

B．饱和光电流

C．光电子的最大初动能

D．逸出功

解析：ACD　[同一种单色光照射不同的金属，入射光的频率和光子能量一定相同，金属逸出功不同，根据光电效应方程Ekm＝hν－W0知，最大初动能不同，则遏止电压不同；同一种单色光照射，入射光的强度相同，所以饱和光电流相同．]

3．已知钙和钾的截止频率分别为7.73×1014 Hz和5.44×1014 Hz，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较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(　　 )

A．波长　　　　　　　 B．频率

C．能量  D．动量

解析：A　[根据爱因斯坦光电效应方程，得Ekm＝hν－W0，又W0＝hνc，联立得Ekm＝hν－hνc，据题“钙的截止频率比钾的截止频率大”，由上式可知：从钙表面逸出的光电子最大初动能较小，由p＝，可知该光电子的动量较小，根据λ＝可知，波长较大，则频率较小，A选项正确，B、C、D选项错误．]

4．某金属在一黄光照射下，正好有电子逸出，下述说法中正确的是(　　 )

A．增大光强，而不改变光的频率，光电子的最大初动能将不变

B．用一束更大强度的红光代替黄光，仍能发生光电效应

C．用强度相同的紫光代替黄光，光电流强度将不变

D．用强度较弱的紫光代替黄光，有可能不发生光电效应

解析：A　[逸出的光电子的最大初动能为：Ekm＝hν－W0，频率不变，故Ekm不变，A选项正确．红光频率小于黄光频率，即小于极限频率，故不能发生光电效应，B选项错误．由于紫光频率大于黄光频率，即使光强减小，仍能发生光电效应，因此D选项错误．用强度相同的紫光代替黄光，使得入射光的光子数减少，导致光电子数减少，形成的光电流强度将减小，C选项错误．]

5．下列说法正确的是(　　 )

A．康普顿效应说明光具有粒子性，电子的衍射实验说明粒子具有波动性

B．爱因斯坦发现了光电效应现象，并且提出光子说，成功解释了光电效应现象

C．爱因斯坦的光电效应方程能够说明光子具有动量

D．康普顿效应表明光子只具有能量

解析：A　[康普顿效应说明光具有粒子性，电子的衍射实验说明粒子具有波动性，选项A正确；赫兹在研究电磁波时发现了光电效应现象，爱因斯坦提出光子说，成功解释了光电效应现象，选项B错误；爱因斯坦的光电效应方程不能够说明光子具有动量，选项C错误；康普顿效应表明光子除了具有能量外还有动量，选项D错误．]

6．(2017·北京卷)2017年年初，我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100 nm(1 nm＝10－9 m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲．大连光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用．一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎．据此判断，能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，真空光速c＝3×108 m/s)(　　 )

A．10－21 J  B．10－18 J

C．10－15 J  D．10－12 J

解析：B　[由题意知，电离一个分子的能量等于照射分子的光子能量，E＝hν＝h≈2×10－18 J，故选项B正确．]

7．(多选)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(　　 )

A．入射光太弱  B．入射光波长太长

C．光照时间短  D．电源正、负极接反

解析：BD　[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，故选项B正确；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，故选项D正确．]

[B级－能力练]

8．(多选)用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在照相底片上先后出现如图甲、乙、丙所示的图象，则(　　 )

A．图象甲表明光具有粒子性

B．图象乙表明光具有波动性

C．用紫外线观察不到类似的图象

D．实验表明光是一种概率波

解析：ABD　[图象甲曝光时间短，通过光子数很少，呈现粒子性．图象乙曝光时间长，通过了大量光子，呈现波动性，故A、B正确；同时也表明光波是一种概率波，故D也正确；紫外线本质和可见光本质相同，也可以发生上述现象，故C错误．]

9．(2019·山西山大附中测试)如图所示是光电管的原理图，已知当有波长为λ0的光照到阴极K上时，电路中有光电流，则(　　)

A．若换用波长为λ1(λ1>λ0)的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流

B．若换用波长为λ2(λ2<λ0)的光照射阴极K时，电路中一定有光电流

C．增加电路中电源电压，电路中光电流一定增大

D．若将电源极性反接，电路中一定没有光电流产生

解析：B　[用波长为λ0的光照射阴极K，电路中有光电流，说明入射光的频率ν＝大于金属的极限频率，换用波长为λ1的光照射阴极K，因为λ1>λ0，根据ν＝可知，波长为λ1的光的频率不一定大于金属的极限频率，因此不一定能发生光电效应现象，A项错误；同理可以判断，B项正确；光电流的大小与入射光的强度有关，在一定频率与强度的光照射下，光电流与电压之间的关系为：开始时，光电流随电压U的增加而增大，当U增大到一定程度时，光电流达到饱和值，这时即使再增大U，在单位时间内也不可能有更多的光电子定向移动，光电流也就不会再增加，即饱和光电流是在一定频率与强度的光照射下的最大光电流，增大电源电压，若光电流达到饱和值，则光电流也不会增大，C项错误；将电源极性反接，若光电子的最大初动能大于光电管两极间电场力做的功，电路中仍有光电流产生，D项错误．]

10．(多选)可以用甲图的电路研究光电效应中电子发射的情况与照射光的强弱、光的频率等物理量间的关系．某次用甲装置，分别用a、b、c三束光照射同一个光电管阴极．分别得到三条光电流与电压关系的图线如图乙所示．根据你所学的相关理论，下列论述正确的是(　　 )

A．由乙图可知a、c的饱和光电流不同，所以a、c入射光的频率不同

B．由乙图可知a、c的遏止电压相同，所以a、c光照射产生的光电子最大初动能相同

C．由乙图可知a、b的遏止电压不同，可以判断b光的频率比a光的频率高

D．由乙图可知a、b的饱和光电流不同，可以判断a的光强比c的光强大

解析：BCD　[a、c遏止电压相同，则a、c频率相同，光电子最大初动能相同；因为a的饱和光电流大，所以a的光强大于c的光强；b的遏止电压大于a的遏止电压，所以b的频率高于a、c的频率，b能使某金属发生光电效应时，a、c不一定能．]

11．如图所示，N为铝板，M为金属网，它们分别和电池两极相连，各电池的极性和电动势在图中标出，铝的逸出功为4.2 eV.现分别用能量不同的光子照射铝板(各光子的能量在图上标出)，那么，下列图中有光电子到达金属网的是(　　 )

A．①②③  B．②③

C．③④  D．①②

解析：B　[入射光的光子能量小于逸出功，则不能发生光电效应，故①错误．入射光的光子能量大于逸出功，能发生光电效应；电场对光电子加速，故有光电子到达金属网，故②正确．入射光的光子能量大于逸出功，能发生光电效应，根据光电效应方程Ekm＝hν－W0＝3.8 eV，因为所加的电压为反向电压，反向电压为2 V，光电子能到达金属网，故③正确．入射光的光子能量大于逸出功，能发生光电效应，根据光电效应方程Ekm＝hν－W0＝3.8 eV，所加的反向电压为4 V，根据动能定理知，光电子不能到达金属网，故④错误．]

12.(多选)在做光电效应实验时，某金属被光照射产生了光电效应，实验测得光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν的关系如图所示，C、ν0为已知量．由图线可知(　　)

A．普朗克常量的数值

B．该金属的逸出功

C．该金属的极限频率

D．入射光的频率增大，金属的极限频率随之增大

解析：ABC　[根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，Ek－ν图象的斜率等于普朗克常量，A正确，Ek－ν图象在纵轴上的截距的绝对值表示逸出功，B正确；当Ek＝0时，ν＝ν0，极限频率为ν0，C正确；金属的极限频率是常量，D错误．]

13．(2019·陕西师大附中检测)(多选)用a、b两种不同频率的光分别照射同一金属板，发现当a光照射时验电器的指针偏转，b光照射时指针未偏转，以下说法正确的是(　　 )

A．增大a光的强度，验电器的指针偏角一定减小

B．a光照射金属板时验电器的金属小球带负电

C．a光在真空中的波长小于b光在真空中的波长

D．若a光是氢原子从n＝4的能级向n＝1的能级跃迁时产生的，则b光可能是氢原子从n＝5的能级向n＝2的能级跃迁时产生的

解析：CD　[增大a光的强度，从金属板中打出的光电子数增多，验电器带电荷量增大，指针偏角一定增大，A错误；a光照射到金属板时发生光电效应现象，从金属板中打出电子，金属板带正电，因此，验电器的金属小球带正电，B错误；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，因此a光的频率大于b光的频率，a光在真空中的波长小于b光在真空中的波长，C正确；氢原子从n＝4的能级向n＝1的能级跃迁时产生的光子能量大于氢原子从n＝5的能级向n＝2的能级跃迁时产生的光子能量，D正确．]

14．如图所示是某金属在光的照射下，光电子的最大初动能Ek与入射光的波长的倒数的关系图象，由图象可知(　　)

A．图象中的λ0是产生光电效应的最小波长

B．普朗克常量和光速的乘积hc＝Eλ0

C．该金属的逸出功等于－E

D．若入射光的波长为，产生的光电子的最大初动能为4E

解析：B　[图象中的λ0是产生光电效应的最大波长，选项A错误；根据爱因斯坦光电效应方程，光电子的最大初动能Ek与入射光的波长的倒数的关系图象对应的函数关系式为Ek＝hc－W，由图象可知Ek＝0时，hc＝Eλ0，选项B正确；由Ek＝hc－W，并结合关系图象可得该金属的逸出功W＝E，选项C错误；若入射光的波长为，由Ek＝hc－W，解得Ek＝hc－W＝3E－E＝2E，即产生的光电子的最大初动能为2E，选项D错误．]