高中物理高考 第1讲　光电效应　波粒二象性 作业

第1讲　光电效应　波粒二象性

 　　时间：40分钟　 　　满分：100分

一、选择题(本题共11小题，每小题7分，共77分。其中1～7题为单选，8～11题为多选)

1. (2020·河北省保定市二模)黑体辐射的研究表明：辐射强度、波长分布与辐射体的温度有密切关系。此研究对冶金工业的迅速发展有巨大贡献。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的最大值变化无规律可循

答案　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．下列说法中正确的是(　　)

A．物质波属于机械波

B．只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性

C．德布罗意认为任何一个运动的物体，小到电子、质子、中子，大到行星、太阳都有一种波与之相对应，这种波叫物质波

D．宏观物体运动时，看不到它的衍射和干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性

答案　C

解析　物质波是描述实物粒子运动的波，而机械波是由质点做周期性机械运动形成的，二者不同，故A错误；不论是微观粒子，还是宏观物体，只要它们运动，就有与之对应的物质波，故B、D错误，C正确。

3．(2020·广西桂林市第一次联合调研)任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之对应，波长λ＝，式中h为普朗克常量，p为运动物体的动量，人们把这种波叫作德布罗意波。现有一德布罗意波波长为λ1的中子和一个德布罗意波波长为λ2的氘核相向对撞后结合成一个氚核，该氚核的德布罗意波波长为(　　)

A.  B.

C.  D.

答案　A

解析　中子与氘核相向运动发生碰撞的过程，满足动量守恒定律，则|p1－p2|＝p3，结合λ＝，有|－|＝，解得λ3＝，所以A正确，B、C、D错误。

4．(2020·广东省汕头市一模)可见光的波长的大致范围是400～760 nm。下表给出了几种金属发生光电效应的极限波长，下列说法正确的是(　　)

A．表中所列金属，钾的逸出功最大

B．只要光照时间足够长或强度足够大，所有波长的可见光都可以使钠发生光电效应

C．用波长为760 nm的光照射金属钠、钾，则钠逸出的光电子的最大初动能较大

D．用波长为400 nm的光照射金属钠、钾，则钾逸出的光电子的最大初动能较大

答案　D

解析　根据W0＝hνc＝可知，表中所列金属，钾的极限波长λc最大，则钾的逸出功W0最小，A错误；能否发生光电效应，与光照的时间和强度无关，只与入射光的频率有关，B错误；用波长为760 nm的光照射金属钠、钾，由于入射光的波长均大于两金属的极限波长，根据光电效应的产生条件可知，钠、钾都不能发生光电效应，C错误；当用波长为400 nm的光照射金属钠、钾时，钠、钾都可以发生光电效应，钾的逸出功最小，根据Ek＝hν－W0，钾逸出的光电子的最大初动能较大，D正确。

5．(2020·山西省长治市3月线上模拟)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。下列说法正确的是(　　)

A．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大

B．保持入射光的光强不变，入射光的频率变高，饱和光电流变大

C．保持入射光的光强不变，入射光的频率变低，光电子的最大初动能变大

D．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生

答案　A

解析　保持入射光的频率不变，因为饱和光电流与入射光的强度成正比，故入射光的光强变大，饱和光电流变大，A正确；保持入射光的光强不变，入射光的频率变高，则单位时间入射光光子数变少，饱和光电流也变小，故B错误；根据光电效应的规律，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，所以入射光的频率变低，光电子的最大初动能变小，故C错误；如果入射光的频率小于该光电管金属材料的极限频率，将不会发生光电效应，也就不会有光电流产生，故D错误。

6．(2020·江苏省宿迁市沭阳县5月联考)用图1装置研究光电效应，分别用a光、b光、c光照射阴极K得到图2中三条光电流I与A、K间的电压UAK的关系曲线，则下列说法正确的是(　　)

A．开关S扳向1时测得的数据得到的是I轴左侧的图线

B．b光的光子能量大于a光的光子能量

C．用a光照射阴极K时阴极的逸出功大于用c光照射阴极K时阴极的逸出功

D．用b光照射阴极K时逸出的光电子的最大初动能小于用a光照射阴极K时逸出的光电子的最大初动能

答案　B

解析　当开关S扳向1时，光电子在光电管中加速，此时所加的电压是正向电压，测得的数据得到的是I轴右侧的图线，故A错误；根据eUc＝Ek＝hν－W0，同种金属W0相同，则入射光的频率越高，对应的遏止电压Uc越大，由题图2可知，b光的遏止电压大于a光的遏止电压，所以b光的频率高于a光的频率，依据E＝hν可知，b光的光子能量大于a光的光子能量，故B正确；某种金属的逸出功是一定的，与入射光无关，故C错误；b光的遏止电压大于a光的遏止电压，根据eUc＝Ek＝hν－W0，可知用b光照射阴极K时逸出的光电子的最大初动能大于用a光照射阴极K时逸出的光电子的最大初动能，D错误。

7．(2020·山东省菏泽一中3月教学质量检测)用频率为ν的单色光照射某金属表面时，产生的光电子的最大初动能为Ek，已知普朗克常量为h，光速为c，要使此金属发生光电效应，所用入射光的波长应不大于(　　)

A.  B.

C.  D.－

答案　A

解析　根据光电效应方程有：Ek＝hν－W0，而W0＝hνc，则该金属发生光电效应的极限频率为：νc＝ν－，则该金属发生光电效应的极限波长为：λc＝＝，故A正确，B、C、D错误。

8．(2021·三湘名校教育联盟高三上第二次大联考)利用图甲所示的实验装置观测光电效应，已知实验中测得某种金属的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，电子的电荷量为e＝1.6×10－19 C，则(　　)

A．电源的右端为正极

B．普朗克常量为

C．该金属的逸出功为eU1

D．若电流表的示数为10 μA，则每秒内从阴极发出的光电子数的最小值为6.25×1012

答案　AC

解析　只有施加反向电压，也就是光电管阴极接电源正极、阳极接电源负极，在光电管两极间形成使电子减速的电场，这时光电流才有可能为零，使光电流减小到零的反向电压Uc称为遏止电压，A正确；由爱因斯坦光电效应方程可知Ek＝hν－W0，由动能定理有－eUc＝0－Ek，联立并整理得Uc＝－，可知题图乙中图线的斜率为＝，纵截距为－U1＝－，则普朗克常量为h＝，该金属的逸出功为W0＝eU1，B错误，C正确；若电流表的示数为I＝10 μA，则每秒内从阴极发出的光电子数的最小值为n＝＝＝＝6.25×1013，D错误。

9．波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的是(　　)

A．黑体辐射规律可用光的波动性解释

B．光电效应现象揭示了光的粒子性

C．电子束射到晶体上产生衍射图样说明电子具有波动性

D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波波长也相等

答案　BC

解析　黑体辐射的实验规律不能用光的波动性解释，而普朗克借助于能量子假说，完美地解释了黑体辐射规律，破除了“能量连续变化”的传统观念，故A错误；光既有波动性又有粒子性，光电效应现象揭示了光的粒子性，故B正确；德布罗意提出了实物粒子同样具有波动性，电子束射到晶体上产生的衍射图样是波的特征，证明了电子具有波动性，故C正确；根据德布罗意波长公式λ＝，又p＝，则λ＝，若一个电子和一个质子的动能Ek相等，由于质子质量比电子质量大得多，则其德布罗意波波长不相等，故D错误。

10. (2020·浙江省杭州高级中学仿真模拟)用一束波长为λ的绿光照射某极限波长为λ0的金属，能产生光电效应，下列说法正确的是(　　)

A．该金属的逸出功为W0＝hλ0

B．把这束绿光遮住一半，则光电流强度减小

C．若改用一束红光照射，则不可能产生光电效应

D．要使光电流为0，光电管两极至少需要加大小为的电压

答案　BD

解析　该金属逸出功为：W0＝hν0＝h，故A错误；将这束绿光遮住一半，单位时间内入射的光子数目减小，则单位时间内逸出的光电子数目减小，则光电流强度减小，故B正确；若改用一束红光照射，因为红光的频率小于绿光的频率，则可能不发生光电效应，也可能发生光电效应，故C错误；光电效应方程为：Ek＝hν－W0，且ν＝，根据动能定理可得光电流恰为0时有：－eUc＝0－Ek，联立解得：Uc＝，故D正确。

11. 用如图的装置研究光电效应现象，当用光子能量为2.5 eV的光照射到光电管上时，电流表G的读数为0.2 mA，移动变阻器的滑片C，当电压表的示数大于或等于0.7 V时，电流表读数为0。则(　　)

A．光电管阴极的逸出功为1.8 eV

B．开关S断开后，没有电流流过电流表G

C．光电子的最大初动能为0.7 eV

D．改用能量为1.5 eV的光子照射，电流表G也有电流，但电流较小

答案　AC

解析　由题图可知，光电管两端所加的电压为反向电压，由电压表的示数大于或等于0.7 V时，电流表示数为0，可知光电子的最大初动能为0.7 eV，根据光电效应方程Ek＝hν－W0，可得W0＝1.8 eV，故A、C正确；开关S断开后，用光子能量为2.5 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，有光电子逸出，则有电流流过电流表，故B错误；改用能量为1.5 eV的光子照射，由于光子的能量小于逸出功，不能发生光电效应，无光电流，故D错误。

二、非选择题(本题共2小题，共23分)

12. (2020·江苏省盐城市6月模拟)(8分)金属中电子吸收一个光子而挣脱金属的束缚，这就是光电效应现象。随着科技进步，强光源的出现，电子同时吸收多个光子成为可能，这是多光子光电效应现象。如图所示，光电管阴极金属的逸出功为W0，单一频率光源发射的光子频率为ν。在光源照射下，金属中电子同时吸收两个光子后发生光电效应，从金属逸出电子的最大初动能为________，调节滑动变阻器，当电流表示数恰好为零时，电压表示数为________。(电子电荷量为e，普朗克常量为h)

答案　2hν－W0　

解析　根据题意知，一个电子吸收两个光子而发生光电效应，则由光电效应方程得光电子的最大初动能为Ek＝2hν－W0。根据动能定理得－eUc＝0－Ek，解得Uc＝。

13．(2021·八省联考江苏卷)(15分)我国中微子探测实验利用光电管把光信号转换为电信号。如图所示，A和K分别是光电管的阳极和阴极，加在A、K之间的电压为U。现用发光功率为P的激光器发出频率为ν的光全部照射在K上，回路中形成电流。已知阴极K材料的逸出功为W0，普朗克常量为h，电子电荷量为e。

(1)求光电子到达A时的最大动能Ekm；

(2)若每入射N个光子会产生1个光电子，所有的光电子都能到达A，求回路的电流强度I。

答案　(1)Ue＋hν－W0　(2)

解析　(1)根据光电效应方程有hν－W0＝Ek0

逸出的电子在电场中加速向A运动，根据动能定理

有Ue＝Ekm－Ek0

联立解得Ekm＝Ue＋hν－W0。

(2)设每秒钟到达K极的光子数量为n，则nhν＝P

设每秒钟逸出电子个数为a个，则a＝

回路的电流强度I＝＝ae

联立解得I＝。