2025届高考物理一轮复习专项练习课时规范练42光电效应波粒二象性

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1.(光子能量的计算)激光在“焊接”视网膜的眼科手术中有着广泛的应用。在一次手术中,所用激光的波长λ=6.6×10-7 m,每个激光脉冲的能量E=1.5×10-2 J。则每个脉冲中的光子数目是(已知普朗克常量h=6.6×10-34 J·s,光速c=3×108 m/s)( )
A.3×1016B.3×1012
C.5×1016D.5×1012
2.(光电效应方程的理解)用波长200 nm的光照射铝的表面发生光电效应,已知铝的逸出功是4.2 eV,普朗克常量h=6.6×10-34 J·s,电子电荷量e=1.6×10-19 C,则光电子的最大初动能约为( )
A.0.2 eVB.2 eV
C.20 eVD.200 eV
3.(多选)(光电效应和康普顿效应)关于光电效应和康普顿效应的规律,下列说法正确的是( )
A.光电效应中,金属板向外发射的光电子又可以叫做光子
B.用光照射金属不能发生光电效应是因为该入射光的频率小于金属的截止频率
C.对于同种金属而言,遏止电压与入射光的频率无关
D.石墨对X射线散射时,部分X射线的散射光波长会变长,这个现象称为康普顿效应
4.(波粒二象性)关于波粒二象性,下列说法正确的是( )
A.图甲中紫光照射到锌板上可以发生光电效应,则其他可见光照射到锌板上也一定可以发生光电效应
B.图乙中入射光的强度越大,则在阴极板上产生的光电子的最大初动能越大
C.图丙说明光子既有粒子性也有波动性
D.戴维孙和汤姆孙利用图丁证明了电子具有波动性
5.
(光电效应规律)在光电效应实验中,某实验小组用同种频率的单色光,先后照射锌和银的表面,都能产生光电效应。对这两个过程,下列四个物理量中,可能相同的是( )
A.饱和光电流
B.遏止电压
C.光电子的最大初动能
D.逸出功
6.(光电效应的图像)图甲为某实验小组探究光电效应规律的实验装置,使用a、b、c三束单色光在同一光电管中实验,得到光电流与对应电压之间的关系图像如图乙所示,下列说法正确的是( )
A.a光频率最大,c光频率最小
B.a光与c光为同种色光,但a光强度大
C.a光波长小于b光波长
D.a光与c光照射同一金属,逸出光电子的初动能都相等
素养综合练
7. “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
8.用金属铷为阴极的光电管,观测光电效应现象,实验装置示意如图甲所示,实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示,图线与横轴交点的横坐标为5.15×1014 Hz。已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s。则下列说法中正确的是( )
A.欲测遏止电压,应选择电源左端为正极
B.当电源左端为正极时,滑动变阻器的滑片向右滑动,电流表的示数持续增大
C.增大照射光的强度,产生的光电子的最大初动能一定增大
D.如果实验中入射光的频率ν=7.00×1014 Hz,则产生的光电子的最大初动能Ek=1.2×10-19 J
9.某兴趣小组用如图甲所示的电路探究光电效应的规律。根据实验数据,小刚同学作出了光电子的最大初动能与入射光频率的关系图线如图乙所示,小娜同学作出了遏止电压与入射光频率的关系图线如图丙所示。已知光电子的电荷量为e,则下列说法正确的是( )
A.如果图乙、图丙中研究的是同一金属的光电效应规律,则a=
B.如果研究不同金属光电效应的规律,在图乙中将得到经过(b,0)点的一系列直线
C.如果研究不同金属光电效应的规律,在图丙中将得到一系列平行的倾斜直线
D.普朗克常量h=
10.
如图所示,分别用频率为ν、2ν的光照射某光电管,对应的遏止电压之比为1∶3,普朗克常量用h表示,则( )
A.用频率为ν的光照射该光电管时有光电子逸出
B.该光电管的逸出功为hν
C.对于这两种频率的光,用2ν的光照射时逸出光电子的初动能一定较大
D.对于这两种频率的光,加正向电压时,用2ν的光照射时饱和光电流一定较大
11.如图甲所示,这是某学校科技活动小组设计的光电烟雾探测器,当有烟雾进入探测器时,来自光源S的光会被烟雾散射进入光电管C如图乙所示。烟雾浓度越大,进入光电管C中的光就越强,光射到光电管中的钠表面时会产生光电流,当光电流大于10-8 A时,便会触发报警系统报警。已知钠的极限频率为6.0×1014 Hz,光速c=3.0×108 m/s,元电荷e=1.6×10-19 C。下列说法正确的是( )
A.要使探测器正常工作,光源S发出的光的波长不能小于5.0×10-7 m
B.探测器正常工作时,提高光源发出光的频率,就能让报警器在烟雾浓度较低时报警
C.光电管C中能发生光电效应是因为光发生了全反射
D.当报警器报警时,钠表面每秒释放的光电子数最少是6.25×1010个
12.图甲为利用光电管研究光电效应的电路图,其中光电管阴极K的材料是钾,钾的逸出功为W0=3.6×10-19 J。图乙为实验中用某一频率的光照射光电管时,测量得到的光电管伏安特性曲线,当U=-2.5 V时,光电流刚好截止。已知h=6.6×10-34 J·s,e=1.6×10-19 C。求:
(1)本次实验入射光的频率是多少?
(2)当U'=2.5 V时,光电子到达阳极A的最大动能是多少?
参考答案
课时规范练42 光电效应
波粒二象性
1.C 每个光子的能量为E0=hν=h,每个激光脉冲的能量为E,则每个脉冲中的光子数目n=,代入数据,解得n=5×1016,故A、B、D错误,C正确。
2.B 根据光电效应方程Ek=hν-W0=-W0,代入数据得,Ek=3.2×10-19J=2eV,A、C、D错误,B正确。
3.BD 金属板向外发射的电子叫光电子,光子是光量子的简称,A错误;用光照射金属不能发生光电效应是因为该入射光的频率小于金属的截止频率,B正确;根据光电效应方程hν=W0+eUc可知,对于同种金属而言(逸出功一样),入射光的频率越大,遏止电压也越大,即遏止电压与入射光的频率有关,C错误;在石墨对X射线散射时,部分X射线的散射光波长会变长的现象称为康普顿效应,康普顿效应说明光具有粒子性,D正确。
4.D 由光电效应可知,当入射光的频率大于金属极限频率时,能发生光电效应,由于紫光照射到锌板上可以发生光电效应,但其他的光的频率不一定比金属极限频率大,所以其他可见光照射到锌板上不一定可以发生光电效应,故A错误;由爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0可知,光电子的最大初动能与光照强度无关,故B错误;图丙说明光子具有粒子性,故C错误;戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射的实验,得到了图丁的衍射图样,从而证实电子具有波动性,故D正确。
5.A 饱和光电流和光的强度有关,这个实验可以通过控制光的强度来实现饱和光电流相同,A正确;不同的金属其逸出功是不同的,根据光电效应方程:Ek=hν-W,用同种频率的单色光,光子能量hν相同,光电子的最大初动能Ek不同,C、D错误;根据遏止电压和最大初动能关系:U=,可知光电子的最大初动能不同,遏止电压也不同,B错误。
6.B 根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0和根据动能定理eUc=Ek可得eUc=hν-W0,入射光的频率越高,对应的遏止电压Uc越大,分析图像可知a、c光的遏止电压比b光的遏止电压小,则a、c光的频率小于b光的频率,故A错误;分析图像可知,a光与c光的遏止电压相等,则a光与c光的频率相等,所以a光与c光为同种色光,但a光的饱和光电流大,则a光内含有的光子个数多,即a光的光强度大于c光的光强度,故B正确;由于a光的频率小于b光的频率,根据频率和波长的关系c=λf可知,a光的波长大于b光的波长,故C错误;a光与c光的频率相等,根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0可知,a光与c光照射同一金属,a光产生的光电子的最大初动能等于c光产生的光电子的最大初动能,但并不是逸出光电子的初动能都相等,故D错误。
7.B 温度升高,人体热辐射强度I要变大,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,故只有选项B正确。
8.D 题图甲所示的实验装置测量铷的遏止电压Uc与入射光频率ν,因此光电管左端应该是阴极,则电源左端为负极,故A错误;当电源左端为正极时,将滑动变阻器的滑片从图示位置向右滑动的过程中,则电压增大,光电流增大,当电流达到饱和值,不再增大,即电流表读数的变化是先增大,后不变,故选项B错误;光电子的最大初动能与入射光的频率和金属的逸出功有关,与入射光的强度无关,故选项C错误;根据图像可知,铷的截止频率νc=5.15×1014Hz,根据hν=W0,则可求出该金属的逸出功大小W0=6.63×10-34×5.15×1014J=3.41×10-19J根据光电效应方程Ekm=hν-W0,当入射光的频率为ν=7.00×1014Hz时,则最大初动能为Ekm=6.63×10-34×7.0×1014-3.41×10-19J=1.2×10-19J,故选项D正确。
9.C 如果题图乙、题图丙中研究的是同一金属的光电效应规律:则由题图乙可得该金属的逸出功W逸=a,由题图丙可得该金属的逸出功:W逸=ec,故有a=ec,故A错误;如果研究不同金属光电效应的规律,则根据Ekm=hν-W逸可判断不同的金属W逸不同,故当Ekm=0时,对应的ν不同,故在题图乙中将得不到经过(b,0)点的一系列直线,故B错误;如果研究不同金属光电效应的规律,则根据eUc=hν-W逸可判断直线的斜率k=,故在题图丙中将得到一系列平行的倾斜直线,故C正确;由题图乙可得普朗克常量h=k=,由题图丙可得,直线斜率k=,所以联立求得h=,故D错误。
10.B 根据光电效应方程eUc1=hν-W,eUc2=h(2ν)-W,,联立解得W=hν,频率为ν的单色光光子能量h×ν11.D 根据λ==5×10-7m,可知要使探测器正常工作,光源S发出的光的波长不能大于5.0×10-7m,A错误;探测器正常工作时,要想使报警器在烟雾浓度较低时报警,应提高光源发光的强度,B错误;光电管C中能发生光电效应是因为光发生了散射进入C,且入射光的频率超过了极限频率,C错误;当报警器报警时,根据n=个=6.25×1010个,可知每秒钟内电路通过的电荷量6.25×1010个,因此钠表面每秒释放的光电子数最少是6.25×1010个,D正确。
12.答案(1)1.2×1015 Hz (2)8.0×10-19 J
解析(1)由图像可知反向遏止电压为Uc=2.5V,根据爱因斯坦光电效应方程Ekmax=hν-W0且eUc=
联立解得ν=1.2×1015Hz
(2)光电子由K运动到A过程,由动能定理有eU'=Ekm'-
解得Ekm'=2eUc=8.0×10-19J