新教材高考物理一轮复习课时规范练43电效应波粒二象性含答案

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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。已知普朗克常量h=6.6×10-34 J·s,光速c=3×108 m/s,则每个脉冲中的光子数目是( )
A.3×1016B.3×1012
C.5×1016D.5×1012
2.(光的波粒二象性)(2023河北唐山模拟)用很弱的光做双缝干涉实验,把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在,下图是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片,这些照片说明( )
A.光只有粒子性没有波动性
B.光只有波动性没有粒子性
C.少量光子的运动显示波动性,大量光子的运动显示粒子性
D.少量光子的运动显示粒子性,大量光子的运动显示波动性
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作光子
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.(光电效应)(2022山东淄博期末)紫外光电管是利用光电效应原理对油库等重要场所进行火灾报警的装置,其工作电路如图所示,其中A为阳极,K为阴极,只有当明火中的紫外线照射到K极时,电压表才有示数且启动报警装置。已知太阳光中的紫外线频率主要在7.5×1014~9.5×1014 Hz,而明火中的紫外线频率主要在1.1×1015~1.5×1015 Hz,下列说法正确的是( )
A.为避免太阳光中紫外线干扰,K极材料的截止频率应大于1.5×1015 Hz
B.只有明火照射到K极的时间足够长,电压表才会有示数
C.电源左边接正极有利于提高报警装置的灵敏度
D.电压表的正接线柱与C相连
5.(光电效应的理解)如图所示,当开关S断开时,用光子能量为3.5 eV的一束光照射阴极K,发现电流表读数不为零。闭合开关,调节滑动变阻器,发现当电压表读数小于1.5 V时,电流表读数仍不为零,当电压表读数大于或等于1.5 V时,电流表读数为零。由此可知阴极材料的逸出功为( )
A.1.5 eVB.2.0 eV
C.3.5 eVD.5.0 eV
6.(光电效应方程与图像)(2023江苏常州高三期末)如图所示,分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究,其截止频率ν1<ν2,保持入射光不变,则光电子到达A极时动能的最大值Ekm随电压U变化关系的图像是( )
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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,实验装置示意图如图甲所示,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=6.63×10-34 J·s。则下列说法正确的是( )
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=ce
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=ab=dce
10.(多选)(2023天津模拟)如图所示,甲、乙为两束光经过同一双缝干涉装置后产生的干涉条纹,图丙为光电效应实验图,实验中施加反向电压得到的光电流I与光电管两端电压U的关系如图丁所示,下列说法正确的是( )
A.若甲光能使图丙中产生光电流,则乙光一定能使图丙中产生光电流
B.当UAK小于0,但UAK没有达到遏止电压时,电流流经电流表方向为从上到下
C.若甲光对应图丁中b光 ,则乙光可能对应图丁中c光
D.a光照射光电管产生的光电子动能一定小于b光照射光电管产生的光电子动能
11.(2023江苏扬州期末)研究光电效应的装置如图甲所示,通过实验记录电流表和电压表示数,绘制出I-U图像如图乙所示,图中Uc、I0、Im均为已知。已知入射光的频率为ν0,普朗克常量为h,电子电荷量为e,求:
(1)时间t内从阴极K表面射出的光电子数n;
(2)该光电管阴极K的极限频率νc。
答案：
1.C 解析 每个光子的能量为E0=hν=hcλ,每个激光脉冲的能量为E,则每个脉冲中的光子数目n=EE0,代入数据,解得n=5×1016,故A、B、D错误,C正确。
2.D 解析 光具有波粒二象性,这些照片说明少量光子的运动显示粒子性,大量光子的运动显示波动性,故D正确。
3.BD 解析 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 解析 太阳光中的紫外线频率主要在7.5×1014~9.5×1014 Hz,根据光电效应条件可知,为避免太阳光中的紫外线干扰,K极材料的截止频率应大于9.5×1014 Hz,故A错误;电压表有没有示数与明火的照射时间无关,与明火中紫外线的频率有关,故B错误;电源左边接正极时,光电管上被施加反向电压,发生光电效应时到达阳极的光电子数减少,会降低报警装置的灵敏度,可知电源右边接正极,则电压表的正接线柱与C相连,故D正确,C错误。
5.B 解析 根据题意此时光电子的最大初动能Ekm=eUc=1.5 eV,根据爱因斯坦光电效应方程有W0=hν-Ekm=3.5 eV-1.5 eV=2.0 eV,故B正确。
6.C 解析 光电管所加电压为正向电压,则根据爱因斯坦光电效应方程可知光电子到达A极时动能的最大值Ekm=eU+hν-hν截止,可知Ekm-U图像的斜率相同,均为e,截止频率越大,则图像在纵轴上的截距越小,因ν1<ν2,则图像C正确,A、B、D错误。
7.B 解析 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,故选项B正确。
8.D 解析 要测遏止电压,电源应反接,则电源左端为负极,故选项A错误;当电源左端为正极时,在滑动变阻器的滑片从图示位置向右滑动的过程中,电压增大,光电流增大,当电流达到饱和值,不再增大,即电流表的示数先增大后不变,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=5.15×1014 Hz,根据hνc=W0,可求出该金属的逸出功大小W0=6.63×10-34×5.15×1014 J=3.41×10-19 J,根据光电效应方程Ekm=hν-W0,当入射光的频率为ν=7.00×1014 Hz时,最大初动能为Ekm=6.63×10-34×7.0×1014-3.41×10-19 J=1.2×10-19 J,故选项D正确。
9.C 解析 如果题图乙、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W0=a,由题图丙可得该金属的逸出功W0=ec,故有a=ec,A错误;如果研究不同金属光电效应的规律,则根据Ekm=hν-W0可判断不同的金属W0不同,故当Ekm=0时,对应的ν不同,故在题图乙中得不到经过(b,0)点的一系列直线,B错误;如果研究不同金属光电效应的规律,则根据eUc=hν-W0可判断直线的斜率k=he,故在题图丙中将得到一系列平行的倾斜直线,C正确;由题图乙可得普朗克常量h=k=ab,由题图丙可得,直线斜率k=cd=he,所以h=ab=ecd,故D错误。
10.AB 解析 根据Δx=ldλ,可知甲光波长比乙光长,甲光频率小于乙光频率,若甲光能使题图丙中产生光电流,则乙光一定能使题图丙中产生光电流,选项A正确;UAK没有达到遏止电压时,光电子在光电管中的运动方向由右至左,电流流经电流表方向由上至下,选项B正确;发生光电效应产生光电子的最大初动能Ek=hν-W0,要想使得光电流为零,即反向遏止电压静电力做功eUc=Ek,因此根据题图丁可知,b、c两种光射向同一光电管,反向遏止电压是一样的,说明b、c是同一种频率的光,但是由题图甲和题图乙可知通过同一双缝干涉的条纹间距不同,说明波长不同,两者是矛盾的,选项C错误;根据上述分析可知,a光遏止电压小,说明光子频率比b光频率低,由爱因斯坦光电效应方程可知,a光照射产生的光电子的最大初动能一定小于b光照射产生的光电子的最大初动能,但是a光照射光电管产生的光电子动能不一定小于b光照射光电管产生的光电子动能,选项D错误。
11.答案 (1)Imte (2)ν0-eUch
解析 (1)饱和光电流为Im,则
Im=qt,q=ne
解得时间t内光电子数n=Imte。
(2)设光电子最大初动能为Ek,由动能定理得
-eUc=0-Ek
设该金属逸出功为W0,由光电效应方程
hν0=Ek+W0
该金属的截止频率为νc,则W0=hνc
解得νc=ν0-eUch。