第16章　近代物理第1讲　光电效应　波粒二象性-【人教版】2025新教材高考物理一轮基础练习

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第1讲光电效应 波粒二象性
基础对点练
题组一 黑体辐射及实验规律
1.“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
2.(2022全国乙卷)一点光源以113 W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6×10-7 m的光,在离点光源距离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为3×1014个。普朗克常量为h=6.63×10-34 J·s。R约为( )
A.1×102 mB.3×102 m
C.6×102 mD.9×102 m
题组二 光电效应规律的理解及应用
3.(多选)在光电效应实验中,分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上,测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub,光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb,h为普朗克常量,下列说法正确的是( )
A.若νa>νb,则一定有UaB.若νa>νb,则一定有Eka>Ekb
C.若UaD.若νa>νb,则一定有hνa-Eka>hνb-Ekb
4.利用如图所示的电路研究光电效应现象,滑片的位置在O点的正上方。已知入射光的频率大于阴极K的截止频率,且光的强度较大,则( )
A.减弱入射光的强度,遏止电压变小
B.滑片不移动时,微安表的示数为零
C.滑片向a端移动,微安表的示数增大
D.滑片向b端移动,光电子到达阳极A的最大动能增大
5.(多选)(2024海南海口模拟)用如图所示的装置研究光电效应现象,闭合开关S,当用能量为2.5 eV的光子照射到光电管上时,电流表示数不为零。移动滑动变阻器的滑片,当电压表的示数大于或等于0.7 V时,电流表示数为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
C.光电子的最大初动能为0.7 eV
D.用能量为1.7 eV的光子照射,电流表有电流流过
题组三 光电效应中常见的四类图像
6.(2023湖南衡阳模拟)某实验小组研究光电效应规律时,用不同频率的光照射同一光电管并记录数据,得到遏止电压与频率的关系图线如图甲所示,当采用绿色强光、绿色弱光、紫色弱光三种光照射同一光电管时,得到的光电流与电压的关系如图乙所示。已知电子的电荷量为e,结合图中数据可知( )
A.普朗克常量h=eU1ν1-ν0
B.光电管的阴极材料的逸出功为U1ν0ν1-ν0
C.a光为紫色弱光
D.c光为绿色强光
题组四 光的波粒二象性与物质波
7.(2023江苏苏州二模)2021年5月17日,由中国科学院高能物理研究所牵头的中国高海拔宇宙线观测站(LHAASO拉索)国际合作组在北京宣布,在银河系内发现大量超高能宇宙加速器,并记录到1.4×1015 eV的伽马光子,这是人类观测到的最高能量光子,则该光子动量约为( )
A.7×10-13 kg·m/sB.7×10-12 kg·m/s
C.7×10-10 kg·m/sD.7×10-9 kg·m/s
综合提升练
8.(多选)(2023河北唐山模拟)关于近代物理学,下列说法正确的是( )
A.如图甲所示,由黑体的辐射强度与辐射光波长的关系可知,随温度的升高,辐射强度的极大值向波长较长方向移动
B.如图乙所示,发生光电效应时,入射光越强,光电子的最大初动能也就越大
C.如图丙所示,金属的遏止电压Uc与入射光的频率ν的图像中,该直线的斜率为ℎe,横截距为W逸ℎ
D.同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(a光、b光、c光),如图丁所示。则可判断a、b、c光的频率关系为νa=νb<νc
9.一款光电烟雾探测器的原理图如图1所示。当有烟雾进入时,来自光源S的光被烟雾散射后进入光电管C,光射到光电管中的金属钠表面时会产生光电流。如果产生的光电流大于10-8 A,便会触发报警系统。金属钠的遏止电压Uc随入射光的频率ν的变化规律如图2所示,则( )
A.要使该探测器正常工作,光源S发出的光的波长不能小于5.0×107 m
B.图2中图像斜率的物理意义为普朗克常量h
C.触发报警系统时钠表面每秒释放出的光电子数最少是6.25×1010个
D.通过调节光源发光的强度来调整光电烟雾探测器的灵敏度是不可行的
10.(多选)(2023浙江卷)氢原子从高能级向低能级跃迁时,会产生四种频率的可见光,其光谱如图1所示。氢原子从能级6跃迁到能级2产生可见光Ⅰ,从能级3跃迁到能级2产生可见光Ⅱ。用同一双缝干涉装置研究两种光的干涉现象,得到如图2和图3所示的干涉条纹。用两种光分别照射如图4所示的实验装置,都能产生光电效应。下列说法正确的是( )
A.图1中的Hα对应的是Ⅰ
B.图2中的干涉条纹对应的是Ⅱ
C.Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量
D.滑片向a移动,电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ对应的电压表示数大
11.(2024山东淄博模拟)用不同波长的光照射光电管阴极探究光电效应的规律时,根据光电管的遏止电压Uc与对应入射光的波长λ的倒数作出的Uc-1λ图像如图所示。已知光电子的电荷量大小为e,光速为c,下列说法正确的是( )
A.该光电管阴极材料的逸出功大小为ac
B.当用波长λ=12a的光照射光电管阴极时,光电子的最大初动能为be
C.当用波长λ<1a的光照射光电管的阴极时,不发生光电效应
D.当用波长λ<1a的光照射光电管的阴极时,光电子的最大初动能与1λ成正比
参考答案
第十六章 近代物理
第1讲 光电效应 波粒二象性
1.B 解析 若人体温度升高,则人体的热辐射强度I增大,由ε=hν可知,对应的频率ν变大,由c=λν知对应的波长λ变小,选项B正确。
2.B 解析 本题考查光子能量计算。一个光子的能量为ε=hν,ν为光的频率,光的波长与频率的关系满足c=λν,光源在时间t内发出的光子的个数为n=Ptℎν=Ptλℎc,P为光源的功率。以光源为原点的球面上每平方米的光子数相同,半径为R的球的表面积为S=4πR2,则t=1 s时有S=n3×1014 m2,联立以上各式解得R约为3×102 m,故B正确。
3.BC 解析 由爱因斯坦光电效应方程得Ek=hν-W0,由动能定理得Ek=eU,用a、b单色光照射同种金属时,逸出功W0相同。当νa>νb时,一定有Eka>Ekb,Ua>Ub,故选项A错误,选项B正确;若Ua4.D 解析 光电效应产生光电子的最大初动能与入射光的强度无关,与入射光的频率有关,减弱入射光的强度,光电子的最大初动能不变,遏止电压不变,故A错误;入射光的频率大于阴极K的截止频率,则能够发生光电效应,根据光电效应方程可知这时光电子的最大初动能不等于零,所以滑片的位置在O点的正上方时,微安表的示数不等于零,故B错误;若将滑片向a移动,此时所加电压为反向电压,反向电压会阻碍光电子向极板A运动,所以微安表内电流将减小,微安表的示数减小,故C错误;若将滑片向b移动,此时所加电压为正向电压,正向电压会使光电子向极板A做加速运动,所以光电子到达极板A的最大动能增大,故D正确。
5.AC 解析 图示电路为光电管施加了反向电压,当电压表的示数大于或等于0.7 V时,电流表的示数为0,则光电子的最大初动能为0.7 eV,根据光电效应方程Ekm=hν-W0,可得光电管阴极的逸出功为W0=hν-Ekm=1.8 eV,故A、C正确;开关S断开后,光电管阴极受到2.5 eV的光子照射,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;用能量为1.7 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,所以电流表没有电流流过,故D错误。
6.A 解析 根据光电效应方程有Ekm=hν-W0,根据动能定理可得-eUc=0-Ekm,联立可得Uc=ℎνe−W0e,可知Uc-ν图像的斜率为k=ℎe=U1ν1-ν0,解得h=eU1ν1-ν0,故A正确;根据Uc=ℎνe−W0e,由Uc-ν图像可知当Uc=0时ν=ν0,则有0=ℎν0e−W0e,解得该实验所用光电管的阴极材料的逸出功为W0=hν0=eU1ν0ν1-ν0,故B错误;入射光的频率越大,遏止电压越大,所以a、b为同一种光,且a、b光的频率小于c光的频率,则a、b光为绿光,c光为紫光。而入射光越强,饱和光电流越大,所以a光为绿色强光,故C、D错误。
7.A 解析 伽马光子的能量为E=1.4×1015×1.6×10-19 J=2.24×10-4 J,根据E=mc2,可得该光子动量为p=Ec=2.24×10-43×108 kg·m/s≈7×10-13 kg·m/s,故选A。
8.CD 解析 如图甲所示,由黑体的辐射强度与辐射光波长的关系可知,随温度的升高,各种波长的辐射强度都有增加,且辐射强度的极大值向波长较短方向移动,故A错误;如图乙所示,光电子的最大初动能Ek=hν-E,当入射光的频率大于ν0时发生光电效应,入射光的频率越大,光电子的最大初动能也就越大,最大初动能与入射光的强度大小无关,故B错误;如图丙所示,由光电效应方程可得eUc=Ek=hν-W逸,遏止电压Uc与入射光的频率ν的图像中,该直线的斜率为ℎe,横截距为W逸ℎ,故C正确;根据eUc=Ek=hν-W逸,入射光的频率越高,对应的遏止电压Uc越大。a光、b光的遏止电压相等,所以a光、b光的频率相等;c光的遏止电压最大,所以c光的频率最大,则可判断a、b、c光的频率关系为νa=νb<νc,故D正确。
9.C 解析 根据题意可知金属钠的截止频率为νc=6×1014 Hz,则有λ=cνc=3.0×1086.0×1014 m=5.0×10-7 m,所以光源S发出的光的波长不能大于5.0×10-7 m,故A错误;根据遏止电压与光电子的最大初动能之间的关系,同时结合爱因斯坦的光电效应方程可得eUc=Ek=hν-hνc,整理得Uc=ℎeν-ℎeνc,由此可得图像的斜率为ℎe,故B错误;当光电流等于10-8 A时,根据电流的定义式可知每秒产生的光子的个数为N=Ite=10-8×11.6×10-19=6.25×1010,故C正确;若光源S发出的光能使光电管发生光电效应,则光源发光的强度越大,被烟雾散射进入光电管的光就越多,越容易探测到烟雾,也就是说光电烟雾探测器灵敏度越高,故D错误。
10.CD 解析 根据题意可知,氢原子发生能级跃迁时,由公式可得Em-En=hν=ℎcλ,可知可见光Ⅰ的频率大,波长小,可见光Ⅱ的频率小,波长大。可知,图1中的Hα对应的是可见光Ⅱ,故A错误;干涉条纹间距为Δx=λld,由图可知,图2中间距较小,则波长较小,对应的是可见光Ⅰ,故B错误;根据题意,由光子动量为p=ℎνc=ℎλ可知,Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量,故C正确;根据光电效应方程及动能定理可得eUc=hν-W0,可知,频率越大,遏止电压越大,则滑片向a移动,电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大,故D正确。
11.B 解析 根据eUc=hν-W0=ℎcλ-W0,则有Uc=ℎce·1λ−W0e,结合图像可知当横坐标为a时,纵坐标为0,即有0=ℎcea-W0e,解得W0=hac,A错误;根据图像,结合上述有-W0e=-b,解得W0=be,当用波长λ=12a的光照射光电管阴极时,即有1λ=2a,则有Ekmax=h·cλ-W0=2hac-hac=hac=W0=be,B正确;根据上述可知,极限波长为λ0=1a,波长越短,频率越大,则当用波长λ<1a的光照射光电管的阴极时,能够发生光电效应,C错误;当用波长λ<1a的光照射光电管的阴极时,根据Ekmax=h·cλ-W0,可知,光电子的最大初动能与1λ成线性关系,不成正比,D错误。