部编版2020高考物理一轮复习 第十二章 近代物理 第1讲 光电效应练习
2020版高考物理总复习 第十二章 练习【共2套13页】
本套资源目录2020版高考物理总复习第十二章第1节光电效应波粒二象性练习含解析2020版高考物理总复习第十二章第2节原子结构与原子核练习含解析第1节光电效应波粒二象性1.在光电效应的实验结果中,与光的波动理论不矛盾的是( C )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:按照光的波动理论,电子通过波动吸收能量,若波的能量不足以使得电子逸出,那么就需要多吸收一些,需要一个能量累积的过程,而不是瞬时的,选项A与波动理论矛盾.根据波动理论,能量大小与波动的振幅有关,而与频率无关,即使光的能量不够大,只要金属表面的电子持续吸收经过一个能量累积过程,都可以发生光电效应,选项B与波动理论矛盾;光电子逸出后的最大初动能与入射光的能量有关,即与入射光的波动振幅有关,与频率无关,选项D 与波动理论矛盾.对于光电流大小,根据波动理论,入射光增强,能量增大,所以光电流增大,选项C与波动理论并不矛盾,选项C正确.2.(2019·安徽六安模拟)下列说法中正确的是( B )A.光电效应实验中,只有入射光频率小于极限频率时才能产生光电子B.若某材料的逸出功是W0,则它的极限频率νc=C.大量光子的效果往往表现出粒子性,个别光子的行为往往表现出波动性D.在光电效应现象中,增大入射光的频率一定能增大光电流解析:光电效应实验中,只有入射光频率大于等于金属的极限频率时才能发生光电效应,从而产生光电子,选项A错误;若某材料的逸出功是W0,则它的极限频率νc=,选项B正确;大量光子的效果往往表现出波动性,个别光子的行为往往表现出粒子性,选项C错误;在光电效应现象中,增大入射光的频率一定能增大光电子的最大初动能,不一定能增大光电流的大小,选项D错误.3.(2019·四川成都模拟)如图为研究光电效应规律的实验电路图.若用频率略大于阴极材料的极限频率的光照射,电流表指针未发生偏转,要使电流表指针发生偏转,采用的措施应为( A )A.增大入射光的频率B.增大入射光的强度C.使入射光由K改照AD.使变阻器的滑片P向左移动解析:由题意可知,入射光的频率略大于阴极材料的极限频率,会发生光电效应但电流表示数为零,说明阴极K与阳极A间所加的电压为反向电压且大于遏止电压;增大入射光的频率,即增大光电子的最大初动能,可以使得光电子到达阳极A,电流表指针发生偏转,A正确;入射光的强度与光电子的最大初动能无关,B错误;入射光照射阳极A,不会发生光电效应,C错误;滑片P向左移动,反向电压增大,电流表指针不发生偏转,D错误.4.(2019·江西南昌模拟)用某种单色光照射某金属表面,没有发生光电效应,下列做法中有可能发生光电效应的是( D )A.增加照射时间B.改用波长更长的单色光照射C.改用光强更大的单色光照射D.改用频率更高的单色光照射解析:发生光电效应的条件是入射光的频率大于或等于金属的截止频率,与增加光的照射时间和增大光的强度都无关,故A,C错误.改用波长更长的光照射时,其频率小于原光的频率,则不可能发生光电效应,而当改用频率更高的光时,可能发生光电效应,所以B错误,D正确.5.(2019·陕西汉中模拟)现用某一光电管进行光电效应实验,当用某一频率的光照射时有光电流产生.下列说法正确的是( A )A.保持入射光的频率不变,入射光的光强变大,饱和电流变大B.入射光的频率变高,饱和电流变大C.入射光的频率变高,光电子的最大初动能变小D.保持入射光的光强不变,不断减小入射光的频率,始终有光电流产生解析:保持入射光的频率不变,入射光的光强变大,饱和电流变大,故A正确;饱和电流与入射光的频率无关,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高,光电子的最大初动能变大,故C错误;如果入射光的频率小于极限频率将不会发生光电效应,不会有光电流产生,故D错误.6.(2019·福建泉州模拟)对爱因斯坦光电效应方程E k=hν-W0,下面的理解正确的是( C )A.用相同频率的光照射同一金属,逸出的所有光电子都具有相同的初动能E kB.遏止电压与逸出功的关系是eU c=W0C.逸出功W0和极限频率νc之间满足关系式W0=hνcD.光电子的最大初动能和入射光的频率成正比解析:根据光电效应方程E k=hν-W0知,同种频率的光照射同一种金属,光电子从金属中逸出的情况不一定相同,则光电子的初动能不一定相同,故A错误;根据eU c=E k=hν-W0可知eU c≠W0,故B错误;根据光电效应方程E k=hν-W0知,当最大初动能为零时,入射频率即为极限频率,则有W0=hνc,故C正确;根据光电效应方程E k=hν-W0知,最大初动能与入射光的频率成一次函数关系,不是正比关系,故D错误.7.(2019·湖南怀化模拟)如图所示为光电管工作原理图,当有波长(均指真空中的波长,下同)为λ的光照射阴极板K时,电路中有光电流,则( B )A.换用波长为λ1(λ1>λ)的光照射阴极K时,电路中一定没有光电流B.换用波长为λ2(λ2<λ)的光照射阴极K时,电路中一定有光电流C.增加电路中电源的路端电压,电路中的光电流一定增大D.将电路中电源的极性反接,电路中一定没有光电流解析:波长为λ1(λ1>λ)的光的频率有可能大于极限频率,电路中可能有光电流,故A错误;波长为λ2(λ2<λ)的光的频率一定大于极限频率,电路中一定有光电流,故B正确;光电流的大小与入射光的强度有关,增加路端电压时,若减小入射光强度,光电流有可能减小,故C错误;将电路中电源的极性反接,逸出的光电子虽受到电场阻力,但可能到达A极,从而形成光电流,故D错误.8.(2019·湖南永州模拟)一个质量为m、电荷量为q的带电粒子,由静止开始经加速电场加速后(加速电压为U),该粒子的德布罗意波长为( C )A. B.C. D.解析:加速后的速度为v,根据动能定理可得qU=mv2所以v=,由德布罗意波长公式可得λ===,所以选项C正确.9.一个德布罗意波长为λ1的中子和另一个德布罗意波长为λ2的氘核同向正碰后结合成一个氚核,该氚核的德布罗意波长为( A )A. B. C. D.解析:中子的动量p1=,氘核的动量p2=,同向正碰后形成的氚核的动量p3=p2+p1,所以氚核的德布罗意波长λ3==,A正确.10.(2019·广西南宁模拟)某金属被光照射后产生了光电效应现象,测得光电子的最大初动能E km与入射光频率ν之间的关系如图所示.已知h为普朗克常量,电子的电荷量的绝对值为e,则当入射光频率为3νc时,其遏止电压为( C )A.hνcB.3hνcC.D.解析:由爱因斯坦光电效应方程E km=hν-W0可知,当ν=νc时,有W0=hνc,故当入射光的频率为3νc时,光电子的最大初动能为E km=2hνc,又因为-eU c=0-E km,所以此时遏止电压U c=,C正确.11.(2019·江西南昌模拟)普朗克在研究黑体辐射的基础上,提出了量子理论,下列关于描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中,符合黑体辐射实验规律的是( D )解析:黑体辐射以电磁辐射的形式向外辐射能量,温度越高,辐射强度越大,故A,C错误.黑体辐射的波长分布情况也随温度而变,温度越高,辐射的电磁波的波长极大值向波长短的方向移动,故B错误,D正确.12.用如图所示的光电管研究光电效应,用某种频率的单色光a照射光电管阴极K,电流计G 的指针发生偏转,而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时,电流计G的指针不发生偏转,那么( C )A.a光的波长一定大于b光的波长B.增加b光的强度可能使电流计G的指针发生偏转C.用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电流方向是由c到dD.将电源正负极反接时,a光照射光电管阴极K时电流计仍一定发生偏转解析:由题意可知,νa>νc,νb<νc,故a光的波长小于b光的波长,A错误;发生光电效应的条件ν>νc,增加b光的强度不能使电流计G的指针发生偏转,B错误;发生光电效应时,电子从光电管左端运动到右端,而电流的方向与电子定向移动的方向相反,所以流过电流计G的电流方向是c流向d,故C正确;将电源正负极反接时,即加反向电压,当反向电压增大到一定程度,可以使逸出的光电子到不了阳极,即不能形成回路,即电流计没有电流,故D错误.13.(多选)研究光电效应实验电路图如图(a)所示,其光电流与电压的关系如图(b)所示.则下列说法中正确的是( BC )A.若把滑动变阻器的滑动触头向右滑动,光电流一定增大B.图线甲与乙是同一种入射光,且甲的入射光强度大于乙光C.由图(b)可知,乙光的频率小于丙光频率D.若将甲光换成丙光来照射锌板,其逸出功将减小解析:滑动变阻器的滑片右移,光电流可能增大,也可能已达到饱和电流而不变,故A错误;遏止电压相同,说明最大初动能相同,即入射频率相同,但饱和电流不同,说明入射光强度不同,饱和电流越大,入射光强度越大,B正确;遏止电压越大,最大初动能越大,说明入射光频率越大,C正确;逸出功只由金属本身性质决定,与入射光频率无关,D错误.14.(2018·湖北黄石模拟)下表是按照密立根的方法进行光电效应实验时得到的某金属的遏cU c/V 0.541 0.637 0.714 0.809 0.878 ν/×1014 Hz 5.644 5.888 6.098 6.303 6.501由以上数据描点连线,可得直线方程U c=0.397 3-1.702 4,如图所示.则这种金属的截止频率约为( B )A.3.5×1014 HzB.4.3×1014 HzC.5.5×1014 HzD.6.0×1014 Hz解析:根据光电效应方程得E k=hν-W0=hν-hνc=U c e,解得U c=ν-=ν-.与直线方程U c=0.397 3-1.702 4比较可知,图线的斜率为=,同时=1.702 4,联立得νc ≈4.3×1014 Hz,故B正确,A,C,D错误.15.现用电子显微镜观测线度为d的某生物大分子的结构.为满足测量要求,将显微镜工作时电子的德布罗意波长设定为,其中n>1.已知普朗克常量h,电子质量m和电子电荷量e,电子的初速度不计,则显微镜工作时电子的加速电压应为( D )A. B. C. D.解析:设显微镜工作时电子的加速电压为U,根据动能定理得,eU=mv2,又p=,mv2=,λ=,联立解得U=,故D正确.16.A,B两种光子的能量之比为2∶1,它们都能使某种金属发生光电效应,且所产生的光电子最大初动能分别为E A,E B.则下列说法正确的是( C )A.A,B两种光子的频率之比为1∶2B.A,B两种光子的动量之比为1∶2C.该金属的逸出功为W0=E A-2E BD.该金属的极限频率为νc=解析:光子的能量ε=hν,则A,B两种光子的频率之比为2∶1,故A错误;动量p=,λ=,A,B 两种光子的动量之比为2∶1,故B错误;光电子的最大初动能E km=hν-W0,有E A=εA-W0,E B=εB-W0,又εA=2εB,联立解得,W0=E A-2E B,故C正确;该金属的极限频率为νc==,故D 错误.第2节原子结构与原子核1.以下是有关近代物理内容的若干叙述,其中正确的是( B )A.α粒子散射实验揭示了原子核内部的复杂性B.光电效应现象揭示了光具有粒子性C.紫外线照射到金属锌板表面时能产生光电效应,当增大紫外线的照射强度时,从锌板表面逸出的光电子的最大初动能也随之增大D.处于基态的氢原子最不稳定解析:α粒子散射实验表明,原子绝大多数的质量集中在很小的原子中心,天然放射现象揭示了原子核内部的复杂性,故A错误;光电效应现象表明光具有粒子性,故B正确;根据爱因斯坦光电效应方程E k= hν-W0,逸出的光电子的最大初动能与照射光的频率有关,而与照射强度无关,故C错误;处于基态的氢原子最稳定,处于高能级激发态的氢原子不稳定,总要向低能级激发态或基态跃迁,故D错误.2.(2018·黑龙江哈尔滨六中二模)(多选)某半导体激光器发射波长为 1.5×10-6 m,功率为5.0×10-3W的连续激光.已知可见光波长的数量级为10-7m,普朗克常量h=6.63×10-34J·s,该激光器发出的( BD )A.是紫外线B.是红外线C.光子能量约为1.3×10-13 JD.光子数约为每秒3.8×1016个解析:该激光的波长比可见光波长长,因此是红外线,A错误,B正确;根据ν=解得ν= Hz=2×1014Hz.光子能量ε=hν=1.326×10-19J,故C错误;光子数n==3.8×1016(个),故D正确.3.(2019·江西上饶六校联考)PET(正电子发射型计算机断层显像)的基本原理是将放射性同位素O注入人体,参与人体的代谢过程O在人体内衰变放出正电子,与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子,被探测器探测到,经计算机处理后产生清晰的图像.根据PET原理,下列说法正确的是( B )A.O的衰变方程为O F eB.将放射性同位素O注入人体O的主要用途是作为示踪原子C.一对正负电子湮灭后也可能只生成一个光子D.PET中所选的放射性同位素的半衰期应较长解析:根据质量数守恒和电荷数守恒得O的衰变方程为O N e,故A错误;将放射性同位素O注入人体O的主要用途是作为示踪原子,故B正确;一对正负电子湮灭后动量为零,根据动量守恒定律,湮灭后的系统也必须动量为零,因此必定是两个光子,故C错误;PET 中所选的放射性同位素需要在人体内衰变,故其半衰期较短为好,D 错误.4.(2018·广东广州二模)氢原子第n能级的能量为E n=(n=1,2, 3,…),其中E1是基态能量.若氢原子从第k能级跃迁到第p能级,辐射的能量为-E1,第p能级比基态能量高-E1,则( A )A.k=3,p=2B.k=4,p=3C.k=5,p=3D.k=6,p=2解析:氢原子在第k能级的能量为,氢原子在第p能级的能量为,有-=-E1,-E1=-E1,解得k=3,p=2,故A正确.5.(2019·四川乐山调研)某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论,其中的两个核反应方程为H+N+Q1H N C+X+Q2;方程中Q1,Q2表示释放的能量,相关的原子核质量原子核H He He C N N质量/u 1.007 8 3.016 0 4.002 6 12.000 0 13.005 7 15.000 1 A.X是He,Q2>Q1 B.X是He,Q2>Q1C.X是He,Q2<Q1D.X是He,Q2<Q1解析:根据质量数和电荷数守恒得H N C He+Q2;根据爱因斯坦质能方程得,Q1=Δm1c2,Q2=Δm2c2,根据Δm1=(1.007 8+12.000 0- 13.005 7)u=0.002 1 u,Δm2=(1.007 8+15.000 1-12.000 0-4.002 6)u=0.005 3 u,故Q2>Q1,B正确.6.(2019·四川绵阳南山中学模拟)2018年8月23日,国家重大科技基础设施中国散裂中子源项目在东莞顺利通过国家验收,正式投入运行.对于有关中子的研究,下面说法正确的是( A )A.中子和其他微观粒子,都具有波粒二象性B.一个氘核和一个氚核经过核反应后生成氦核和中子是裂变反应C.卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果,发现了质子和中子D.核反应方程Po X He中的y=206,X的中子个数为128解析:所有粒子都具有波粒二象性,A正确;裂变是较重的原子核分裂成较轻原子核的反应,而B项中的核反应是较轻的原子核的聚变反应,B错误;卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果,提出了原子的核式结构模型,查德威克通过α粒子轰击铍核Be)获得碳核C)的实验发现了中子,C错误;y=210-4=206,X的中子个数为206-82=124,D错误.7.(2019·广东深圳模拟)某些放射性元素如Np的半衰期很短,在自然界很难被发现,可以在实验室使用人工的方法发现.已知Np经过一系列α衰变和β衰变后变成Bi,下列说法正确的是( C )A.Bi的原子核比Np的原子核少28个中子B.衰变过程中共发生了4次α衰变和7次β衰变C.衰变过程中共有4个中子转变为质子D.若Bi继续衰变成新核Bi,只需放出一个α粒子解析Bi的原子核比Np少10个质子,质子数和中子数总共少237-209=28,故Bi的原子核比Np少18个中子,故A错误;设Np衰变为Bi需要经过x次α衰变和y次β衰变,根据质量数和电荷数守恒,有93=2x-y+83,4x=237-209,解得x=7,y=4,即衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变,故B错误;衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变,所以衰变过程中共有4个中子转变为质子,故C正确;根据衰变前后质量数守恒可知,D错误.8.室内装修污染四大有害气体是苯系物、甲醛、氨气和氡.氡存在于建筑水泥、矿渣砖、装饰石材及土壤中.氡看不到,嗅不到,即使在氡浓度很高的环境里,人们对它也毫无感觉.氡进入人的呼吸系统能诱发肺癌,是除吸烟外导致肺癌的第二大因素.静止的氡核Rn放出某种粒子X后变成钋核Po,粒子X的动能为E k1,若衰变放出的能量全部变成钋核和粒子X的动能.试回答以下问题:(1)写出上述衰变的核反应方程(请用物理学上规定的符号表示粒子X);(2)求钋核的动能E k2.解析:(1)根据质量数和电荷数守恒可得,该核反应方程为Rn Po He.(2)设粒子X的质量为m1、速度为v1,钋核的质量为m2、速度为v2根据动量守恒定律,有0=m1v1-m2v2钋核的动能E k2==m1=.答案:(1Rn Po He (2)9.(多选)如图所示是氢原子的能级图,大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时,一共可以辐射出6种不同频率的光子,其中巴耳末系是指氢原子由高能级向n=2能级跃迁时释放的光子,则( BC )A.6种光子中波长最长的是n=4激发态跃迁到基态时产生的B.在6种光子中,从n=4能级跃迁到n=1能级释放的光子康普顿效应最明显C.使n=4能级的氢原子电离至少要0.85 eV的能量D.若从n=2能级跃迁到基态释放的光子能使某金属板发生光电效应,则从n=3能级跃迁到n=2能级释放的光子也一定能使该金属板发生光电效应解析:n=4激发态跃迁到n=3激发态时产生光子的能量最小,根据E=知,波长最长,故A错误;根据氢光谱的特点可知,从n=4激发态跃迁到基态时产生光子的能量最大,根据E=知,波长最短,粒子性最明显,康普顿效应最明显,故B正确;n=4能级的氢原子具有的能量为-0.85 eV,故要使其发生电离,能量变为0,至少需要0.85 eV的能量,故C正确;从n=2能级跃迁到基态释放的光子能量为-3.4 eV-(-13.6 eV) =10.2 eV,能使某金属板发生光电效应,从n=3能级跃迁到n=2能级释放的光子能量为-1.51 eV-(-3.4 eV)=1.89 eV<10.2 eV,不一定能使该金属板发生光电效应,D错误.10.(2018·天津南开区二模)太阳内部不断地发生着热核反应,质量减少.核反应方程是HHe+2X,这个核反应释放出大量核能.已知质子、氦核、X的质量分别为m1,m2,m3,真空中的光速为c.下列说法中正确的是( D )A.方程中的X表示中子nB.方程中的X表示电子 eC.这个核反应中质量亏损Δm=4m1-m2D.这个核反应中释放的核能ΔE=(4m1-m2-2m3)c2解析:根据电荷数和质量数守恒可以知道,X是e,故A,B错;核反应过程中的质量亏损Δm=4m1-m2-2m3,故C错误;这个核反应中释放的核能ΔE=(4m1-m2-2m3)c2,故D正确.11.(多选)关于核反应方程Th Pa+X+ΔE(ΔE为释放出的核能,X为新生成的粒子),已知Th的半衰期为T,则下列说法正确的是( ABC )A.Th的半衰期T由原子核内部的因素决定,跟原子所处的物理、化学状态无关B Pa比Th少1个中子,X粒子是从原子核中射出的,此核反应为β衰变C.N个Th经2T时间因发生上述核反应而放出的核能为NΔE(N数值很大)D Th的比结合能为解析:原子核的半衰期T由原子核内部的因素决定,跟原子所处的物理、化学状态无关,故A 正确;由质量数和电荷数守恒知X的质量数是0,电荷数是-1,为电子,是原子核内的中子转化为质子而释放一个电子,为β衰变,故B正确;经2T时间还剩余四分之一没衰变,发生上述核反应而放出的核能为NΔE,故C正确Pa的比结合能是234个核子结合成Pa时放出的能量,该能量不是它衰变时放出的能量ΔE,所以Pa的比结合能不是Th的比结合能也不是,故D错误.12.(2019·河北保定模拟)在匀强磁场中有一个原来静止的碳14原子核,它放射出的粒子与反冲核的径迹是两个内切的圆,两圆的直径之比为7∶1,如图所示,那么碳14的衰变方程为( D )A C eB BC He BeC C H BD C e N解析:原子核的衰变过程满足动量守恒,粒子与反冲核的速度方向相反,根据左手定则判断得知,粒子与反冲核的电性相反,则知粒子带负电,所以该衰变是β衰变,此粒子是β粒子,即电子.两带电粒子动量大小相等,方向相反,根据动量守恒定律,有m1v1=m2v2,由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式r=可得,r与q成反比.由题意,大圆与小圆的直径之比为7∶1,半径之比为7∶1,则粒子与反冲核的电荷量之比为1∶7.反冲核的电荷量为7e,电荷数是7,其符号为N.碳14的衰变方程为C e N,故D正确.13.(2019·江西上饶模拟)用一个中子轰击U,可发生裂变反应生成Ba和Kr,已知U的质量为 235.043 9 u,Ba的质量为140.913 9 u Kr的质量为91.897 3 u,中子质量为1.008 7 u,1 u相当于931 MeV.(1)请写出裂变中的核反应方程;(2)求一个U在裂变反应中释放的核能;(3)求1 U全部反应释放的能量.解析:(1)根据质量数和电荷数守恒可得,该核反应方程为U n Ba Kr+n. (2)反应前后质量亏损为Δm=235.043 9 u+1.008 7 u-140.913 9 u- 91.897 3 u-3×1.008 7 u=0.215 3 u释放的能量为ΔE=0.215 3×931 MeV=200 MeV.(3)1 U的物质的量为n= mol=4.26×10-3 mol,1 U个数为N=4.26×10-3×6.02×1023=2.56×1021(个)因此,1 U完全裂变时释放的能量E=2.56×1021×200 MeV=5.12×1023MeV.答案:(1U n Ba Kr+n(2)200 MeV(3)5.12×1023 MeV。
2021高考物理一轮复习第十二章近代物理初步第1讲光电效应波粒二象性学案作业(含解析)新人教版
第1讲光电效应波粒二象性第1讲光电效应波粒二象性一、光电效应及其规律1．光电效应现象在光的照射下，金属中的电子从表面逸出的现象，发射出来的电子叫光电子．2．光电效应的产生条件入射光的频率大于或等于金属的极限频率．3．光电效应规律(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于或等于这个极限频率才能产生光电效应．(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大．(3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9s.(4)当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比．自测1(2019·广西钦州市四月综测)用一束单色光照射A、B两种金属，若照射A得到光电子的最大初动能比照射B得到光电子的最大初动能大．则( )A．若增大光照强度，则光电子的最大初动能增大B．金属A的逸出功比金属B的逸出功大C．金属A的截止频率比金属B的截止频率低D．得到的光电子在真空中运动的速度为光速答案 C解析根据光电效应方程E k＝hν－W0＝hν－hνc，由题意可知金属A的逸出功比金属B的逸出功小，金属A的截止频率比金属B的截止频率低，增大光照强度，单色光的频率不变，则光电子的最大初动能不变，得到的光电子在真空中运动的速度小于光速，故C正确，A、B、D错误．二、爱因斯坦光电效应方程1．光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量ε＝hν.2．逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的最小值．3．最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值．4．光电效应方程(1)表达式：hν＝E k ＋W 0或E k ＝hν－W 0. (2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W 0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能．自测2 (2019·陕西宝鸡市高考模拟检测(二))已知某种金属的极限频率为νc ，现用频率为3νc 的光照射此金属板，所产生光电子的最大初动能为(h 为普朗克常量)( )A ．4hνcB ．3hνcC ．2hνcD ．hνc答案 C解析 该金属的逸出功为W 0＝hνc ，改用频率为3νc 的光照射同一金属材料，根据光电效应方程，所产生光电子的最大初动能E k ＝3hνc －W 0＝2hνc ，故C 正确，A 、B 、D 错误．三、光的波粒二象性与物质波1．光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性．(2)光电效应说明光具有粒子性．(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性．2．物质波(1)概率波：光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波．(2)物质波：任何一个运动着的物体，小到微观粒子，大到宏观物体，都有一种波与它对应，其波长λ＝h p，p 为运动物体的动量，h 为普朗克常量．自测3 (多选)下列说法中正确的是( )A ．光的波粒二象性学说彻底推翻了麦克斯韦的光的电磁说B ．在光的双缝干涉实验中，暗条纹的地方是光子永远不能到达的地方C ．光的双缝干涉实验中，大量光子打在光屏上的落点是有规律的，暗条纹处落下光子的概率小D ．单个光子显示粒子性，大量光子显示波动性答案 CD1．四点提醒(1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率．(2)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光．(3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关．(4)光电子不是光子，而是电子．2．两条对应关系(1)光照强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；(2)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大．3．三个关系式(1)爱因斯坦光电效应方程：E k＝hν－W0.(2)最大初动能与遏止电压的关系：E k＝eU c.(3)逸出功与极限频率的关系W0＝hνc.例1(多选)(2019·福建厦门市上学期期末质检)利用光电管研究光电效应的实验电路图如图1所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则( )图1A．改用紫外线照射K，电流表中没有电流通过B．只增加该可见光的强度，电流表中通过的电流将变大C．若将滑动变阻器的滑片滑到A端，电流表中一定无电流通过D．若将滑动变阻器的滑片向B端滑动，电流表示数可能不变答案BD解析用频率为ν的可见光照射阴极K，能发生光电效应，则该可见光的频率大于阴极材料的极限频率，紫外线的频率大于可见光的频率，故用紫外线照射K，也一定能发生光电效应，电流表中有电流通过，A错误；只增加可见光的强度，单位时间内逸出金属表面的光电子数增多，电流表中通过的电流将变大，B正确；滑动变阻器的滑片滑到A端，光电管两端的电压为零，但光电子有初动能，故电流表中仍有电流通过，C错误；滑动变阻器的滑片向B端滑动时，若电流已达到饱和光电流，则电流表示数可能不变，D正确．变式1(2019·北京市东城区二模)研究光电效应的实验规律的电路图如图2所示，加正向电压时，图中光电管的A极接电源正极，K极接电源负极，加反向电压时，反之．当有光照射K极时，下列说法正确的是( )图2A．K极中有无光电子射出与入射光频率无关B．光电子的最大初动能与入射光频率有关C．只有光电管加正向电压时，才会有光电流D．光电管加正向电压越大，光电流强度一定越大答案 B解析K极中有无光电子射出与入射光频率有关，只有当入射光的频率大于K极金属的极限频率时才有光电子射出，选项A错误；根据光电效应的规律，光电子的最大初动能与入射光频率有关，选项B正确；光电管加反向电压时，只要反向电压小于遏止电压，就会有光电流产生，选项C错误；在未达到饱和光电流之前，光电管加正向电压越大，光电流强度一定越大，达到饱和光电流后，光电流的大小与正向电压无关，选项D错误．例2(2018·全国卷Ⅱ·17)用波长为300nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19J．已知普朗克常量为6.63×10－34J·s，真空中的光速为3.00×108m·s－1.能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为( )A．1×1014Hz B．8×1014HzC．2×1015Hz D．8×1015Hz答案 B解析设单色光的最低频率为ν0，由E k＝hν－W0知E k＝hν1－W0,0＝hν0－W0，又知ν1＝cλ整理得ν0＝cλ－E kh，解得ν0≈8×1014Hz.变式2(多选)(2017·全国卷Ⅲ·19)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U a和U b，光电子的最大初动能分别为E k a和E k b.h为普朗克常量．下列说法正确的是( )A．若νa＞νb，则一定有U a＜U bB．若νa＞νb，则一定有E k a＞E k bC．若U a＜U b，则一定有E k a＜E k bD．若νa＞νb，则一定有hνa－E k a＞hνb－E k b答案BC解析由爱因斯坦光电效应方程得，E k＝hν－W0，由动能定理得，E k＝eU，若用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E k a＞E k b，U a＞U b，故选项A错误，B 正确；若U a＜U b，则一定有E k a＜E k b，故选项C正确；因逸出功相同，有W0＝hνa－E k a＝hνb －E k b，故选项D错误．图象名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量最大初动能E k与入射光频率ν的关系图线①极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc②逸出功：图线与E k轴交点的纵坐标的值的绝对值W0＝|－E|＝E③普朗克常量：图线的斜率k＝h颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系①遏止电压U c：图线与横轴的交点的横坐标②饱和光电流I m1、I m2：光电流的最大值③最大初动能：E k＝eU c颜色不同时，光电流与电压的关系①遏止电压U c1、U c2②饱和光电流③最大初动能E k1＝eU c1，E k2＝eU c2遏止电压U c与入射光频率ν的关系图线①极限频率νc：图线与横轴的交点的横坐标②遏止电压U c：随入射光频率的增大而增大③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke(注：此时两极之间接反向电压)例3(2019·东北三省四市教研联合体模拟)在研究甲、乙两种金属光电效应现象的实验中，光电子的最大初动能E k与入射光频率ν的关系如图3所示，则( )图3A ．两条图线与横轴的夹角α和β一定不相等B ．若增大入射光频率ν，则所需的遏止电压U c 随之增大C ．若某一频率的光可以使甲金属发生光电效应，则一定也能使乙金属发生光电效应D ．若增加入射光的强度，不改变入射光频率ν，则光电子的最大初动能将增大答案 B解析 根据爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W 0，可知题图图线的斜率表示普朗克常量，故两条图线与横轴的夹角α和β一定相等，故A 错误；根据E k ＝eU c 和E k ＝hν－W 0，得U c ＝h e ν－W 0e，故增大入射光频率ν，则所需的遏止电压U c 随之增大，故B 正确；根据爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W 0，当E k ＝0时，则W 0＝hνc ，即甲的逸出功小于乙的逸出功，故当某一频率的光可以使甲金属发生光电效应，但此光不一定能使乙金属发生光电效应，故C 错误；光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，故D 错误．变式3 用如图4甲所示的电路研究光电效应中光电流与照射光的强弱、频率等物理量的关系．图中A 、K 两极间的电压大小可调，电源的正负极也可以对调，分别用a 、b 、c 三束单色光照射，调节A 、K 间的电压U ，得到光电流I 与电压U 的关系如图乙所示，由图可知( )图4A ．单色光a 和c 的频率相同，且a 光更弱些，b 光频率最大B ．单色光a 和c 的频率相同，且a 光更强些，b 光频率最大C ．单色光a 和c 的频率相同，且a 光更弱些，b 光频率最小D ．单色光a 和c 的频率不同，且a 光更强些，b 光频率最小答案 B解析 a 、c 两单色光照射后遏止电压相同，根据E k ＝eU c ，可知产生的光电子最大初动能相等，则a 、c 两单色光的频率相等，光子能量相等，由于a 光的饱和光电流较大，则a 光的强度较大．单色光b 照射后遏止电压较大，根据E k ＝eU c ，可知b 光照射后产生的光电子最大初动能较大，根据光电效应方程E k＝hν－W0得，b光的频率大于a光的频率，故A、C、D错误，B正确．变式4(2020·河北唐山市第一次模拟)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5甲所示，实验中测得铷的遏止电压U c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5.15×1014Hz.已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s.则下列说法中正确的是( )图5A．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＝7.00×1014Hz，则产生的光电子的最大初动能E k约为1.2×10－19J答案 D解析由题图甲所示的实验装置测量铷的遏止电压U c，因光电管左端为阳极，则电源左端为负极，故选项A错误；当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动的过程中，光电管两端电压增大，光电流增大，当光电流达到饱和值，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；根据题图乙可知，铷的截止频率νc＝5.15×1014Hz，根据hνc＝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，根据爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－W0，可知当入射光的频率为ν＝7.00×1014Hz时，则光电子的最大初动能为E k＝6.63×10－34×7.00×1014J－3.41×10－19J≈1.2×10－19J，故选项D正确．1．从数量上看：个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性．2．从频率上看：频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，贯穿本领越强，越不容易看到光的干涉和衍射现象．3．从传播与作用上看：光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现出粒子性．4．波动性与粒子性的统一由光子的能量E＝hν、光子的动量表达式p＝hλ也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的能量和动量的计算式中都含有描述波动性的物理量——频率ν和波长λ.例4(多选)实物粒子和光都具有波粒二象性．下列事实中突出体现波动性的是( ) A．电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样B．β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹C．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构D．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构答案ACD解析电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，说明电子是一种波，故A正确；β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹，可以说明β射线是一种粒子，故B错误；人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构，中子衍射说明中子是一种波，故C正确；人们利用电子显微镜观测物质的微观结构，利用了电子束的衍射现象，说明电子束是一种波，故D正确．变式5下列各组现象能说明光具有波粒二象性的是( )A．光的色散和光的干涉B．光的干涉和光的衍射C．泊松亮斑和光电效应D．光的反射和光电效应答案 C变式6(多选)(2019·甘肃天水市调研)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有( )A．光电效应现象揭示了光的粒子性B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波的波长也相等答案AB变式7(2019·贵州安顺市适应性监测(三))下列说法正确的是( )A．铀核发生α衰变时，释放出α粒子和一定的能量，目前核电站就是利用铀核发生α衰变时释放的能量B．如果利用紫光照射某种金属可以发生光电效应，改用红光一定不能发生光电效应C．氢原子由较高能级跃迁到较低能级时，会吸收一定频率的光子D．机械波和电磁波都具有干涉、衍射的特性答案 D解析α衰变时放出的能量比较小，目前核电站利用的是铀核发生裂变时释放的能量，故A 错误；用紫光照射某种金属可以发生光电效应，可知紫光的频率大于金属的极限频率，红光的频率小于紫光的频率，但红光的频率不一定小于金属的极限频率，则用红光照射可能产生光电效应，故B错误；氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，能量减小，要释放一定频率的光子，故C错误；干涉与衍射都是波特有的性质，机械波和电磁波都具有干涉、衍射的特性，故D正确．1．有一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使金属产生光电效应的措施是( ) A．改用频率更小的紫外线照射B．改用X射线照射C．改用强度更大的原紫外线照射D．延长原紫外线的照射时间答案 B2．(多选)光电效应实验中，下列表述正确的是( )A．光照时间越长，光电流越大B．入射光足够强就可以有光电流C．遏止电压与入射光的频率有关D．入射光频率大于极限频率时一定能产生光电子答案CD解析光电流的大小只与单位时间内通过单位面积的光电子数目有关，而与光照时间的长短无关，选项A错误；无论光照强度多大，光照时间多长，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应，故选项B错误；遏止电压即反向截止电压，eU c＝hν－W0，与入射光的频率有关，超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大，则遏止电压越大，故选项C正确；无论光照强度多小，光照时间多短，只要光的频率大于极限频率就能产生光电效应，即一定能产生光电子，故选项D正确．3．下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是( )A．有的光是波，有的光是粒子B．光子与电子是同样的一种粒子C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著D．大量光子的行为往往显示出粒子性答案 C解析光具有波粒二象性，故A错误；电子是组成原子的基本粒子，有确定的静止质量，是一种物质实体，速度可以低于光速，光子代表着一份能量，没有静止质量，速度永远是光速，故B 错误；光的波长越长，波动性越明显，波长越短，其粒子性越显著，故C 正确；大量光子运动的规律表现出光的波动性，故D 错误．4.(2019·云南第二次统一检测)某金属发生光电效应，光电子的最大初动能E k 与入射光频率ν之间的关系如图1所示．已知h 为普朗克常量，e 为电子电荷量的绝对值，结合图象所给信息，下列说法正确的是( )图1A ．入射光的频率小于νc 也可能发生光电效应现象B ．该金属的逸出功随入射光频率的增大而增大C ．若用频率是2νc 的光照射该金属，则遏止电压为hνceD ．遏止电压与入射光的频率无关 答案 C解析 由题图可知金属的极限频率为νc ，入射光的频率必须要大于等于νc 才能发生光电效应现象，选项A 错误；金属的逸出功与入射光的频率无关，选项B 错误；若用频率是2νc 的光照射该金属，则光电子的最大初动能为E k ＝2hνc －hνc ＝hνc ＝U c e ，则遏止电压为U c ＝hνce，选项C 正确；遏止电压与入射光的频率有关，入射光的频率越大，则光电子的最大初动能越大，遏止电压越大，选项D 错误．5.(2019·重庆市4月调研)如图2，用导线将验电器与某种金属板连接，用一束蓝光照射金属板时验电器金属箔片未张开，下列措施中可能使验电器金属箔片张开的是( )图2A ．换用强度更大的蓝光照射B ．换用红外线照射C ．换用极限频率较大的金属板D ．换用极限频率较小的金属板 答案 D解析 能否发生光电效应与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，选项A 错误；红外线的频率小于蓝光的频率，则换用红外线照射仍不能发生光电效应，选项B错误；根据E k＝hν－hνc可知，换用极限频率较小的金属板可发生光电效应，验电器金属箔片会张开，选项C 错误，D正确．6．(2019·陕西渭南市教学质检(二))人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530nm的绿光时，只要所接收到的功率不低于2.3×10－18W，眼睛就能察觉．已知普朗克常量为6.63×10－34J·s，光速为3×108m/s，人眼能察觉到绿光时，每秒至少接收到的绿光光子数为( )A．6B．60C．600D．6000答案 A解析绿光光子能量E＝hν＝h cλ≈3.8×10－19J，所以每秒内最少接收光子数n＝PtE＝2.3×10－18×13.8×10－19≈6，B、C、D错误，A正确．7．(2019·辽宁大连市第二次模拟)用一束绿光和一束蓝光照射某种金属的表面，均发生了光电效应．下列说法正确的是( )A．用蓝光照射金属时，逸出的光电子最大初动能更大B．用蓝光照射金属时，单位时间内逸出的光电子数更多C．增加光照强度，逸出的光电子最大初动能增大D．如果换用红光照射，一定能使该金属发生光电效应答案 A解析因为蓝光频率更高，根据光电效应方程：E k＝hν－W0，所以用蓝光照射时，光电子最大初动能更大，A正确；单位时间逸出的光电子数与光强有关，由于不知道光的强度，所以无法确定，B错误；根据E k＝hν－W0，可知最大初动能与光强无关，C错误；因为红光的频率比绿光的小，但无法比较红光的频率与该金属极限频率的大小关系，故无法确定是否会发生光电效应，D错误．8.(2019·陕西汉中市下学期模拟)用如图3所示的光电管研究光电效应，当滑动变阻器的滑片位于某一位置，开关S闭合时，用单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转，用单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，则( )图3A．a光的强度一定大于b光的强度B ．a 光的频率一定大于阴极K 的极限频率C ．b 光的频率一定小于阴极K 的极限频率D ．开关S 断开后，用单色光a 照射光电管阴极K ，电流计G 的指针一定不会发生偏转 答案 B解析 用某种光照射金属能否发生光电效应与光的强度无关，所以无法判断a 、b 光的强度，故A 错误；用某种频率的单色光a 照射光电管阴极K ，电流计G 的指针发生偏转，知a 光频率大于金属的极限频率，故B 正确；由于在光电管两端加了反向电压，用b 光照射时，电流计G 指针不发生偏转，所以无法判断是否发生光电效应，即无法判断b 光的频率与阴极K 的极限频率大小关系，故C 错误；由于在光电管两端加了反向电压，电流计G 的指针发生偏转即电子能从阴极运动到阳极，所以断开开关即不加反向电压时，电子一定能从阴极运动到阳极，即电流计G 的指针一定发生偏转，故D 错误．9．从1907年起，美国物理学家密立根就开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量．他通过如图4甲所示的实验装置测量某金属的遏止电压U c 与入射光频率ν，作出图乙所示的U c －ν图象，由此算出普朗克常量h ，并与普朗克根据黑体辐射测出的h 相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性．已知电子的电荷量为e ，则下列普朗克常量h 的表达式正确的是( )图4A ．h ＝e U c2－U c1ν2－ν1B ．h ＝U c2－U c1e ν2－ν1C ．h ＝ν2－ν1e U c2－U c1D ．h ＝e ν2－ν1U c2－U c1答案 A解析 根据爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W 0及动能定理eU c ＝E k ，得U c ＝h e ν－W 0e，所以图象的斜率k ＝U c2－U c1ν2－ν1＝h e ，则h ＝e U c2－U c1ν2－ν1，故A 项正确．。
2020复习方案高考物理人教版一轮复习讲义：第十二章 第1讲 波粒二象性 含答案
第十二章近代物理初步第1讲波粒二象性考点1对光电效应现象的理解1．光电效应的研究思路(1)两条线索：(2)两条对应关系：光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大．光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大．2．对光电效应规律的解释1．(多选)1905年是爱因斯坦的“奇迹”之年，这一年他先后发表了三篇具有划时代意义的论文，其中关于光量子的理论成功地解释了光电效应现象．关于光电效应，下列说法正确的是(AD)A．当入射光的频率低于极限频率时，不能发生光电效应B．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比C．光电子的最大初动能与入射光的强度成正比D．某单色光照射一金属时不发生光电效应，改用波长较短的光照射该金属可能发生光电效应解析：根据光电效应现象的实验规律，只有入射光频率大于极限频率才能发生光电效应，故A、D正确．根据光电效应方程，最大初动能与入射光频率为线性关系，但非正比关系，B错误；根据光电效应现象的实验规律，光电子的最大初动能与入射光强度无关，C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板和银板的表面，都能发生光电效应现象．对于这两个过程，下列四个物理量中，一定不同的是(BD)A．单位时间内逸出的光电子数B．遏止电压C．饱和电流D．光电子的最大初动能解析：同一种单色光照射锌板和银板的表面都能发生光电效应，但锌和银的逸出功不等，根据光电效应方程，可知光电子的最大初动能不同，则遏止电压不同，故选B、D.3．(2019·湖北宜昌模拟)如图所示，是研究光电效应的电路图，对于某金属用绿光照射时，电流表指针发生偏转，则以下说法正确的是(D)A．将滑动变阻器滑动片向右移动，电流表的示数一定增大B．如果改用紫光照射该金属时，电流表无示数C．将光照强度增大时，电流表的示数减小D．将电源的正负极调换，仍用相同的绿光照射时，将滑动变阻器滑动片向右移动一些，电流表的读数可能不为零解析：本题考查光电效应，涉及光电流大小，明确在发生光电效应的前提下，光电流的大小与电路中的电压和入射光的强度均有关．滑动变阻器滑片向右移动，电压虽然增大，但已达到饱和电流，则电流表的示数可能不变，故A错误；如果改用紫光照射该金属时，因频率的增加，导致光电子最大初动能增加，则电流表增大，故B错误；只增加光照强度，从而增加了光子的个数，则产生的光电子数目增多，光电流增大，使通过电流表的电流增大，故C错误；电源的正负极调换，仍用相同的绿光照射时，将滑动变阻器滑片向右移动一些，此时的电压仍小于反向截止电压，则电流表仍可能有示数，故D正确．对光电效应的4点提醒(1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率．(2)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光．(3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关．(4)光电子不是光子，而是电子．考点2光电效应的规律1．深入理解三个关系(1)爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－W0.(2)光电子的最大初动能E k可以利用光电管用实验的方法测得，即E k ＝eU c，其中U c是遏止电压．(3)光电效应方程中的W0为逸出功，它与极限频率νc的关系是W0＝hνc.2．三类图象考向1对光电效应方程的理解(2018·全国卷Ⅱ)用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19 J．已知普朗克常量为6.63×10－34 J·s，真空中的光速为3.00×108 m·s－1.能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为()A．1×1014 Hz B．8×1014 HzC．2×1015 Hz D．8×1015 Hz[审题指导]能使金属产生光电效应的单色光的最低频率即恰好发生光电效应的条件：照射光的能量等于金属的逸出功．【解析】本题考查光电效应规律．由光电效应方程得E k＝hcλ－W0，而能使锌产生光电效应的单色光的最低频率ν0应满足hν0＝W0，联立得ν0＝cλ－E kh＝8×1014 Hz，故选项B正确．【答案】 B考向2对光电效应三类图象的理解(2019·山东济南一模)用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流大小与照射光的强弱、频率等物理量的关系．图中A、K两极间的电压大小可调，电源的正负极也可以对调，分别用a、b、c三束单色光照射，调节AK间的电压U，得到光电流I与电压U的关系如图乙所示，由图可知()A．单色光a和c的频率相同，但a更弱些B．单色光a和b的频率相同，但a更强些C．单色光a的频率大于单色光c的频率D．单色光a的频率小于单色光b的频率【解析】a、c两光照射后遏止电压相同，知产生的光电子最大初动能相等，可知a、c两光的频率相等，光子能量相等，即频率相同，由于a 光的饱和电流较大，则a光的强度较大，故A、C错误；a光的遏止电压小于b光的遏止电压，所以产生的光电子最大初动能E k a<E k b，根据爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－W0可知，νa<νb，故B错误，D正确．【答案】 D1．(2019·山东青岛模拟)用如图甲所示的装置研究光电效应现象．闭合开关S，用频率为ν的光照射光电管时发生了光电效应．图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能E k与入射光频率ν的关系图象，图线与横轴的交点坐标为(a,0)，与纵轴的交点坐标为(0，－b)，下列说法中正确的是(B)A．普朗克常量为h＝a bB．断开开关S后，电流表的示数不为零C．仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大D．保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表的示数保持不变解析：根据E km＝hν－W0得，纵轴截距的绝对值等于金属的逸出功，等于b，当最大初动能为零时，入射光的频率等于截止频率，所以金属的截止频率为ν0＝a，普朗克常量为h＝ba，故A错误．开关S断开后，因光电子有初动能，因此电流表G的示数不为零，故B正确．根据光电效应方程可知，最大初动能与入射光频率有关，与光的强度无关，故C错误．若保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，则光子数目减少，电流表的示数减小，故D错误．2．小明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．已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s.(1)图甲中电极A为光电管的阳极(选填“阴极”或“阳极”)；(2)实验中测得铷的遏止电压U c与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc＝5.15×1014[(5.12～5.18)×1014均视为正确] Hz，逸出功W0＝3.41×10－19[(3.39～3.43)×10－19均视为正确] J；(3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014Hz，则产生的光电子的最大初动能E k＝1.23×10－19[(1.21～1.25)×10－19均视为正确] J.解析：(1)在光电效应中，电子向A极运动，故电极A为光电管的阳极．(2)由题图可知，铷的截止频率νc为5.15×1014Hz，逸出功W0＝hνc ＝6.63×10－34×5.15×1014 J≈3.41×10－19 J.(3)当入射光的频率为ν＝7.00×1014Hz时，由E k＝hν－hνc得，光电子的最大初动能为E k＝6.63×10－34×(7.00－5.15)×1014 J≈1.23×10－19 J.光电效应中有关图象问题的解题方法(1)明确图象中纵坐标和横坐标所表示的物理量．(2)明确图象所表示的物理意义及所对应的函数关系，同时还要知道截距、交点等特殊点的意义．例如，①E km-ν图象，表示了光电子的最大初动能E km随入射光频率ν的变化曲线，图甲中横轴上的截距是阴极金属的极限频率，纵轴上的截距表示了阴极金属的逸出功负值，直线的斜率为普朗克常量，图象的函数式：E k ＝hν－W0.②光电效应中的I-U图象，是光电流强度I随两极板间电压U的变化曲线，图乙中的I m是饱和光电流，U c为遏止电压．考点3光的波粒二象性物质波1．对光的波粒二象性的理解2.对物质波的理解(1)与实物粒子相联系的波叫物质波，也叫德布罗意波，属于概率波；(2)实物粒子的能量E和动量p跟它所对应的波的频率ν和波长λ之间遵循的关系为：E＝hν，p＝h λ.1．(2019·浙江义乌模拟)(多选)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有(AB)A．光电效应现象揭示了光的粒子性B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等解析：光电效应现象揭示了光的粒子性，A正确；衍射是波特有的性质，故中子束射到晶体上产生衍射图样说明运动的中子具有波动性，B正确；黑体辐射的实验规律不能使用光的波动性解释，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，C错误；根据德布罗意波长公式λ＝hp可知，若一个电子和一个质子的德布罗意波长相等，则动量p也相等，但是质子质量比电子质量大，动能E k＝p22m，可知两者动能不相等，D错误．2．(多选)物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减小入射光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝．实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只能出现一些如图甲所示不规则的点子；如果曝光时间足够长，底片上就会出现如图丙所示规则的干涉条纹．对于这个实验结果的认识正确的是(ACD)A．单个光子的运动没有确定的轨道B．曝光时间不长时，光的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的点子C．干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方D．大量光子的行为表现为波动性解析：由于光的传播不是连续的而是一份一份的，每一份就是一个光子，所以某次通过狭缝只有一个光子，当一个光子到达某一位置时该位置感光而留下痕迹，由于单个光子表现粒子性，即每一个光子所到达的区域是不确定的，但是大量光子表现出波动性，所以长时间曝光后最终形成了图丙中明暗相间的条纹，干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方，该实验说明了光具有波粒二象性，所以A、C、D项正确，B项错误．学习至此，请完成课时作业39。
高考物理大一轮复习第12章近代物理初步第1节光电效应波粒二象性课时规范训练
第1节 光电效应 波粒二象性课时规范训练[基础巩固题组]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：选 C.光具有波粒二象性，即光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)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有( )A ．光电效应现象揭示了光的粒子性B ．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C ．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D ．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等解析：选AB.光电效应现象、黑体辐射的实验规律都可以用光的粒子性解释，选项A 正确、选项C 错误；热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性，选项B 正确；由德布罗意波长公式λ＝h p 和p 2＝2m ·E k 知动能相等的质子和电子动量不同，德布罗意波长不相等，选项D 错误．3．(多选)产生光电效应时，关于逸出光电子的最大初动能E k ，下列说法正确的是( )A．对于同种金属，E k与照射光的强度无关B．对于同种金属，E k与照射光的波长成反比C．对于同种金属，E k与光照射的时间成正比D．对于同种金属，E k与照射光的频率成线性关系解析：选AD.根据爱因斯坦光电效应方程E k＝＝I me＝0.64×10－61.6×10－19(个)＝4.0×1012(个)光电子的最大初动能为：E km＝eU0＝1.6×10－19C×0.6 V＝9.6×10－20 J(2)设阴极材料的极限波长为λ0，根据爱因斯坦光电效应方程：E km＝h cλ－hcλ0，代入数据得λ0＝0.66 μm.答案：(1)4.0×1012个9.6×10－20 J(2)0.66 μm。
(精品人教)2020年度高考物理一轮复习 第十二章 近代物理初步 第1讲 光电效应 波粒二象性学案
第1讲光电效应波粒二象性一、光电效应及其规律1.光电效应现象在光的照射下，金属中的电子从表面逸出的现象，发射出来的电子叫光电子.2.光电效应的产生条件入射光的频率大于等于金属的极限频率.3.光电效应规律(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于等于这个极限频率才能产生光电效应.(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大.(3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s.(4)当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比.自测1教材P36第2题改编(多选)在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是( )A.增大入射光的强度，光电流增大B.减小入射光的强度，光电效应现象消失C.改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应D.改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大答案AD解析增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积上的光子数增加，则光电流增大，故选项A正确；光电效应是否发生取决于入射光的频率，而与入射光强度无关，故选项B错误.用频率为ν的光照射光电管阴极，发生光电效应，用频率较小的光照射时，若光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，选项C错误；根据hν－W逸＝E k 可知，增大入射光频率，光电子的最大初动能也增大，故选项D正确.二、爱因斯坦光电效应方程1.光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量ε＝hν.2.逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的最小值.3.最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值.4.光电效应方程(1)表达式：hν＝E k＋W0或E k＝hν－W0.(2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能.自测2(多选)如图1是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能E k与入射光频率ν的关系图象.由图象可知( )图1A.该金属的逸出功等于EB.该金属的逸出功等于h ν0C.入射光的频率为2ν0时，产生的电子的最大初动能为ED.入射光的频率为ν02时，产生的电子的最大初动能为E2答案 ABC三、光的波粒二象性与物质波 1.光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性. (2)光电效应说明光具有粒子性.(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性. 2.物质波(1)概率波：光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波.(2)物质波：任何一个运动着的物体，小到微观粒子，大到宏观物体，都有一种波与它对应，其波长λ＝hp，p 为运动物体的动量，h 为普朗克常量.自测3 (多选)下列说法中正确的是( )A.光的波粒二象性学说彻底推翻了麦克斯韦的光的电磁说B.在光的双缝干涉实验中，暗条纹的地方是光子永远不能到达的地方C.光的双缝干涉实验中，大量光子打在光屏上的落点是有规律的，暗纹处落下光子的概率小D.单个光子具有粒子性，大量光子具有波动性 答案 CD命题点一 光电效应现象和光电效应方程的应用1.四点提醒(1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率.(2)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光.(3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关.(4)光电子不是光子，而是电子.2.两条对应关系(1)光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；(2)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大.3.三个关系式(1)爱因斯坦光电效应方程：E k＝hν－W0.(2)最大初动能与遏止电压的关系：E k＝eU c.(3)逸出功与极限频率的关系W0＝hνc.例1(多选)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，入射光的光强度变大，饱和光电流变大B.入射光的频率变高，饱和光电流变大C.入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D.保持入射光的光强度不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生答案AC解析在发生光电效应时，饱和光电流大小由光照强度来决定，与频率无关，光照强度越大饱和光电流越大，因此A正确，B错误；根据E k＝hν－W0可知，对于同一光电管，逸出功W0不变，入射光频率变高，光电子的最大初动能E k变大，因此C正确；由光电效应规律可知，当频率低于截止频率时无论光照强度多大，都不会有光电流产生，因此D错误.例2(多选)(2017·全国卷Ⅲ·19)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U a和U b，光电子的最大初动能分别为E k a和E k b.h为普朗克常量.下列说法正确的是( )A.若νa＞νb，则一定有U a＜U bB.若νa＞νb，则一定有E k a＞E k bC.若U a＜U b，则一定有E k a＜E k bD.若νa＞νb，则一定有hνa－E k a＞hνb－E k b答案BC解析由爱因斯坦光电效应方程得，E km＝hν－W0，由动能定理得，E km＝eU，若用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E k a＞E k b，U a＞U b，故选项A错误，B正确；若U a＜U b，则一定有E k a＜E k b，故选项C正确；因逸出功相同，有W0＝hνa－E k a＝hνb－E k b，故选项D错误.变式1(多选)(2017·山东潍坊中学一模)下列说法中正确的是( )A.用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的初动能大B.按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，但原子的能量增大C.光电子的最大初动能随入射光频率增大而增大D.在光照条件不变的情况下，对发射出来的光电子加上正向电压对光电子加速，所加电压不断增大，光电流也不断增大 答案 BC变式2 光电效应实验装置示意图如图2所示.用频率为ν的普通光源照射阴极K ，没有发生光电效应.换用同样频率为ν的强激光照射阴极K ，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U ，即将阴极K 接电源正极，阳极A 接电源负极，在K 、A 之间就形成了使光电子减速的电场.逐渐增大U ，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U 可能是下列的(其中W 为逸出功，h 为普朗克常量，e 为电子电荷量)( )图2A.U ＝h νe －W e B.U ＝2h νe －W eC.U ＝2h ν－WD.U ＝5h ν2e －We答案 B解析 由题意知，一个电子吸收一个光子不能发生光电效应，换用同样频率为ν的强激光照射阴极K ，则发生了光电效应，即吸收的光子能量为nh ν(n ＝2,3,4…) 由光电效应方程可知：nh ν＝W ＋12mv 2(n ＝2,3,4…)①在减速电场中由动能定理得－eU ＝0－12mv2②联立①②得：U ＝nh νe －We(n ＝2,3,4…)，选项B 正确. 命题点二 光电效应图象四类图象例3 用如图3甲所示的电路研究光电效应中光电流大小与照射光的强弱、频率等物理量的关系.图中A 、K 两极间的电压大小可调，电源的正负极也可以对调.分别用a 、b 、c 三束单色光照射，调节A 、K 间的电压U ，得到光电流I 与电压U 的关系如图乙所示.由图可知( )图3A.单色光a 和c 的频率相同，但a 更强些B.单色光a 和c 的频率相同，但a 更弱些C.单色光b 的频率小于a 的频率D.改变电源的极性不可能有光电流产生 答案 A解析 由题图乙知，a 、c 的遏止电压相同，根据光电效应方程可知单色光a 和c 的频率相同，但a 产生的光电流大，说明a 光的强度大，选项A 正确，B 错误；b 的遏止电压大于a 、c 的遏止电压，所以单色光b 的频率大于a 的频率，选项C 错误；只要光的频率不变，改变电源的极性，仍可能有光电流产生，选项D 错误.变式3 (多选)如图4所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点坐标为4.27，与纵轴交点坐标为0.5).由图可知( )图4A.该金属的截止频率为4.27×1014Hz B.该金属的截止频率为5.5×1014 Hz C.该图线的斜率表示普朗克常量 D.该金属的逸出功为0.5 eV 答案 AC解析 图线与横轴的交点为截止频率，A 正确，B 错误；由光电效应方程E k ＝h ν－W 0，可知图线的斜率为普朗克常量，C 正确；该金属的逸出功为：W 0＝h νc ＝6.63×10－34×4.27×10141.6×10－19eV≈1.77 eV，D 错误. 变式4 (2015·全国卷Ⅰ·35(1))在某次光电效应实验中，得到的遏止电压U c 与入射光的频率ν的关系如图5所示.若该直线的斜率和纵截距分别为k 和b ，电子电荷量的绝对值为e ，则普朗克常量可表示为________，所用材料的逸出功可表示为________.图5答案 ek －eb解析 光电效应中，入射光子能量为h ν，克服逸出功W 0后多余的能量转化为电子动能，eU c ＝h ν－W 0，整理得U c ＝h e ν－W 0e ，斜率即h e＝k ，所以普朗克常量h ＝ek ，截距为b ，即eb ＝－W 0，所以逸出功W 0＝－eb . 命题点三 光的波粒二象性和物质波1.从数量上看：个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性. 2.从频率上看：频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，贯穿本领越强，越不容易看到光的干涉和衍射现象. 3.从传播与作用上看：光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现出粒子性.4.波动性与粒子性的统一：由光子的能量E＝hν、光子的动量表达式p＝hλ也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ.例4(多选)(2015·全国卷Ⅱ·35(1)改编)实物粒子和光都具有波粒二象性.下列事实中突出体现波动性的是( )A.电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样B.β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹C.人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构D.人们利用电子显微镜观测物质的微观结构答案ACD解析电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，说明电子是一种波，故A正确；β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹，可以说明β射线是一种粒子，故B错误；人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构，中子衍射说明中子是一种波，故C正确；人们利用电子显微镜观测物质的微观结构，利用了电子束的衍射现象，说明电子束是一种波，故D正确.变式5下列各组现象能说明光具有波粒二象性的是( )A.光的色散和光的干涉B.光的干涉和光的衍射C.泊松亮斑和光电效应D.光的反射和光电效应答案 C变式6(多选)1927年戴维孙和汤姆孙分别完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一.如图6所示的是该实验装置的简化图，下列说法正确的是( )图6A.亮条纹是电子到达概率大的地方B.该实验说明物质波理论是正确的C.该实验再次说明光子具有波动性D.该实验说明实物粒子具有波动性答案ABD变式7(多选)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有( )A.光电效应现象揭示了光的粒子性B.热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C.黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D.动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等答案AB1.有一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使金属产生光电效应的措施是( )A.改用频率更小的紫外线照射B.改用X射线照射C.改用强度更大的原紫外线照射D.延长原紫外线的照射时间答案 B2.(多选)光电效应实验中，下列表述正确的是( )A.光照时间越长光电流越大B.入射光足够强就可以有光电流C.遏止电压与入射光的频率有关D.入射光频率大于极限频率时一定能产生光电子答案CD解析光电流的大小只与单位时间流过单位面积的光电子数目有关，而与光照时间的长短无关，选项A错误；无论光照强度多强，光照时间多长，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应，故选项B错误；遏止电压即反向截止电压，eU c＝hν－W0，与入射光的频率有关，超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大，则遏止电压越大，故选项C正确；无论光照强度多弱，光照时间多短，只要光的频率大于极限频率就能产生光电效应，故选项D正确.3.下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是( )A.有的光是波，有的光是粒子B.光子与电子是同样的一种粒子C.光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著D.大量光子的行为往往显示出粒子性答案 C解析光具有波粒二象性，故A错误；电子是组成原子的基本粒子，有确定的静止质量，是一种物质实体，速度可以低于光速.光子代表着一份能量，没有静止质量，速度永远是光速，故B错误；光的波长越长，波动性越明显，波长越短，其粒子性越显著，故C正确；大量光子运动的规律表现出光的波动性，故D错误.4.(多选)已知某金属发生光电效应的截止频率为νc，则( )A.当用频率为2νc的单色光照射该金属时，一定能产生光电子B.当用频率为2νc的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hνcC.当照射光的频率ν大于νc时，若ν增大，则逸出功增大D.当照射光的频率ν大于νc时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍答案AB解析该金属的截止频率为νc，则可知逸出功W0＝hνc，逸出功由金属自身的性质决定，与照射光的频率无关，因此C错误；由光电效应的实验规律可知A正确；由光电效应方程E k＝hν－W0，将W0＝hνc代入可知B正确，D错误.5.用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，则( )A.逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变B.逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能减小C.逸出的光电子数不变，光电子的最大初动能减小D.光的强度减弱到某一数值，就没有光电子逸出了答案 A解析光的频率不变，表示光子能量不变，光的强度减弱，仍会有光电子从该金属表面逸出，逸出的光电子的最大初动能也不变；而减弱光的强度，逸出的光电子数就会减少，选项A正确.6.(多选)如图1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( )图1A.入射光太弱B.入射光波长太长C.光照时间短D.电源正、负极接反答案BD解析入射光波长太长，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，即使该电压超过了遏止电压，也没有光电流产生，故选项D正确.7.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，如图2所示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( )图2A.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答案 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.8.(多选)如图3甲所示为实验小组利用100多个电子通过双缝后的干涉图样，可以看出每一个电子都是一个点；如图乙所示为该小组利用70 000多个电子通过双缝后的干涉图样，为明暗相间的条纹.则对本实验的理解正确的是( )图3A.图甲体现了电子的粒子性B.图乙体现了电子的粒子性C.单个电子运动轨道是确定的D.图乙中暗条纹处仍有电子到达，只不过到达的概率小答案AD解析题图甲中的每一个电子都是一个点，说明少数电子体现粒子性.每个电子到达的位置不同，说明单个电子的运动轨道不确定，A正确，C错误；题图乙中明暗相间的条纹说明大量的电子表现为波动性，B错误；题图乙中暗条纹处仍有电子到达，只不过到达的概率小，D正确.9.某光源发出的光由不同波长的光组成，不同波长的光的强度如图4所示，表中给出了一些材料的极限波长，用该光源发出的光照射表中材料( )图4A.仅钠能产生光电子B.仅钠、铜能产生光电子C.仅铜、铂能产生光电子D.都能产生光电子答案 D解析根据爱因斯坦光电效应方程可知，只要光源的波长小于某金属的极限波长，就有光电子逸出，该光源发出的光的波长最小的小于100 nm ，小于钠、铜、铂三个的极限波长，都能产生光电子，故D 正确，A 、B 、C 错误. 10.(多选)已知钙和钾的截止频率分别为7.73×1014Hz 和5.44×1014Hz ，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，钾逸出的光电子具有较大的( ) A.波长 B.频率 C.能量 D.动量 答案 BCD解析 根据爱因斯坦光电效应方程得：E k ＝h ν－W 0，又W 0＝h νc ，联立得E k ＝h ν－h νc ，据题钙的截止频率比钾的截止频率大，由上式可知：从钾表面逸出的光电子最大初动能较大，由p ＝2mE k ，可知钾逸出的光电子的动量较大，根据λ＝h p可知，钾逸出的光电子的波长较小，则频率较大，故A 错误，B 、C 、D 正确.11.(2018·甘肃天水质检)用同一光电管研究a 、b 两种单色光产生的光电效应，得到光电流I 与光电管两极间所加电压U 的关系如图5所示.下列说法中正确的是( )图5A.a 光光子的频率大于b 光光子的频率，a 光的强度小于b 光的强度B.a 光光子的频率小于b 光光子的频率，a 光的强度小于b 光的强度C.如果使b 光的强度减半，则在任何电压下，b 光产生的光电流强度一定比a 光产生的光电流强度小D.另一个光电管加一定的正向电压，如果a 光能使该光电管产生光电流，则b 光一定能使该光电管产生光电流 答案 D解析 由题图可知b 光照射光电管时遏止电压大，使其逸出的光电子最大初动能大，所以b 光的频率大，产生的光子的能量大.a 光的饱和光电流大于b 光的饱和光电流，故a 光的强度大于b 光的强度，故A 、B 错误；如果使b 光的强度减半，则只是b 光的饱和光电流减半，在特定的电压下，b 光产生的光电流强度不一定比a 光产生的光电流强度小，选项C 错误；因b 光的频率大于a 光的频率，故另一个光电管加一定的正向电压，如果a 光能使该光电管产生光电流，则b 光一定能使该光电管产生光电流，选项D 正确.12.用如图6所示的光电管研究光电效应，用某种频率的单色光a 照射光电管阴极K ，电流计G 的指针发生偏转.而用另一频率的单色光b 照射光电管阴极K 时，电流计G 的指针不发生偏转，那么( )图6A.a 光的频率不一定大于b 光的频率B.只增加a 光的强度可使通过电流计G 的电流增大C.增加b 光的强度可能使电流计G 的指针发生偏转D.用a 光照射光电管阴极K 时通过电流计G 的电流是由d 到c 答案 B13.(多选)(2018·福建莆田调研)按如图7的方式连接电路，当用某种紫光照射光电管阴极K 时，电路中的微安表有示数.则下列叙述正确的是( )图7A.如果仅将紫光换成黄光，则微安表一定没有示数B.如果仅将紫光换成紫外线，则微安表一定有示数C.仅将滑动变阻器的滑片向右滑动，则微安表的示数一定增大D.仅将滑动变阻器的滑片向左滑动，则微安表的示数可能不变 答案 BD解析 当换用黄光后，入射光的频率减小，但入射光的频率可能仍大于金属的极限频率，仍能发生光电效应，电路中可能有光电流，A 错误；当换用紫外线后，入射光的频率增大，一定能产生光电效应，则微安表一定有示数，B 正确；滑动变阻器的滑片向右滑动，则光电管两极间的电压增大，但电路中的光电流可能已经达到饱和值，保持不变，C 错误；滑动变阻器的滑片向左滑动，则光电管两极间的电压减小，但电路中的光电流可能仍为饱和值，保持不变，D 正确.14.一个德布罗意波长为λ1的中子和另一个德布罗意波长为λ2的氘核同向正碰后结合成一个氚核，该氚核的德布罗意波长为( ) A.λ1λ2λ1＋λ2 B.λ1λ2λ1－λ2 C.λ1＋λ22 D.λ1－λ22答案 A解析 中子的动量p 1＝h λ1，氘核的动量p 2＝hλ2，同向正碰后形成的氚核的动量p 3＝p 2＋p 1，所以氚核的德布罗意波长λ3＝h p 3＝λ1λ2λ1＋λ2，A 正确.15.(多选)某同学采用如图8所示的实验装置来研究光电效应现象.当用某单色光照射光电管的阴极K 时，会发生光电效应现象.闭合开关S ，在阳极A 和阴极K 之间加上反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计中电流恰为零，此电压表的电压值U 称为遏止电压，根据遏止电压，可以计算出光电子的最大初动能E k .现分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极，测量到遏止电压分别为U 1和U 2，设电子质量为m 、电荷量为e ，则下列关系式中正确的是( )图8A.用频率为ν1的光照射时，光电子的最大初速度v ＝2eU 1mB.阴极K 金属的逸出功W 0＝h ν1－eU 1C.阴极K 金属的极限频率νc ＝U 1ν2－U 2ν1U 1－U 2D.普朗克常量h ＝e U 1－U 2ν2－ν1答案 AB解析 用频率为ν的光照射时，光电子在电场中做减速运动，根据动能定理得－eU 1＝0－12mv 2，则得光电子的最大初速度v ＝2eU 1m，故A 正确；根据爱因斯坦光电效应方程得h ν1＝eU 1＋W 0①h ν2＝eU 2＋W 0②由①得：金属的逸出功W 0＝h ν1－eU 1. 联立①②得h ＝e U 1－U 2ν1－ν2，故B 正确，D 错误；阴极K 金属的极限频率νc ＝W 0h ＝h ν1－eU 1ν1－ν2e U1－U 2，故C 错误.。
2022版高考物理一轮复习第十二章近代物理初步第1讲光电效应波粒二象性作业含解析新人教版
第1讲 光电效应 波粒二象性[A 组 根底题组]一、单项选择题1．用很弱的光做双缝干预实验，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，如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。
答案：D2．以下说法不正确的选项是( )A ．动量相同的电子和质子，其德布罗意波长相同B ．光电效应现象说明光具有粒子性，光子具有能量C ．康普顿效应说明光具有粒子性，光子具有动量D ．黑体辐射的实验规律说明在宏观世界里能量是连续的解析：根据物质波波长公式λ＝hp可知，当质子和电子动量相同时，其德布罗意波长相同，A 正确；光电效应现象说明光具有粒子性，光子具有能量，B 正确；康普顿效应说明光具有粒子性，光子具有动量，C 正确；黑体辐射的实验规律说明在微观世界里能量是分立的，D 错误。
答案：D3．用光照射某种金属，有光电子从金属外表逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，那么( )A ．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变B ．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能减小C ．逸出的光电子数不变，光电子的最大初动能减小D ．光的强度减弱到某一数值，就没有光电子逸出了解析：光的频率不变，表示光子能量不变，光的强度减弱，仍会有光电子从该金属外表逸出，逸出的光电子的最大初动能也不变；而减弱光的强度，逸出的光电子数就会减少，故A 正确。
答案：A4．钙和钾的截止频率分别为7.73×1014Hz 和5.44×1014Hz ，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比拟它们外表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：根据爱因斯坦光电效应方程：E k ＝hν－hν0，因为钙的ν0大，所以从钙外表逸出的光电子的最大初动能E km 较小，由p ＝2mE km 知，该光电子的动量较小，根据λ＝h p可知，波长较大，根据ε＝hν及c ＝λν可知，频率和能量较小，B 、C 、D 错误，A 正确。
高考物理一轮复习 第十二章 近代物理 第一节 光电效应
[考点要求]1．光电效应(Ⅰ) 2.爱因斯坦光电效应方程(Ⅰ) 3.氢原子光谱(Ⅰ)4．氢原子的能级结构、能级公式(Ⅰ) 5.原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期(Ⅰ) 6.放射性同位素(Ⅰ)7．核力、核反应方程(Ⅰ) 8.结合能、质量亏损(Ⅰ)9．裂变反应和聚变反应、裂变反应堆(Ⅰ) 10.射线的危害和防护(Ⅰ)[高考导航]第一节光电效应[学生用书P249]【基础梳理】提示：电子光电子大于增大hνhν－W0干涉波动性光电效应粒子性波动粒子【自我诊断】1．判一判(1)只要光照射的时间足够长，任何金属都能发生光电效应．()(2)光电子就是光子．()(3)极限频率越大的金属材料逸出功越大．()(4)从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小．()(5)入射光的频率越大，逸出功越大．()提示：(1)×(2)×(3)√(4)×(5)×2．做一做(1)(多选)如图所示，用导线把验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是()A．有光子从锌板逸出 B．有电子从锌板逸出C．验电器指针张开一个角度 D．锌板带负电提示：选BC.用紫外线照射锌板，锌板上的电子吸收紫外线的能量从锌板表面逸出，称之为光电子，A错误，B正确；锌板与验电器相连，带有相同电性的电荷，锌板失去电子应该带正电，且失去电子越多，带的正电荷越多，验电器指针张角越大，C正确，D错误．(2)(多选)在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银金属的表面，都能产生光电效应．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．逸出功提示：选ACD.同一束光照射不同的金属，一定相同的是入射光的光子能量．不同的金属，逸出功不同，根据光电效应方程E k＝hν－W0知，最大初动能不同，则遏止电压不同．同一束光照射，光中的光子数目相等，所以饱和光电流是相同的．对光电效应的理解[学生用书P250]【知识提炼】与光电效应有关的五组概念对比1．光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子．光子是光电效应的因，光电子是果．2．光电子的初动能与光电子的最大初动能：光照射到金属表面时，电子吸收光子的全部能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能．光电子的初动能小于等于光电子的最大初动能．3．光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关．4．入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量．5．光的强度与饱和光电流：饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的，对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系．【跟进题组】1．(多选)现用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．入射光的频率变高，饱和光电流变大C．入射光的频率变高，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，始终有光电流产生解析：选AC.根据光电效应规律，保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，则饱和光电流变大，A正确；由爱因斯坦光电效应方程知，入射光的频率变高，产生的光电子最大初动能变大，而饱和光电流与入射光的频率无关，B错误，C正确；保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，当入射光的频率小于极限频率时，就不能发生光电效应，没有光电流产生，D错误．2.如图所示，当一束一定强度某一频率的黄光照射到光电管阴极K上时，此时滑片P处于A、B中点，电流表中有电流通过，则()A．若将滑动触头P向B端移动时，电流表读数有可能不变B．若将滑动触头P向A端移动时，电流表读数一定增大C．若用红外线照射阴极K时，电流表中一定没有电流通过D．若用一束强度相同的紫外线照射阴极K时，电流表读数不变解析：选A.所加的电压使光电子到达阳极，电流表中有电流通过，且可能处于饱和电流，当滑片向B端移动时，电流表读数有可能不变，当滑片向A端移动时，所加电压减小，则光电流可能减小，也可能不变，A正确，B错误；若用红外线照射阴极K，红外线频率小于黄光的频率，但是不一定不能发生光电效应，电流表中不一定没有电流通过，C错误；若用一束强度相同的紫外线照射阴极K时，紫外线的频率大于黄光的频率，则单位时间内逸出的光电子数目减小，电流表读数减小，D错误．光电效应方程[学生用书P250]【知识提炼】1．四类图象图象名称图象形状由图象直接(间接)得到的物理量最大初动能E k与入射光频率ν的关系图象(1)极限频率：图象与ν轴交点的横坐标νc(2)逸出功：图象与E k轴交点的纵坐标的绝对值W0＝|－E|＝E(3)普朗克常量：图象的斜率k＝h颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系(1)遏止电压U c：图象与横轴的交点的横坐标的绝对值(2)饱和光电流I m：电流的最大值，强光大于弱光(3)最大初动能：E km＝eU c颜色不同时，光电流与电压的关系(1)遏止电压U c1、U c2(2)最大初动能：E k1＝eU c1、E k2＝eU c2遏止电压U c与入射光频率ν的关系图线(1)截止频率νc：图线与横轴的交点的横坐标(2)遏止电压U c：随入射光频率的增大而增大(3)普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke(注：此时两极之间接反向电压)(1)爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－W0.(2)光电子的最大初动能E k可以利用光电管用实验的方法测得，即E k＝eU c，其中U c是遏止电压．(3)光电效应方程中的W0为逸出功，它与极限频率νc的关系是W0＝hνc.【典题例析】(2019·高考北京卷)光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流．表中给出了6次实验的结果．组次入射光子的能量/eV相对光强光电流大小/mA逸出光电子的最大动能/eV第一组1234.04．04．0弱中强2943600.90．90．9第二组4566.06．06．0弱中强2740552.92．92．9A．两组实验采用了不同频率的入射光B．两组实验所用的金属板材质不同C．若入射光子的能量为5.0 eV，逸出光电子的最大动能为1.9 eVD．若入射光子的能量为5.0 eV，相对光强越强，光电流越大[解析]由于光子的能量E＝hν，又入射光子的能量不同，故入射光子的频率不同，A 项正确；由爱因斯坦光电效应方程hν＝W＋E k，可求出两组实验的逸出功均为3.1 eV，故两组实验所用的金属板材质相同，B错误；由hν＝W＋E k，逸出功W＝3.1 eV可知，若入射光子能量为5.0 eV，则逸出光电子的最大动能为1.9 eV，C正确；相对光强越强，单位时间内射出的光子数越多，单位时间内逸出的光电子数越多，形成的光电流越大，D正确．[答案] B【迁移题组】迁移1对E k－ν图象的理解1．(多选)如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点坐标4.27，与纵轴交点坐标0.5)．由图可知()A．该金属的截止频率为4.27×1014 HzB．该金属的截止频率为5.5×1014 HzC．该图线的斜率表示普朗克常量D．该金属的逸出功为0.5 eV解析：选AC.图线在横轴上的截距为截止频率，A正确，B错误；由光电效应方程E k ＝hν－W0，可知图线的斜率为普朗克常量，C正确；金属的逸出功为：W0＝hν0＝6.63×10－34×4.27×10141.6×10－19eV≈1.77 eV，D错误．迁移2对I－U图象的理解2．在光电效应实验中，某同学用同一光电管在不同实验条件下得到三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图所示．则可判断出( )A ．甲光的频率大于乙光的频率B ．乙光的波长大于丙光的波长C ．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D ．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光对应的光电子最大初动能解析：选B.由图象知，甲、乙光对应的遏止电压相等，由eU c ＝E k 和hν＝W 0＋E k 得甲、乙光频率相等，A 错误；丙光的频率大于乙光的频率，则丙光的波长小于乙光的波长，B 正确；由hνc ＝W 0得甲、乙、丙光对应的截止频率相同，C 错误；由光电效应方程知，甲光对应的光电子最大初动能小于丙光对应的光电子最大初动能，D 错误．迁移3 对U c －ν图象的理解 3.在某次光电效应实验中，得到的遏止电压U c 与入射光的频率ν的关系如图所示．若该直线的斜率和纵轴截距分别为k 和b ，电子电荷量的绝对值为e ，则普朗克常量可表示为________，所用材料的逸出功可表示为________．解析：根据光电效应方程E km ＝hν－W 0及E km ＝eU c 得U c ＝hνe －W 0e ，故h e ＝k ，b ＝－W 0e ，得h ＝ek ，W 0＝－eb .答案：ek －eb迁移4 光电效应方程的应用4．已知钙和钾的截止频率分别为7.73×1014Hz 和5.44×1014Hz ，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：选A.由爱因斯坦光电效应方程hν＝W 0＋12m v 2m，又由W 0＝hν0，可得光电子的最大初动能12m v 2m ＝hν－hν0，由于钙的截止频率大于钾的截止频率，所以钙逸出的光电子的最大初动能较小，因此它具有较小的能量、频率和动量，选项B 、C 、D 错误；又由c ＝λν可知光电子频率较小时，波长较大，A 正确．1．由E k －ν图象可以得到的信息 (1)极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc .(2)逸出功：图线与E k 轴交点的纵坐标的绝对值E ＝W 0. (3)普朗克常量：图线的斜率k ＝h .2．由I －U 图象可以得到的信息(1)遏止电压U c ：图线与横轴的交点的绝对值． (2)饱和光电流I m ：电流的最大值． (3)最大初动能：E km ＝eU c . 3．由U c －ν图象可以得到的信息(1)截止频率νc ：图线与横轴的交点．(2)遏止电压U c ：随入射光频率的增大而增大．(3)普朗克常量h ：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h ＝ke .(注：此时两极之间接反向电压)光的波粒二象性 物质波[学生用书P252]【知识提炼】1．对光的波动性和粒子性的进一步理解(1)定义：任何运动着的物体都有一种波与之对应，这种波叫做物质波，也叫德布罗意波．(2)物质波的波长：λ＝h p ＝hm v，h 是普朗克常量．(3)德布罗意波也是概率波，衍射图样中的亮圆是电子落点概率大的地方，但概率的大小受波动规律的支配．【跟进题组】1．(多选)实物粒子和光都具有波粒二象性．下列事实中突出体现波动性的是( ) A ．电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样 B ．β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹 C ．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构D ．光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关 解析：选AC.电子束具有波动性，通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，A 正确；β射线在云室中高速运动时，径迹又细又直，表现出粒子性，B 错误；人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构，体现出波动性，C正确；光电效应实验，体现的是波的粒子性，D错误．2．(多选)1927年戴维逊和革末完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一．如图所示的是该实验装置的简化图，下列说法正确的是()A．亮条纹是电子到达概率大的地方B．该实验说明物质波理论是正确的C．该实验再次说明光子具有波动性D．该实验说明实物粒子具有波动性解析：选ABD.电子属于实物粒子，电子衍射实验说明电子具有波动性，说明物质波理论是正确的，与光的波动性无关，B、D正确，C错误；物质波也是概率波，亮条纹是电子到达概率大的地方，A正确．[学生用书P252]光电效应方程的应用【对点训练】1．(2018·高考全国卷Ⅱ)用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19 J．已知普朗克常量为6.63×10－34 J·s，真空中的光速为3.00×108 m·s－1.能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为()A．1×1014 Hz B．8×1014 HzC．2×1015 Hz D．8×1015 Hz解析：选B.根据爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W 0＝h c λ－hν0，代入数据解得ν0≈8×1014 Hz ，B 正确．2．(多选)(2020·山西运城模拟)美国物理学家密立根利用如图甲所示的电路研究金属的遏止电压U c 与入射光频率ν的关系，描绘出图乙中的图象，由此算出普朗克常量h ，电子电荷量用e 表示，下列说法正确的是( )A ．入射光的频率增大，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片P 向M 端移动B ．增大入射光的强度，光电子的最大初动能也增大C ．由U c －ν图象可知，这种金属截止频率为νcD ．由U c －ν图象可求普朗克常量表达式为h ＝U 1e ν1－νc解析：选CD.入射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，遏止电压增大，根据光电效应方程得出U c －ν的关系式，通过关系式得出斜率、截距表示的含义．入射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，则遏止电压增大，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片P 向N 端移动，A 错误；根据光电效应方程E km ＝hν－W 0知，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，B 错误；根据E km ＝hν－W 0＝eU c ，解得U c ＝hνe －hνc e ，图线的斜率k ＝h e ＝U 1ν1－νc，则h ＝U 1e ν1－νc，当遏止电压为零时，ν＝νc ，C 、D 正确．[学生用书P387(单独成册)](建议用时：40分钟)一、单项选择题1．关于光电效应有如下几种陈述，其中正确的是( )A ．金属的逸出功与入射光的频率成正比B ．光电流强度与入射光强度无关C ．用不可见光照射金属一定比可见光照射金属产生的光电子的最大初动能要大D．对任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于这个波长，才能产生光电效应解析：选D.根据W0＝hν0知，金属的逸出功由金属的极限频率决定，与入射光的频率无关，A错误；光的强度影响单位时间内发出光电子的数目，即影响光电流的大小，B错误；不可见光的频率不一定比可见光的频率大，根据光电效应方程知，产生的光电子的最大初动能不一定大，C错误；对任何一种金属，都有一个极限频率，也就是能发生光电效应的最小频率，则对应一个“最大波长”，入射光的波长必须小于这个波长才能产生光电效应，D正确．2．入射光照到某金属表面发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，则下列说法中正确的是()A．从光照射到金属表面上到金属发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B．逸出的光电子的最大初动能减小C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少D．有可能不发生光电效应解析：选C.光电效应瞬时(10－9 s)发生，与光强无关，A错误；光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，入射光的频率越大，最大初动能越大，B错误；光电子数目多少与入射光的强度有关，光强减弱，单位时间内从金属表面逸出的光电子数目减少，C正确；能否发生光电效应，只取决于入射光的频率是否大于极限频率，与光强无关，D错误．3．用波长为2.0×10－7m的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是4.7×10－19 J．由此可知，钨的极限频率是(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s，结果取2位有效数字)()A．5.5×1014Hz B．7.9×1014HzC．9.8×1014Hz D．1.2×1015Hz解析：选B.本题考查光电效应方程，意在考查考生对光电效应方程E k＝hν－W逸的理解，并能应用光电效应方程求解极限频率．由光电效应方程E k＝hν－W逸，而W逸＝hν0，ν＝cλ，所以钨的极限频率ν0＝cλ－E kh＝7.9×1014Hz，B正确．4．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：选C.按照光的波动理论，电子吸收光子的能量需要时间，因此光电效应不可能瞬时发生，这与光电效应具有瞬时性矛盾；按照光的波动理论，只要有足够长的时间，电子会吸收足够的能量，克服原子的束缚成为光电子，因此所有金属均可以发生光电效应，这与光电效应有极限频率矛盾；按照光的波动理论，照射光越强，电子获得的能量越大，打出的光电子的最大初动能越大，这与光电效应中打出的光子的最大初动能与光强无关，而与照射光的频率有关矛盾；按照光的波动理论也可以得到光越强打出的光电子越多，光电流越大，C 正确．5．(2017·高考北京卷)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 ．10－12J 解析：选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 c λ≈2×10－18 J ，故B 正确．6. 关于光电效应，以下说法正确的是( )A ．金属内的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能从金属逸出B ．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力逸出时需要做的最小功，光电效应便不能发生了．但如换用波长更长的入射光子，则有可能发生光电效应C ．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能越大D ．由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应的入射光的最低频率也不相同解析：选D.发生光电效应时，金属中逸出的电子只能吸收一个光子的能量，A 错误；当入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力逸出时需要做的最小功，光电效应便不能发生了，但如换用波长更长的入射光子，频率更低，更不可能发生，B错误；入射光的强度越大，单位时间内发出光电子的数目越多，形成的光电流越大，与最大初动能无关，C错误；根据光电效应方程E km＝hν－W0知，不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应的入射光的最低频率也不相同，D正确．7.研究光电效应电路如图所示，用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流．下列光电流I与A、K之间的电压U AK的关系图象中，正确的是()解析：选C.由于是强度不同的光照射同种钠极板，则遏止电压相同，强度不同，饱和光电流不同，C正确．8.以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出．强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实．光电效应实验装置示意图如图所示．用频率为ν的普通光源照射阴极K，没有发生光电效应，换用同样频率为ν的强激光照射阴极K，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U，即将阴极K接电源正极，阳极A接电源负极，在KA之间就形成了使光电子减速的电场．逐渐增大U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是下列的(其中W为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电荷量)()A ．U ＝hνe －W eB ．U ＝2hνe －W eC ．U ＝2hν－WD ．U ＝5hν2e －W e解析：选B.以从阴极K 逸出的且具有最大初动能的光电子为研究对象，由动能定理得：－Ue ＝0－12m v 2m ，由光电效应方程得：nhν＝12m v 2m ＋W (n ＝2，3，4，…)，联立上式解得：U ＝nhνe －W e(n ＝2，3，4，…)，故B 正确． 二、多项选择题9．(2020·北京朝阳模拟)用绿光照射一个光电管，能产生光电效应．欲使光电子从阴极逸出时最大初动能增大，可以( )A ．改用红光照射B ．改用紫光照射C ．改用蓝光照射D ．增加绿光照射时间解析：选BC.光电子的最大初动能与照射时间或照射强度无关，而与入射光子的能量有关，入射光子的能量越大，光电子从阴极逸出时最大初动能越大，所以本题中可以改用比绿光光子能量更大的紫光、蓝光照射，以增大光电子从阴极逸出时的最大初动能．10.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：选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D正确．11．对光的认识，下列说法正确的是()A．个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性B．光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的C．光表现出波动性时，就不具有粒子性了，光表现出粒子性时，就不再具有波动性了D．光的波粒二象性应理解为：在某种情况下光的波动性表现得明显，在另外的某种情况下，光的粒子性表现得明显解析：选ABD.光是一种概率波，少量光子的行为易显示出粒子性，而大量光子的行为往往显示出波动性，A正确；光的波动性不是由于光子之间的相互作用引起的，而是光的一种属性，这已被弱光照射双缝后在胶片上的感光实验所证实，B正确；粒子性和波动性是光同时具备的两种属性，C错误，D正确．12．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：选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；同时也表明光是一种概率波，故D正确；紫外线本质和可见光本质相同，也可以发生上述现象，可以用感光胶片观察到，故C错误．13．如图甲所示，合上开关，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极K，发现电流表读数不为零．调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零，当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零．把电路改为图乙，当电压表读数为2 V时，则()A ．逸出功为1.9 eVB ．逸出功为1.7 eVC ．电子到达阳极时的最大动能为2.6 eVD ．电子到达阳极时的最大动能为4.5 eV解析：选AC.光子能量hν＝2.5 eV 的光照射阴极，电流表读数不为零，则能发生光电效应，当电压表读数大于或等于0.6 V 时，电流表读数为零，则电子不能到达阳极，由动能定理eU ＝12m v 2m知，最大初动能E km ＝eU ＝0.6 eV ，由光电效应方程hν＝E km ＋W 0知W 0＝1.9 eV ，对图乙，当电压表读数为2 V 时，电子到达阳极的最大动能E ′km ＝E km ＋eU ′＝0.6 eV ＋2 eV ＝2.6 eV .故A 、C 正确．14.(2020·河北保定模拟)如图所示，这是一个研究光电效应的电路图，下列叙述中正确的是( )A ．只调换电源的极性，移动滑片P ，当电流表示数为零时，电压表示数为遏止电压U 0的数值B ．保持光照条件不变，滑片P 向右滑动的过程中，电流表示数将一直增大C ．不改变光束颜色和电路，增大入射光束强度，电流表示数会增大D ．阴极K 需要预热，光束照射后需要一定的时间才会有光电流解析：选AC.只调换电源的极性，移动滑片P ，电场力对电子做负功，当电流表示数为零时，则有eU ＝12m v 2m，那么电压表示数为遏止电压U 0的数值，A 正确；当其他条件不变，P 向右滑动，加在光电管两端的电压增加，光电子运动更快，由I ＝q t得电流表读数变大，若电流达到饱和电流，则电流表示数不会增大，B 错误；只增大入射光束强度时，单位时间内。
高考物理大一轮复习 第12章 第1讲 波粒二象性精练(含解析)-人教版高三全册物理试题
第1讲 波粒二象性◎根底巩固练1．在光电效应实验中，用单色光照射某种金属外表，有光电子逸出，如此光电子的最大初动能取决于入射光的( )A ．频率B ．强度C ．照射时间D ．光子数目解析： 由爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W 0可知，E k 只与频率ν有关，应当选项B 、C 、D 错，选项A 正确。
答案： A2．如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等，对于它们，下面的物理量相等的是( )A ．速度B ．动能C ．动量D ．总能量解析： 根据德布罗意波长公式λ＝h p，选C 。
答案： C3．(多项选择)在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的外表，都能发生光电效应。
对于这两个过程，如下四个物理过程中，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： 同一束光照射不同的金属，一定一样的是入射光的光子能量，不同的金属逸出功不同，根据光电效应方程E km ＝hν－W 0知，最大初动能不同，如此遏止电压不同；同一束光照射，光中的光子数目相等，所以饱和电流是一样的，应当选A 、C 、D 。
答案： ACD4．(多项选择)实物粒子和光都具有波粒二象性。
如下事实中突出表现波动性的是( )A ．电子束通过双缝实验装置后可以形成干预图样B ．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构C ．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构D ．光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关 解析： 电子束通过双缝产生干预图样，表现的是波动性，A 正确；衍射表现的是波动性，B 正确；电子显微镜利用了电子束波长短的特性，C 正确；光电效应表现的是光的粒子性，D 错误。
答案： ABC5．(多项选择)在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，如下说法正确的答案是( )A ．增大入射光的强度，光电流增大B ．减小入射光的强度，光电效应现象消失C ．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应D ．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大解析： 增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积的光电子数增加，如此光电流将增大，应当选项A 正确；光电效应是否发生取决于照射光的频率，而与照射强度无关，应当选项B 错误。
2020版《金榜题名》高考物理一轮复习：第十二章 近代物理(选修3-5) 第1课时
课时作业【基础练习】知识点一光电效应现象和光电效应方程的应用1．(多选)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．入射光的频率变高，饱和光电流变大C．入射光的频率变高，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AC解析：在发生光电效应时，饱和光电流大小由光照强度来决定，与频率无关，光照强度越大饱和光电流越大，因此A正确，B错误；根据E km＝hν－W0可知，对于同一光电管，逸出功W0不变，当频率变高，光电子的最大初动能E km变大，因此C正确；由光电效应规律可知，当频率低于截止频率时无论光照强度多大，都不会有光电流产生，因此D错误．2．(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BD解析：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．3．(2018·西安长安区一中联考)如图所示，当一束一定强度某一频率的黄光照射到光电管阴极K上时，此时滑片P处于A、B中点，电流表中有电流通过，则()A．若将滑动触头P向B端移动时，电流表读数有可能不变B．若将滑动触头P向A端移动时，电流表读数一定增大C．若用红外线照射阴极K时，电流表中一定没有电流通过D．若用一束强度相同的紫外线照射阴极K时，电流表读数不变A解析：所加的电压，使光电子到达阳极，则灵敏电流表中有电流流过，且可能处于饱和电流，当滑片向B端移动时，电流表读数有可能不变；当滑片向A端移动时，所加电压减小，则光电流可能减小，也可能不变，故A正确，B 错误．若用红外线照射阴极K时，因红外线频率小于可见光，但是不一定不能发生光电效应，电流表不一定没有电流，故C错误；若用一束强度相同的紫外线照射阴极K时，紫外线的频率大于红外线的频率，则光子数目减小，电流表读数减小，故D错误．知识点二光电效应的图象问题4．用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能E k随入射光频率ν变化的E kν图象．已知钨的逸出功是3.28 eV，锌的逸出功是3.34 eV，若将二者的图线画在同一个E k v坐标系中，如图所示用实线表示钨，虚线表示锌，则正确反映这一过程的是()A解析：依据光电效应方程E k＝hν－W0可知，E kν图线的斜率代表普朗克常量h，因此钨和锌的E kν图线应该平行．图线的横轴截距代表频率ν0，而ν0＝W 0h ，因此钨的截止频率小些，综上所述，A 图正确．5．(多选)在光电效应实验中，某同学用同一种材料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(甲光、乙光、丙光)，如图所示，则可判断出( )A ．甲光的频率大于乙光的频率B ．乙光的波长大于丙光的波长C ．甲光、乙光波长相等D ．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光对应的光电子最大初动能BC 解析：由eU c ＝12m v 2m ＝hν－W 0，入射光的频率越高，对应的遏止电压U c 越大，甲光、乙光的遏止电压相等，所以甲光、乙光的频率相等，则用甲光与用乙光照射而逸出的光电子的最大初动能相等，A 错误；丙光的遏止电压大于乙光的遏止电压，所以丙光的频率大于乙光的频率，则乙光的波长大于丙光的波长，B 正确；甲光、乙光的频率相等，则甲光、乙光波长相等，C 正确；丙光的遏止电压大于甲光的遏止电压，所以甲光对应的光电子最大初动能小于丙光对应的光电子最大初动能，D 错误．知识点三 对光的波粒二象性的理解6．(多选)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有( )A ．光电效应现象揭示了光的粒子性B ．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C ．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D ．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等答案：AB7．(多选)用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图(a )、(b )、(c )所示的图象，则下列说法正确的是( )A．图象(a)表明光具有粒子性B．图象(c)表明光具有波动性C．用紫外光观察不到类似的图象D．实验表明光是一种概率波ABD解析：图象(a)曝光时间短，通过光子数很少，呈现粒子性．图象(c)曝光时间长，通过了大量光子，呈现波动性，A、B正确；同时实验也表明光波是一种概率波，D正确；紫外光本质和可见光本质相同，也可以发生上述现象，C错误．【素能提升】8．(多选)如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点坐标4.27，与纵轴交点坐标0.5)．由图可知()A．该金属的截止频率为4. 27×1014 HzB．该金属的截止频率为5.5×1014 HzC．该图线的斜率表示普朗克常量D．该金属的逸出功约为1.8 e VACD解析：由光电效应方程E k＝hν－W0可知，图中横轴的截距为该金属的截止频率，选项A正确，B错误；图线的斜率表示普朗克常量h，C正确；该金属的逸出功W0＝hν0＝6.63×10－34×4.27×1014J＝1.8 e V，选项D正确．9．一个德布罗意波波长为λ1的中子和另一个德布罗意波波长为λ2的氘核同向正碰后结合成一个氚核，该氚核的德布罗意波波长为()A.λ1λ2λ1＋λ2 B.λ1λ2λ1λ2C.λ1＋λ22 D.λ1－λ22A解析：中子的动量p1＝hλ1，氘核的动量p2＝hλ2，同向正碰后形成的氚核的动量p3＝p2＋p1，所以氚核的德布罗意波波长λ3＝hp3＝λ1λ2λ1＋λ2，A正确．10．已知钙和钾的截止频率分别为7.73×1014Hz和5.44×1014Hz，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A解析：由爱因斯坦光电效应方程hν＝W0＋12m v2m，又由W0＝hν0，可得光电子的最大初动能12m v2m＝hν－hν0，由于钙的截止频率大于钾的截止频率，所以钙逸出的光电子的最大初动能较小，因此它具有较小的能量、频率和动量，B、C、D错；又由c＝λf可知光电子频率较小时，波长较大，A对．11．(多选)(2018·西安长安区一中模拟)2009年诺贝尔物理学奖得主威拉德·博伊尔和乔治·史密斯主要成就是发明了电荷耦合器件(CCD)图象传感器．他们的发明利用了爱因斯坦的光电效应原理．如图所示电路可研究光电效应规律．图中标有A和K的为光电管，其中A为阴极，K为阳极．理想电流计可检测通过光电管的电流，理想电压表用来指示光电管两端的电压．现接通电源，用光子能量为10.5 eV的光照射阴极A，电流计中有示数，若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动，电流计的读数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为6.0 V；现保持滑片P位置不变，以下判断正确的是()A．光电管阴极材料的逸出功为4.5 eVB．若增大入射光的强度，电流计的读数不为零C．若用光子能量为12 eV的光照射阴极A，光电子的最大初动能一定变大D．若用光子能量为9.5 eV的光照射阴极A，同时把滑片P向左移动少许，电流计的读数一定不为零AC解析：由电路图可知，图中所加电压为反向减速电压，根据题意可知遏止电压为6 V，由E k＝hν－W0＝eU c得W0＝4.5 eV，选项A正确；当电压达到遏止电压时，所有电子都不能到达A极，无论光强如何变化，电流计示数仍为零，选项B错误；若光子能量增大，根据光电效应方程，光电子的最大初动能一定变大，选项C正确；若光子能量为9.5 eV的光照射阴极K，则遏止电压为5 V，滑片P向左移动少许，电流计的读数可能仍为零，选项D错误．12．(多选)1905年，爱因斯坦把普朗克的量子化概念进一步推广，成功地解释了光电效应现象，提出了光子说．在给出与光电效应有关的四个图象中，下列说法正确的是()A．图1中，当紫外线照射锌板时，发现验电器指针发生了偏转，说明锌板带正电，验电器带负电B．图2中，从光电流与电压的关系图象中可以看出，电压相同时，光照越强，光电流越大，说明遏止电压和光的强度有关C．图3中，若电子电量用e表示，ν1、νc、U1已知，由U cν图象可求得普朗克常量的表达式为h＝U1e ν1－νcD．图4中，由光电子最大初动能E k与入射光频率ν的关系图象可知该金属的逸出功为E或hνcCD解析：用紫外线灯发出的紫外线照射锌板，锌板失去电子带正电，验电器与锌板相连，则验电器的金属球和金属指针带正电，故选项A错误；由图可知电压相同时，光照越强，光电流越大，只能说明光电流强度与光的强度有关，遏止电压只与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，故选项B 错误；根据爱因斯坦光电效应方程U c e ＝hν－W 0，可知U c ＝h e ν－W 0e ，图象U c －ν的斜率表示h e ，即h e ＝U 1ν1－νc ，解得h ＝U 1e ν1－νc，故选项C 正确；根据光电效应方程E k ＝hν－W 0知E k －ν图线的纵轴截距的绝对值表示逸出功，则逸出功为E ，当最大初动能为零，入射光的频率等于金属的极限频率，则金属的逸出功等于hνc ，故选项D 正确．13．(多选)(2018·成都一诊)如图所示为光电管的工作电路图，分别用波长为λ0、λ1、λ2的单色光做实验，已知λ1＞λ0＞λ2.当开关闭合后，用波长为λ0的单色光照射光电管的阴极K 时，电流表有示数．则下列说法正确的是( )A ．光电管阴极材料的逸出功与入射光无关B ．若用波长为λ1的单色光进行实验，则电流表的示数一定为零C ．若仅增大电源的电动势，则电流表的示数一定增大D ．若仅将电源的正负极对调，则电流表的示数可能为零AD 解析：光电管阴极材料的逸出功只与材料有关，而与入射光的频率、入射光的强度无关，A 正确；用波长为λ0的光照射阴极K 时，电路中有光电流，可知波长为λ0的光照射阴极K 时，发生了光电效应；若用波长为λ1(λ1＞λ0)的光照射阴极K 时，虽然入射光的频率变小，但仍可能大于阴极的极限频率，仍可能发生光电效应，因此电流表的示数可能不为零，B 错误；仅增大电路中电源的电动势，光电管两端电压增大，当达到饱和电流后，电流表的示数不再增大，C 错误；将电路中电源的正负极对调，光电子做减速运动，若电子到达不了阳极，则此时电流表的示数为零，D 正确．14．如图甲所示是研究光电效应规律的光电管．用波长λ＝0.50 μm 的绿光照射阴极K ，实验测得流过电流表G 的电流I 与AK 之间的电势差U AK 满足如图乙所示规律，取h ＝6.63×10－34 J ·s.结合图象，求：(结果保留两位有效数字)(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极K时的最大动能．(2)该阴极材料的极限波长．解析：(1)光电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部到达阳极A，阴极每秒钟发射的光电子的个数n＝I me＝0.64×10－61.6×10－19(个)＝4.0×1012(个)光电子的最大初动能为E km＝eU0＝1.6×10－19C×0.6 V＝9.6×10－20 J.(2)设阴极材料的极限波长为λ0，根据爱因斯坦光电效应方程得E km＝hcλ－hcλ0，代入数据得λ0＝0. 66 μm.答案：(1)4.0×1012个9.6×10－20 J(2)0.66 μm感谢您的下载!快乐分享，知识无限！由Ruize收集整理！。
2020版高考物理大一轮复习 第十二章 近代物理 2 第一节 光电效应课后达标能力提升
第一节光电效应(建议用时：40分钟)一、单项选择题1．入射光照到某金属表面发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，则下列说法中正确的是( )A．从光照射到金属表面上到金属发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B．逸出的光电子的最大初动能减小C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少D．有可能不发生光电效应解析：选C.光电效应瞬时(10－9s)发生，与光强无关，A错误；光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，入射光的频率越大，最大初动能越大，B错误；光电子数目多少与入射光的强度有关，光强减弱，单位时间内从金属表面逸出的光电子数目减少，C正确；能否发生光电效应，只取决于入射光的频率是否大于极限频率，与光强无关，D错误．2．(2019·太原质检)关于物质的波粒二象性，下列说法中不正确的是( )A．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性B．运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道C．波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的D．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性解析：选D.光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律，大量光子运动的规律表现出光的波动性，而单个光子的运动表现出光的粒子性．光的波长越长，波动性越明显，光的频率越高，粒子性越明显．而宏观物体的德布罗意波的波长太小，实际很难观察到波动性，不是不具有波粒二象性，D项错误．3．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：选C.按照光的波动理论，电子吸收光子的能量需要时间，因此光电效应不可能瞬时发生，这与光电效应具有瞬时性矛盾；按照光的波动理论，只要有足够长的时间，电子会吸收足够的能量，克服原子的束缚成为光电子，因此所有金属均可以发生光电效应，这与光电效应有极限频率矛盾；按照光的波动理论，照射光越强，电子获得的能量越大，打出的光电子的最大初动能越大，这与光电效应中打出的光子的最大初动能与光强无关，而与照射光的频率有关矛盾；按照光的波动理论也可以得到光越强打出的光电子越多，光电流越大，因此C项正确．4．(2017·高考北京卷)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＝6.6×10－34J·s，真空光速c＝3×108 m/s)( )A．10－21 J B．10－18 JC．10－15 J D．10－12 J解析：选 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 c λ≈2×10－18 J，故选项B正确．5．研究光电效应电路如图所示，用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流．下列光电流I 与A、K之间的电压U AK的关系图象中，正确的是( )解析：选C.由于是强度不同的光照射同种钠极板，则遏止电压相同，强度不同，饱和光电流不同，选项C 正确．6．(2017·高考上海卷)光子的能量与其( )A ．频率成正比B ．波长成正比C ．速度成正比D ．速度平方成正比解析：选A.由E ＝hν＝h c λ，可见光子的能量与其频率成正比、与其波长成反比，A 正确，B 错误；由于任意能量的光子在真空中传播的速度都是相同的，故C 、D 错误．7．以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出．强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实．光电效应实验装置示意图如图所示．用频率为ν的普通光源照射阴极K ，没有发生光电效应，换用同样频率为ν的强激光照射阴极K ，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U ，即将阴极K 接电源正极，阳极A 接电源负极，在KA 之间就形成了使光电子减速的电场．逐渐增大U ，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U 可能是下列的(其中W 为逸出功，h 为普朗克常量，e 为电子电荷量)( )A ．U ＝hνe －W eB ．U ＝2hνe －W eC ．U ＝2hν－WD ．U ＝5hν2e －W e解析：选B.以从阴极K 逸出的且具有最大初动能的光电子为研究对象，由动能定理得：－Ue ＝0－12mv 2m ①由光电效应方程得： nhν＝12mv 2m ＋W (n ＝2，3，4，…)② 由①②式解得：U ＝nhνe －W e(n ＝2，3，4，…)， 故选项B 正确．二、多项选择题 8．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：选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．9．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：选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 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．10．波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有( )A ．光电效应现象揭示了光的粒子性B ．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C ．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D ．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等解析：选AB.光电效应现象、黑体辐射的实验规律都可以用光的粒子性解释，选项A 正确，选项C 错误；热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性，选项B 正确；由德布罗意波长公式λ＝h p 和p 2＝2mE k 知动能相等的质子和电子动量不同，德布罗意波长不相等，选项D 错误．11．(2019·北京朝阳模拟)用绿光照射一个光电管，能产生光电效应．欲使光电子从阴极逸出时最大初动能增大，可以( )A ．改用红光照射B ．改用紫光照射C ．改用蓝光照射D ．增加绿光照射时间解析：选BC.光电子的最大初动能与照射时间或照射强度无关，而与入射光子的能量有关，入射光子的能量越大，光电子从阴极逸出时最大初动能越大，所以本题中可以改用比绿光光子能量更大的紫光、蓝光照射，以增大光电子从阴极逸出时的最大初动能．12. (2019·河北保定模拟)如图所示，这是一个研究光电效应的电路图，下列叙述中正确的是( )A ．只调换电源的极性，移动滑片P ，当电流表示数为零时，电压表示数为遏止电压U 0的数值B ．保持光照条件不变，滑片P 向右滑动的过程中，电流表示数将一直增大C ．不改变光束颜色和电路，增大入射光束强度，电流表示数会增大D ．阴极K 需要预热，光束照射后需要一定的时间才会有光电流解析：选AC.只调换电源的极性，移动滑片P ，电场力对电子做负功，当电流表示数为零时，则有eU ＝12mv 2m ，那么电压表示数为遏止电压U 0的数值，故A 项正确；当其他条件不变，P 向右滑动，加在光电管两端的电压增加，光电子运动更快，由I ＝q t 得电流表读数变大，若电流达到饱和电流，则电流表示数不会增大，B 项错误；只增大入射光束强度时，单位时间内光电子数变多，电流表示数变大，C 项正确；因为光电效应的发生是瞬间的，阴极K 不需要预热，所以D 项错误．13．产生光电效应时，关于逸出光电子的最大初动能E k ，下列说法正确的是( )A ．对于同种金属，E k 与照射光的强度无关B ．对于同种金属，E k 与照射光的波长成反比C ．对于同种金属，E k 与照射光的时间成正比D ．对于同种金属，E k 与照射光的频率成线性关系解析：选AD.发生光电效应，一个电子获得一个光子的能量，E k ＝hν－W 0，所以E k 与照射光的强度无关，与光照射的时间无关，A 正确，C 错误；由E k ＝hν－W 0＝h c λ－W 0可知E k 与λ并非成反比关系，B 错误；由E k ＝hν－W 0可知，E k 与照射光的频率成线性关系，D 正确．14．(2019·陕西师大附中检测)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：选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．。
高考物理一轮复习 第十二章 近代物理 第一节 光电效应随堂检测 新人教版
第一节 光电效应1．(2017·高考北京卷)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 ＝10－9m)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 ＝6.6×10－34J ·s ，真空光速c ＝3×108m/s) ( )A ．10－21J B ．10－18J C ．10－15 JD ．10－12J解析：选 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 ＝h ν＝h cλ≈2×10－18J ，故选项B 正确．2．(高考江苏卷)已知钙和钾的截止频率分别为 7.73 ×1014Hz 和 5.44×1014Hz ，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：选A.根据爱因斯坦光电效应方程12mv 2m ＝h ν－W .由题知W 钙>W 钾，所以钙逸出的光电子的最大初动能较小．根据p ＝2mE k 及p ＝hλ和c ＝λν知，钙逸出的光电子的特点是：动量较小、波长较长、频率较小．选项A 正确，选项B 、C 、D 错误．3．(多选)(2018·河北保定模拟)如图所示，这是一个研究光电效应的电路图，下列叙述中正确的是( )A ．只调换电源的极性，移动滑片P ，当电流表示数为零时，电压表示数为遏止电压U 0的数值B ．保持光照条件不变，滑片P 向右滑动的过程中，电流表示数将一直增大C ．不改变光束颜色和电路，增大入射光束强度，电流表示数会增大D ．阴极K 需要预热，光束照射后需要一定的时间才会有光电流解析：选AC.只调换电源的极性，移动滑片P ，电场力对电子做负功，当电流表示数为零时，则有eU ＝12mv 2m ，那么电压表示数为遏止电压U 0的数值，故A 项正确；当其他条件不变，P 向右滑动，加在光电管两端的电压增加，光电子运动更快，由I ＝qt得电流表读数变大，若电流达到饱和电流，则电流表示数不会增大，B 项错误；只增大入射光束强度时，单位时间内光电子数变多，电流表示数变大，C 项正确；因为光电效应的发生是瞬间的，阴极K 不需要预热，所以D 项错误．4．小明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．已知普朗克常量h ＝6.63×10－34J ·s.(1)图甲中电极A 为光电管的________(选填“阴极”或“阳极”)；(2)实验中测得铷的遏止电压U c 与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc ＝________Hz ，逸出功W 0＝________J ；(3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014Hz ，则产生的光电子的最大初动能E k ＝________J.解析：(1)在光电效应中，电子向A 极运动，故电极A 为光电管的阳极． (2)由题图可知，铷的截止频率νc 为5.15×1014Hz ，逸出功W 0＝h νc ＝6.63×10－34×5.15×1014J ≈3.41×10－19J.(3)当入射光的频率为ν＝7.00×1014Hz 时，由E k ＝h ν－h νc 得，光电子的最大初动能为E k ＝6.63×10－34×(7.00－5.15)×1014 J ≈1.23×10－19 J.答案：(1)阳极(2)5.15×1014[(5.12～5.18)×1014均视为正确] 3.41×10－19[(3.39～3.43)×10－19均视为正确](3)1.23×10－19[(1.21～1.25)×10－19均视为正确]。
备考2020年高考物理一轮复习：第十二章第1讲光电效应练习含解析
板块三限时规范特训时间：45分钟满分：100分一、选择题(本题共11小题，每小题6分，共66分。
其中1～6为单选，7～11为多选)1．[2017·东城区模拟]下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是()答案 A解析随着温度的升高，辐射强度增加，辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动，A正确。
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解析物质波是由实物粒子的运动形成，而机械波是由组成物体的质点做周期性运动形成，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均错误，C正确。
3．在光电效应实验中，用单色光照射某种金属表面，有光电子逸出，则光电子的最大初动能取决于入射光的()A．频率B．强度C．照射时间D．光子数目答案 A解析由爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－W0可知E k只与频率ν有关，故选项B、C、D错误，选项A正确。
4．入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么()A．从光照至金属表面到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B．逸出的光电子的最大初动能减小C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少D．有可能不发生光电效应答案 C解析根据光电效应的实验规律知，从光照至金属表面到发射出光电子的时间间隔极短，这与光的强度无关，故选项A错误。
实验规律还指出，逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率有关，饱和光电流与入射光的强度成正比，由此可知，B、D错误，C正确。
5.在光电效应实验中，先后用两束光照射同一个光电管，若实验所得光电流I与光电管两端所加电压U间的关系曲线如图所示，则下列说法中正确的是()A．a光频率大于b光频率B．a光波长大于b光波长C．a光强度高于b光强度D．a光照射光电管时产生光电子的最大初动能较大答案 C解析对同一光电管，不论对哪种光，极限频率和金属的逸出功相同，由题图可知，对a、b两种光，反向截止电压相同，说明光的频率、波长相同，A、B两项错误；a光照射时的饱和电流比b光照射时的饱和电流大，说明a光强度高于b光强度，C项正确；金属的逸出功及照射光的频率相同，根据爱因斯坦光电效应方程可知，光照射光电管时产生光电子的最大初动能相同，故D项错误。
高考物理一轮复习 第十二章 近代物理 第1讲 光电效应练习
第1讲 光电效应1．(2017·高考北京卷)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 ＝10－9m)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 ＝6.6×10－34J ·s ，真空光速c ＝3×108m/s) ( )A ．10－21J B ．10－18J C ．10－15 JD ．10－12J解析：选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 ＝h ν＝h cλ≈2×10－18J ，故选项B 正确．2．(高考江苏卷)已知钙和钾的截止频率分别为 7.73 ×1014 Hz 和5.44×1014Hz ，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：选A.根据爱因斯坦光电效应方程12mv 2m ＝h ν－W .由题知W 钙>W 钾，所以钙逸出的光电子的最大初动能较小．根据p ＝2mE k 及p ＝hλ和c ＝λν知，钙逸出的光电子的特点是：动量较小、波长较长、频率较小．选项A 正确，选项B 、C 、D 错误．3．(多选)(2018·河北保定模拟)如图所示，这是一个研究光电效应的电路图，下列叙述中正确的是( ) A ．只调换电源的极性，移动滑片P ，当电流表示数为零时，电压表示数为遏止电压U 0的数值 B ．保持光照条件不变，滑片P 向右滑动的过程中，电流表示数将一直增大 C ．不改变光束颜色和电路，增大入射光束强度，电流表示数会增大 D ．阴极K 需要预热，光束照射后需要一定的时间才会有光电流解析：选AC.只调换电源的极性，移动滑片P ，电场力对电子做负功，当电流表示数为零时，则有eU ＝12mv 2m ，那么电压表示数为遏止电压U 0的数值，故A 项正确；当其他条件不变，P 向右滑动，加在光电管两端的电压增加，光电子运动更快，由I ＝q t得电流表读数变大，若电流达到饱和电流，则电流表示数不会增大，B 项错误；只增大入射光束强度时，单位时间内光电子数变多，电流表示数变大，C 项正确；因为光电效应的发生是瞬间的，阴极K 不需要预热，所以D 项错误．4．小明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．已知普朗克常量h ＝6.63×10－34J ·s.(1)图甲中电极A 为光电管的________(选填“阴极”或“阳极”)； (2)实验中测得铷的遏止电压U c 与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc ＝________Hz ，逸出功W 0＝________J ；(3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014Hz ，则产生的光电子的最大初动能E k ＝________J. 解析：(1)在光电效应中，电子向A 极运动，故电极A 为光电管的阳极． (2)由题图可知，铷的截止频率νc 为5.15×1014Hz ，逸出功W 0＝h νc ＝6.63×10－34×5.15×1014J ≈3.41×10－19J.(3)当入射光的频率为ν＝7.00×1014Hz 时，由E k ＝h ν－h νc 得，光电子的最大初动能为E k ＝6.63×10－34×(7.00－5.15)×1014 J ≈1.23×10－19 J.答案：(1)阳极(2)5.15×1014[(5.12～5.18)×1014均视为正确] 3.41×10－19[(3.39～3.43)×10－19均视为正确](3)1.23×10－19[(1.21～1.25)×10－19均视为正确]。
2020版高考一轮复习：第12章 3 章末热点集训 近代物理
章末热点集训对光电效应的理解和应用(2016·高考江苏卷)几种金属的逸出功W 0见下表：为4.0×10－7～7.6×10－7m ，普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s.[解析] 光子的能量E ＝hc λ，取λ＝4.0×10－7 m ，则E≈5.0×10－19J根据E ＞W 0判断，钠、钾、铷能发生光电效应． [答案] 钠、钾、铷1.用如图所示的光电管研究光电效应的实验中，用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转．而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，那么( )A．a光的频率一定小于b光的频率B．只增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大C．增加b光的强度可能使电流计G的指针发生偏转D．用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电流是由d到c解析：选B.由于用单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转，说明发生了光电效应，而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，说明b光不能发生光电效应，即a光的频率一定大于b光的频率；增加a光的强度可使单位时间内逸出光电子的数量增加，则通过电流计G的电流增大，因为b光不能发生光电效应，所以即使增加b光的强度也不可能使电流计G的指针发生偏转；用a光照射光电管阴极K时，通过电流计G的电子的方向是由d到c，所以电流方向是由c到d，选项A、C、D错误，选项B正确．氢原子能级跃迁问题氢原子基态的能量为E1＝－13.6eV.大量氢原子处于某一激发态．由这些氢原子可能发出的所有的光子中，频率最大的光子能量为－0.96E1，频率最小的光子的能量为________eV(保留2位有效数字)，这些光子可具有________种不同的频率．[解析] 频率最大的光子对应于从最高能级向基态的跃迁，则有E n－E1＝－0.96E1，又因为E n＝1n2E1，故可得n＝5，因而频率最小的光子对应于从n＝5到n＝4的能级跃迁，具有的能量ΔE＝E5－E4＝E125－E1 16＝0.31 eV，因氢原子是大量的，故由C25＝10知可具有10种不同频率的光子．[答案] 0.31 102.(2019·北京海淀高三模拟)已知氦离子(He＋)的能级图如图所示，根据能级跃迁理论可知( )A．氦离子(He＋)从n＝4能级跃迁到n＝3能级比从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出光子的频率低B．大量处在n＝3能级的氦离子(He＋)向低能级跃迁，只能发出2种不同频率的光子C．氦离子(He＋)处于n＝1能级时，能吸收45 eV的能量跃迁到n＝2能级D．氦离子(He＋)从n＝4能级跃迁到n＝3能级，需要吸收能量解析：选A.氦离子的跃迁过程类似于氢原子，从高能级到低能级跃迁过程中要以光子的形式放出能量，而从低能级向高能级跃迁的过程中吸收能量，且吸收(或放出)的能量满足能级的差值，即ΔE＝E m－E n，故C、D错误；大量的氦离子从高能级向低能级跃迁的过程中，辐射的光子种类满足组合规律即C2n，故B错误．核能的计算现有两动能均为E0＝0.35 MeV的21H在一条直线上相向运动，两个21H发生对撞后能发生核反应，得到32He和新粒子，且在核反应过程中释放的能量完全转化为32He 和新粒子的动能．已知21H的质量为2.014 1 u，32He的质量为3.016 0 u，新粒子的质量为1.008 7 u，核反应时质量亏损1 u释放的核能约为931 MeV(如果涉及计算，结果保留整数)．则下列说法正确的是( ) A．核反应方程为21H＋21H→32He＋11HB．核反应前后不满足能量守恒定律C．新粒子的动能约为3 MeVD.32He的动能约为4 MeV[解析] 由核反应过程中的质量数和电荷数守恒可知21H＋21H→32He＋10n，则新粒子为中子10n，所以A错误；核反应过程中质量亏损，释放能量，亏损的质量转变为能量，仍然满足能量守恒定律，B错误；由题意可知ΔE＝(2.014 1 u×2－3.016 0 u－1.008 7 u)×931 MeV/u＝3.3 MeV，根据核反应中系统的能量守恒有E kHe＋E kn＝2E0＋ΔE，根据核反应中系统的动量守恒有p He－p n＝0，由E k＝p22m ，可知E kHeE kn＝m nm He，解得E kHe＝m n m n ＋m He ·(2E 0＋ΔE)≈1 MeV，E kn ＝m Hem n ＋m He(2E 0＋ΔE)≈3 MeV，所以C 正确、D 错误． [答案] C3.海水中含有丰富的氘，完全可充当未来的主要能源．两个氘核的核反应产生一个32He 核和一个粒子，其中氘核的质量为2.013 0 u ，氦核的质量为3.015 0 u ，中子的质量为1.008 7 u ．(1 u ＝931.5 MeV)，求：(1)写出核反应方程； (2)核反应中释放的核能；(3)在两个氘核以相等的动能0.35 MeV 进行对心碰撞，并且核能全部转化为机械能的情况下，反应中产生的粒子和氦核的动能．解析：(1)核反应方程为：21H ＋21H→32He ＋10n. (2)核反应中的质量亏损为Δm＝2m H －m He －m n ， 由ΔE＝Δmc 2可知释放的核能： ΔE＝(2m H －m He －m n )c 2＝2.14 MeV.(3)把两个氘核作为一个系统，碰撞过程系统的动量守恒，由于碰撞前两氘核的动能相等，其动量等大反向，因此反应前后系统的总动量为零，即m He v He ＋m n v n ＝0；反应前后系统的总能量守恒，即12m He v 2He ＋12m n v 2n＝ΔE＋2E kH ，又因为m He ∶m n ＝3∶1，所以v He ∶v n ＝1∶3，由以上各式代入已知数据得：E kHe ＝0.71 MeV ，E kn ＝2.13 MeV.答案：(1)21H ＋21H→32He ＋10n (2)2.14 MeV (3)2.13 MeV 0.71 MeV。
高考物理大一轮复习 第12章 近代物理初步章末检测
拾躲市安息阳光实验学校章末检测十二近代物理初步(时间：60分钟满分：100分)一、选择题(本题共8小题，每小题6分，共48分，1～5题每小题只有一个选项正确，6～8小题有多个选项符合题目要求，全选对得6分，选对但不全得3分，有选错的得0分)1．下列说法正确的是( )A．玻尔建立了量子理论，成功解释了各种原子发光现象B．德布罗意首先提出了物质波的猜想，而电子衍射实验证实了他的猜想C．普朗克通过对黑体辐射的研究，第一次提出了光子的概念D．卢瑟福通过α粒子轰击氮核实验的研究，发现了中子解析：选B.玻尔建立了量子理论，成功解释了氢原子发光现象；但由于过多地保留了经典电磁学的理论，还不能很好地解释其他的原子的发光现象，故A错误；德布罗意首先提出了物质波的猜想，而电子衍射实验证实了他的猜想，故B正确；普朗克通过对黑体辐射的研究，第一次提出了量子理论的概念；故C错误；卢瑟福在用α粒子轰击金箔的实验中发现了质子，提出原子核式结构学说，故D错误．2．关于光电效应的规律，下面说法中正确的是( )A．当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，则入射光的频率越高，产生的光电子的最大初动能也就越大B．当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，如果入射光的强度减弱，从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加C．对某金属来说，入射光波长必须大于一极限值，才能产生光电效应D．同一频率的光照射不同金属，如果都能产生光电效应，则所有金属产生的光电子的最大初动能一定相同解析：选A.从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔只与光和金属种类有关，B错；由光电效应方程可知入射光波长必须小于一极限值，才能产生光电效应，光子的最大初动能与入射光的频率和金属的种类有关，C、D 错．3．下列与α粒子相关的说法中正确的是( )A．天然放射现象中产生的α射线速度与光速度相当，穿透能力很强B.238 92U(铀238)核放出一个α粒子后就变为234 90Th(钍234)C．高速α粒子轰击氮核可从氮核中打出中子，核反应方程为42He＋14 7N→16 8O ＋10nD．丹麦物理学家玻尔进行了α粒子散射实验并首先提出了原子的核式结构模型解析：选B.α射线是速度为0.1c的氦核流，穿透能力最弱，A错误．由核反应过程中质量数、核电荷数守恒可知B项正确．C项中核电荷数和质量数都不守恒，C错误．D项中的物理学家不是玻尔而是卢瑟福，所以D错误．4．下列说法正确的是( )A．光电效应是原子核吸收光子向外释放电子的现象B．天然放射性现象说明原子具有复杂的结构C．一个氘核的质量小于一个质子和一个中子的质量和D．已知钴60的半衰期为5.27年，则任一个钴60原子核都将在5.27年内发生衰变解析：选C.光电效应是原子中的电子吸收光子，从而摆脱原子核的束缚，向外释放光电子的现象，故A错误；天然放射性现象说明原子核具有复杂的结构，选项B错误；当一个中子和一个质子结合成一个氘核时，有质量亏损，氘核的质量小于中子与质子的质量之和，选项C正确；半衰期只对大量的原子核有统计规律，对少量的原子核不适用，故选项D错误；故选C.5. 下列说法正确的是( )A．根据ΔE＝Δmc2可知，在核裂变过程中减少的质量转化成了能量B．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变C．卢瑟福首先发现了铀和含铀矿物的天然放射现象D．由氢原子能级示意图知，处于基态的氢原子至少要吸收13.60 eV的能量才能发生电离解析：选D.爱因斯坦的质能方程E＝mc2，不是质量和能量可以相互转化，二者概念根本不同，当发生质量亏损时，质量只是以光子形式发射出去，故A 错误；太阳辐射的能量主要来自太阳内部的聚变反应，故B错误；贝克勒尔发现了铀和含铀矿物的天然放射现象，故C错误；基态的氢原子能量为－13.6 eV，则基态氢原子发生电离，吸收的能量需大于等于13.6 eV，故D正确．6. 如图所示，是国家国防科技工业局首次发布的“嫦娥二号”月面虹湾局部影像图，科学家发现在月球上含有丰富的32He(氦3)．它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为32He＋32He→ 211H＋42He.关于32He聚变下列表述正确的是( )A．聚变反应不会释放能量B．聚变反应产生了新的原子核C．聚变反应会有质量亏损D．目前核电站都采用32He聚变反应发电解析：选BC.聚变反应和裂变反应是根据爱因斯坦质能方程所发现的两种亏损质量释放能量的核反应方式，答案C对A错．聚变反应是两个质量较小的核结合成一个中等质量的核，有新核产生，答案B对．与裂变相比，聚变反应目前还不能控制反应速度，使用的仅有氢弹，太阳也是聚变反应，都不可控，所以核电站都是裂变反应，答案D错．7．实物粒子和光都具有波粒二象性，下列事实中突出体现波动性的是( )A ．电子束通过双缝实验后可以形成干涉图样B ．β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹C ．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构D ．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构解析：选ACD.干涉是波具有的特性，电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，说明电子具有波动性，所以A 正确；β粒子在云室中受磁场力的作用，做的是圆周运动，与波动性无关，所以B 错误；可以利用慢中子衍射来研究晶体的结构，说明中子可以产生衍射现象，说明具有波动性，所以C 正确；人们利用电子显微镜观测物质的微观结构，说明电子可以产生衍射现象，说明具有波动性，所以D 正确．8．用频率为ν的光照射在某金属表面时产生了光电子，当光电子垂直射入磁感应强度为B 的匀强磁场中做匀速圆周运动时，其最大半径为R ，若以W 表示逸出功，m 、e 表示电子的质量和电量，h 表示普朗克常数，则电子的最大初动能是( )A ．hν＋WB ．BeR mC ．hν－WD.B 2e 2R 22m解析：选CD.根据光电效应方程得E k ＝hν－W ，故选项C 正确；光电子在磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，根据牛顿第二定律得：evB＝mv 2R ，则v ＝eBRm，最大初动能的光电子垂直进入匀强磁场，半径最大，所以最大初动能E k ＝12mv 2＝B 2e 2R 22m，故选项D 正确．二、非选择题(共4小题，52分)9．(12分)已知铯的逸出功为1.9 eV ，现用波长为4.3×10－7m 的入射光照射金属铯．(1)能否发生光电效应？(2)若能发生光电效应，求光电子的德布罗意波波长最短为多少．(电子的质量为m ＝0.91×10－30kg)解析：(1)入射光子的能量E ＝hν＝h c λ＝6.626×10－34×3.0×1084.3×10－7×11.6×10－19 eV≈2.9 eV. 由于E ＝2.9 eV>W 0，所以能发生光电效应． (2)根据光电效应方程可得光电子的最大初动能E k ＝hν－W 0＝1.6×10－19J而光电子的最大动量p ＝2mE k ，则光电子的德布罗意波波长的最小值λmin ＝h p ＝ 6.626×10－342×0.91×10－30×1.6×10－19m≈1.2×10－9m.答案：(1)能(2)1.2×10－9m10. (12分)如图所示，氢原子从n＞2的某一能级跃迁到n＝2的能级，辐射出能量为2.55 eV的光子．问：(1)最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量，才能使它辐射上述能量的光子？(2)请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图．解析：(1)氢原子从n＞2的某一能级跃迁到n＝2的能级，辐射光子的频率应满足：hν＝E n－E2＝2.55 eV.E n＝hν＋E2＝－0.85 eV，所以n＝4.基态氢原子要跃迁到n＝4的能级，应提供ΔE＝E4－E1＝12.75 eV(2)辐射跃迁图如图所示．答案：(1)12.75 eV (2)跃迁图见解析11．(14分)某些建筑材料可产生放射性气体——氡，氡可以发生α或β衰变，如果人长期生活在氡浓度过高的环境中，那么，氡经过人的呼吸道沉积在肺部，并放出大量的射线，从而危害人体健康．原来静止的氡核(222 86Rn)发生一次α衰变生成新核钋(P0)，并放出一个能量为E0＝0.09 MeV的光子．已知放出的α粒子动能为Eα＝5.55 MeV；忽略放出光子的动能，但考虑其能量；1 u ＝931.5 MeV/c2.(1)写出衰变的核反应方程；(2)衰变过程中总的质量亏损为多少？(保留三位有效数字)解析：(1)衰变方程为：222 86Rn→218 86Po＋42He；(2)忽略放出光子的动量，根据动量守恒定律，0＝pα＋p P0，即新核钋(P0)的动量与α粒子的动量大小相等，又E k＝p22m，可求出新核钋(P0)的动能为E P0＝4218Eα由题意，质量亏损对应的能量以光子的能量和新核、α粒子动能形式出现衰变时释放出的总能量为ΔE＝Eα＋E P0＋E0＝Δmc2故衰变过程中总的质量亏损是Δm＝111Eα＋109E0109c2＝0.006 16 u.答案：(1)222 86Rn→218 86Po＋42He (2)0.006 16 u12．(14分)用速度大小为v的中子轰击静止的锂核63Li，发生核反应后生成氚核和α粒子，生成的氚核速度方向与中子的速度方向相反，氚核与α粒子的速度之比为7∶8，中子的质量为m，质子的质量可近似看作m，光速为c.(1)写出核反应方程；(2)求氚核和粒子的速度大小；(3)若核反应过程中放出的核能全部转化为α粒子和氚核的动能，求出质量亏损．解析：(1)根据质量数守恒与电荷数守恒，则有核反应方程为：10n ＋63Li→31H ＋42He(2)由动量守恒定律得：m n v ＝－m H v 1＋m He v 2 由题意得：v 1∶v 2＝7∶8 解得：v 1＝7v 11，v 2＝8v11.(3)氚核和α粒子的动能之和为： E k ＝12·3mv 21＋12·4mv 22＝403243mv 2释放的核能为：ΔE ＝E k －E k n ＝403243mv 2－12mv 2＝141121mv 2由爱因斯坦质能方程得，质量亏损为 Δm ＝ΔE c 2＝141mv2121c 2答案：(1)10n ＋63Li→31H ＋42He (2)v 1＝7v 11 v 2＝8v 11 (3)141mv 2121c2。
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第1讲 光电效应
1．(2017·高考北京卷)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：选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 ＝h ν＝h c
λ≈2×10
－18
J ，故选
项B 正确．
2．(高考江苏卷)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：选A.根据爱因斯坦光电效应方程12mv 2
m ＝h ν－W .由题知W 钙>W 钾，所以钙逸出的光电子的最大初动能
较小．根据p ＝2mE k 及p ＝h
λ和c ＝λν知，钙逸出的光电子的特点是：动量较小、波长较长、频率较小．选
项A 正确，选项B 、C 、D 错误．
3．(多选)
(2018·河北保定模拟)如图所示，这是一个研究光电效应的电路图，下列叙述中正确的是( ) A ．只调换电源的极性，移动滑片P ，当电流表示数为零时，电压表示数为遏止电压U 0的数值 B ．保持光照条件不变，滑片P 向右滑动的过程中，电流表示数将一直增大 C ．不改变光束颜色和电路，增大入射光束强度，电流表示数会增大 D ．阴极K 需要预热，光束照射后需要一定的时间才会有光电流
解析：选AC.只调换电源的极性，移动滑片P ，电场力对电子做负功，当电流表示数为零时，则有eU ＝12mv 2
m ，
那么电压表示数为遏止电压U 0的数值，故A 项正确；当其他条件不变，P 向右滑动，加在光电管两端的电压增
加，光电子运动更快，由I ＝q t
得电流表读数变大，若电流达到饱和电流，则电流表示数不会增大，B 项错误；只增大入射光束强度时，单位时间内光电子数变多，电流表示数变大，C 项正确；因为光电效应的发生是瞬间的，阴极K 不需要预热，所以D 项错误．
4．小明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．已知普朗克常量h ＝6.63×10
－34
J ·s.
(1)图甲中电极A 为光电管的________(选填“阴极”或“阳极”)； (2)实验中测得铷的遏止电压U c 与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc ＝
________Hz ，逸出功W 0＝________J ；
(3)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E k ＝________J. 解析：(1)在光电效应中，电子向A 极运动，故电极A 为光电管的阳极． (2)由题图可知，铷的截止频率νc 为5.15×1014
Hz ，逸出功W 0＝h νc ＝6.63×10－34
×5.15×1014
J ≈3.41
×10
－19
J.
(3)当入射光的频率为ν＝7.00×1014
Hz 时，由E k ＝h ν－h νc 得，光电子的最大初动能为
E k ＝6.63×10－34×(7.00－5.15)×1014 J ≈1.23×10－19 J.
答案：(1)阳极
(2)5.15×1014
[(5.12～5.18)×1014
均视为正确] 3.41×10－19
[(3.39～3.43)×10
－19
均视为正确]
(3)1.23×10
－19[(1.21～1.25)×10
－19
均视为正确]。