2019届高考物理一轮复习 第12章 近代物理 第一节 光电效应 波粒二象性达标诊断高效训练

第一节光电效应波粒二象性
(建议用时：60
分钟)
一、单项选择题
1．(2018·茂名模拟)用一束紫外线照射某金属时不能发生光电效应，可能使该金属发生光电效应的措施是( )
A．改用红光照射
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
解析：选B.根据光电效应发生的条件ν＞ν0，必须用能量更大，即频率更高的粒子．能否发生光电效应与光的强度和照射时间无关．X射线的频率大于紫外线的频率．故A、C、D错误，B正确．
2．关于光电效应的规律，下列说法中正确的是( )
A．发生光电效应时，不改变入射光的频率，增大入射光强度，则单位时间内从金属内逸出的光电子数目增多
B．光电子的最大初动能跟入射光强度成正比
C．发生光电效应的反应时间一般都大于10－7 s
D．只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能发生
解析：选A.发生光电效应时，不改变入射光的频率，增大入射光强度，则单位时间内打到金属上的光子个数增加，则从金属内逸出的光电子数目增多，选项A正确；光电子的最大初动能跟入射光强度无关，随入射光的频率增大而增大，选项B错误；发生光电效应的反应时间一般都不超过10－9 s，选项C错误；只有入射光的频率大于该金属的极限频率时，即入射光的波长小于该金属的极限波长时，光电效应才能发生，选项D错误．
3．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( )
A.仅钠能产生光电子
C．仅铜、铂能产生光电子D．都能产生光电子
解析：选D.根据爱因斯坦光电效应方程可知，只有光源的波长小于某金属的极限波长，才有光电子逸出，该光源发出的光的波长有小于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．
4．(2018·湖北八校联考)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止电压U c和入射光的频率ν的几组数据．
由以上数据应用
则这种金属的截止频率约为( )
A．3.5×1014Hz B．4.3×1014Hz
C．5.5×1014Hz D．6.0×1014Hz
解析：选B.遏止电压为零时，入射光的频率等于截止频率，根据方程U c＝0.397 3ν
1014
－1.702 4，当U c＝0时，解得ν≈4.3×1014Hz，B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．10－12 J
解析：选B.光子的能量E＝hν，c＝λν，联立解得E≈2×10－18 J，B项正确．
6．(2018·江苏苏锡常镇四市调研)如图所示为研究光电效应现象的实验，电路中所有元件完好，当光照射到光电管上时，灵敏电流计中没有电流通过，可能的原因是( )
A．入射光强度较弱
B．入射光波长太长
C．电源电压太高
D．光照射时间太短
解析：选B.光的强度和光照时间都不能决定能否发生光电效应；光照射到光电管上时，灵敏电流计中没有电流通过，则可能是没有发生光电效应，即入射光的频率过小，波长较大造成的；电源电压也不能决定光电管中能否有光电流；故选项B正确，A、C、D错误．
7．1927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．如图所示的是该实验装置的简化图，下列说法错误的是( )
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
答案：C
二、多项选择题
8．如图甲所示为实验小组利用100多个电子通过双缝后的部分干涉图样，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( )
A．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
解析：选AD.题图甲中的每一个电子都是一个点，说明少数粒子体现粒子性，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粒子表现为波动性，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．(2018·黑龙江双鸭山市一中模拟)用两束频率相同，光照强度不同的紫外线去照射两种不同金属板，都能产生光电效应，则( )
A．金属板带正电，原因为有电子从金属板逸出
B．用强度大的紫外线照射时，所产生的光电子的初速度一定大
C ．从极限频率较小的金属中飞出的光电子的初动能一定大
D ．由光照强度大的紫外线所照射的金属，单位时间内产生的光电子数目一定多
解析：选ACD.因为有电子从金属板逸出，故金属板带正电，选项A 正确；光电子最大初动能与入射光的强度无关，故B 错误；由E kmax ＝h ν－W 逸出功＝h ν－h ν0可知，从极限频率较小的金属中飞出的光电子的初动能一定大，选项C 正确；单位时间内产生的光电子数目与入射光的强度有关，故强度较大的紫外线照射的金属，单位时间内产生的光电子数目一定多，故D 正确．
10．如图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
( )
A ．该金属的逸出功等于E
B ．该金属的逸出功等于h ν0
C ．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为E
D ．入射光的频率为ν02时，产生的光电子的最大初动能为E
2
解析：选ABC.由爱因斯坦光电效应方程E k ＝h ν－W 0知，当ν＝0时－W 0＝E k ，故W 0＝E ，A 项对；而E k ＝0时，
h ν＝W 0即W 0＝h ν0，B 项对；入射光的频率为2ν0时产生的光电子的最大初动能E km ＝2h ν0－h ν0＝h ν0＝E ，
C 项对；入射光的频率为ν0
2
时，不会发生光电效应，D 错．
11．研究光电效应规律的实验装置如图甲所示，以频率为ν的光照射光电管阴极K 时，有光电子产生．由于光电管K 、A 间加的是反向电压，光电子从阴极K 发射后将向阳极A 做减速运动．光电流i 由图中电流计G 测出，反向电压U 由电压表V 测出．当电流计的示数恰好为零时，电压表的示数称为反向截止电压U c ，在如图乙所示光电效应实验规律的图象中，正确的是( )
解析：选ACD.当反向电压U 与入射光频率ν一定时，光电流i 与光强成正比，所以A 图正确；频率为ν的入射光照射阴极所发射出的光电子的最大初动能为12m e v 2
max ＝h ν－W 0，而截止电压U c 与最大初动能的关系为eU c
＝12m e v 2
max ，所以截止电压U c 与入射光频率ν的关系是eU c ＝h ν－W 0，其函数图象不过原点，所以B 图错误；当光强与入射光频率一定时，单位时间内单位面积上逸出的光电子数及其最大初动能是一定的，所形成的光电流强度会随反向电压的增大而减少，所以C 图正确；根据光电效应的瞬时性规律，不难确定D 图是正确的． 三、非选择题
12．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G 表的电流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 m e ＝0.64×10－61.6×10
－19(个)＝4.0×1012(个)
光电子的最大初动能为：
E km ＝eU c ＝1.6×10－19 C ×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 c λ－h c
λ0，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。