高考物理专题81光电效应波粒二象性练习含解析

专题81 光电效应 波粒二象性
1．光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性.2.爱因斯坦光电效应方程：E k ＝hν－W 0.其中E k ＝eU c ，U c 为遏止电压．W 0＝hνc ，νc 为极限频率．
1．(2020·河南驻马店市3月模拟)用光电管进行光电效应实验中，分别用频率不同的单色光照射到同种金属上，下列说法正确的是( )
A ．频率较小的入射光，需要经过足够长的时间照射才能发生光电效应
B ．入射光的频率越大，极限频率就越大
C ．入射光的频率越大，遏止电压就越大
D ．入射光的强度越大，光电子的最大初动能就越大
答案 C
解析 如果入射光的频率低于金属的极限频率，无论时间多长，无论光的强度多大，都不会发生光电效应，故A 错误；金属材料的性质决定金属的逸出功，而逸出功决定金属的极限频率，与入射光的频率无关，故B 错误；根据eU c ＝hν－W 0可知，入射光的频率越大，遏止电压就越大，故C 正确；根据爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W 0，可知光电子的最大初动能随照射光的频率增大而增大，与入射光的强度无关，故D 错误．
2．2017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
－34 J·s，真空中光速c ＝3×108 m/s)( )
A ．10－21 J
B ．10－18 J
C ．10－15 J
D ．10－12 J
答案 B
解析 一个处于极紫外波段的光子的能量为E ＝hc λ＝1.98×10
－18 J ，则由题意可知，电离一个分子的能量与此值相近，B 选项最符合题意．
3．(2020·陕西宝鸡中学第三次模拟)下表给出了一些金属材料的逸出功，现用波长为400 nm 的单色光分别照射这5种材料，不能产生光电效应的材料最多有几种(h ＝6.6×10－34 J·s，c ＝3.00×108 m/s)( )
A.2种B．3种C．4种D．5种答案 B
解析波长为400 nm的单色光的光子能量hν＝h c
λ＝6.6×10－34×
3×108
400×10－9
J＝4.95×10－
19 J
由于光子能量小于镁、铍、钛三种材料的逸出功，根据爱因斯坦的光电效应方程，这三种材料不能产生光电效应，故B正确，A、C、D错误．
4.(多选)(2020·广东六校联盟第一次联考)如图1所示，在光电效应实验中，用频率为νa 的单色光a照射到光电管的阴极K上，光电子的最大初动能为E k a，遏止电压为U c.下列说法正确的是( )
图1
A．若换用频率小的单色光b做实验，一定不能发生光电效应
B．若换用频率大的单色光b做实验，则最大初动能满足E k b＞E k a
C．若实验中增大单色光a强度，则遏止电压也会增大
D．增大单色光a的强度，保持滑片P不动，光电流变大
答案BD
解析根据光电效应的产生条件可知，入射光的频率大于或等于极限频率才能发生光电效应，若换用频率小的单色光b做实验，也可能发生光电效应，故A错误；若换用频率大的单色光b做实验，根据光电效应方程可知，E km＝hν－W0，最大初动能增大，满足E k b>E k a，故B正确；根据动能定理可知，eU c＝E km，增大单色光a强度，遏止电压不会增大，故C错误；增大单色光a的强度，保持滑片P不动，则光电子增多，光电流变大，故D正确．
5．(多选)(2020·浙江嘉、丽3月联考)某同学用某一金属为阴极的光电管观测光电效应现象，实验装置示意图如图2甲所示．测得该金属的遏止电压U c与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s.则( )
图2
A．图甲中电极A为光电管的阳极
B．探究遏止电压U c与入射光频率ν关系时，电源的左侧是正极
C．该金属的截止频率νc为5.15×1014 Hz
D．该金属的逸出功为3.41×10－19 eV
答案AC
解析电子从金属板上射出后被电场加速，由此可知A板为正极即为阳极，故A正确；探究遏止电压U c与入射光频率ν关系时，电源的左侧是阴极，故B错误；由E k＝hν－W0和eU c ＝E k得：eU c＝hν－W0，因此当遏止电压为零时，hνc＝W0，由此，结合图中数据可知该金属的截止频率νc为5.15×1014 Hz，故C正确；根据图象可知截止频率νc为5.15×1014 Hz，则该金属的逸出功：W0＝hνc＝6.63×10－34×5.15×1014J≈3.41×10－19J≈2.13 eV，故D 错误．
6．(2020·浙江宁波市“十校联考”)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3.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W0为逸出功，h为普朗克常量，e 为电子电荷量)( )
图3
A ．U ＝hνe －W 0e
B ．U ＝2hνe －W 0e
C ．U ＝2hν－W 0
D ．U ＝5hν2e －W 0e
答案 B 解析 发生光电效应时有E k ＝nhν－W 0(n ＝2,3,4…)
在K 、A 间逐渐增大U ，当光电流为零时，
由－eU ＝0－E k
得U ＝nhνe －W 0e
(n ＝2,3,4…)，故B 项正确． 7．(多选)(2020·浙江高三二模)在光电效应实验中，某同学按如图4a 方式连接电路，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b 所示．则可判断出( )
图4
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 ．仅将滑动变阻器的滑动触头向右滑动，则微安表的示数可能为零
D ．甲光的光强大于乙光的光强
答案 BD
解析 根据eU c ＝E k ＝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，故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，故B 正确；由题图可知，光电管两端加的是正向电压，仅将滑动变阻器的触头向右滑动，不改变光的强度，则微安表的示数不可能为零，故C 错误；饱和光电流与入射光的强度有关，光的频率一定时，光强越强，饱和光电流越大，由题图可知，甲光饱和光电流大于乙光饱和光电流，因此甲光的光强大于乙光的光强，故D 正确．。