2017年高考物理一轮复习 第13章 动量守恒定律 波粒二象性 第2讲 光电效应 波粒二象性课时作业

光电效应波粒二象性
一、选择题(1～5题为单选题，6～12题为多选题)
1．某金属在一黄光照射下，正好有电子逸出，下述说法中正确的是导学号 05801642 ( )
A．增大光强，而不改变光的频率，光电子的最大初动能将不变
B．用一束更大强度的红光代替黄光，仍能发生光电效应
C．用强度相同的紫光代替黄光，光电流强度将不变
D．用强度较弱的紫光代替黄光，有可能不发生光电效应
答案：A
解析：逸出的光电子的最大初动能为：E km＝hν－W0，频率不变，故E km不变，A选项正确。

红光频率小于黄光频率，即小于极限频率，故不能发生光电效应，B选项错误。

由于紫光频率大于黄光频率，即使光强减小，仍能发生光电效应，因此D选项错误。

用强度相同的紫光代替黄光，使得入射光的光子数减少，导致光电子数减少，形成的光电流强度将减小，C选项错误。

2．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。

这些照片说明导学号 05801643( )
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
答案：D
解析：由这些照片可以看出，少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动呈现出波动性，故D正确。

3．(2015·浙江宁波期末)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导学号 05801644 ( )
A.
λ1λ2
λ1＋λ2
B．
λ1λ2
λ1－λ2
C.
λ1＋λ2
2 D ．λ1－λ22
答案：A
解析：中子的动量p 1＝h λ1，氘核的动量p 2＝h
λ2
，对撞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波长λ3＝h p 3＝
λ1λ2
λ1＋λ2
，A 正确。

4．(2013·北京卷)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)导学号 05801645( )
A ．U ＝
h νe －W
e
B ．U ＝2h νe －W e
C ．U ＝2hv －W
D ．U ＝5h ν2e －W e
答案：B
解析：用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在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。

由题意知最大初动能E k ＝eU ，根据光电效应方程有：nh ν＝W ＋E k ＝W ＋eU (n ≥2)，得：U ＝
nh ν－W
e
(n ≥2)，则B 项正确，其他选项错误。

5．在光电效应实验中，飞飞同学用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(甲光、乙光、丙光)，如图所示。

则可判断出导学号 05801646( )
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的光电子最大初动能 答案：B
解析：该题考查了光电效应问题，应根据截止电压判断频率。

由eU c ＝12mv 2
＝h ν－W 可
知ν
丙
>ν
甲
＝ν
乙
λ
甲
＝λ
乙
>λ
丙
，所以A 、D 错，B 对。

由于h ν0＝W ，所以C 错。

6．用频率为ν1的单色光照射某种金属表面，发生了光电效应现象，现改为频率为ν2
的另一单色光照射该金属表面，下面说法正确的是导学号 05801647( )
A ．如果ν2>ν1，能够发生光电效应
B ．如果ν2<ν1，不能够发生光电效应
C ．如果ν2>ν1，逸出光电子的最大初动能增大
D ．如果ν2>ν1，逸出光电子的最大初动能不受影响 答案：AC
解析：用频率为ν1的光照射可以发生光电效应，ν2>ν1所以也能发生光电效应，由E km
＝h ν－W 0知，E km 增加。

7．(2015·陕西渭南质检)分别用波长为λ和2λ的光照射同一种金属，产生的速度最快的光电子速度之比为。

普朗克常量和真空中光速分别用h 和c 表示，那么下列说法
正确的有导学号 05801648( )
A ．该种金属的逸出功为hc
3λ
B ．该种金属的逸出功为hc
λ
C ．波长超过2λ的光都不能使该金属发生光电效应
D ．波长超过4λ的光都不能使该金属发生光电效应 答案：AD
解析：由h ν＝W 0＋E k 知h c λ＝W 0＋12mv 21，h c 2λ＝W 0＋12mv 22，又v 1＝2v 2，得W 0＝hc
3λ
，A 正
确，B 错误。

光的波长小于或等于3λ时都能发生光电效应，C 错误，D 正确。

8．(2013·上海高考)某半导体激光器发射波长为1.5×10－6 m ，功率为5.0×10－3
W 的连续激光。

已知可见光波长的数量级为10－7 m ，普朗克常量h ＝6.63×10－34
J·s，该激光
器发出的导学号 05801649( )
A ．是紫外线
B ．是红外线
C ．光子能量约为1.3×10
－18
J
D ．光子数约为每秒3.8×1016
个 答案：BD
解析：由于激光波长大于可见光波长，所以该激光器发出的是红外线，选项B 正确，A 错误。

由E ＝hc
λ可得光子能量约为E ＝6.63×10－34×3×108
1.5×10－6
J ＝1.3×10－19
J ，选项C 错误。

光子数约为每秒n ＝P
E
＝3.8×1016
个，选项D 正确。

9．1927年戴维孙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，下列说法正确的是导学号 05801650( )
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：ABD
解析：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。

10．如图是某金属在光的照射下，光电子的最大初动能E
k 与入射光频率ν的关系图象，由图象可知导学号 05801651( )
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2E
D ．入射光的频率为ν0/2时，产生的光电子的最大初动能为
E /2 答案：AB
解析：由于E k ＝h ν－W 0，结合图象可知逸出功W 0＝E ，又极限频率为ν0，则逸出功也可表示为h ν0，选项AB 正确；当入射光的频率为2ν0时，入射光子的能量为E 0＝2h ν0，则
E k ＝2h ν0－h ν0＝h ν0＝E ，C 错误；当入射光的频率为
ν0
2
时，该金属不能产生光电效应现象，D 错误。

11．(2015·天津六校联考)关于光电效应，下列说法正确的是导学号 05801652( ) A ．极限频率越大的金属材料逸出功越大
B ．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应
C ．从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小
D ．入射光的频率一定时，光强越大，单位时间内逸出的光电子数就越多 答案：AD
解析：由W 0＝h ν0可知A 正确；照射光的频率大于极限频率时才能发生光电效应，B 错误；由E k ＝h ν－W 0可知C 错误；入射光的频率一定时，强度越大，单位时间内逸出的光电子数越多，故D 正确。

12．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 的关系如图所示。

则这两种光导学号 05801653( )
A ．照射该光电管时a 光使其逸出的光电子最大初动能大
B ．从同种玻璃射入空气发生全反射时，a 光的临界角大
C ．通过同一装置发生双缝干涉，a 光的相邻条纹间距大
D ．通过同一玻璃三棱镜时，a 光的偏折程度大 答案：BC
解析：由题图知，E km a <E km b ，故选项A 错误；对同一光电管，由光电效应方程E km ＝h ν－W 0，知νa <νb ，由sin C ＝1n 知，C a >C b ，故选项B 正确；由Δx ＝L d λ及λ＝c
ν知，频率越小
波长越长，间距越大，即Δx a >Δx b ，故选项C 正确；因νa <νb ，所以通过三棱镜时，b 的偏折程度大，故选项D 错误。

二、非选择题
13．(2015·云南昆明一中测试)紫光在真空中的波长为4.5×10－7
m 。

导学号 05801654 (1)紫光光子的能量是多少？
(2)用它照射极限频率为νC ＝4.62×1014
Hz 的金属钾能否产生光电效应？ (3)若能产生，则光电子的最大初动能为多少？(h ＝6.63×10－34
J·s)
答案：(1)4.42×10
－19
J (2)能 (3)1.36×10
－19
J
解析：(1)E ＝h ν＝h c
λ
＝4.42×10－19
J
(2)ν＝c
λ≈6.67×1014
Hz ，因为ν>νc ，所以能产生光电效应
(3)光电子的最大初动能为E k ＝h ν－W 0＝h (ν－ν0)≈1.36×10
－19
J
14．某光源能发出波长λ＝0.60μm 的可见光，用它照射某金属可发生光电效应，产生光电子的最大初动能E k ＝4.0×10
－20
J 。

已知普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s，光速c ＝
3.0×108
m/s 求：(计算结果保留两位有效数字)导学号 05801655
(1)该可见光中每个光子的能量； (2)该金属的逸出功。

答案：(1)3.3×10
－19
J (2)2.9×10
－19
J
解析：(1)E ＝h c
λ＝3.3×10
－19
J 。

(2)W ＝E －E k ＝2.9×10
－19
J 。

15．(2015·潍坊模拟)某同学采用如图所示的实验电路研究光电效应，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，此时电压的示数
U 称为反向遏止电压。

根据反向遏止电压，可以计算出光电子的最大初动能。

现分别用频率
为ν1和ν2的单色光照射阴极，测量到反向遏止电压分别为U 1和U 2，求：导学号 05801656
(1)阴极K 所用金属的极限频率； (2)用题目中所给条件表示普朗克常量h 。

答案：(1)
U 1ν2－U 2ν1U 1－U 2 (2)e U 1－U 2
ν1－ν2
解析：由光电效应方程可得：
h ν1－W ＝E k1 h ν2－W ＝E k2
又E k1＝U 1e
E k2＝U 2e
极限频率ν0＝W h
由以上各式联立可得： ν0＝
U 1ν2－U 2ν1U 1－U 2 h ＝e U 1－U 2
ν1－ν2。

16．在实验室的一个密闭暗箱内，依次放置小灯泡(紧靠暗箱左壁)、烟熏黑的玻璃、狭缝、针尖、感光胶片(紧靠暗箱右壁)，如图所示。

小灯泡发出的光通过熏黑的玻璃后变得十分微弱，经三月曝光，感光胶片上“针尖造影”的周围，才出现非常清晰的衍射条纹。

测量结果表明，每秒到达胶片的“光能量”为5×10
－13
J 。

已知有效光波波长为500nm ，暗箱长度
为1.2m ，设光子依次通过狭缝，普朗克恒量6.63×10－34
J·s，求：导学号 05801657
(1)每秒到达胶片的光子数；
(2)光束中“两相邻光子”先、后到达胶片的时间及其平均距离； (3)第(2)问的结果，能否支持光是“概率波”？请简要说明理由。

答案：(1)1.25×106
个 (2)8.0×10－7
s 2.4×102
m (3)否，理由见解析
解析：(1)设每秒到达胶片的“光能量”、光子的能量分别为E 0、E ，则依据已知条件、光子说等可得每秒到达胶片的光子数n ＝E 0E ＝E 0h ν＝E 0λhc
，代入已知数据，可得n ＝1.25×10
6
个。

(2)光子“依次”到达胶片，亦即狭缝仅容光子一个一个的通过。

已知暗箱长度为L ＝1.2m ，不难求出光束中两相邻光子先后到达胶片的时间Δt ＝L
n
＝8.0×10－7
s ；以及两相邻光子的平均距离Δs ＝c ·Δt ＝2.4×102
m 。

(3)分析第(2)问的结果，Δs ≫L ，可知在熏黑的玻璃“右侧”不可能同时有两个运动的光子，表明衍射条纹绝不是光子相互作用产生的，而是不同时刻到达胶片的许多光子、各自独立作用的积累效果。

在胶片的衍射明纹、暗纹区，则分别表明光子到达该处的“机会”较大、较小，亦即光是一种“概率波”。