2019届高考物理总复习 第十二章 近代物理 第一节 光电效应测试题
2019届高考物理总复习 第十二章 近代物理章末过关检测
章末过关检测(十二)(时间:60分钟 满分:100分)一、单项选择题(本题共6小题,每小题6分,共36分.在每小题给出的四个选项中,只有一个选项正确)1.关于天然放射性,下列说法不正确的是( )A .所有元素都有可能发生衰变B .放射性元素的半衰期与外界的温度无关C .放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D .α、β和γ三种射线中,γ射线的穿透能力最强解析:选A.自然界中绝大部分元素没有放射现象,选项A 错误;放射性元素的半衰期只与原子核结构有关,与其他因素无关,选项B 、C 正确;α、β和γ三种射线电离能力依次减弱,穿透能力依次增强,选项D 正确.2.由于放射性元素23793Np 的半衰期很短,所以在自然界中一直未被发现,只是在使用人工的方法制造后才被发现.已知237 93Np 经过一系列α衰变和β衰变后变成209 83Bi ,下列选项中正确的是( )A.209 83Bi 的原子核比237 93Np 的原子核少28个中子B.237 93Np 经过衰变变成209 83Bi ,衰变过程可以同时放出α粒子、β粒子和γ粒子C .衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变=126,237 93Np 的中子数为237-93=144,209 83Bi 的原237 93Np 经过一系列α衰变和β衰变后变成209 83Bi ,γ粒子,不能同时放出三种粒子,B 错误;衰7次,β衰变的次数为2×7-(93-83)=4(次),C D 错误.下列各图画出的( )解析:选C.α粒子与原子核相互排斥,A 、D 错误;运动轨迹与原子核越近,力越大,运动方向变化越明显,B 错误,C 正确.4.(2015·高考北京卷)下列核反应方程中,属于α衰变的是( )A.14 7N +42He →17 8O +11HB .238 92U →234 90Th +42He C.21H +31H →42He +10n D .234 90Th →234 91Pa +0-1e解析:选B.α衰变是放射性元素的原子核放出α粒子(42He)的核反应,选项B 正确.5.太阳因核聚变释放出巨大的能量,同时其质量不断减少.太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026 J ,根据爱因斯坦质能方程,太阳每秒钟减少的质量最接近( )A .1036kgB .1018 kgC .1013 kgD .109 kg 解析:选D.由爱因斯坦质能方程ΔE =Δmc 2知:Δm =ΔE c 2=4×1026(3×108)2 kg ≈4×109 kg ,选项D 正确.6.(2015·高考福建卷)下列有关原子结构和原子核的认识,其中正确的是( )A .γ射线是高速运动的电子流B .氢原子辐射光子后,其绕核运动的电子动能增大C .太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变D.210 83Bi 的半衰期是5天,100克21083Bi 经过10天后还剩下50克解析:选B.β射线是高速电子流,而γ射线是一种光子流,选项A 错误.氢原子辐射光子后,绕核运动的电子距核更近,动能增大,选项B 正确.太阳辐射能量的主要来源是太阳内部氢核的聚变,选项C 错误.10天为两个半衰期,剩余的210 83Bi 为100×⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ g =100×⎝ ⎛⎭⎪⎫122g =25 g ,选项D 错误.二、多项选择题(本题共4小题,每小题6分,共24分.在每小题给出的四个选项中,有多个选项符合题目要求,全选对的得6分,选对但不全的得3分,有错选或不答的得0分)7.(2018·湖北黄冈模拟)下列说法中正确的是( )A .卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子核有复杂的结构B.232 90Th 衰变成20882Pb 要经过6次α衰变和4次β衰变C .β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的D .升高放射性物质的温度,不可缩短其半衰期解析:选BD.卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子具有核式结构,但并不能说明原子核有复杂的结构,A 错误;据α衰变、β衰变的实质可知232 90Th →208 82Pb +n 42He +m 0-1e ,得n =6,m =4,故B 正确;β衰变中β射线是由原子核中的中子转变形成的,C 错误;放射性物质的半衰期只由其本身决定,与外界环境无关,D 正确.8.(2015·高考山东卷)14C 发生放射性衰变成为14N ,半衰期约5 700年.已知植物存活期间,其体内14C 与12C 的比例不变;生命活动结束后,14C 的比例持续减小.现通过测量得知,某古木样品中14C 的比例正好是现代植物所制样品的二分之一.下列说法正确的是( )A.该古木的年代距今约5 700年B.12C、13C、14C具有相同的中子数C.14C衰变为14N的过程中放出β射线D.增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变解析:选AC.古木样品中14C的比例是现代植物所制样品的二分之一,根据半衰期的定义知该古木的年代距今约5 700年,选项A正确;同位素具有相同的质子数,不同的中子数,选项B错误;14C的衰变方程为14 6C→14 7N+0-1e,所以此衰变过程放出β射线,选项C正确;放射性元素的半衰期与核内部自身因素有关,与原子所处的化学状态和外部条件无关,选项D错误.9.(2018·山西模拟)核反应堆是利用中子轰击重核发生裂变反应,释放出大量核能.235 92 U+10n→141 56Ba+9236Kr+a X是反应堆中发生的许多核反应中的一种,X是某种粒子,a是X粒子的个数,用m U、m Ba、m Kr分别表示23592U、141 56Ba、9236Kr核的质量,m X表示X粒子的质量,c为真空中的光速,以下说法正确的是( )A.X为中子,a=2B.X为中子,a=3C.上述核反应中放出的核能ΔE=(m U-m Ba-m Kr-2m X)c2D.上述核反应中放出的核能ΔE=(m U-m Ba-m Kr-3m X)c2解析:选BC.核反应中,质量数守恒,电荷数守恒,则知235 92U+10n→141 56Ba+9236Kr+a X中X 为10n,a=3,则A错误,B正确;由ΔE=Δmc2可得:ΔE=(m U+m X-m Ba-m Kr-3m X)c2=(m U -m Ba-m Kr-2m X)c2,则C正确,D错误.10.人们发现,不同的原子核,其核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)与原子序数有如图所示的关系.下列关于原子结构和核反应的说法正确的是( )A.由图可知,原子核D和E聚变成原子核F时会有质量亏损,要吸收能量B.由图可知,原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损,要放出核能C.已知原子核A裂变成原子核B和C时放出的γ射线能使某金属板逸出光电子,若增加γ射线强度,则逸出光电子的最大初动能增大D.在核反应堆的铀棒之间插入镉棒是为了控制核反应速度解析:选BD.原子核D、E聚变成原子核F,放出能量,A错误;A裂变成B、C,放出能量,B正确;增加入射光强度,光电子的最大初动能不变,C错误;镉棒能吸收中子,可控制核反应速度,D正确.三、非选择题(本题共3小题,共40分.按题目要求作答,计算题要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)11.(12分)(2016·高考江苏卷)(1)贝克勒尔在120年前首先发现了天然放射现象,如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用.下列属于放射性衰变的是________.A.14 6C →14 7N +0-1eB.235 92U +10n →139 53I +9539Y +210nC.21H +31H →42He +10nD.42He +2713Al →3015P +10n(2)已知光速为c ,普朗克常量为h ,则频率为ν的光子的动量为________.用该频率的光垂直照射平面镜,光被镜面全部垂直反射回去,则光子在反射前后动量改变量的大小为________.解析:(1)A 是β衰变,B 是核裂变,C A 符合题意.(2)光子的动量p =E c =h νc ,垂直反射回去Δp 答案:(1)A (2)h νc 2h νc12.(14分)如图所示是研究光电管产生的电流的电路图,A 、K 是光电管的两个电极,已知该光电管阴极的极限频率为ν0.现将频率为ν(大于ν0)的光照射在阴极上,则:(1)________是阴极,阴极材料的逸出功等于________.(2)加在A 、K 间的正向电压为U 时,到达阴极的光电子的最大动能为____________,将A 、K 间的正向电压从零开始逐渐增加,电流表的示数的变化情况是________________.(3)为了阻止光电子到达阳极,在A 、K 间应加 U 反=________的反向电压.(4)下列方法一定能够增加饱和光电流的是________.A .照射光频率不变,增加光强B .照射光强度不变,增加光的频率C .增加A 、K 电极间的电压D .减小A 、K 电极间的电压解析:(1)被光照射的金属将有光电子逸出,故K 是阴极,逸出功与极限频率的关系为W 0=h ν0.(2)根据光电效应方程可知,逸出的光电子的最大初动能为h ν-h ν0,经过电场加速获得的能量为eU ,所以到达阳极的光电子的最大动能为h ν-h ν0+eU ,随着电压增加,单位时间内到达阳极的光电子数量将逐渐增多,但当从阴极逸出的所有光电子都到达阳极时,再增大电压,也不可能使单位时间内到达阳极的光电子数量增多.所以,电流表的示数先是逐渐增大,直到保持不变.(3)从阴极逸出的光电子在到达阳极的过程中将被减速,被电场消耗的动能为eU 反,如果h ν-h ν0=eU 反,就将没有光电子能够到达阳极,所以U 反=h ν-h ν0e. (4)要增加单位时间内从阴极逸出的光电子的数量,就需要增加照射光单位时间内入射光子的个数,所以只有A 正确.答案:(1)K h ν0 (2)h ν-h ν0+eU 逐渐增大,直至保持不变 (3)h ν-h ν0e (4)A 13.(14分)为确定爱因斯坦的质能方程ΔE =Δmc 2的正确性,设计了如下实验:用动能为E 1=0.60 MeV 的质子轰击静止的锂核73Li ,生成两个α粒子,测得两个α粒子的动能之和为E 2=19.9 MeV ,已知质子、α粒子、锂粒子的质量分别取m p =1.007 3 u 、m α=4.001 5 u 、m Li =7.016 0 u ,求:(1)写出核反应方程.(2)通过计算说明ΔE =Δmc 2正确.(1 u 相当于931.5 MeV)解析:(1)核反应方程为:73Li +11H →242He.(2)核反应的质量亏损:Δm =m Li +m p -2m α=7.016 0 u +1.007 3 u -2×4.001 5 u =0.020 3 u ,由质能方程可得与质量亏损相当的能量:ΔE =Δmc 2=0.020 3×931.5 MeV =18.9 MeV ,而系统增加的能量:ΔE ′=E 2-E 1=19.3 MeV ,这些能量来自核反应中,在误差允许的范围内可认为相等,所以ΔE =Δmc 2正确.答案:(1)73Li +11H →242He (2)见解析。
(课标通用版)高考物理总复习第十二章01第1讲光电效应波粒二象性精练(含解析)
(课标通用版)高考物理总复习第十二章01第1讲光电效应波粒二象性精练(含解析)第1讲光电效应波粒二象性A组基础过关1.关于光电效应,下列说法正确的是( )A.极限频率越大的金属材料,其逸出功越大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.从金属表面出来的光电子的最大初动能越大,这种金属的逸出功越小D.入射光的光强一定时,频率越高,单位时间内逸出的光电子数就越多答案 A 由W0=hνc可知A项正确;照射光的频率低于极限频率时不能发生光电效应,故项B错误;由E k=hν-W0可知C项错误;单位时间内逸出的光电子数与入射光的频率无关,取决于入射光的强度,故D项错误。
2.用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应,可能使该金属发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 B 每一种金属对应一个极限频率,低于极限频率的光,无论照射时间有多长,光的强度有多大,都不能使金属发生光电效应。
只要照射光的频率大于金属的极限频率,就能产生光电效应。
因为X射线的频率高于紫外线的频率,所以改用X射线照射可能发生光电效应,B选项正确。
3.(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的解释了光电效应现象。
关于光电效应,下列说法正确的是( )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答案AD 根据光电效应现象的实验规律,只有入射光的频率大于极限频率才能发生光电效应,而波长越短频率越大,故A、D正确。
根据光电效应方程,光电子的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。
光电效应练习题(含答案)
光电效应规律和光电效应方程一、选择题1.下列关于光电效应实验结论的说法正确的是()A.对于某种金属,无论光强多强,只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应B.对于某种金属,无论光的频率多低,只要光照时间足够长就能产生光电效应C.对于某种金属,超过极限频率的入射光强度越大,所产生的光电子的最大初动能就越大D.对于某种金属,发生光电效应所产生的光电子,最大初动能与入射光的频率成正比【解析】选A. 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,与入射光的强度、光照时间无关,所以光的频率小于极限频率就不能产生光电效应,故A正确,B错误.根据光电效应方程E k=hν-W0,可知入射光的频率大于极限频率时,频率越高,光电子的最大初动能越大,与入射光强度无关,故C错误.根据光电效应方程E k=hν-W0,可知光电子的最大初动能与入射光的频率是一次函数关系,故D错误.2.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【解析】选AD.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,则光电流将增大,故选项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,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-W0=21mv2可知,增加照射光频率,光电子的最大初动能也增大,故选项D正确.3.在演示光电效应的实验中,原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连,用弧光灯照射锌板时,验电器的指针就张开了一个角度,如图所示,这时()A.锌板带正电,指针带负电B.锌板带正电,指针带正电C.锌板带负电,指针带正电D.锌板带负电,指针带负电【解析】选B.弧光灯照射锌板发生光电效应,锌板上有电子逸出,锌板带正电,验电器指针也带正电,故B正确4.关于光电效应有如下几种叙述,其中叙述正确的是()A.金属的逸出功与入射光的频率成正比ssB .饱和光电流与入射光强度有关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 .光电效应几乎是瞬时发生的【解析】选BD.金属的逸出功取决于金属本身,故A 错误;逸出的光电子数与入射光的强度有关,即饱和光电流与入射光的强度有关,故B 正确;由光电效应方程E k =hν-W 0 可知,入射光的频率越大,光电子的最大初动能越大,红外线的频率小于可见光的频率,所以用红外线照射金属产生的光电子的最大初动能较小,C 错误;光电效应几乎是瞬时发生的,D 正确.5.硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能.若有N 个频率为ν的光子打在光电池极板上,这些光子的总能量为(h 为普朗克常量)( )A .hν B.21Nhν C .Nhν D .2Nhν 【解析】选C. 据光子说可知,光子能量与频率有关,一个光子能量为ε=hν ( h 为普朗克常量),N 个光子的能量为Nhν,所以选项C 正确.6.用绿光照射一光电管,产生了光电效应,欲使光电子从阴极逸出时的最大初动能增加,下列做法可取的是( ) A .改用红光照射 B .增大绿光的强度C .增大光电管上的加速电压D .改用紫光照射【解析】选D.由爱因斯坦光电效应方程hν=W 0+21mv 2,在逸出功一定时,只 有增大光的频率,才能增加最大初动能,与光的强度无关,D 对.7.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【解析】选A.由爱因斯坦光电效应方程程E k =hν-W 0 可知:Ek 只与频率ν有关,故选项B 、C 、D 错误,选项A 正确8.在光电效应实验中,用同一种单色光,先后照射锌和银的表面,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( )A .单位时间内逸出的光电子数B .反向截止电压C .饱和光电流D .光电子的最大初动能【解析】选BD.单位时间内逸出的光电子数以及饱和电流由光照强度决定,所以可能相同,故A 、C 错误;用同一种单色光照射,光电子的能量相同,不同金属的逸出功不同,根据光电效应方程E k =hν-W 0 可得光电子的最大初动能一定不同,D 正确;再根据E k =eU c 知,反向截止电压一定不同,B 正确9.研究光电效应的电路如图所示.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( )s【解析】选C. 虽然入射光强度不同,但光的频率相同,所以遏止电压相同;又因当入射光强时,单位时间逸出的光电子多,饱和光电流大,所以选C.10.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 ka 和E kb 。
2019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
丰富丰富纷繁第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) 邻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拥有的能量能够电离一个分子,但又不会把分子打坏.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=3×10 8 m/s) ( )-21J - 18A. 10 B.10 J C. 10-15 J D. 10-12 J分析:选 B. 由题意知,电离一个分子的能量等于照耀分子的光子能量,=ν =c≈2×10 -18 J ,应选E h hλ项 B正确.2. ( 高考江苏卷 ) 已知钙和钾的截止频次分别为7.73 ×10 14 Hz 和 5.44 ×10 14 Hz ,在某种单色光的照耀下两种金属均发生光电效应,比较它们表面逸出的拥有最大初动能的光电子,钙逸出的光电子拥有较大的( )A.波长B.频次C.能量D.动量1 2分析:选 A. 依据爱因斯坦光电效应方程2mv m= hν - W.由题知 W钙>W钾,因此钙逸出的光电子的最大初动能较小.依据= 2 k及=h和c=λν 知,钙逸出的光电子的特色是:动量较小、波长较长、频次较小.选p mE p λ项 A 正确,选项 B、 C、 D错误.3.( 多项选择 )(2018 ·河北保定模拟) 如下图,这是一个研究光电效应的电路图,以下表达中正确的选项是()A.只调动电源的极性,挪动滑片P,当电流表示数为零时,电压表示数为制止电压U0的数值B.保持光照条件不变,滑片P 向右滑动的过程中,电流表示数将向来增大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,光束照耀后需要必定的时间才会有光电流1 2分析:选 AC.只调动电源的极性,挪动滑片P,电场力对电子做负功,当电流表示数为零时,则有eU=2mv,那么电压表示数为制止电压U0的数值,故A项正确;当其余条件不变,P 向右滑动,加在光电管两头的电压增1丰富丰富纷繁q加,光电子运动更快,由I =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;由于光电效应的发生是瞬时的,阴极 K不需要预热,因此 D 项错误.4.小明用金属铷为阴极的光电管,观察光电效应现象,实验装置表示图如图甲所示.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) 实验中测得铷的制止电压U c与入射光频次ν 之间的关系如图乙所示,则铷的截止频次ν c =________Hz,逸出功0=________J ;W(3) 假如实验中入射光的频次14 kν=7.00 ×10 Hz,则产生的光电子的最大初动能E=________J.分析: (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,铷的截止频次ν c 为5.15×1014Hz,逸出功W0=hνc=6.63×10-34×5.15×1014J≈3.41 ×10-19 J.(3)当入射光的频次为ν=7.00 ×10 14Hz 时,由E k=hν -hνc得,光电子的最大初动能为k - 34 14 -19J.E =6.63×10 × (7.00 -5.15) ×10 J ≈1.23 × 10答案: (1) 阳极(2)5.15 ×10 14[(5.12 ~5.18) ×10 14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 ]2。
高三物理光电效应试题答案及解析
高三物理光电效应试题答案及解析1.以下有关近代物理内容的若干叙述正确的是()A.紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应,则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。
B.在关于物质波的表达式和中,能量和动量p是描述物质的粒子性的重要物理量,波长λ或频率v是描述物质的波动性的典型物理量C.重核的裂变过程质量增大,轻核的聚变过程有质量亏损D.根据玻尔理论,氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时,要释放一定频率的光子,同时电子的动能增大,电势能减小。
E.自然界中含有少量的14C,14C具有放射性,能够自发地进行β衰变,因此在考古中可利用14C来测定年代。
【答案】BDE【解析】紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应,则当增大紫外线的照射强度时,从锌板表面逸出的光电子的数目也随之增大,最大初动能不变,选项A 错误;在关于物质波的表达式和中,能量和动量p是描述物质的粒子性的重要物理量,波长λ或频率v是描述物质的波动性的典型物理量,选项B正确;重核的裂变过程和轻核的聚变过程都有质量亏损,选项C 错误;根据玻尔理论,氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时,要释放一定频率的光子,同时电子的动能增大,电势能减小,选项D正确;自然界中含有少量的14C,14C具有放射性,能够自发地进行β衰变,因此在考古中可利用14C来测定年代,选项E 正确。
【考点】光电效应;质量亏损;玻尔理论;放射性衰变.2.(6分)在光电效应实验中,两个实验小组分别在各自的实验室,约定用相同频率的单色光,分别照射锌和银的表面,结果都能发生光电效应,如下左图,并记录相关数据。
对于这两组实验,下列判断正确的是不同A.因为材料不同逸出功不同,所以遏止电压UcB.饱和光电流一定不同C.光电子的最大初动能不同D.因为光强不确定,所以单位时间逸出的光电子数可能相同~υ图像(υ为照射光频率,下右图为其中一小组绘制E.分别用不同频率的光照射之后绘制Uc的图像),图像的斜率可能不同【答案】ACD【解析】根据光电效应方程,,可知因为材料不同逸出功不同,所以最大初动能不同,选项A C正确;饱和光电流与入射光的强度有关,不同,由,可知遏止电压Uc因为光强不确定,所以单位时间逸出的光电子数可能相同,饱和光电流不一定不同,选项B错误,D正确;根据光电效应方程,以及,可得,即,因为为定值,所以U~图像的斜率一定相同,选项E错误。
2019届高考物理一轮复习练习:第十二章 第1讲 光电效应 含解析
板块三限时规范特训时间:45分钟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.6.[2017·河北衡水模拟]研究光电效应的实验装置如图所示,闭合开关,滑片P处于滑动变阻器中央位置,当一束单色光照到此装置的碱金属表面K时,电流表有示数.下列说法正确的是()A.若仅增大该单色光入射的强度,则光电子的最大初动能增大,电流表示数也增大B.无论增大入射光的频率还是增加入射光的强度,碱金属的逸出功都不变C.保持频率不变,当光强减弱时,发射光电子的时间将明显增加D.若滑动变阻器滑片左移,则电压表示数减小,电流表示数减小答案 B解析若仅增大该单色光入射的强度,由于每个光子的能量不变,因此光电子的最大初动能不变,但单位时间内射出的光电子数增多,因此光电流增大,故A错误;逸出功由金属材料自身决定,与是否有光照无关,故B正确;发生光电效应不需要时间积累,只要入射光的频率大于极限频率即可,故C错误;若滑动变阻器滑片左移,则电压表的示数减小,因电压是反向电压,所以电压减小时,光电子更容易到达A极形成电流,电流表示数增大,故D错误.7.下列叙述中正确的是()A.一切物体都在辐射电磁波B.一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关D.黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波答案ACD解析根据热辐射的定义,A正确;根据热辐射和黑体辐射的特点知一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外,还与材料种类和表面状况有关,而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关,B错误,C正确;由黑体的定义知D正确.8.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越大B.当某种色光照射金属表面时,能产生光电效应,则入射光的强度越大,产生的光电子数越多C.同一频率的光照射不同金属,如果都能产生光电效应,则逸出功大的金属产生的光电子的最大初动能也越大D.对于某金属,入射光波长必须小于某一极限波长,才能产生光电效应答案ABD解析由爱因斯坦的光电效应方程E k=hν-W0知,逸出功W0一定时,入射光频率ν越大,则产生的光电子的最大初动能越大,A 正确;当某种色光照射金属表面能产生光电效应时,入射光的强度越大,相同时间照射到金属表面的光子数越多,产生的光电子数越多,B正确;由光电效应方程可知,入射光频率ν一定时,逸出功W0越大,则光电子的最大初动能E k越小,C错误;对于某金属,入射光的频率必须大于该金属的极限频率,即入射光的波长必须小于某一极限波长,才能产生光电效应,D正确.9.在单缝衍射实验中,中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上.假设现在只让一个光子通过单缝,那么该光子() A.一定落在中央亮纹处B.一定落在亮纹处C.可能落在暗纹处D.落在中央亮纹处的可能性最大答案CD解析一个光子通过单缝落在何处,是不可确定的,但是落在中央亮纹处的概率最大,可达95%以上,当然也可能落在其他亮纹处,还可能落在暗纹处,只是落在暗纹处的概率很小,C 、D 正确.10.[2017·山东潍坊二模]如图所示,真空中金属板M 上方存在一垂直纸面向里的矩形有界磁场,边界ON 到M 板的距离为d .用频率为ν的紫外线照射M 板(接地),只要磁感应强度不大于B 0,就有电子越过边界ON .已知电子的电荷量为e ,质量为m ,普朗克常量为h .以下说法正确的是( )A .若增大紫外线的照射强度,单位时间从M 板逸出的电子增多B .若减小紫外线的照射强度,电子从M 板逸出的最大初动能减小C .从M 板逸出电子的最大初动能为e 2B 20d 22mD .该金属的逸出功为hν-e 2B 20d 28m答案 AD解析 增大照射光强度,即单位时间光子数增多,照射M 板,单位时间内逸出的光电子数增加,A 正确;根据光电效应方程E k =hν-W 0,可知光电子的最大初动能与照射光的强度无关,B 错误;由题意可知,磁感应强度为B 0时,沿水平方向射出的电子运动轨迹会与NO 相切,即r =d 2,结合q v B 0=m v 2r 和E k =12m v 2,联立可得E k =e 2B 20d 28m,逸出功W 0=hν-e 2B 20d 28m,C 错误,D 正确.11.[2017·汕头模拟]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,由图可知()A.该金属的极限频率为4.27×1014 HzB.该金属的极限频率为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答案AC解析由光电效应方程可知:E k=hν-W0,斜率表示普朗克常量,C选项正确.当E k=0时,入射光的频率就是该金属的极限频率,νc=4.27×1014Hz,A选项正确,B选项错误.该金属的逸出功W0=hνc≈1.77 eV,D选项错误.二、非选择题(本题共3小题,共34分)12.(10分)在如图所示的装置中,K为一个金属板,A为一个金属电极,都密封在真空玻璃管中,单色光可通过玻璃壳照在K上,E 为可调直流电源.实验发现,当用某种频率的单色光照射K时,K会发出电子(光电效应),这时,即使A、K间的电压等于零,回路中也有电流,当A的电势低于K时,电流仍不为零.A的电势比K低得越多,电流越小,当A比K的电势低到某一值U c(遏止电压)时,电流消失.当改变照射光的频率ν时,遏止电压U c也将随之改变.如果某次实验根据测出的一系列数据作出的U c-ν图象如图所示,若知道电子的电荷量e,则根据图象可求出该金属的截止频率为________,该金属的逸出功W0为________,普朗克常量h为________.答案 νc eU 0 eU 0νc解析 由图可知,数据对应的点几乎落在一条直线上,直线与ν轴的交点νc 即为该金属的截止频率.因此当照射光的频率为νc 时,遏止电压U c =0,说明在此频率下,金属板刚好发生光电效应.设光电子的最大初动能为E k ,根据光电效应方程有hν=W 0+E k ,当A 比K 的电势低到某一值U c 时,电流消失,光电子的最大初动能全部用来克服电场力做功,由动能定理有eU c =E k ,联立以上两式可得:U c =hνe -W 0e .由上式可知,U c -ν图象斜率k =h e ,在U c 轴上的截距为-W 0e .而由图可得,截距为-U 0.故有h e =U 0νc,-U 0=-W 0e ,解得h =eU 0νc,W 0=eU 0. 13.[2016·江苏高考](6分)几种金属的逸出功W 0见下表:光电效应.已知该可见光的波长的范围为4.0×10-7~7.6×10-6 m ,普朗克常量h =6.63×10-34 J·s.答案 钠、钾、铷能发生光电效应解析 光子的能量E =hc λ,当λ=4.0×10-7 m 时,E =4.97×10-19 J.根据E >W 0判断,钠、钾、铷能发生光电效应.14.(18分)电子和光一样具有波动性和粒子性,它表现出波动的性质,就像X 射线穿过晶体时会产生衍射一样,这一类物质粒子的波动叫德布罗意波.质量为m 的电子以速度v 运动时,这种德布罗意波的波长可表示为λ=h p .已知电子质量m =9.1×10-31 kg ,电子电荷量e =1.6×10-19 C ,普朗克常量h =6.63×10-34 J·s.(1)计算具有100 eV 动能的电子的动量p 和波长λ;(2)若一个静止的电子经2500 V 电压加速,求能量和这个电子动能相同的光子的波长,并求该光子的波长和这个电子的波长之比.答案 (1)5.4×10-24 kg·m/s 1.2×10-10 m(2)5.0×10-10 m 20∶1解析 (1)电子的动量:p =2mE k =2meU=2×9.1×10-31×100×1.6×10-19 kg·m/s≈5.4×10-24 kg·m/s德布罗意波波长λ=h p =6.63×10-345.4×10-24m ≈1.2×10-10 m. (2)电子的能量E =eU ′=2500 eV =4.0×10-16 J根据E =hc λ,得光子波长λ′=hc E =6.63×10-34×3.0×1084.0×10-16m ≈5.0×10-10 m 电子的动量p ′=2meU ′=2×9.1×10-31×2500×1.6×10-19 kg·m/s ≈2.7×10-23 kg·m/s电子波长λ″=h p ′=6.63×10-342.7×10-23m ≈2.5×10-11 m 则λ′λ″=5.0×10-10 m 2.5×10-11 m =201,即λ′∶λ″=20∶1.。
2021版高考物理一轮复习第十二章近代物理1第一节光电效应课后达标(含解析)
第一节光电效应(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(10-9s)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.3.用波长为2.0×10-7 m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4.7×10-19J.由此可知,钨的极限频率是(普朗克常量h=6.63×10-34J·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 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B正确.6. 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.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 =0-12mv 2m ,由光电效应方程得:nhν=12mv 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 =12mv 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·山东济南模拟)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EB .该金属的逸出功等于hν0C .入射光的频率为2ν0时,产生的光电子的最大初动能为ED .入射光的频率为ν02时,产生的光电子的最大初动能为E2 解析:选ABC.由爱因斯坦光电效应方程E k =hν-W 0知,当ν=0时-W 0=E k ,故W 0=E ,A 正确;而E k =0时,h ν=W 0即W 0=hν0,B 正确;入射光的频率为2ν0时产生的光电子的最大初动能E km =2hν0-hν0=h ν0=E ,C 正确;入射光的频率为ν02时,不会发生光电效应,D 错误.15.如图所示,有一束单色光入射到极限频率为ν0的金属板K 上,具有最大初动能的某出射电子,沿垂直于平行板电容器极板的方向,从左侧极板上的小孔入射到两极板间的匀强电场后,到达右侧极板时速度刚好为零.已知电容器的电容为C ,带电量为Q ,极板间距为d ,普朗克常量为h ,电子电荷量的绝对值为e ,不计电子的重力.关于电容器右侧极板的带电情况和入射光的频率ν,以下判断正确的是( )A .带正电,ν0+Qe ChB .带正电,ν0+Qe ChdC .带负电,ν0+Qe ChD .带负电,ν0+Qe Chd解析:选C.以最大初动能入射至电容器的电子经板间电场到达右侧极板速度刚好为0,说明电场力做负功,电场强度方向向右,右侧极板所带电荷为负电荷,且-eU =0-E k0,其中由电容器电压与电荷量的关系知U =Q C ,由最大初动能与单色光入射频率的关系知E k0=hν-hν0;代入化简可得ν=ν0+Qe Ch.。
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(精品推荐)2019高考物理复习考前强化必刷练习题《光电效应原子结构和原子核》高考精品典型练习题(整理含答案)1.关于近代物理学,下列说法正确的是( )A.β射线与γ射线都是电磁波,但γ射线的穿透本领远比β射线强B.放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间叫半衰期C.比结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固,原子核越稳定D.氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离原子核较近的轨道上时,氢原子的能量增大2.核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少,我国在完善核电安全基础上将加大核电站建设.核泄漏中的钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素,它可破坏细胞基因,提高罹患癌症的风险.已知钚的一种同位素23994Pu的半衰期为24 100年,其衰变方程为23994Pu→X+42He+γ,下列有关说法正确的是( )A.X原子核中含有143个中子B.100个23994Pu经过24 100年后一定还剩余50个C.由于衰变时释放巨大能量,根据E=mc2,衰变过程总质量增加D.衰变发出的γ放射线是波长很长的光子,穿透能力较弱3.(多选)下列的若干叙述中正确的是( )A.将核子束缚在原子核内的核力,是不同于万有引力和电磁力的另一种相互作用B.对于同种金属产生光电效应时逸出光电子的最大初动能E k与照射光的频率成线性关系C.一块纯净的放射性元素的矿石经过一个半衰期以后它的总质量仅剩下一半D.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,原子的能量也减小了4.(多选)下列说法中正确的是( )A .氢原子由较高能级跃迁到较低能级时,电子的动能增加,原子的电势能减少B .微观粒子也具有波动性,粒子动量越大其对应的波长越长C .α射线是由原子核放射出的氦核,与β射线和γ射线相比它具有很强的电离作用D .电磁波的波长越短,其波动性越明显5.国家大科学工程——中国散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功,获得中子束流,可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台.下列核反应中放出的粒子为中子的是( )A.147N 俘获一个α粒子,产生17 8O 并放出一个粒子B.2713Al 俘获一个α粒子,产生3015P 并放出一个粒子C.115B 俘获一个质子,产生84Be 并放出一个粒子D.63Li 俘获一个质子,产生32He 并放出一个粒子6.一对正负电子相遇后转化为光子的过程被称为湮灭.速度足够大且等值反向的一对正负电子发生湮灭时产生两个光子,每个光子的能量均为E .已知电子的质量为m ,光速为c ,普朗克常量为h .则( )A .两个光子可能同向运动B .两个光子的波长均为hc EC .两个光子的动量均为mcD .每个光子的能量E =mc 27.某同学用如图(甲)所示的电路研究光电效应中电子发射的情况与光照强度、光的频率等物理量之间的关系.阴极K 和阳极A 是密封在真空玻璃中的两个电极,K 在受到光照射时能够发射光电子.K 、A 之间的电压大小可以调节,电源极性也可以对调.当分别用a 、b 、c 三束不同的光照射阴极K ,得到的I U 关系分别如图(乙)中a 、b 、c 三条曲线所示.下列关于三束光的频率ν、三束光的强度E 大小关系,正确的是( )A.νa>νb>νc,E a>E b>E c B.νa>νb>νc,E a=E c<E bC.νb>νa=νc,E a>E b>E c D.νa<νb<νc,E a<E b<E c8.下列说法正确的是( )A.处于n=3激发态的一个氢原子回到基态时一定会辐射三种频率的光子B.α射线的穿透能力比γ射线强C.β衰变中的电子来自原子的内层电子D.放射性元素的半衰期与压力、温度无关9.某静止的原子核发生核反应且放出能量Q. 其方程为B A X→D C Y+F E Z,并假设释放的能量全都转化为新核Y和Z的动能,测得其中Z的速度为v,以下结论正确的是( )A.Y原子核的速度大小为E C vB.Y原子核的动能是Z原子核的动能的D F 倍C.Y原子核和Z原子核的质量之和比X原子核的质量大Qc(c为光速)D.Y和Z的结合能之和一定大于X的结合能10.(多选)下列说法正确的是( )A.根据玻尔理论,氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时,要释放一定频率的光子,同时电子的动能增大,电势能减小B.放射性物质的温度升高,则半衰期减小C.用能量等于氘核结合能的光子照射静止氘核,不可能使氘核分解为一个质子和一个中子D.某放射性原子核经过2次α衰变和一次β衰变,核内质子数减少3个(精品推荐)2019高考物理复习考前强化必刷练习题《光电效应原子结构和原子核》高考精品典型练习题(整理含答案)1.关于近代物理学,下列说法正确的是( )A.β射线与γ射线都是电磁波,但γ射线的穿透本领远比β射线强B.放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间叫半衰期C.比结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固,原子核越稳定D.氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离原子核较近的轨道上时,氢原子的能量增大解析:选B.γ射线是电磁波,β射线不是电磁波,γ射线的穿透本领远比β射线强,选项A错误;放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间叫半衰期,选项B正确;比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固,原子核越稳定,选项C错误;氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离原子核较近的轨道上时,原子的电势能减小,电子的动能变大,氢原子的总能量减小,选项D错误;故选B.2.核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少,我国在完善核电安全基础上将加大核电站建设.核泄漏中的钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素,它可破坏细胞基因,提高罹患癌症的风险.已知钚的一种同位素23994Pu的半衰期为24100年,其衰变方程为23994Pu→X+42He+γ,下列有关说法正确的是( )A.X原子核中含有143个中子B.100个23994Pu经过24 100年后一定还剩余50个C.由于衰变时释放巨大能量,根据E=mc2,衰变过程总质量增加D.衰变发出的γ放射线是波长很长的光子,穿透能力较弱解析:选A.A项:根据电荷数守恒、质量数守恒知,X的电荷数为92,质量数为235,则中子数为143,故A正确;B项:半衰期对大量的原子核适用,对少量原子核不成立,故B错误;C项:由于衰变时释放巨大能量,根据E=mc2,衰变过程总质量减小,故C错误;D项:衰变发出的γ放射线是波长很短的光子,穿透能力很强,故D错误.3.(多选)下列的若干叙述中正确的是( )A.将核子束缚在原子核内的核力,是不同于万有引力和电磁力的另一种相互作用B.对于同种金属产生光电效应时逸出光电子的最大初动能E k与照射光的频率成线性关系C.一块纯净的放射性元素的矿石经过一个半衰期以后它的总质量仅剩下一半D.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,原子的能量也减小了解析:选AB.核力是强相互作用,具有饱和性和短程性;故将核子束缚在原子核内的核力,是不同于万有引力和电磁力的另一种相互作用力且每个核子只跟邻近的核子发生核力的作用;故A正确;根据光电效应方程E k=hν-W0知,光电子的最大初动能与照射光的频率成线性关系,故B正确;一块纯净的放射性元素的矿石,经过一个半衰期以后,有半数发生衰变,不是总质量仅剩下一半,故C错误;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,吸收光子,原子的能量增加,根据k e2r2=mv2r知,电子的动能减小,故D错误;故选AB.4.(多选)下列说法中正确的是( )A.氢原子由较高能级跃迁到较低能级时,电子的动能增加,原子的电势能减少B.微观粒子也具有波动性,粒子动量越大其对应的波长越长C.α射线是由原子核放射出的氦核,与β射线和γ射线相比它具有很强的电离作用D.电磁波的波长越短,其波动性越明显解析:选AC.氢原子由较高能级跃迁到较低能级时,电子的轨道半径减小,根据k e2r2=mv2r知,电子的动能增加,由于原子的能量减小,则原子的电势能减小,故A正确;依据德布罗意波长公式λ=hp,可知微观粒子的动量越大,其对应的波长就越短,故B 错误;α射线是由原子核放射出的氦核,与β射线和γ射线相比它具有很强的电离作用,故C 正确;光的波长越长,越容易衍射,其波动性越明显;波长越短,越不容易衍射,其粒子性越显著,故D 错误.所以AC 正确,BD 错误.5.国家大科学工程——中国散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功,获得中子束流,可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台.下列核反应中放出的粒子为中子的是( )A.147N 俘获一个α粒子,产生17 8O 并放出一个粒子B.2713Al 俘获一个α粒子,产生3015P 并放出一个粒子C.115B 俘获一个质子,产生84Be 并放出一个粒子D.63Li 俘获一个质子,产生32He 并放出一个粒子解析:选B.根据核反应过程中质量数守恒及电荷数守恒可知,147N +42He→17 8O+11H ,A 项错误;2713Al +42He→3015P +10n ,B 项正确;11 5B +11H→84Be +42He ,C 项错误;63Li+11H→32He +42He ,D 项错误.6.一对正负电子相遇后转化为光子的过程被称为湮灭.速度足够大且等值反向的一对正负电子发生湮灭时产生两个光子,每个光子的能量均为E .已知电子的质量为m ,光速为c ,普朗克常量为h .则( )A .两个光子可能同向运动B .两个光子的波长均为hc EC .两个光子的动量均为mcD .每个光子的能量E =mc 2解析:选 B.一对正负电子湮灭会产生两个同频率的光子,由于光子既有能量,又有动量,根据动量守恒定律可知,产生的两个光子的总动量与初动量是相等的,即它们的和为零,所以两个光子的运动方向相反,故A 错误;根据E =h ν,且c =λν,解得波长为λ=hc E ,故B 正确;每个光子的动量为p =λh =c E ,故C错误;设一对正负电子发生湮灭前,各自的动能为E k,发生湮灭后,根据能量守恒得:2E k+2mc2=2E,解得:E=E k+mc2,故D错误;故选B.7.某同学用如图(甲)所示的电路研究光电效应中电子发射的情况与光照强度、光的频率等物理量之间的关系.阴极K和阳极A是密封在真空玻璃中的两个电极,K在受到光照射时能够发射光电子.K、A之间的电压大小可以调节,电源极性也可以对调.当分别用a、b、c三束不同的光照射阴极K,得到的IU关系分别如图(乙)中a、b、c三条曲线所示.下列关于三束光的频率ν、三束光的强度E大小关系,正确的是( )A.νa>νb>νc,E a>E b>E cB.νa>νb>νc,E a=E c<E bC.νb>νa=νc,E a>E b>E cD.νa<νb<νc,E a<E b<E c解析:选C.由图可知,a的饱和电流最大,因此a光束照射时单位时间内产生的光电子数量大,光强大,而c光的强度最小,b光的强度介于其中,即有E a >E b>E c; 当光电流为零时,光电管两端加的电压为遏止电压,对应的光的频率为截止频率,根据eU=hν-W,入射光的频率越高,对应的遏止电压U越大,a 光、c光的遏止电压相等,所以a光、c光的频率相等,而b光的频率大,故C 正确,ABD错误.8.下列说法正确的是( )A.处于n=3激发态的一个氢原子回到基态时一定会辐射三种频率的光子B.α射线的穿透能力比γ射线强C.β衰变中的电子来自原子的内层电子D.放射性元素的半衰期与压力、温度无关解析:选D.处于n=3的一个氢原子回到基态时可能会辐射一种频率的光子,或两种不同频率的光子,处于n=3的“一群”氢原子回到基态时会辐射三种频率的光子,故A错误;α射线的穿透能力最弱,电离本领最强,故B错误;β衰变中的电子来自原子内部的中子转化为质子同时释放出一个电子.故C错误;放射性元素的半衰期与压力、温度无关,故D正确.所以D正确,ABC错误.9.某静止的原子核发生核反应且放出能量Q. 其方程为B A X→D C Y+F E Z,并假设释放的能量全都转化为新核Y和Z的动能,测得其中Z的速度为v,以下结论正确的是( )A.Y原子核的速度大小为E C vB.Y原子核的动能是Z原子核的动能的D F 倍C.Y原子核和Z原子核的质量之和比X原子核的质量大Qc(c为光速)D.Y和Z的结合能之和一定大于X的结合能解析:选 D.静止的原子核发生核反应,反应前后系统动量守恒,可得Dv Y=Fv,所以Y原子核的速度大小为FDv,故A项错误.Y原子核的动能可写为12Dv2Y=1 2D⎝⎛⎭⎪⎫FDv2=F2v22D,Z原子核的动能可写为12Fv2,所以二者动能之比为FD,故B项错误.根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2,可得该核反应的质量亏损为Qc2,故C项错误.核反应中放出核能.说明生成新原子核的结合能更大,故选项D正确.10.(多选)下列说法正确的是( )A.根据玻尔理论,氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时,要释放一定频率的光子,同时电子的动能增大,电势能减小B.放射性物质的温度升高,则半衰期减小C.用能量等于氘核结合能的光子照射静止氘核,不可能使氘核分解为一个质子和一个中子D.某放射性原子核经过2次α衰变和一次β衰变,核内质子数减少3个解析:选ACD.A项:氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时,要释放一定频率的光子,库仑力做正功,动能增大,电势能减小,故A正确;B项:半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间,由原子核本身决定,与原子的物理、化学状态无关,故B错误;C项:核子结合成原子核与原子核分解为核子是逆过程,质量的变化相等,能量变化也相等,故用能量等于氘核结合能的光子照射静止氘核,还要另给它们分离时所需要的足够的动能.所以不可能使氘核分解为一个质子和一个中子,故C正确;D项:根据质量数和电荷数守恒,某放射性原子核经过2次α衰变质子数减少4,一次β衰变质子数增加1,故核内质子数减少3个,D正确.。
高考物理一轮复习 第十二章 近代物理 第一节 光电效应课后达标 新人教版
第一节光电效应(建议用时:60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.(2018·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.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.5.(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 cλ,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皆错误.6.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为电子电量)( )A .U =h νe -W eB .U =2h νe -W eC .U =2h ν-WD .U =5h ν2e -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: nh ν=12mv 2m +W (n =2,3,4,…)② 由①②式解得:U =nh νe -W e(n =2,3,4,…), 故选项B 正确.二、多项选择题 7.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.8.1927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.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 也正确;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.(2015·高考江苏卷)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.(2018·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.(2018·济南模拟)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EB .该金属的逸出功等于h ν0C .入射光的频率为2ν0时,产生的光电子的最大初动能为ED .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 项正确;而E k =0时,h ν=W 0即W 0=h ν0,B 项正确;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 项正确;入射光的频率为ν02时,不会发生光电效应,D 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 =h ν-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 =h ν-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 =h ν-W 0可知,E k 与照射光的频率成线性关系,D 正确.14.(2018·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.。
2019届高考物理总复习第十二章近代物理第一节光电效应测试题
第一节光电效应[学生用书P229]【基础梳理】一、光电效应1.定义:在光的照射下从物体发射出电子的现象(发射出的电子称为光电子).2.产生条件:入射光的频率大于极限频率.3.光电效应规律(1)存在着饱和电流:对于一定颜色的光,入射光越强,单位时间内发射的光电子数越多.(2)存在着遏止电压和截止频率:光电子的能量只与入射光的频率有关,而与入射光的强弱无关.当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应.(3)光电效应具有瞬时性:当频率超过截止频率时,无论入射光怎样微弱,几乎在照到金属时立即产生光电流,时间不超过10-9 s.二、光电效应方程1.基本物理量(1)光子的能量ε=hν,其中h=6.626×10-34 J·s(称为普朗克常量).(2)逸出功:使电子脱离某种金属所做功的最小值.(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动能的最大值.2.光电效应方程:E k =h ν-W 0.三、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.【自我诊断】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)×做一做(多选)(高考广东卷)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提示:选AD.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,则光电流将增大,故选项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,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h ν-W 逸=12mv 2可知,增加照射光频率,光电子的最大初动能也增大,故选项D 正确.对光电效应现象的理解[学生用书P230]【知识提炼】1.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.2.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.【典题例析】(多选)(2016·高考全国卷Ⅰ改编)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] 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,选项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和光强都有关,选项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,选项D 错误.[答案]AC(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的解释了光电效应现象.关于光电效应,下列说法正确的是 ( )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:选AD.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.光电效应方程[学生用书P230]【知识提炼】1.三个关系(1)爱因斯坦光电效应方程E k =h ν-W 0.(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W 0为逸出功,它与极限频率νc 的关系是W 0=h νc .2.四类图象(多选)(2017·高考全国卷Ⅲ)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 kb .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h νa -E k a >h νb -E k b[解析] 设该金属的逸出功为W ,根据爱因斯坦光电效应方程有E k =h ν-W ,同种金属的W 不变,则逸出光电子的最大初动能随ν的增大而增大,B 项正确;又E k =eU ,则最大初动能与遏止电压成正比,C 项正确;根据上述有eU =h ν-W ,遏止电压U 随ν增大而增大,A 项错误;又有h ν-E k =W ,W 相同,则D 项错误.[答案] BC1.应用光电效应方程时的注意事项(1)每种金属都有一个截止频率,光频率大于这个截止频率才能发生光电效应.(2)截止频率是发生光电效应的最小频率,对应着光的极限波长和金属的逸出功,即h ν0=h cλ0=W 0.(3)应用光电效应方程E k =h ν-W 0时,注意能量单位电子伏和焦耳的换算(1 eV =1.6×10-19 J).(4)作为能量守恒的一种表达式可以定性理解方程h ν=W 0+12mv 2的意义:即入射光子的能量一部分相当于转换在金属的逸出功上,剩余部分转化为光电子的动能.对某种金属来说W 0为定值,因而光子频率ν决定了能否发生光电效应及光电子的初动能大小.每个光子的一份能量h ν与一个光电子的动能12mv 2对应. 2.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 =h ν-W 0.②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.【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4.27×1014HzB .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 =h ν-W 0,可知图线的斜率为普朗克常量,C 正确;金属的逸出功为:W 0=h ν0=6.63×10-34×4.27×10141.6×10-19 eV ≈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h ν=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h νc =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.(2015·高考全国卷Ⅰ)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 =h ν-W 0及E km =eU c 得U c =h νe -W 0e ,故h e =k ,b =-W 0e ,得h =ek ,W 0=-eb .答案:ek -eb光的波粒二象性 物质波[学生用书P232]【知识提炼】光既具有波动性,又具有粒子性,两者不是孤立的,而是有机的统一体,其表现规律为: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,越不容易看到光的干涉和衍射现象,贯穿本领越强.3.从传播与作用上看:光在传播过程中往往表现为波动性;在与物质发生作用时往往表现为粒子性.4.波动性与粒子性的统一:由光子的能量E =h ν,光子的动量p =h λ表达式也可以看出,光的波动性和粒子性并不矛盾:表示粒子性的粒子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.5.理解光的波粒二象性时不可把光当成宏观概念中的波,也不可把光当成宏观概念中的粒子.【跟进题组】1.(多选)(2015·高考全国卷Ⅱ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 .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,选项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,选项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,选项C 正确;光电效应实验,体现的是波的粒子性,选项D 错误.2.德布罗意认为,任何一个运动着的物体,都有一种波与它对应,波长是λ=h p ,式中p 是运动物体的动量,h 是普朗克常量.已知某种紫光的波长是440 nm ,若将电子加速,使它的德布罗意波长是这种紫光波长的1×10-4倍.求:(1)电子的动量大小.(2)试推导加速电压跟德布罗意波长的关系,并计算加速电压的大小.(电子质量m =9.1×10-31 kg ,电子电荷量e =1.6×10-19 C ,普朗克常量h =6.6×10-34 J ·s ,加速电压的计算结果取一位有效数字)解析:(1)由λ=h p 得p =h λ= 6.6×10-341×10-4×440×10-9 kg ·m/s =1.5×10-23 kg ·m/s.(2)eU =E k =p 22m ,又λ=h p联立解得U =h 22em λ2,代入数据解得U =8×102 V.答案:(1)1.5×10-23kg ·m/s (2)U =h 22em λ28×102 V[学生用书P232]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 .10-12J 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 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 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 =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 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 =6.63×10-34 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=7.00×1014Hz ,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5.15×1014 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=7.00×1014Hz 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][学生用书P353(单独成册)](建议用时:60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.(2018·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.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.5.(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 cλ,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皆错误.6.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为电子电量)( )A .U =h νe -W eB .U =2h νe -W eC .U =2h ν-WD .U =5h ν2e -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:nh ν=12mv 2m +W (n =2,3,4,…)②由①②式解得:U =nh νe -W e(n =2,3,4,…), 故选项B 正确.二、多项选择题7.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.8.1927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.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 也正确;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.(2015·高考江苏卷)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.(2018·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.(2018·济南模拟)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EB .该金属的逸出功等于h ν0C .入射光的频率为2ν0时,产生的光电子的最大初动能为ED .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 项正确;而E k =0时,h ν=W 0即W 0=h ν0,B 项正确;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 项正确;入射光的频率为ν02时,不会发生光电效应,D 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 =h ν-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 =h ν-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 =h ν-W 0可知,E k 与照射光的频率成线性关系,D 正确.14.(2018·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 ( )。
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]。
2019版高考物理一轮复习 第十二章 第1讲 光电效应 波粒二象性练习 鲁科版
第1讲光电效应波粒二象性[课时作业] 单独成册方便使用[基础题组]一、单项选择题1.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解析:一切光都具有波粒二象性,光的有些行为(如干涉、衍射)表现出波动性,有些行为(如光电效应)表现出粒子性,光子不是实物粒子,没有静止质量,电子是以实物形式存在的物质,光子是以场形式存在的物质,A、B错误;光的波粒二象性表明,大量光子的行为表现出波动性,个别光子的行为表现出粒子性.光的波长越长,衍射性越好,即波动性越显著,光的波长越短,其光子能量越大,个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应,所以其粒子性就很显著,C正确,D错误.答案:C2.用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应,可能使该金属发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解析:某种金属能否发生光电效应取决于入射光的频率,与入射光的强度和照射时间无关.不能发生光电效应,说明入射光的频率小于金属的极限频率,所以要使金属发生光电效应,应增大入射光的频率,X射线的频率比紫外线频率高,所以本题答案为B.答案:B3.关于光电效应,下列说法正确的是( )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.入射光的光强一定时,频率越高,单位时间内逸出的光电子数就越多解析:逸出功W=hν0,W∝ν0,A正确;只有照射光的频率ν大于金属极限频率ν0,才能产生光电效应现象,B错误;某金属的逸出功只与该金属的极限频率有关,与从金属表面逸出的光电子的最大初动能无关,C错误;光强E=nhν,ν越大,E一定,则光子数n越小,单位时间内逸出的光电子数就越少,D 错误. 答案:A4.频率为ν的光照射某金属时,产生光电子的最大初动能为E km .改为频率为2ν的光照射同一金属,所产生光电子的最大初动能为(h 为普朗克常量)( ) A .E km -h ν B .2E km C .E km +h νD .E km +2h ν解析:根据爱因斯坦光电效应方程得E km =h ν-W ,若入射光频率变为2ν,则E km ′=h ·2ν-W =2h ν-(h ν-E km )=h ν+E km ,故选C. 答案:C5.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 k ν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 ν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( )解析:依据光电效应方程E k =h ν-W 可知,E k ν图线的斜率代表普朗克常量h ,因此钨和锌的E k ν图线应该平行.图线的横轴截距代表截止频率ν0,而ν0=Wh,因此钨的截止频率小些,综上所述,A 图正确. 答案:A 二、多项选择题6.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:光电效应说明光具有粒子性,A 正确.衍射是波的特点,说明中子具有波动性,B 正确.黑体辐射的实验规律说明光具有粒子性,C 错误.动能相等的质子和电子,二者质量不同,动量不同,德布罗意波长不相等,D 错误.答案:AB7.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( )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 .用紫外线观察不到类似的图象D .实验表明光是一种概率波解析:图象(a)曝光时间短,通过的光子数很少,呈现粒子性,A 正确.图象(c)曝光时间长,通过了大量光子,呈现波动性,B 正确.该实验表明光是一种概率波,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,C 错误. 答案:ABD8.在探究光电效应现象时,某小组的同学分别用波长为λ、2λ的单色光照射某金属,逸出的光电子最大速度之比为2∶1,普朗克常量用h 表示,光在真空中的速度用c 表示,则( )A .光电子的最大初动能之比为2∶1B .该金属的截止频率为cλC .用波长为52λ的单色光照射该金属时能发生光电效应D .用波长为4λ的单色光照射该金属时不能发生光电效应解析:在两种单色光照射下,逸出的光电子的最大速度之比为2∶1,由E k =12mv 2可知,光电子的最大初动能之比为4∶1,A 错误;又由h ν=W +E k 知,h c λ=W +12mv 21 ,h c 2λ=W +12mv 22,又v 1=2v 2,解得W =h c 3λ,则该金属的截止频率为c3λ,B 错误;光的波长小于或等于3λ时才能发生光电效应,C 、D 正确. 答案:CD[能力题组]一、选择题9.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解析:光的频率不变,表示光子能量不变,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. 答案:A10.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,则逸出功及电子到达阳极时的最大动能为( )A .1.5 eV,0.6 eVB .1.7 eV,1.9 eVC .1.9 eV,2.6 eVD .3.1 eV,4.5 eV解析:光子能量h ν=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 =12mv 2m 知,最大初动能E km =eU =0.6 eV ,由光电效应方程h ν=E km +W 知W =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C 正确. 答案:C11.(多选)(2018·重庆万州二中模拟)某金属在光的照射下产生光电效应,其遏止电压U c 与入射光频率ν的关系图象如图所示,则由图象可知( )A .若已知电子电荷量e ,就可以求出普朗克常量hB .遏止电压是确定的,与照射光的频率无关C .入射光的频率为2ν0时,产生的光电子的最大初动能为h ν0D .入射光的频率为3ν0时,产生的光电子的最大初动能为h ν0解析:根据光电效应方程E k =h ν-W 和-eU c =0-E k 得,U c =he ν-W e,可知当入射光的频率大于极限频率时,遏止电压与入射光的频率呈线性关系,B 错误;因为U c =he ν-W e,知图线的斜率等于h e,从图象上可以得出斜率的大小,若已知电子电荷量e ,可以求出普朗克常量h ,A 正确;从图象上可知逸出功W =h ν0,根据光电效应方程得E k =h ·2ν0-W =h ν0,C 正确;E k =h ·3ν0-W =2h ν0,D 错误.答案:AC12.(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 与照射光的时间成正比 C .对于同种金属,E k 与照射光的频率成线性关系D .对于不同种金属,若照射光频率不变,E k 与金属的逸出功成线性关系解析:发生光电效应,一个电子获得一个光子的能量,E k =h ν-W ,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,B 错误;由E k =h ν-W 可知,对同种金属,E k 与照射光的频率成线性关系,若频率不变,对不同金属,E k 与W 成线性关系,C 、D 正确. 答案:ACD 二、非选择题13.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 =6.63×10-34J·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 0=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得E km =h c λ-h cλ0,代入数据得λ0=0.66 μm.答案:(1)4.0×1012个 9.6×10-20J (2)0.66 μm14.用功率P 0=1 W 的光源照射离光源r =3 m 处的某块金属的薄片,已知光源发出的是波长λ=663 nm 的单色光,试计算: (1)1 s 内打到金属板1 m 2面积上的光子数; (2)若取该金属原子半径r 1=0.5×10-10m ,则金属表面上每个原子平均需隔多少时间才能接收到一个光子?解析:(1)离光源r =3 m 处的金属板1 m 2面积上1 s 内接收的光能E 0=P 0t 4πr2=8.85×10-3J 每个光子的能量E =h cλ=3×10-19J所以每秒接收的光子数n =8.85×10-33×10-19=2.95×1016个.(2)每个原子的截面积为S 1=πr 21=7.85×10-21 m 2把金属板看成由原子密集排列组成的,则面积S 1上接收的光的功率P ′=8.85×10-3×7.85×10-21 W =6.95×10-23 W。
光电效应例试题汇总
光电效应:光照射金属板时,可以使金属板发射电子的现象。
右图中,锌板带正电,验电器也带正电。
光电效应中,金属板发射出来的电子叫光电子,光电子的定向移动可以形成光电流。
相关知识:电磁波按照频率依次增大〔波长依次减小〕的顺序排列:无线电波→红外线→可见光→紫外线→x 射线→γ射线可见光又分为7 中颜色:红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。
光的频率和颜色是对应关系,一个频率对应一种光的颜色。
单色光就是单一频率的光。
光照强度:单位时间内照射到单位面积上的光的能量。
〔光线和接收面垂直时〕通俗讲,光照强度大就是光线密集的意思。
房间里开一盏灯时没有开两盏灯光照强度大。
光电效应的规律:〔右图为研究光电效应的电路图〕1.光电管中存在饱和电流。
当光照强度、光的颜色一定时,光电流随着AK 极之间的电压增大而增大,但是当电压增大到一定程度以后,光电流就不再增大了,光电流能到达的最大值叫饱和电流。
控制光的颜色,饱和电流与光照强度有关,光照越强那么饱和电流越大。
2.光电管两端存在着遏止电压。
当加反向电压时,即 A 极为负极板,A 、K 极之间电压为零时,光电流并不为零。
当在 A 、K 极K 极为正极板时,光电子在两极之间减速运动。
反向电压越大,光电流越小,当反向电压到达某一值时,光电流消失,能够使光电流消失的反向电压叫遏止电压,用U C表示。
遏止电压与光照强度无关,只与入射光的频率有关,频率越大那么遏止电压越大。
右图中,甲乙丙三种光的频率大小关系?甲、乙的光照强度大小关系?乙、3.金属能否发生光电效应取决于入射光的频率,与光照强度和光照时间无关。
当入射光的频率低于某一值时,无论光照多强,时间多长都不会发生光电效应。
而这一值叫做截止频率,又叫极限频率,用ν c 表示。
4.如果入射光的频率超过了截止频率,无论光照强度多么弱,发生光电效应仅需10-9 s。
爱因斯坦为了解释光电效应,提出了光子说:1.在空间传播的光是不连续的,而是一份一份的,每一份叫做一个光子,光子的能量E=h ν。
高三物理光电效应试题
高三物理光电效应试题1.(5分)下列说法正确的是________(填入正确选项前的字母,选对1个给2分,选对2个给4分,选对3个给5分,每选错1个扣3分,最低得分为0分)A.放射性元素的半衰期随温度的升高而减小B.放射性元素放射出的射线、射线和射线,电离能力最强的是射线C.衰变成要经过6次衰变和4次衰变D.原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁的过程,是吸收能量的过程E.光电效应的实验结论是:对于某种金属,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【答案】BCE【解析】半衰期与温度无关,故选项A错误;三种射线中电离能力最强的是射线,故选项B正确;据可知选项C正确;原子从较高激发态向较低激发态跃迁,向外辐射能量,故选项D错误;当照射光频率大于金属极限频率时,增加照射光频率,光电子最大初动能变大,故选项E正确。
【考点】本题考查放射性元素、衰变,原子跃迁和光电效应。
2.如图甲所示的光电效应实验中,改变入射光束的频率v,同时由电压表V测量出相应的遏止电压Uc ,多次测量,绘得的Uc—v关系图线如图乙所示。
已知电子的电荷量e = C。
求:①金属k的截止频率vc ;②普朗克常量h。
【答案】①vc=Hz②h= J·s【解析】①从图中可得:金属k的截止频率vc=Hz (2分)②图线的斜率k=V·s= V·s普朗克常量h= J·s (2分)【考点】考查了光电效应3.下列说法中正确的是()(填选项前的字母)A.光电效应说明光具有波动性的,它是爱恩斯坦所先发现并加以理论解释的B.235U的半衰期约为7亿年,随地球环境的变化,半衰期可能变短C.据波尔理论知,氢原子辐射出一个光子后,氢原子的电势能减小,核外电子的动能增大D.卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究,揭示了原子核的结构【答案】C【解析】光电效应说明光具有粒子性,不是波动性的,故A错误;半衰期不会随地球环境的变化而变化,故B错误;氢原子辐射出一个光子后,其运动的半径减小,氢原子的电势能减小,核外电子的动能增大,故C正确;卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究,揭示了原子的核式结构,故D错误;【考点】光电效应;粒子散射实验;玻尔模型和氢原子的能级结构;原子核衰变及半衰期、衰变速度.4.以下有关近代物理内容的若干叙述正确的是(填正确答案标号。
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第一节光电效应[学生用书P229]【基础梳理】一、光电效应1.定义:在光的照射下从物体发射出电子的现象(发射出的电子称为光电子).2.产生条件:入射光的频率大于极限频率.3.光电效应规律(1)存在着饱和电流:对于一定颜色的光,入射光越强,单位时间内发射的光电子数越多.(2)存在着遏止电压和截止频率:光电子的能量只与入射光的频率有关,而与入射光的强弱无关.当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应.(3)光电效应具有瞬时性:当频率超过截止频率时,无论入射光怎样微弱,几乎在照到金属时立即产生光电流,时间不超过10-9 s.二、光电效应方程1.基本物理量(1)光子的能量ε=hν,其中h=6.626×10-34 J·s(称为普朗克常量).(2)逸出功:使电子脱离某种金属所做功的最小值.(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动能的最大值.2.光电效应方程:E k =h ν-W 0.三、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.【自我诊断】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)×做一做(多选)(高考广东卷)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提示:选AD.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,则光电流将增大,故选项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,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h ν-W 逸=12mv 2可知,增加照射光频率,光电子的最大初动能也增大,故选项D 正确.对光电效应现象的理解[学生用书P230]【知识提炼】1.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.2.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.【典题例析】(多选)(2016·高考全国卷Ⅰ改编)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] 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,选项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和光强都有关,选项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,选项D 错误.[答案]AC(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的解释了光电效应现象.关于光电效应,下列说法正确的是 ( )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:选AD.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.光电效应方程[学生用书P230](多选)(2017·高考全国卷Ⅲ)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Ek 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h νa -E k a >h νb -E k b[解析] 设该金属的逸出功为W ,根据爱因斯坦光电效应方程有E k =h ν-W ,同种金属的W 不变,则逸出光电子的最大初动能随ν的增大而增大,B 项正确;又E k =eU ,则最大初动能与遏止电压成正比,C 项正确;根据上述有eU =h ν-W ,遏止电压U 随ν增大而增大,A 项错误;又有h ν-E k =W ,W 相同,则D 项错误.[答案] BC1.应用光电效应方程时的注意事项(1)每种金属都有一个截止频率,光频率大于这个截止频率才能发生光电效应.(2)截止频率是发生光电效应的最小频率,对应着光的极限波长和金属的逸出功,即h ν0=h cλ0=W 0.(3)应用光电效应方程E k =h ν-W 0时,注意能量单位电子伏和焦耳的换算(1 eV =1.6×10-19 J).(4)作为能量守恒的一种表达式可以定性理解方程h ν=W 0+12mv 2的意义:即入射光子的能量一部分相当于转换在金属的逸出功上,剩余部分转化为光电子的动能.对某种金属来说W 0为定值,因而光子频率ν决定了能否发生光电效应及光电子的初动能大小.每个光子的一份能量h ν与一个光电子的动能12mv 2对应. 2.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 =h ν-W 0.②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.【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 =h ν-W 0,可知图线的斜率为普朗克常量,C 正确;金属的逸出功为:W 0=h ν0=6.63×10-34×4.27×10141.6×10-19 eV ≈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h ν=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h νc =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.(2015·高考全国卷Ⅰ)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 =h ν-W 0及E km =eU c 得U c =h νe -W 0e ,故h e =k ,b =-W 0e ,得h =ek ,W 0=-eb .答案:ek -eb光的波粒二象性 物质波[学生用书P232]【知识提炼】光既具有波动性,又具有粒子性,两者不是孤立的,而是有机的统一体,其表现规律为: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,越不容易看到光的干涉和衍射现象,贯穿本领越强.3.从传播与作用上看:光在传播过程中往往表现为波动性;在与物质发生作用时往往表现为粒子性.4.波动性与粒子性的统一:由光子的能量E =h ν,光子的动量p =h λ表达式也可以看出,光的波动性和粒子性并不矛盾:表示粒子性的粒子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.5.理解光的波粒二象性时不可把光当成宏观概念中的波,也不可把光当成宏观概念中的粒子.【跟进题组】1.(多选)(2015·高考全国卷Ⅱ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 .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,选项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,选项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,选项C 正确;光电效应实验,体现的是波的粒子性,选项D 错误.2.德布罗意认为,任何一个运动着的物体,都有一种波与它对应,波长是λ=h p ,式中p 是运动物体的动量,h 是普朗克常量.已知某种紫光的波长是440 nm ,若将电子加速,使它的德布罗意波长是这种紫光波长的1×10-4 倍.求:(1)电子的动量大小.(2)试推导加速电压跟德布罗意波长的关系,并计算加速电压的大小.(电子质量m =9.1×10-31 kg ,电子电荷量e =1.6×10-19 C ,普朗克常量h =6.6×10-34 J ·s ,加速电压的计算结果取一位有效数字)解析:(1)由λ=h p 得p =h λ= 6.6×10-341×10-4×440×10-9 kg ·m/s =1.5×10-23 kg ·m/s.(2)eU =E k =p 22m ,又λ=h p联立解得U =h 22em λ2,代入数据解得U =8×102 V.答案:(1)1.5×10-23kg ·m/s (2)U =h 22em λ2 8×102 V[学生用书P232]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 .10-12J 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 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 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 =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 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 =6.63×10-34 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=7.00×1014Hz ,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5.15×1014 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=7.00×1014Hz 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][学生用书P353(单独成册)](建议用时:60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.(2018·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.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( )B.波长成正比D.速度平方成正比A正C、D皆错误.用强激光照射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为电子电量)( )A .U =h νe -W eB .U =2h νe -W eC .U =2h ν-WD .U =5h ν2e -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: nh ν=12mv 2m +W (n =2,3,4,…)② 由①②式解得:U =nh νe -W e(n =2,3,4,…), 故选项B 正确.二、多项选择题 7.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.8.1927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.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 也正确;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.(2015·高考江苏卷)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.(2018·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.(2018·济南模拟)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EB .该金属的逸出功等于h ν0C .入射光的频率为2ν0时,产生的光电子的最大初动能为ED .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 项正确;而E k =0时,h ν=W 0即W 0=h ν0,B 项正确;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 项正确;入射光的频率为ν02时,不会发生光电效应,D 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 =h ν-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 =h ν-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 =h ν-W 0可知,E k 与照射光的频率成线性关系,D 正确.14.(2018·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 ( )。