高考物理一轮复习 第十二章 原子与原子核 第1讲 光电效应 波粒二象性作业 新人教版

第1讲光电效应波粒二象性
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[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：C
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
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：B
3．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：A
4．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 ν
D ．
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：C
5．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图像．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＝W
h
，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：AB
7．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)所示的图像，则( )
A ．图像(a)表明光具有粒子性
B ．图像(c)表明光具有波动性
C ．用紫外线观察不到类似的图像
D ．实验表明光是一种概率波
解析：图像(a)曝光时间短，通过的光子数很少，呈现粒子性，A 正确．图像(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：ABD
8．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∶1
B ．该金属的截止频率为c
λ
C ．用波长为5
2λ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 ＝12
mv 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 ＋1
2
mv 22，
又v 1＝2v 2，解得W ＝h c 3λ，则该金属的截止频率为c
3λ，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：A
10．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 eV
B ．1.7 eV,1.9 eV
C ．1.9 eV,2.6 eV
D ．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 ＝
12
mv 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：C
11.(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的关系图像如图所示，则由图像可知( )
A ．若已知电子电荷量e ，就可以求出普朗克常量h
B ．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 ν0
D ．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 ＝h
e 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 ＝h e ν－W e
，知图线
的斜率等于h
e
，从图像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；从图像上可知逸出功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：AC
12．(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
－34
J·s .结合图像，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 c
λ
，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
14．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＝0.5×10－10
m ，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 4πr
2＝8.85×10－3
J 每个光子的能量E ＝h c
λ＝3×10
－19
J
所以每秒接收的光子数
n ＝8.85×10－3
3×10－19＝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
每两个光子落在原子上的时间间隔
Δt ＝E P ′＝3×10－19
6.95×10－23
s ＝4 317 s.
答案：(1)2.95×1016
个 (2)4 317 s。