2022版高考物理人教版一轮练习：第14章 第1讲 光电效应波粒二象性

练案[39]
第十四章 近代物理初步
第1讲 光电效应 波粒二象性
一、选择题(本题共12小题，1～7题为单选，8～12题为多选)
1．在通往量子论的道路上，一大批物理学家做出了卓越的贡献，下列有关说法正确的是( A )
A ．爱因斯坦提出光子说，并成功地解释了光电效应现象
B ．德布罗意第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念
C ．玻尔在1900年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念
D ．普朗克把光的波粒二象性推广到实物粒子，预言实物粒子也具有波动性
[解析] 爱因斯坦提出光子说，并成功地解释了光电效应现象，选项A 正确；玻尔第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，选项B 错误；普朗克在1900年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念，选项C 错误；德布罗意把光的波粒二象性推广到实物粒子，预言实物粒子也具有波动性，选项D 错误。

2．被誉为“中国天眼”的世界最大单口径射电望远镜(简称FAST)坐落在贵州省平塘县，用来接收来自宇宙深处的电磁波。

“中国天眼”的存在，使得深空通讯能力延伸至太阳系外缘行星，对探索宇宙的起源和地外文明具有重要意义。

如果为天眼配备一部发射功率为百万瓦级(106 W)的发射机，其发射的无线电波波长为126厘米，那么该发射机每秒钟发射的光子数量的数量级约为(取真空光速c ＝3×108 m/s ，普朗克常量h ＝6.6×10－34 J·s)( C )
A ．1023
B ．1027
C ．1031
D ．1035
[解析] 设发射机每秒钟发射的光子数量为n ，则t 0时间内发射光子的总能量为E ＝nt 0ε，
由ε＝hν和ν＝c λ得E ＝nt 0h c λ，则有nt 0h c λ
＝Pt 0，代入数据，最终可得n 的数量级约为1031，故C 正确。

3．(2021·浙江温州月考)如图所示是研究光电管产生光电流的电路图，A 、K 是光电管的两个电极，已知该光电管阴极金属的极限频率为ν0，元电荷为e ，普朗克常量为h 。

现将频率为ν(大于ν0)的光照射在阴极上，则下列方法一定能够增加饱和光电流的是( B )
A ．入射光强度不变，增加光的频率
B ．入射光频率不变，增加入射光强度
C ．增加A 、K 电极间的电压
D ．减小A 、K 电极间的电压
[解析] 本题考查影响饱和光电流的条件。

入射光强度不变，增加光的频率，则单位时间内入射光的光子数目减少，导致光电流的饱和值减小，选项A 错误；入射光频率不变，增加光强，则单位时间内入射光的光子数目增多，导致光电流的饱和值增大，选项B 正确；增加
A 、K 电极间的电压，会导致光电流增大，但饱和值不变，选项C 错误；减小A 、K 电极间的电压，会导致光电流减小，但饱和值不变，选项D 错误。

4．(2021·河北衡水中学模拟)如图所示是某金属在光的照射下，光电子的最大初动能E k 与入射光的波长的倒数(1/λ)的关系图像，由图像可知( B )
A ．图像中的λ0是发生光电效应的入射光的最小波长
B ．普朗克常量和光速的乘积hc ＝Eλ0
C ．该金属的逸出功等于－E
D ．若入射光的波长为λ0/3，产生的光电子的最大初动能为4 E
[解析] 本题考查对E k －1/λ图像的理解。

由光电效应方程可得E k ＝hc λ
－W 逸出，则题图像中的λ0是该金属发生光电效应的入射光的最大波长，选项A 错误；当E k ＝0时，hc λ0
＝W 逸出且W 逸出＝E ，则hc ＝Eλ0，选项B 正确，C 错误；若入射光的波长为λ0/3，产生的光电子的最大
初动能为E ′k ＝3 hc λ0
－W 逸出＝2 E ，选项D 错误。

5．(2019·天津)如图为a 、b 、c 三种光在同一光电效应装置中测得的光电流和电压的关系。

由a 、b 、c 组成的复色光通过三棱镜时，下述光路图中正确的是( C )
A B
C D
[解析]由爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－W0和动能定理－eU＝0－E k得eU＝hν－W0，知遏止电压大，则光的频率大，νb>νc>νa，由光的色散现象知频率越大，折射率越大，光的偏折角越大。

选项C正确。

6．(2020·黑龙江牡丹江一中期末)用如图所示的装置研究光电效应现象，用光子能量为2.5 eV的某种光照射到光电管上时，电流表G示数不为零；移动滑动变阻器的触点c，当电压表的示数大于或等于0.7 V时，电流表示数为零。

以下说法正确的是(B)
A．光电管阴极的逸出功为0.7 eV
B．光电管阴极的逸出功为1.8 eV
C．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
D．当电压表示数大于0.7 V时，如果把入射光的强度增大到一定程度，电流表可能会有示数
[解析]本题考查光电效应现象。

根据E k＝eU c和光电效应方程E k＝hν－W0可知，eU c＝hν－W0，故W0＝hν－eU c＝1.8 eV，A错误，B正确；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成线性关系，但不是正比关系，C错误；当电压表示数大于0.7 V时，电流表示数为零，说明此电压为遏止电压，此时增大入射光的强度并不能增大光电子的最大初动能，遏止电压不变，逸出的光电子仍不能到达另一电极，电流表示数仍为零，D 错误。

7．近年来，数码相机几近家喻户晓，用来衡量数码相机性能的一个非常重要的指标就是像素，1像素可理解为光子打在光屏上的一个亮点，现知300万像素的数码相机拍出的照片比30万像素的数码相机拍出的等大的照片清晰得多，其原因可以理解为(D) A．光是一种粒子，它和物质的作用是一份一份的
B．光的波动性是大量光子之间的相互作用引起的
C．大量光子表现出光具有粒子性
D．光具有波粒二象性，大量光子表现出光的波动性
[解析]由题意知像素越高形成照片的光子数越多，表现的波动性越强，照片越清晰，D 项正确。

8．(2021·江苏常州月考)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(ACD)
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．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构
[解析]电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，可以说明电子是一种波，故A正确；β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹，可以说明β射线是一种粒子，故B错误；人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构，中子衍射说明中子是一种波，故C正确；人们利用电子显微镜观测物质的微观结构，利用了电子束的衍射现象，说明电子束是一种波，故D正确。

9．关于物质的波粒二象性，下列说法中正确的是(ABC)
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]由德布罗意的理论可知A、C正确；运动的微观粒子到达的位置具有随机性，没有特定的运动轨道，B正确；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错误。

10．某种金属逸出光电子的最大初动能E k与入射光频率ν的关系如图所示。

已知该金属的逸出功为W0，普朗克常量为h。

下列说法正确的是(CD)
A．入射光的频率越高，金属的逸出功越大
B．E k与入射光的频率成正比
C．图中图线的斜率为h
D．图线在横轴上的截距为W0 h
[解析]金属的逸出功是由金属自身决定的，与入射光频率无关，其大小W0＝hνc，故选
项A 错误；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E k 与入射光的频率成线性关系，不是成正比，故选项B 错误；根据爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W 0，可
知斜率k ＝h ，故选项C 正确；由图可知，图线在横轴上的截距为W 0h
，故选项D 正确。

11．(2020·山西太原五中月考)现用某一光电管进行光电效应的实验，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( AC )
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] 本题考查光电效应及其相关的知识点，意在考查考生对光电效应知识的理解能力。

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，就不能产生光电效应，没有光电流产生，选项D 错误。

12．(2021·广东六校联盟联考)如图所示，在光电效应实验中，用频率为γa 。

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 a 。

下列说法正确的是( BD )
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，则光电子的最大初动能满足E k b >E k a
C ．若实验中增大单色光a 的强度，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
[解析] 本题考查光电效应的发生条件以及影响光电子的最大初动能的因素。

根据光电效应的产生条件可知，入射光的频率大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，可能发生光电效应，也可能不发生光电效应，选项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－W 0，光电子的最大初动能增大，满足E k b >E k a ，选项B 正确；根据动能定理可知eU a ＝E km ，增大单色光a 的强度，遏止电压不变，选项C 错误；增大单色光的强度，保持滑片P 不动，则单位时间内逸出的光电子数增多，光电流变大，选项D 正确。

二、非选择题
13．(2021·任丘市第一中学高三月考)如图所示，用导线将验电器与洁净锌板连接，触摸锌板使验电器指针归零。

用紫外线照射锌板，验电器指针发生明显偏转，接着用毛皮摩擦过
的橡胶棒接触锌板，发现验电器指针张角减小，此现象说明锌板带正电(选填写“正”或“负”)；若改用红外线重复上实验，结果发现验电器指针根本不会发生偏转，说明金属锌的极限频率大于红外线的频率(选填“大于”或“小于”)。

[解析] 用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电，当其接触锌板时发现验电器指针张角减小，这说明锌板带电量减小，故锌板带正电，部分电量被橡胶棒所带负电中和；用红外线照射验电器指针偏角不变，说明锌板未发生光电效应，说明锌板的极限频率大于红外线的频率。

14．(2021·江苏南通模拟)我国自行研制的一种大型激光器，能发出频率为ν、功率为P 0的高纯度和高亮度激光。

如图所示，光电管的阴极K 用某金属制成，闭合开关S ，当该激光射向阴极，产生了光电流。

移动变阻器的滑片P ，当光电流恰为零时，电压表的示数为U c ，已知普朗克常量为h ，电子电荷量为e ，真空中的光速为c 。

求：
(1)激光器发出的光子的动量p ； (2)光电管阴极K 的截止频率νc 。

[答案] (1)hνc (2)ν－eU c h
[解析] 本题考查光子的动量和光电效应方程的应用。

(1)由p ＝h λ，λ＝c ν
， 解得p ＝hνc。

(2)由eU c ＝E km ，
又E km ＝hν－W 0，
且W 0＝hνc ，
解得νc ＝ν－eU c h。