2020版高考物理一轮总复习第十三章第1课时光电效应波粒二象性基次时限时规范训练含解析新人教版

光电效应 波粒二象性
[基础巩固题组](20分钟，50分)
1．用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间，在胶片上出现的图象如图所示，该实验表明( )
A ．光的本质是波
B ．光的本质是粒子
C ．光的能量在胶片上分布不均匀
D ．光到达胶片上不同位置的概率相同
解析：选C.用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间在胶片出现的图样，说明光有波粒二象性，故A 、B 错误；时间越长，明暗条纹越明显，说明光到达胶片上的不同位置的概率是不一样的，也就说明了光的能量在胶片上分布不均匀，故C 正确，D 错误．
2．(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 ．10－12 J
解析：选B.由E ＝hν，ν＝，可得E ＝h ＝6.6×10－34× J≈2×10－18 J ，c λc λ3×108
1×10
－7数量级为10－18，所以选项B 正确．
3．(多选)已知某金属发生光电效应的截止频率为νc ，则( )
A ．当用频率为2νc 的单色光照射该金属时，一定能产生光电子
B ．当用频率为2νc 的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hνc
C ．当照射光的频率ν大于νc 时，若ν增大，则逸出功增大
D ．当照射光的频率ν大于νc 时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍
解析：选AB.该金属的截止频率为νc ，则可知逸出功W 0＝hνc ，逸出功由金属自身性质决定，与照射光的频率无关，因此C 错误；由光电效应的实验规律可知A 正确；由光电效应方程E k ＝hν－W 0，将W 0＝hνc 代入可知B 正确，D 错误．
4．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：选A.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．5．(多选)美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现光子除了具有能量之外还具有动量，被电子散射的X光子与入射的X光子相比( )
A．速度减小B．频率减小
C．波长减小D．能量减小
解析：选BD.光速不变，A错误；光子将一部分能量转移到电子，其能量减小，随之光子的频率减小、波长变长，B、D正确，C错误．
6．(多选)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，即使该电压超过了遏止电压，也没有光电流产生，故选项D正确．
7．(多选)甲、乙两种金属发生光电效应时，光电子的最大初动能与入
射光频率间的关系分别如图中的a、b所示．下列判断正确的是( )
A．图线a与b不一定平行
B．乙金属的极限频率大于甲金属的极限频率
C．改变入射光强度不会对图线产生任何影响
D．图线的斜率是定值，与入射光和金属材料均无关
解析：选BCD.根据光电效应方程E k＝hν－W0＝hν－hν0知，图线的斜率表示普朗克常量，根据图线斜率可得出普朗克常量，因此a与b一定平行，且两斜率是固定值，与入射光和金属材料皆无关系，A错误，D正确；横轴截距表示最大初动能为零时的入射光频率，此时的频率等于金属的极限频率，由图可知乙金属的极限频率大，故B正确；纵截距对应ν＝0的时候，此时纵截距的绝对值就是逸出功的大小，根据W0＝hν0可求出，与入射光强度无
关，C 正确．
[能力提升题组](25分钟，50分)
1．(多选)下列关于波粒二象性的说法正确的是( )
A ．光电效应揭示了光的波动性
B ．使光子一个一个地通过单缝，若时间足够长，底片上也会出现衍射图样
C ．黑体辐射的实验规律可用光的粒子性解释
D ．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性
解析：选BCD.光电效应揭示了光的粒子性，A 错误；单个光子通过单缝后在底片上呈现出随机性，但大量光子通过单缝后在底片上呈现出波动性，B 正确；黑体辐射的实验规律说明了电磁辐射是量子化的，即黑体辐射是不连续的、一份一份的，所以黑体辐射可用光的粒子性来解释，C 正确；热中子束射在晶体上产生衍射图样，是由于运动的实物粒子具有波的特性，即说明中子具有波动性，D 正确．
2．一个德布罗意波长为λ1的中子和另一个德布罗意波长为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长为( )
A. B ．λ1λ2
λ1＋λ2
λ1λ2λ1－λ2C. D ．λ1＋λ22λ1－λ22
解析：选A.中子的动量p 1＝，氘核的动量p 2＝，同向正碰后形成的氚核的动量p 3＝h λ1h λ2
p 2＋p 1，所以氚核的德布罗意波长λ3＝＝，A 正确．h p 3λ1λ2
λ1＋λ2
3．某光源发出的光由不同波长的光组成，不同波长的光的强度如图所示，表中给出了一些材料的极限波长，用该光源发出的光照射表中材料( )
材料
钠铜铂极限波长(nm)
541268196
A.仅钠能产生光电子
B ．仅钠、铜能产生光电子
C ．仅铜、铂能产生光电子
D ．都能产生光电子解析：选D.根据爱因斯坦光电效应方程可知，只要光源的波长小于某金属的极限波长，就有光电子逸出，该光源发出的光的波长有的小于100 nm ，小于钠、铜、铂三个的极限波长，都能产生光电子，故D 正确，A 、B 、C 错误．
4．如图所示，真空中有一平行板电容器，两极板分别用锌板和铜板制成(锌板和铜板的截止频率分别为ν1和ν2，且ν1＜ν2)，极板的面积为S ，间距为d .锌板与灵敏静电计相连，锌板和铜板原来都不带电．现用频率为ν(ν1＜ν＜ν2)的单色光持续照射两板内表面，假设光电子全部到达另一极板，则电容器的最终带电荷量Q 正比于( )
A.(ν1－ν) B ．(ν1－ν2)
d S d S C. D ．(ν－ν1)S d (ν－ν1νν1)
S d 解析：选D.现用频率为ν(ν1＜ν＜ν2)的单色光持续照射两板内表面，根据光电效应的条件，知该单色光照射锌板能发生光电效应，照射铜板不能发生光电效应．通过光电效应方程知，光电子的最大初动能E km ＝hν－hν1.临界状态是电子减速到负极板时速度刚好为零．根据动能定理有eU ＝E km ＝hν－hν1.平行板电容器的电容C ∝，而Q ＝CU ，所以Q ∝S d
(ν－ν1)，故D 正确．S d
5．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：选C.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 ＝mv 知，最大初动能E km ＝eU ＝0.6 eV ，由12
2m 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C 正确．
6．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．则在如图所示的光电流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.光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与光照强度无关，因此在入射光频率相同的情况下，遏止电压相同，在能发生光电效应的前提下，光电流随着光照强度增大而增大，C 正确．A 、B 表示入射光频率相同的情况下，遏止电压不相同，均错误．D 表示在发生光电效应时，光电流随着光照强度增大而减小，D 错误．
7．(多选)如图所示，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E
B ．该金属的逸出功等于hνc
C ．入射光的频率为2νc 时，产生的光电子的最大初动能为E
D ．入射光的频率为时，产生的光电子的最大初动能为νc 2
E 2
解析：选ABC.由爱因斯坦的光电效应方程可得E k ＝hν－W 0，对应图线可得，该金属的逸出功W 0＝E ＝hνc ，A 、B 均正确；若入射光的频率为2νc ，则产生的光电子的最大初动能E k ＝2hνc －W 0＝hνc ＝E ，故C 正确；入射光的频率为时，该金属不发生光电效应，D 错误．νc 2。