波粒二象性

高考经典课时作业15-1 波粒二象性
（含标准答案及解析）
时间：45分钟 分值：100分
1．(2011·高考广东卷)光电效应实验中，下列表述正确的是( ) A ．光照时间越长光电流越大
B ．入射光足够强就可以有光电流
C ．遏止电压与入射光的频率有关
D ．入射光频率大于极限频率才能产生光电子
2．(2012·高考上海卷)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
3．现有a 、b 、c 三种单色光，其波长关系为λa >λb >λc .用b 光照射某种金属时，恰好能发生
光电效应．若分别用a 光和c 光照射该金属，则( )
A ．a 光照射时，不能发生光电效应
B ．c 光照射时，不能发生光电效应
C ．a 光照射时，释放出的光电子的最大初动能最大
D ．c 光照射时，释放出的光电子的最大初动能最小
4．物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减弱光
的强度．使光子只能一个一个地通过狭缝．实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只能出现一些不规则的点子；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条纹．对这个实验结果下列认识正确的是( )
A ．曝光时间不长时，光的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的点子
B ．单个光子的运动没有确定的规则
C ．干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方
D ．只有大量光子的行为才表现出波动性
5．在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占整个从单缝射入的光强的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
6．根据爱因斯坦光子说，光子能量E 等于(h 为普朗克常量，
c 、λ为真空中的光速和波
长)( )
A ．h c λ
B ．h λc
C ．hλ D.h λ
7．(2012·高考四川卷)a 、b 两种单色光组成的光束从介质进入空气时，其折射光束如图所示．用a 、b 两束光( )
A ．先后照射双缝干涉实验装置，在缝后屏上都能出现干涉条纹，由此确定光是横波
B ．先后照射某金属，a 光照射时恰能逸出光电子，b 光照射时也能逸出光电子
C ．从同一介质以相同方向射向空气，其界面为平面，若b 光不能进入空气，则a 光也不能进入空气
D ．从同一介质以相同方向射向空气，其界面为平面，a 光的反射角比b 光的反射角大
8．(2013·揭阳模拟)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，电子到达阳极时的最大动能为()
A．0.6 eV B．1.9 eV
C．2.6 eV D．4.5 eV
9．(2012·山西重点中学联考)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，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，由图可知()
A．该金属的极限频率为4.3×1014 Hz
B．该金属的极限频率为5.5×1014 Hz
C．该金属的逸出功为8×10－20 J
D．该图线斜率的倒数表示普朗克常量
10．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()
11．(2013·北京四中模拟)(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
(2)用红光照射某一光电管发生光电效应时，测得光子的最大初动能为E k1，光电流强度
为I1；若改用光的强度与上述红光相同的紫光照射该光电管时，测得光电子的最大初动能为E k2，光电流强度为I2，则E k1与E k2，I1与I2的大小关系为：E k2________E k1，I2________I1(选填“>”、“＝”或“<”)．
12．如图所示，一光电管的阴极用极限波长λ0＝5 000×10－10m的钠制成．用波长λ＝3 000×10－10 m的紫外线照射阴极，光电管阳极A和阴极K之间的电势差U＝2.1 V，饱和光电流的值(当阴极K发射的电子全部到达阳极A时，电路中的电流达到最大值，称为饱和光电流)I＝0.56 μA.
(1)求每秒钟内由K极发射的光电子数目；
(2)求电子到达A极时的最大动能；
(3)如果电势差U不变，而照射光的强度增到原值的三倍，此时电子到达A极时最大动
能是多少？(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s)．
标准答案及解析：
1．
解析：在光电效应中，若照射光的频率小于极限频率，无论光照时间多长，光照强度多大，都无光电流，当照射光的频率大于极限频率时，立刻有光电子产生，故A 、B 错误，D 正确．由－eU ＝0－E k ，E k ＝hν－W ，可知U ＝(hν－W )e
，即遏止电压与入射光频率ν有关，C 正确．
答案：CD
2．
解析：由爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W 0可知：E k 只与频率ν有关，故选项B 、C 、D 错，选项A 正确．
答案：A
3．
解析：只有当光的频率大于或等于极限频率时才会发生光电效应，由ν＝c λ
可判断a 、b 、c 三种单色光的频率关系为νa <νb <νc ，用b 光照射某金属恰好能发生光电效应，故a 光照射时不能发生光电效应，c 光照射时能发生光电效应，A 正确，B 、C 错误；光电效应释放出的光电子的初动能与频率有关，频率越大，初动能越大，c 光照射时，释放出的光电子的最大初动能最大，D 错误．
答案：A
4．
解析：单个光子通过双缝后的落点无法预测，大量光子的落点出现一定的规律性，落在某些区域的可能性较大，这些区域正是波通过双缝后发生干涉时振幅加强的区域．因而把光波叫做概率波．光具有波粒二象性，少数光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性．所以正确选项为B 、C 、D.
答案：BCD
5．
解析：大量光子的行为显示出波动性，当大量光子通过单缝时光子落在亮纹处的概率较大，尤其是中央亮纹处，依题将有95%以上的光子落在中央亮纹处，落在其他亮处相对少一些，落在暗纹处光子最少，注意的是暗纹处不是没有光子落在上面，只是很少而已．因此，C 、D 正确．
答案：CD
6．
解析：根据E ＝hν、ν＝c λ得：E ＝h c λ
，故A 对． 答案：A
7．
解析：双缝干涉现象说明光具有波动性，而偏振现象说明光是横波，故A 错误．由题图可知a 光偏折程度大于b 光，故n a >n b ，νa >νb ，而当a 光恰好发生光电效应时，b 光
不能发生光电效应，故B 错．因为n a >n b ，由sin C ＝1n
得：临界角C a <C b ，a 光较b 光容易发生全反射，故C 正确．a 、b 光都遵守反射定律，即反射角等于入射角，因二者入射角相等，故反射角必相等，D 错误．
答案：C
8．
解析：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，
由光电效应方程hν＝12m v 2m
＋W ，当电压表读数大于等于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 ＝12m v 2m 知，最大初动能12m v 2m
＝eU ＝0.6 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 k ＝12m v 2m
＋eU ＝0.6 eV ＋2 eV ＝2.6 eV ，故C 正确．
答案：C
9． 解析：由光电效应方程E km ＝hν－W 0知该图线的斜率为普朗克常量，图线与横轴交点的
横坐标为金属的极限频率ν0，即ν0＝4.3×1014 Hz ，A 选项正确，B 、D 选项均错误；金
属的逸出功W 0＝hν0＝6.63×10－34×4.3×1014 J ≈2.85×10－19 J ，C 选项错误．
答案：A
10．
解析：由爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W 0和动能定理－eU c ＝0－E k 可得U c ＝h e ν－W 0e
，遏止电压U c 与入射光的频率有关，与光强无关．由发生光电效应的规律可知，光电流与光的强度有关，光越强，光电流越强，所以选项C 正确．
答案：C
11．
解析：由W 0＝hν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，即B 错．E k ＝hν－W 0可知C 错．单位时间内逸出的光电子数与频率无关，取决于入射光的强度，故D 错．
(2)红光光子的频率比紫光光子的频率小，因此红光的光子能量小，紫光的光子能量大，当红光和紫光的强度相同时，即单位时间内单位面积上照射的红光光子个数多，而照射的紫光的光子个数少，根据光电效应原理，红光照射时，产生的光电子数多，光电流的强度大，故I 1>I 2.由于紫光光子能量大，同一光电管，逸出功W 0相同，根据爱因斯坦光电效应方程hν＝W 0＋E k 得：用紫光照射时，光电子的最大初动能大，E k2>E k1. 答案：(1)A (2)> <
12．
解析：(1)设每秒内发射的光电子数为n ，
则n ＝I e ＝0.56×10－61.60×10
－19个＝3.5×1012个． (2)由光电效应方程可知
E km ＝hν－W 0＝h c λ－h c λ0
＝hc ⎝⎛⎭⎫1λ－1λ0， 在AK 间加电压U 时，电子到达阳极时的动能为E k
E k ＝E km ＋eU ＝hc ⎝⎛⎭⎫1λ－1λ0＋eU .
代入数值得E k ＝6.01×10－19 J.
(3)根据光电效应规律，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，如果电压U 不变，则电子到达A 极的最大动能不变．
答案：(1)3.5×1012 个 (2)6.01×10－19 J (3)6.01×10－19 J。