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1、第 1 页 共 8 页 1 第 1 讲 光电效应 波粒二象性第 1 讲 光电效应 波粒二象性 A 组 基础过关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=hc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 Ek=h-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,
2、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
3、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 第 2 页 共 8 页 2 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
4、 错误。 4.2017 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 100nm(1nm=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=6.610-34Js,真空光速 c=3108m/s)( ) A.10-21J B.10-18J C.10-15J D.10-12J 答案 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=
5、h =210-18J,故选项 B 正 c 确。 5.(多选)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; 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 B.单个光子的运动没有确定的轨道 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 第 3 页 共 8 页 3 答案 BCD 单个光子通过狭缝后的落点无法预
6、测,大量光子的落点呈现一定的规律性,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。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。综上可知,正确选项为 B、C、D。 6.(多选)(2018 陕西西安模拟)2009 年诺贝尔物理学奖得主威拉德博伊尔和乔治史密斯主要成就是 发明了电荷耦合器件(CCD)图像传感器。他们的发明利用了爱因斯坦的光电效应原理。如图所示电路可 研究光电效应规律。图中标有 A 和 K 的为光电管,其中 K 为阴极,A 为阳极。理想电流计可检测通过光电 管的电流,理想电压表用来指示光电管两端的电压。现接通电源,用光子能
7、量为 10.5eV 的光照射阴极 K, 电流计中有示数,若将滑动变阻器的滑片 P 缓慢向右滑动,电流计的读数逐渐减小,当滑至某一位置时电 流计的读数恰好为零,读出此时电压表的示数为 6.0V;现保持滑片 P 位置不变,以下判断正确的是( ) A.光电管阴极材料的逸出功为 4.5eV B.若增大入射光的强度,电流计的读数不为零 C.若用光子能量为 12eV 的光照射阴极 K,光电子的最大初动能一定变大 D.若用光子能量为 9.5eV 的光照射阴极 K,同时把滑片 P 向左移动少许,电流计的读数一定不为零 答案 AC 由电路图可知题图中所加电压为反向减速电压,根据题意可知遏止电压为 6.0V,由
8、Ek=h- W0=eUc得 W0=4.5eV,选项 A 正确;当电压达到遏止电压时,所有电子都不能到达 A 极,无论光强如何变化, 电 流计示数仍为零,选项 B 错;若光子能量增大,根据光电效应方程,光电子的最大初动能一定变大,选项 C 正确;若用光子能量为 9.5eV 的光照射阴极 K,则遏止电压为 5.0V,滑片 P 向左移动少许,电流计的读数仍 可能为零,选项 D 错。 7.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( ) 第 4 页 共 8 页 4 材料钠铜铂 极限波长/nm541268196 A.仅钠能产
9、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 答案 D 当入射光的波长小于金属的极限波长时,被照射金属能够发生光电效应产生光电子。光源发出 的光的波长在 25nm 到 425nm 之间,故可使三种金属均发生光电效应,D 项正确。 8.某光波射到一逸出功为 W 的光电材料表面,所产生的光电子垂直射入磁感应强度为 B 的匀强磁场中,其 做圆周运动的最大半径为 r,设电子的质量为 m,带电荷量为 e,普朗克常量为 h,则该光波的频率为( ) A.B. W h r2e2B2 2mh C. +D. - W h r2e2B2 2mh W h r2e2B2 2mh 答案 C
10、由 evB=可得所产生的光电子的最大初动能 Ek= mv2=。由爱因斯坦光电效应方程有 mv2 r 1 2 r2e2B2 2m Ek=h-W,解得 = +,选项 C 正确。 W h r2e2B2 2mh 9.(2018 湖北八校联考)表是按照密立根的方法进行光电效应实验时得到的某金属的遏止电压 Uc和入射 光的频率 的几组数据。 Uc/V 0.54 1 0.63 7 0.71 4 0.80 9 0.87 8 /1014Hz 5.64 4 5.88 8 6.09 8 6.30 3 6.50 1 第 5 页 共 8 页 5 由以上数据应用 Excel 描点连线,可得直线方程,如图所示。 则这种金属
11、的截止频率约为( ) A.3.51014HzB.4.31014Hz C.5.51014HzD.6.01014Hz 答案 B 遏止电压为零时,入射光的频率等于截止频率,根据方程Uc=0.3973-1.7024,当Uc=0时,解得 1014 =4.31014Hz,B 正确。 10.(多选)利用金属晶格(大小约 10-10m)作为障碍物观察电子的衍射图样,方法是让电子通过电场加速后, 让电子束照射到金属晶格上,从而得到电子的衍射图样。 已知电子质量为 m,电荷量为 e,初速度为 0,加速 电压为 U,普朗克常量为 h,则下列说法中正确的是( ) A.该实验说明了电子具有波动性 B.实验中电子束的德布
12、罗意波的波长为 = h 2meU C.加速电压 U 越大,电子的衍射现象越明显 D.若用相同动能的质子替代电子,衍射现象将更加明显 答案 AB 题中能得到电子的衍射图样,说明电子具有波动性,A正确;电子在加速过程中有eU= mv2,电子 1 2 束的德布罗意波的波长 = ,而动量 p=mv,解得 =,B 正确;由 =可知,加速电压越大,电子的 h p h 2meU h 2meU 德布罗意波的波长越小,衍射现象就越不明显,C 错误;由 = =知,相同动能的质子与电子相比,质子 h p h 2mEk 的德布罗意波的波长短,衍射现象与电子相比不明显,故 D 错误。 第 6 页 共 8 页 6 11.
13、(多选)(2018 安徽淮北一中模拟)用甲、 乙两种单色光照射同一金属做光电效应实验,发现光电流与电 压的关系如图所示。已知普朗克常量为 h,被照射金属的逸出功为 W0,遏止电压为 Uc,电子的电荷量为 e, 则下列说法正确的是( ) A.甲光的强度大于乙光的强度 B.甲光的频率大于乙光的频率 C.甲光照射时产生的光电子初动能均为 eUc D.乙光的频率为 W0+ eUc h 答案 AD 光电效应方程 Ek=h-W0,Ek=Uce,由题图可知,甲、乙的截止电压相同,故甲、乙的频率相同, 选项 B 错误;频率相同,光的强度越强,则单位时间内光电子数目越多,对应的光电流越大,即可判定甲光 的强度较
14、大,选项 A 正确;甲光照射时产生的光电子的最大初动能为 eUc,选项 C 错误;根据 Ek=h-W0=Uce, 可得 =,选项 D 正确。 Uce + W0 h 12.(多选)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 第 7 页 共 8 页 7 答案 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、
15、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。 B 组 能力提升B 组 能力提升 13.(多选)1905 年,爱因斯坦把普朗克的量子化概念进一步推广,成功地解释了光电效应现象,提出了光 子说。在给出的与光电效应有关的四个图像中,下列说法正确的是( ) A.图 1 中,当紫外线照射锌板时,发现验电器指针发生了偏转,说明锌板带正电,验电器带负电 B.图 2 中,从光电流与电压的关系图像中可以看出,电压相同时,光照越强,光电流越大,说明遏止电压和 光的强度有关 C.图3中,若电子电荷量用e表示,1、 c、 U1已知,由Uc-图像可求得普朗克常量的表达式为h= U1e
16、1- c D.图 4 中,由光电子最大初动能 Ek与入射光频率 的关系图像可知该金属的逸出功为 E 或 h0 答案 CD 用紫外线灯发出的紫外线照射锌板,锌板失去电子带正电,验电器与锌板相连,则验电器的金 属球和金属指针带正电,故选项 A 错误;由图 2 可知电压相同时,光照越强,光电流越大,只能说明光电流 大小与光的强度有关,遏止电压只与入射光的频率有关,与入射光的强度无关,故选项 B 错误;根据爱因斯 坦光电效应方程 Uce=h-W0,可知 Uc= - ,Uc- 图线的斜率为 ,即 =,解得 h=,故选项 C h e W0 e h e h e U1 1- c U1e 1- c 正确;根据光
17、电效应方程 Ekm=h-W0知道 Ek- 图线的纵轴截距的绝对值表示逸出功,则逸出功为 E,当最 大初动能为零时,入射光的频率等于金属的极限频率,则金属的逸出功等于 h0,故选项 D 正确。 第 8 页 共 8 页 8 14.现有 a、b、c 三束单色光,其波长关系为 abc=123。当用 a 光束照射某金属板时能发生 光电效应,飞出的光电子最大初动能为 Ek;若改用 b 光束照射该金属板,飞出的光电子最大初动能为 Ek。 1 3 当改用 c 光束照射该金属板时( ) A.能发生光电效应,飞出的光电子最大初动能为 Ek 1 6 B.能发生光电效应,飞出的光电子最大初动能为 Ek 1 9 C.能发生光电效应,飞出的光电子最大初动能为 Ek 1 12 D.由于 c 光束的光子能量较小,该金属板不会发生光电效应 答案 B 对 a、b 两束光,由光电效应方程有:-W0=Ek,-W0= Ek,由以上两式可得= Ek,W0= Ek。当改 hc a hc 2a 1 3 hc a 4 3 1 3 用 c 光束照射该金属板时有:-W0= Ek- Ek= Ek,故 B 正确。 hc 3a 4 9 1 3 1 9