1、第1讲光电效应波粒二象性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,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
2、.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
3、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
4、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=6.610-34 Js,真空光速c=3108 m/s)()A.10-21 JB.10-18 JC.10-15 JD.10-12 J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=hc=210-18 J,故选项B正确。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
5、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答案BCD单个光子通过狭缝后的落点无法预测,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
6、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,用光子能量为10.5 eV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6.0 V;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4.5 eVB.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12 eV的
7、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9.5 eV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6.0 V,由Ek=h-W0=eUc得W0=4.5 eV,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9.5 eV的光照射阴极K,则遏止电压为5.0 V,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,
8、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/nm541268196A.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25 nm到425 nm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.WhB.r2e2B2
9、2mhC.Wh+r2e2B22mhD.Wh-r2e2B22mh答案C由evB=mv2r可得所产生的光电子的最大初动能Ek=12mv2=r2e2B22m。由爱因斯坦光电效应方程有Ek=h-W,解得=Wh+r2e2B22mh,选项C正确。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/V0.5410.6370.7140.8090.878/1014 Hz5.6445.8886.0986.3036.501由以上数据应用Excel描点连线,可得直线方程,如图所示。则这种金属的截止频率约为()A.3.51014 HzB.4.310
10、14 HzC.5.51014 HzD.6.01014 Hz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=0.397 31014-1.702 4,当Uc=0时,解得=4.31014 Hz,B正确。10.(多选)利用金属晶格(大小约10-10 m)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罗意波的波长为=h2meUC.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
11、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=12mv2,电子束的德布罗意波的波长=hp,而动量p=mv,解得=h2meU,B正确;由=h2meU可知,加速电压越大,电子的德布罗意波的波长越小,衍射现象就越不明显,C错误;由=hp=h2mEk知,相同动能的质子与电子相比,质子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。11.(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
12、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eUcD.乙光的频率为W0+eUch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=Uce+W0h,选项D正确。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
13、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、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
14、,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=U1e1-cD.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
15、方程Uce=h-W0,可知Uc=he-W0e,Uc-图线的斜率为he,即he=U11-c,解得h=U1e1-c,故选项C正确;根据光电效应方程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。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13Ek。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16EkB.能发生光电效应,飞出的光电子最大初动能为19EkC.能发生光电效应,飞出的光电子最大初动能为112EkD.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:hca-W0=Ek,hc2a-W0=13Ek,由以上两式可得hca=43Ek,W0=13Ek。当改用c光束照射该金属板时有:hc3a-W0=49Ek-13Ek=19Ek,故B正确。
