【物理】2020届光电效应波粒二象性作业

【物理】2020届光电效应波粒二象性作业

第1节　光电效应　波粒二象性 ‎1．关于光子和运动着的电子，下列论述正确的是(C)‎ A．光子和电子一样都是实物粒子 B．光子能发生衍射现象，电子不能发生衍射现象 C．光子和电子都具有波粒二象性 D．光子具有波粒二象性，而电子只具有粒子性 ‎【解析】物质可分为两大类：一是质子、电子等实物；二是电场、磁场等，统称场．光是传播着的电磁场．根据物质波理论，一切运动的物体都具有波动性，故光子和电子都具有波粒二象性．综上所述，C选项正确． ‎ ‎2．用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图所示，不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片．这些照片说明(B)‎ A．光只有粒子性没有波动性 B．少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性 C．光只有波动性没有粒子性 D．少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性 ‎【解析】由于光的传播不是连续的而是一份一份的，每一份就是一个光子，所以每次通过狭缝只有一个光子，当一个光子到达某一位置时该位置感光而留下痕迹，由于单个光子表现粒子性，且每一个光子所到达的区域是不确定的，但是大量光子表现出波动性，所以长时间曝光后最终形成了图中明暗相间的条纹，故该实验说明了光具有波粒二象性，故A、C、D错误，B正确．‎ ‎3．(多选)下列对光电效应的理解，正确的是(BD)‎ A．金属钠每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的能量足够大时，就能逸出金属 B．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应 C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大 D．由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应的入射光的最低频率也不同 ‎【解析】按照爱因斯坦的光子说，光子的能量由光的频率决定，与光强无关，入射光的频率越大，发生光电效应时产生的光电子的最大初动能越大；但要使电子离开金属，须使电子具有足够的动能，而电子增加的动能只能来源于照射光的光子能量，且一个电子只能吸收一个光子，不能吸收多个光子，否则即使光的频率低，若照射时间足够长，也会产生光电效应现象；电子从金属逸出时，只有从金属表面向外逸出的电子克服原子核的引力所做的功最小；综上所述，选项B、D正确．‎ ‎4．下图为黑体辐射的强度与波长的关系图象，从图象可以看出，随着温度的升高，(D)‎ A．各种波长的辐射强度都有减少 B．只有波长短的辐射强度增加 C．辐射电磁波的波长先增大后减小 D．辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 ‎【解析】由图象可以看出，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故A、B错误，D正确；随着温度的升高，黑体的辐射增强，波长变短，频率增大，故C错误．‎ ‎5．人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉，普朗克常量为6.63×10－34 J·s，光速为3.0×108 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是(A)‎ A．2.3×10－18 W B．3.8×10－19 W C．7.0×10－10 W D．1.2×10－18 W ‎【解析】每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，所以察觉到绿光所接收到最小功率为P＝＝ W＝2.3×10－18 W.‎ ‎6．(多选)用如图所示的光电管研究光电效应的实验中，用某种频率的单色光照射光电管的阴极K，电流计G的指针不发生偏转．那么(CD)‎ A．该单色光的频率一定小于阴极K的极限频率 B．增加单色光的强度可能使电流计G的指针发生偏转 C．若将变阻器滑片P向左滑动，有可能使电流计G的指针发生偏转 D．交换电源的正负极可能使电流计G的指针发生偏转 ‎【解析】电流计G指针不偏转，有可能是电流太小或者由于两极板间电压太大，光电子不能达到A板，故有可能发生光电效应现象，即该单色光的频率有可能大于阴极K的极限频率，若将变阻器滑片P向左滑动，所加反向电压减小，所以该情况下有可能使电流计G的指针发生偏转，A错误，C正确；如果是该单色光的频率小于阴极K 的极限频率，则不可能发生光电效应现象，而增加单色光的强度只会增加入射光的光子数目，仍旧不会发生光电效应，即不会使得电流计发生偏转，B错误；若发生光电效应现象，交换电源的正负极，则光电子受到电场加速，故可以使得电流计的指针发生偏转，D正确．‎ ‎7．在光电效应实验中，某种单色光照射光电管，发生光电效应，现将该单色光的光强减弱，下列叙述正确的是(A)‎ A．光电子的最大初动能不变 B．可能不发生光电效应 C．饱和光电流不变 D．遏止电压减小 ‎【解析】发生光电效应时，根据爱因斯坦光电效应方程可知，光电子的最大初动能为：eUc＝Ekm＝hν－W0，W0为逸出功，由此可知光电子的最大初动能随着入射光的频率增大而增大，与光照强度无关，故A正确；能否发生光电效应与光照强度无关，故B错误；光照强度减弱，单位时间内照射到金属表面的光子数目减小，因此单位时间内产生的光电子数目减小，即饱和电流减小，故C错误；由A选项分析可知，遏止电压与光照强度无关，故D错误．‎ ‎8．(多选)如图所示是光控继电器的示意图，K是光电管的阴极．下列说法正确的是(AD)‎ A．图中a端应是电源的正极 B．只要有光照射K，衔铁就被电磁铁吸引 C．只要照射K的光强度足够大，衔铁就被电磁铁吸引 D．只有照射K的光频率足够大，衔铁才被电磁铁吸引 ‎【解析】光电子从阴极K发射后，要达到A.A的电势必须高于K的电势，A对；如果照射光频率低于阴极K金属的极限频率，就没有光电流产生，电磁铁就不具有磁性，不会吸引衔铁，B、C错；只有照射光的频率大于阴极K金属的极限频率，才有光电流产生，D对．‎ ‎9．如图所示，光滑水平面上有两个大小相同的钢球A、B，A球的质量大于B球的质量．开始时A球以一定的速度向右运动，B球处于静止状态．两球碰撞后均向右运动．设碰前A球的德布罗意波长为λ1，碰后A、B两球的德布罗意波长分别为λ2和λ3，则下列关系正确的是(D)‎ A．λ1＝λ2＝λ3 B．λ1＝λ2＋λ3‎ C．λ1＝ D．λ1＝ ‎【解析】球A、B碰撞过程中，满足动量守恒．则pB′＋pA′＝pA，由λ＝，可得p＝，即动量守恒表达式也可写成＝＋，所以λ1＝，D正确．‎ ‎10．一个质量为m、电荷量为q的带电粒子，由静止开始经加速电场加速后(‎ 加速电压为U)，该粒子的德布罗意波长为(C)‎ A. B. C. D. ‎【解析】加速后的速度为v，根据动能定理可得qU＝mv2，所以v＝，由德布罗意波公式可得λ＝＝＝，C正确．‎ B组 ‎11．(多选)如图，直线为光电子最大初动能与光子频率的关系，已知直线的纵、横截距分别为－a、b，电子电量为e，下列表达式正确的是(BC)‎ A．普朗克常量h＝ B．金属极限频率νc＝b C．金属逸出功W0＝a D．若入射光频率为2b，则光电子的初动能一定为a ‎【解析】根据光电效应方程Ekm＝hν－W0＝hν－hνc知电子的最大初动能Ekm与入射光频率ν成线性关系，Ekm－ν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即h＝，逸出功为W0＝a.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b，故B、C正确，A错误；据光电效应方程可知，入射光频率为2b，最大初动能为：h·2b－a＝a，并非光电子的初动能一定为a，故D错误．故选BC.‎ ‎12.用图示装置研究光电效应现象，滑动变阻器的滑片位于变阻器的中间位置，当用蓝光照射到光电管上时，电流表有示数，下列说法正确的是(　　)‎ A．将电源正极与负极调换，电流表一定没有示数 B．改用黄光照射到光电管，电流表一定没有示数 C．增大蓝光的照射强度，光电子的最大初动能不变 D．改用波长更短的光照射光电管，光电管中金属的逸出功变大 ‎【解析】若将电源正极与负极调换，光电管两端电压由正向电压变成反向电压，如果反向电压小于遏止电压，电流表仍有读数，故A项错误；改用黄光照射到光电管，若黄光的频率大于金属的截止频率，阴极材料有光电子逸出，电流表仍有读数，故B项错误；增大蓝光的照射强度，光电子的最大初动能不变，故C项正确；光电管中金属的逸出功是金属材料自身的性质，与入射光的性质无关，故D项错误．‎ ‎【答案】C ‎13.用同一光电管研究a、b两种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图．则下列叙述正确的是(　　)‎ A．照射该光电管时a光使其逸出的光电子最大初动能大 B．b光光子能量比a大 C．极限频率越大的金属材料逸出功越小 D．光电管是基于光电效应的光电转换器件，可使光信号转换成电信号 ‎【解析】根据公式Ek＝eUc可得遏止电压越大，最大初动能越大，故图中可得b光照射光电管时反向截止电压大，说明逸出的光电子最大初动能大，故A错误；b光照射时最大初动能大，根据公式hν－W0＝mv可得b的频率大，光子的能量大，故B正确；根据W0＝hνc，可知，极限频率越大的金属材料逸出功越大，故C错误；光照射光电管，出现光电效应现象，可使光信号转换成电信号．故D正确．‎ ‎【答案】BD ‎14．关于光电效应，以下说法正确的是(C)‎ A．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 B．光电子的最大初动能越大，形成的光电流越强 C．能否产生光电效应现象，决定于入射光光子的能量是否大于或等于金属的逸出功 D．用频率是ν1的绿光照射某金属发生了光电效应，改用频率是ν2的黄光照射该金属一定不发生光电效应 ‎【解析】根据Ekm＝hν－W0可知，光电子的最大初动能随入射光的频率增大而增大，但不是成正比，选项A错误；光电流的强弱与入射光的光强有关，与光电子的最大初动能无关，选项B错误；根据光电效应的规律，能否产生光电效应现象，决定于入射光光子的能量是否大于或等于金属的逸出功，选项C正确；绿光的频率大于黄光，则用频率是ν1的绿光照射某金属发生了光电效应，改用频率是ν2的黄光照射该金属也可能发生光电效应，选项D错误．‎ ‎15．如图所示是研究光电效应现象的装置，当用光子能量为2.82 eV的光照射到光电管中的金属涂层时，电流表G的读数为0.2 mA.移动滑动变阻器的滑片c，当电压表的示数大于或等于1 V时，电流表读数为零．下列说法中不正确的是(D)‎ A．光电子的最大初动能为1 eV B．光电管阴极的逸出功为1.82 eV C．开关K断开后，有电流流过电流表G D．改用光子能量为0.85 eV的光照射，电流表G也有电流，但电流较小 ‎【解析】该装置所加的电压为反向电压，发现当电压表的示数大于或等于1 V时，电流表示数为0，知道光电子的最大初动能为1 eV，根据光电效应方程Ekm＝hν－W0，W0＝1.82 eV，故A、B正确；开关S断开后，用光子能量为2.82 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，有光电子逸出，则有电流流过电流表，故C正确；改用能量为0.85 eV的光子照射，0.85 eV小于1.82 eV，则不能发生光电效应，电流表无电流，故D错误．‎ ‎16．如图所示是光电管的原理图，已知当有波长为λ0的光照到阴极K上时，电路中有光电流，则(C)‎ A．若换用波长为λ1(λ1>λ0)的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流 B．若换用波长为λ2(λ2>λ0)的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流 C．增加电路中电源电压，电路中的光电流不一定增大 D．若将电源极性反接，电路中一定没有光电流产生 ‎【解析】若换用波长为λ1、λ2(λ1>λ0、λ2>λ0)的光的频率有可能大于极限频率，电路中可能有光电流，A、B错误；光电流的强度与入射光的强度有关，当光越强时，光电子数目会增多，而电压增加不会改变光电子数目，则光电流也不会影响，C正确；将电路中电源的极性反接，电子受到电场阻力，到达A极的数目会减小，则电路中电流会减小，甚至没有电流，D错误．‎ ‎17．1916年，美国著名实验物理学家密立根，完全肯定了爱因斯坦光电效应方程，并且测出了当时最精确的普朗克常量h的值，从而赢得1923年度诺贝尔物理学奖．若用如图甲所示的实验装置测量某金属的遏止电压Uc与入射光频率ν，作出如图乙所示的Uc－ν的图象，电子电荷量e＝1.6×10－19 C，则下列说法正确的是(C)‎ A．图甲中电源右端为正极 B．普朗克常量约为6.64×10－34 J·s C．该金属的截止频率为5.0×1014 Hz D．该金属的逸出功约为6.61×10－19 J ‎【解析】电子从K极出来，在电场力的作用下做减速运动，所以电场线的方向向右，所以电源右端为负极，故A错；由爱因斯坦光电效应方程得：Ek＝hν－W0，粒子在电场中做减速，由动能定理可得：－eU＝0－Ek，解得：U＝－，由题图可知，金属的极限频率等于ν0＝5.0×1014 Hz，图象的斜率代表了k＝，结合数据解得：h＝6.61×10－34 J·s，故B错误，C对；金属的逸出功W0＝hν0＝6.61×10－34×5.0×1014 Hz＝3.31×10－19 J，故D错误．‎ ‎18．现有a、b、c三束单色光，其波长关系为λa∶λb∶λc＝1∶2∶3.当用a光束照射某种金属板时能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为Ek，若改用b光束照射该金属板，飞出的光电子最大动能为Ek，当改用c光束照射该金属板时(B)‎ A．能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为Ek B．能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为Ek C．能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为Ek D．由于c光束光子能量最小，该金属板不会发生光电效应 ‎【解析】a、b、c三束单色光，其波长关系为λa∶λb∶λc＝1∶2∶3，因为光子频率ν＝，知光子频率之比6∶3∶2.‎ 设a光的频率为6a，根据光电效应方程Ekm＝hν－W0得，Ek＝h·6a－W0，Ek＝h·3a－W0.‎ 联立两式解得逸出功W0＝ha，Ek＝ha c光的光子频率为2a>W0，能发生光电效应．‎ 最大初动能Ekm′＝h·2a－W0＝ha＝Ek.故B正确，A、C、D错误．‎ ‎19.人们对“光的本性”的认识，经历了漫长的发展过程．下列符合物理学史实的是(　　)‎ A．牛顿提出光是一种高速粒子流，并能解释一切光的现象 B．惠更斯认为光是机械波，并能解释一切光的现象 C．为了解释光电效应，爱因斯坦提出了光子说 D．为了说明光的本性，麦克斯韦提出了光的波粒二象性 ‎【解析】牛顿认为光是一种粒子流，他的观点支持了光的微粒说，能解释光的直线传播与反射现象，不能解释一切现象，故A错误；惠更斯认为光是一种机械波，并能解释光的反射、折射和衍射，但不能解释光的直线传播和光电效应等现象，故B错误；为了解释光电效应爱因斯坦提出光子说，‎ 认为光的发射、传播和吸收不是连续的而是一份一份的，每一份就是一个光子，故C正确；麦克斯韦只提出了光的电磁波说，认为光是一种电磁波，没提光的粒子性，故D错误．‎ ‎【答案】C ‎20．分别用波长为λ和λ的单色光照射同一金属，发出的光电子的最大初动能之比为1∶2.以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则此金属板的逸出功是多大？‎ ‎【解析】设此金属的逸出功为W0，根据光电效应方程得如下两式：‎ 当用波长为λ的光照射时：‎ Ek1＝－W0‎ 当用波长为的光照射时：‎ Ek2＝－W0‎ 又＝ 由以上各式解得：W0＝ 故此金属板的逸出功是：W0＝.‎ ‎21．波长为λ＝0.17 μm的紫外线照射至金属圆筒上使其发射光电子，光电子垂直于磁场方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，做最大半径为r的匀速圆周运动，已知r·B＝5.6×10－6 T·m，光电子的质量m＝9.1×10－31 kg，电荷量e＝1.6×10－19 C，求：‎ ‎(1)光电子的最大初动能；‎ ‎(2)金属的逸出功．‎ ‎【解析】(1)光电子在匀强磁场中做匀速圆周运动，当它的轨迹半径最大时，它的动能最大．‎ 由向心力公式eBv＝，得v＝ 所以mv2＝m＝ ‎＝ J ‎＝4.41×10－19 J.‎ ‎(2)由爱因斯坦光电效应方程 Ek＝hν－W0‎ 得W0＝hν－mv2‎ W0＝－mv2，‎ 代入数据得W0＝7.29×10－19 J.‎