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2021高考物理一轮复习 第15章 波粒二象性 原子与原子核 第1讲 光电效应 波粒二象性课时作业

2021高考物理一轮复习 第15章 波粒二象性 原子与原子核 第1讲 光电效应 波粒二象性课时作业

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姓名：

- 10 -

第1讲　光电效应　波粒二象性
　　时间：45分钟　　　满分：100分
一、选择题(本题共13小题，每小题6分，共78分。其中1～9题为单选，10～13题为多选)
1．(2019·辽宁葫芦岛一模)普朗克在研究黑体辐射的基础上，提出了量子理论，下列关于描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体实验规律的是(　　)

答案　D
解析　黑体辐射以电磁辐射的形式向外辐射能量，温度越高，辐射强度越大，故A、C错误。黑体辐射的波长分布情况也随温度而变，温度越高，辐射强度的极大值对应的波长越短，故B错误，D正确。
2．下列说法中正确的是(　　)
A．物质波属于机械波
B．只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性
C．德布罗意认为任何一个运动的物体，小到电子、质子、中子，大到行星、太阳都有一种波与之相对应，这种波叫物质波
D．宏观物体运动时，看不到它的衍射和干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性
答案　C
解析　物质波是描述实物粒子运动的概率波，而机械波是由组成物体的质点做周期性机械运动形成的，故A错误；不论是微观粒子，还是宏观物体，只要它们运动，就有与之对应的物质波，故B、D均错误，C正确。
3．用图甲所示的电路研究光电效应中电子发射的情况与照射光的强弱、光的颜色(频率)等物理量间的关系，电流计G测得的光电流I随光电管两端电压U的变化如图乙所示，则(　　)

A．通过电流计G的电流方向由d到c
B．电压U增大，光电流I一定增大
C．用同频率的光照射K极，光电子的最大初动能与光的强弱无关
D．光电管两端电压U为零时一定不发生光电效应
答案　C
解析　电流方向与逸出来的光电子运动方向相反，所以通过电流计G的电流方向由c到d，故A错误；在光照条件不变的情况下，随着所加电压U增大，光电流先增大，最后趋于饱和值不变，故B错误；用同频率的光照射K极，根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，光电子的最大初动能与光的频率有关，与光的强弱无关，故C正确；光电管两端电压U为零时，光电效应照样可以发生，故D错误。
4．(2019·黑龙江齐齐哈尔一模)用频率为ν的单色光照射阴极K时，能发生光电效应，改变光电管两端的电压，测得光电流随电压变化的图象如图所示，U0为遏止电压，已知电子的电荷量绝对值为e，普朗克常量为h，则阴极K的极限频率为(　　)

A．ν＋ B.ν－
C. D.ν
答案　B
解析　根据光电效应方程Ek＝hν－W0，eU0＝hν－hν0，得出ν0＝ν－，B正确。
5．(2019·江苏扬州一模)在光电效应实验中，用同一种单色光先后照射锌和银的表面，都能产生光电效应。对于这两个过程，可能相同的物理量是(　　)
A．遏止电压 B.饱和光电流
C．光电子的最大初动能 D.逸出功
答案　B
解析　同一束单色光照射不同的金属，由ε＝hν可知，一定相同的是入射光的光子能量，不同的金属，逸出功W0不同，根据光电效应方程Ek＝hν－W0知，光电子的最大初动能不同，则遏止电压不同；同一束单色光照射，单位时间发出的光子数目相等，所以饱和光电流是相同的，故A、C、D错误，B正确。
6．(2019·湖北省七市州教科研协作体高三联考)在探究光电效应现象时，某小组的同学分别用频率为ν、2ν的单色光照射某金属，逸出的光电子最大速度之比为1∶2，普朗克常量用h表示，则 (　　)
A．光电子的最大初动能之比为1∶2
B．该金属的逸出功为
C．该金属的截止频率为
D．用频率为的单色光照射该金属时能发生光电效应
答案　B
解析　逸出的光电子最大速度之比为1∶2，光电子的最大初动能之比为Ekm1∶Ekm2＝1∶4，故A错误；光子能量分别为：E1＝hν和E2＝2hν，根据爱因斯坦光电效应方程可知光电子的最大初动能为：Ekm1＝hν－W0，Ekm2＝2hν－W0，联立可得逸出功为，故B正确；逸出功为，那么金属的截止频率为ν，故C错误；用频率为的单色光照射，因＜ν，不满足光电效应的发生条件，因此不能发生光电效应，故D错误。
7．(2019·天津重点中学联合二模)用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19 J。已知普朗克常量为6.63×10－34 J·s，真空中的光速为3.00×108 m·s－1，能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为(　　)
A．1×1014 Hz B.8×1014 Hz
C．2×1015 Hz D.8×1015 Hz
答案　B
解析　由光电效应方程式得：
Ek＝hν－W0
得：W0＝hν－Ek＝h－Ek
刚好发生光电效应的最低频率为ν0
则W0＝hν0
代入数据可得：ν0＝8×1014 Hz，故B正确。
8．用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率ν变化的Ek­ν图象，已知钨的逸出功是3.28 eV，锌的逸出功是3.34 eV，若将二者的图线画在同一个Ek­ν坐标系中，如图所示，用实线表示钨，虚线表示锌，则正确反映这一过程的是(　　)

答案　A
解析　依据光电效应方程Ek＝hν－W0可知，Ek­ν图线的斜率代表普朗克常量h，因此钨和锌的Ek­ν图线应该平行。图线的横轴截距代表截止频率νc，而νc＝，因此钨的截止频率小些，综上所述，A正确。
9．(2020·河北衡水中学高三第一次联考)如图所示为研究光电效应的电路图。开关闭合后，当用波长为λ0的单色光照射光电管的阴极K时，电流表有示数。下列说法正确的是(　　)

A．若只让滑片P向D端移动，则电流表的示数一定增大
B．若只增加该单色光的强度，则电流表示数一定增大
C．若改用波长小于λ0的单色光照射光电管的阴极K，则阴极K的逸出功变大
D．若改用波长大于λ0的单色光照射光电管的阴极K，则电流表的示数一定为零
答案　B
解析　电路所加电压为正向电压，如果光电流达到饱和值，增大电压，光电流也不会增大，A错误；只增加单色光的强度，单位时间逸出的光电子数增多，光电流增大，B正确；金属的逸出功与入射光无关，C错误；改用波长大于λ0的光照射，虽然光子的能量变小，但也可能发生光电效应，可能有电流，D错误。
10．(2019·石家庄模拟)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的是(　　)
A．黑体辐射规律可用光的波动性解释
B．光电效应现象揭示了光的粒子性
C．电子束射到晶体上产生衍射图样说明电子具有波动性
D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波波长也相等
答案　BC
解析　黑体辐射的实验规律不能用光的波动性解释，而普朗克借助于能量子假说，完美地解释了黑体辐射规律，破除了“能量连续变化”的传统观念，故A错误；光子既有波动性又有粒子性，光电效应现象揭示了光的粒子性，故B正确；德布罗意提出了实物粒子同样具有波动性，电子束射到晶体上产生的衍射图样是波的特征，证明了电子具有波动性，故C正确；根据德布罗意波长公式λ＝，又p＝，则λ＝，故若一个电子和一个质子的动能Ek相等，则由于质子质量比电子质量大得多，其波长不相等，故D错误。
11．用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图a、b、c所示的图象，则(　　)

A．图象a表明光具有粒子性
B．图象c表明光具有波动性
C．用紫外光观察不到类似的图象
D．实验表明光是一种概率波
答案　ABD
解析　图a只有分散的亮点，表明光具有粒子性；图c呈现干涉条纹，表明光具有波动性，A、B正确；用紫外光也可以观察到类似的图象，实验表明光是一种概率波，故C错误，D正确。

12．(2019·湖南长沙第一中学高三下学期模拟卷一)用如图的装置研究光电效应现象，当用光子能量为2.5 eV的光照射到光电管上时，电流表G的读数为0.2 mA，移动变阻器的滑片C，当电压表的示数大于或等0.7 V时，电流表读数为0。则(　　)

\A．光电管阴极的逸出功为1.8 eV
B．开关S断开后，没有电流流过电流表G
C．光电子的最大初动能为0.7 eV
D．改用能量为1.5 eV的光子照射，电流表G也有电流，但电流较小
答案　AC
解析　该装置所加的电压为反向电压，由电压表的示数大于或等于0.7 V时，电流表示数为0，可知光电子的最大初动能为0.7 eV，根据光电效应方程Ek＝hν－W0，可得W0＝1.8 eV，故A、C正确；开关S断开后，用光子能量为2.5 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B错误；改用能量为1.5 eV的光子照射，由于光子的能量小于逸出功，不能发生光电效应，无光电流，故D错误。
13. 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的为光电管的两个电极，其中A为阳极，K为阴极。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，用光子的能量为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 eV
B．若增大入射光的强度，电流计的读数为零
C．若用光子能量为12 eV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9.5 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　ABC
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6.0 V时，电流计示数为0，则光电子的最大初动能为6.0 eV，根据光电效应方程Ek＝hν－W0，W0＝10.5 eV－6.0 eV＝4.5 eV，故A正确；现保持滑片P位置不变，增大光的强度时虽然发生了光电效应，但光电子的最大初动能不变，没有光电子能到达阳极，所以不会有电流流过电流计，故B正确；若用光子能量为12 eV的光照射阴极K，入射光的频率增大，根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能一定增大，故C正确；改用能量为9.5 eV的光子照射，入射光的频率减小，根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能一定减小，此时的遏止电压小于6 V，若把滑片P向左移动少许时，光电子仍然可能不能到达A极，所以电流计的读数可能为零，故D错误。
二、非选择题(本题共3小题，共22分)
14. (6分)(2015·全国卷Ⅰ)在某次光电效应实验中，得到的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系如图所示。若该直线的斜率和截距分别为k和b，电子电荷量的绝对值为e，则普朗克常量可表示为________，所用材料的逸出功可表示为________。

答案　ek　－eb　
解析　由光电效应方程可知，光电子的最大初动能mv2＝hν－W0。根据动能定理可知，eUc＝mv2，联立解得：Uc＝ν－。对照题给遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系图象，可知：图象斜率k＝，解得普朗克常量h＝ek。图象在纵轴上的截距b＝－，解得所用材料的逸出功W0＝－eb。
15．(8分)(2019·江苏苏州、无锡、常德、镇江四市联合一模)在图示装置中，阴极K在光子动量为p0的单色光1的照射下发生了光电效应，调节滑片P至某一位置，使电流表的示数恰好为零；在保持上述滑片P的位置不变的情况下，改用光子动量为0.5p0的单色光2照射阴极K，则电流表的示数将________(选填“为0”或“不为0”)，单色光1、2的波长之比为________。

答案　为0　1∶2
解析　根据p＝＝可知单色光2的频率比单色光1的频率小，结合爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0知，用单色光2照射时，若仍能发生光电效应，则光电子的最大初动能Ek减小，所以光电子不能到达A极板，故电流表的示数为零；若用单色光2照射时不能发生光电效应，则电流表示数也为零。由光子的动量公式p＝，可知波长λ和动量p成反比，所以＝＝＝。
16．(8分)(2019·江苏南京、盐城二模)利用如图所示的电路做光电效应实验，当光照射到光电管的金属材料上时，灵敏电流计中没有电流通过。经检查实验电路完好，则发生这种现象的原因可能有________________________和________________________。

答案　入射光的频率小于截止频率　反向电压大于遏止电压
解析　由图可知，此时若电源提供的电压为正向电压，若入射光子的频率小于截止频率，金属不能产生光电效应，无电流流过电流计；若是反向电压，电压大于遏止电压，灵敏电流计中没有电流通过。