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2022届新高考一轮复习人教版 第十二章 第1讲 光电效应 波粒二象性 作业
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这是一份2022届新高考一轮复习人教版 第十二章 第1讲 光电效应 波粒二象性 作业，共8页。
[A组 基础题组]
一、单项选择题
1．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，如图所示是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( )
A．光只有粒子性没有波动性
B．光只有波动性没有粒子性
C．少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性
D．少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性
解析：光具有波粒二象性，这些照片说明少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性，故D正确。
答案：D
2．下列说法不正确的是( )
A．动量相同的电子和质子，其德布罗意波长相同
B．光电效应现象说明光具有粒子性，光子具有能量
C．康普顿效应说明光具有粒子性，光子具有动量
D．黑体辐射的实验规律说明在宏观世界里能量是连续的
解析：根据物质波波长公式λ＝eq \f(h,p)可知，当质子和电子动量相同时，其德布罗意波长相同，A正确；光电效应现象说明光具有粒子性，光子具有能量，B正确；康普顿效应说明光具有粒子性，光子具有动量，C正确；黑体辐射的实验规律说明在微观世界里能量是分立的，D错误。
答案：D
3．用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，则( )
A．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变
B．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能减小
C．逸出的光电子数不变，光电子的最大初动能减小
D．光的强度减弱到某一数值，就没有光电子逸出了
解析：光的频率不变，表示光子能量不变，光的强度减弱，仍会有光电子从该金属表面逸出，逸出的光电子的最大初动能也不变；而减弱光的强度，逸出的光电子数就会减少，故A正确。
答案：A
4．已知钙和钾的截止频率分别为7.73×1014 Hz和5.44×1014 Hz，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的( )
A．波长 B．频率
C．能量 D．动量
解析：根据爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－hν0，因为钙的ν0大，所以从钙表面逸出的光电子的最大初动能Ekm较小，由p＝eq \r(2mEkm)知，该光电子的动量较小，根据λ＝eq \f(h,p)可知，波长较大，根据ε＝hν及c＝λν可知，频率和能量较小，B、C、D错误，A正确。
答案：A
5．如图，用波长为λ的单色光照射某金属，调节变阻器，当电压表的示数为U时，电流表的示数恰好减小为零。已知普朗克常数为h，真空中光速为c。则该金属产生光电效应的截止频率为( )
A.eq \f(c,λ) B.eq \f(eU,h)
C.eq \f(c,λ)－eq \f(eU,h) D.eq \f(c,λ)＋eq \f(eU,h)
解析：根据爱因斯坦光电效应方程有Ekm＝hν－W0＝heq \f(c,λ)－W0①，电流刚好为零时，最大动能Ekm＝eU②，该金属产生光电效应的截止频率ν0＝eq \f(W0,h)③，由①②③式得ν0＝eq \f(c,λ)－eq \f(eU,h)，故C正确，A、B、D错误。
答案：C
二、多项选择题
6．按如图所示的方式连接电路，当用紫光照射阴极K时，电路中的微安表有示数，则下列正确的叙述是( )
A．如果仅将紫光的光强减弱一些，则微安表可能没有示数
B．仅将滑动变阻器的触头向右滑动一些，则微安表的示数一定增大
C．仅将滑动变阻器的触头向左滑动一些，则微安表的示数可能不变
D．仅将电源的正负极对调，则微安表仍可能有示数
解析：如果仅将紫光的光强减弱一些，则单位时间内逸出的光电子数减小，则微安表示数减小，故A错误。饱和光电流与入射光的强度有关，仅将滑动变阻器的触头向右滑动，不改变光的强度，则微安表的示数不一定增大；同理仅将滑动变阻器的触头向左滑动一些，则微安表的示数可能不变，故B错误，C正确。将电路中电源的极性反接后，即加上反向电压，若光电子的动能足够大，电路中还有光电流，微安表仍可能有示数，故D正确。
答案：CD
7．(2021·河南新乡检测)如图甲所示，用频率为ν0的光照射某种金属发生光电效应，测出光电流I随电压U的变化图象如图乙所示，已知普朗克常量为h，光电子带电荷量为e。下列说法正确的是( )
A．入射光频率越大，光电子的能量越高
B．光电子的最大初动能为hν0
C．该金属的逸出功为hν0－eUc
D．用频率为eq \f(eUc,h)的光照射该金属时不可能发生光电效应
解析：根据光电效应的规律可知，入射光的频率越大，则逸出光电子的能量越大，选项A正确；根据光电效应的规律可知，光电子的最大初动能Ekm＝hν0－W逸出功，选项B错误；由图象可知Ekm＝ eUc，则该金属的逸出功为hν0－eUc，选项C正确；频率为eq \f(eUc,h)的光的能量为hν＝ eUc，当大于金属的逸出功(hν0－eUc)时，同样可发生光电效应，选项D错误。
答案：AC
8．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，发现电流表示数不为零。调节滑动变阻器，发现当电压表示数小于0.60 V时，电流表示数仍不为零，当电压表示数大于或等于0.60 V时，电流表示数为零。把电路改为图乙，当电压表示数为2 V时，下列说法正确的是( )
A．逸出功为1.9 eV
B．逸出功为1.7 eV
C．电子到达阳极时的最大动能为2.6 eV
D．电子到达阳极时的最大动能为4.5 eV
解析：光子能量hν＝2.5 eV的光照射阴极，电流表示数不为零，则能发生光电效应，当电压表示数大于或等于0.6 V时，电流表示数为零，则电子不能到达阳极，由动能定理eU＝eq \f(1,2)mveq \\al( 2,m)知，最大初动能Ekm＝eU＝0.6 eV，由光电效应方程hν＝Ekm＋W0知，W0＝1.9 eV，对图乙，当电压表示数为2 V时，电子到达阳极的最大动能Ekm′＝Ekm＋eU′＝0.6 eV＋2 eV＝2.6 eV，故A、C正确。
答案：AC
[B组 能力题组]
9．(多选)对于钠和钙两种金属，其遏止电压Uc与入射光频率ν的关系如图所示。用h、e分别表示普朗克常量和电子电荷量。下列说法正确的是( )
A．钠的逸出功小于钙的逸出功
B．图中直线的斜率为eq \f(h,e)
C．在得到这两条直线时，必须保证入射光的光强相同
D．若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较高
解析：根据Uce＝Ek＝hν－W0，即Uc＝eq \f(h,e)ν－eq \f(W0,e)，再由图象可知，钠的逸出功小于钙的逸出功，故A正确；图中直线的斜率为eq \f(h,e)，故B正确；在得到这两条直线时，入射光的强度不必相同，故C错误；由图象可知，若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较低，故D错误。
答案：AB
10．(2021·福建南平高三检测)用如图甲所示的装置研究光电效应现象。闭合开关S，用频率为ν的光照射光电管时发生了光电效应。图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象，图线与横轴的交点坐标为(a,0)，与纵轴的交点坐标为(0，－b)。下列说法正确的是( )
A．普朗克常量h＝eq \f(a,b)
B．断开开关S后，电流表G的示数不为零
C．仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大
D．保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表G的示数保持不变
解析：由hν＝W0＋Ek，变形得Ek＝hν－W0，可知图线的斜率为普朗克常量，即h＝eq \f(b,a)，故A错误；断开开关S后，仍有光电子产生，所以电流表G的示数不为零，故B正确；只有增大入射光的频率，才能增大光电子的最大初动能，与光的强度无关，故C错误；保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，单个光子的能量增大，光子数一定减少，发出的光子数也减少，电流表G的示数要减小，故D错误。
答案：B
11．(2019·高考北京卷)光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流。表中给出了6次实验的结果。
由表中数据得出的论断不正确的是( )
A．两组实验采用了不同频率的入射光
B．两组实验所用的金属板材质不同
C．若入射光子的能量为5.0 eV，逸出光电子的最大动能为1.9 eV
D．若入射光子的能量为5.0 eV，相对光强越强，光电流越大
解析：光子的能量ε＝hν，两组实验中入射光子的能量不同，故入射光的频率不同，A正确；由爱因斯坦的光电效应方程hν＝W0＋Ek，可求出两组实验中金属板的逸出功W0均为3.1 eV，故两组实验所用的金属板材质相同，B错误；由hν＝W0＋Ek，W＝3.1 eV，当hν＝5.0 eV时，Ek＝1.9 eV，C正确；相对光强越强，单位时间内射出的光子数越多，单位时间内逸出的光电子数越多，形成的光电流越大，D正确。
答案：B
12.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________。
解析：由光电效应方程可知，光电子的最大初动能eq \f(1,2)mv2＝hν－W0。根据动能定理可知eUc＝eq \f(1,2)mv2，联立解得Uc＝eq \f(h,e) ν－eq \f(W0,e)。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＝eq \f(h,e)，解得普朗克常量h＝ek。图象在纵轴上的截距b＝－eq \f(W0,e)，解得所用材料的逸出功W0＝－eb。
答案：ek －eb
13．(2018·高考江苏卷)光电效应实验中，用波长为λ0的单色光A照射某金属板时，刚好有光电子从金属表面逸出。当波长为eq \f(λ0,2)的单色光B照射该金属板时，光电子的最大初动能为________，A、B两种光子的动量之比为________。(已知普朗克常量为h、光速为c)
解析：根据光电效应方程Ek＝hν－W0，又ν＝eq \f(c,λ)，所以有0＝eq \f(hc,λ0)－W0，Ek＝eq \f(2hc,λ0)－W0，解得Ek＝eq \f(hc,λ0)；又光子动量p＝eq \f(h,λ)，所以A、B两种光子的动量之比为1∶2。
答案：eq \f(hc,λ0) 1∶2
14．图甲是研究光电效应规律的光电管。用波长λ＝0.50 μm的绿光照射阴极K，实验测得流过Ⓖ表的电流I与A、K之间的电势差UAK满足如图乙所示的规律，取h＝6.63×10－34 J·s。结合图象，求：(结果保留两位有效数字)
(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极K时的最大动能；
(2)该阴极材料的极限波长。
解析：(1)光电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部到达阳极A，阴极每秒钟发射的光电子的个数
n＝eq \f(Im,e)＝eq \f(0.64×10－6,1.6×10－19)＝4.0×1012(个)。
光电子的最大初动能Ekm＝eUc＝1.6×10－19×0.6 J＝9.6×10－20 J。
(2)设阴极材料的极限波长为λ0，根据爱因斯坦光电效应方程得Ek＝hν－W0＝heq \f(c,λ)－heq \f(c,λ0)，
代入数据得λ0≈0.66 μm。
答案：(1)4.0×1012 个 9.6×10－20 J (2)0.66 μm
组
次
入射光子
的能量/eV
相对光强
光电流大
小/mA
逸出光电子的最大动能/eV
第一组
1
4.0
弱
29
0.9
2
4.0
中
43
0.9
3
4.0
强
60
0.9
第二组
4
6.0
弱
27
2.9
5
6.0
中
40
2.9
6
6.0
强
55
2.9
[A组 基础题组]
一、单项选择题
1．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，如图所示是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( )
A．光只有粒子性没有波动性
B．光只有波动性没有粒子性
C．少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性
D．少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性
解析：光具有波粒二象性，这些照片说明少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性，故D正确。
答案：D
2．下列说法不正确的是( )
A．动量相同的电子和质子，其德布罗意波长相同
B．光电效应现象说明光具有粒子性，光子具有能量
C．康普顿效应说明光具有粒子性，光子具有动量
D．黑体辐射的实验规律说明在宏观世界里能量是连续的
解析：根据物质波波长公式λ＝eq \f(h,p)可知，当质子和电子动量相同时，其德布罗意波长相同，A正确；光电效应现象说明光具有粒子性，光子具有能量，B正确；康普顿效应说明光具有粒子性，光子具有动量，C正确；黑体辐射的实验规律说明在微观世界里能量是分立的，D错误。
答案：D
3．用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，则( )
A．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变
B．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能减小
C．逸出的光电子数不变，光电子的最大初动能减小
D．光的强度减弱到某一数值，就没有光电子逸出了
解析：光的频率不变，表示光子能量不变，光的强度减弱，仍会有光电子从该金属表面逸出，逸出的光电子的最大初动能也不变；而减弱光的强度，逸出的光电子数就会减少，故A正确。
答案：A
4．已知钙和钾的截止频率分别为7.73×1014 Hz和5.44×1014 Hz，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的( )
A．波长 B．频率
C．能量 D．动量
解析：根据爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－hν0，因为钙的ν0大，所以从钙表面逸出的光电子的最大初动能Ekm较小，由p＝eq \r(2mEkm)知，该光电子的动量较小，根据λ＝eq \f(h,p)可知，波长较大，根据ε＝hν及c＝λν可知，频率和能量较小，B、C、D错误，A正确。
答案：A
5．如图，用波长为λ的单色光照射某金属，调节变阻器，当电压表的示数为U时，电流表的示数恰好减小为零。已知普朗克常数为h，真空中光速为c。则该金属产生光电效应的截止频率为( )
A.eq \f(c,λ) B.eq \f(eU,h)
C.eq \f(c,λ)－eq \f(eU,h) D.eq \f(c,λ)＋eq \f(eU,h)
解析：根据爱因斯坦光电效应方程有Ekm＝hν－W0＝heq \f(c,λ)－W0①，电流刚好为零时，最大动能Ekm＝eU②，该金属产生光电效应的截止频率ν0＝eq \f(W0,h)③，由①②③式得ν0＝eq \f(c,λ)－eq \f(eU,h)，故C正确，A、B、D错误。
答案：C
二、多项选择题
6．按如图所示的方式连接电路，当用紫光照射阴极K时，电路中的微安表有示数，则下列正确的叙述是( )
A．如果仅将紫光的光强减弱一些，则微安表可能没有示数
B．仅将滑动变阻器的触头向右滑动一些，则微安表的示数一定增大
C．仅将滑动变阻器的触头向左滑动一些，则微安表的示数可能不变
D．仅将电源的正负极对调，则微安表仍可能有示数
解析：如果仅将紫光的光强减弱一些，则单位时间内逸出的光电子数减小，则微安表示数减小，故A错误。饱和光电流与入射光的强度有关，仅将滑动变阻器的触头向右滑动，不改变光的强度，则微安表的示数不一定增大；同理仅将滑动变阻器的触头向左滑动一些，则微安表的示数可能不变，故B错误，C正确。将电路中电源的极性反接后，即加上反向电压，若光电子的动能足够大，电路中还有光电流，微安表仍可能有示数，故D正确。
答案：CD
7．(2021·河南新乡检测)如图甲所示，用频率为ν0的光照射某种金属发生光电效应，测出光电流I随电压U的变化图象如图乙所示，已知普朗克常量为h，光电子带电荷量为e。下列说法正确的是( )
A．入射光频率越大，光电子的能量越高
B．光电子的最大初动能为hν0
C．该金属的逸出功为hν0－eUc
D．用频率为eq \f(eUc,h)的光照射该金属时不可能发生光电效应
解析：根据光电效应的规律可知，入射光的频率越大，则逸出光电子的能量越大，选项A正确；根据光电效应的规律可知，光电子的最大初动能Ekm＝hν0－W逸出功，选项B错误；由图象可知Ekm＝ eUc，则该金属的逸出功为hν0－eUc，选项C正确；频率为eq \f(eUc,h)的光的能量为hν＝ eUc，当大于金属的逸出功(hν0－eUc)时，同样可发生光电效应，选项D错误。
答案：AC
8．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，发现电流表示数不为零。调节滑动变阻器，发现当电压表示数小于0.60 V时，电流表示数仍不为零，当电压表示数大于或等于0.60 V时，电流表示数为零。把电路改为图乙，当电压表示数为2 V时，下列说法正确的是( )
A．逸出功为1.9 eV
B．逸出功为1.7 eV
C．电子到达阳极时的最大动能为2.6 eV
D．电子到达阳极时的最大动能为4.5 eV
解析：光子能量hν＝2.5 eV的光照射阴极，电流表示数不为零，则能发生光电效应，当电压表示数大于或等于0.6 V时，电流表示数为零，则电子不能到达阳极，由动能定理eU＝eq \f(1,2)mveq \\al( 2,m)知，最大初动能Ekm＝eU＝0.6 eV，由光电效应方程hν＝Ekm＋W0知，W0＝1.9 eV，对图乙，当电压表示数为2 V时，电子到达阳极的最大动能Ekm′＝Ekm＋eU′＝0.6 eV＋2 eV＝2.6 eV，故A、C正确。
答案：AC
[B组 能力题组]
9．(多选)对于钠和钙两种金属，其遏止电压Uc与入射光频率ν的关系如图所示。用h、e分别表示普朗克常量和电子电荷量。下列说法正确的是( )
A．钠的逸出功小于钙的逸出功
B．图中直线的斜率为eq \f(h,e)
C．在得到这两条直线时，必须保证入射光的光强相同
D．若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较高
解析：根据Uce＝Ek＝hν－W0，即Uc＝eq \f(h,e)ν－eq \f(W0,e)，再由图象可知，钠的逸出功小于钙的逸出功，故A正确；图中直线的斜率为eq \f(h,e)，故B正确；在得到这两条直线时，入射光的强度不必相同，故C错误；由图象可知，若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较低，故D错误。
答案：AB
10．(2021·福建南平高三检测)用如图甲所示的装置研究光电效应现象。闭合开关S，用频率为ν的光照射光电管时发生了光电效应。图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象，图线与横轴的交点坐标为(a,0)，与纵轴的交点坐标为(0，－b)。下列说法正确的是( )
A．普朗克常量h＝eq \f(a,b)
B．断开开关S后，电流表G的示数不为零
C．仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大
D．保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表G的示数保持不变
解析：由hν＝W0＋Ek，变形得Ek＝hν－W0，可知图线的斜率为普朗克常量，即h＝eq \f(b,a)，故A错误；断开开关S后，仍有光电子产生，所以电流表G的示数不为零，故B正确；只有增大入射光的频率，才能增大光电子的最大初动能，与光的强度无关，故C错误；保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，单个光子的能量增大，光子数一定减少，发出的光子数也减少，电流表G的示数要减小，故D错误。
答案：B
11．(2019·高考北京卷)光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流。表中给出了6次实验的结果。
由表中数据得出的论断不正确的是( )
A．两组实验采用了不同频率的入射光
B．两组实验所用的金属板材质不同
C．若入射光子的能量为5.0 eV，逸出光电子的最大动能为1.9 eV
D．若入射光子的能量为5.0 eV，相对光强越强，光电流越大
解析：光子的能量ε＝hν，两组实验中入射光子的能量不同，故入射光的频率不同，A正确；由爱因斯坦的光电效应方程hν＝W0＋Ek，可求出两组实验中金属板的逸出功W0均为3.1 eV，故两组实验所用的金属板材质相同，B错误；由hν＝W0＋Ek，W＝3.1 eV，当hν＝5.0 eV时，Ek＝1.9 eV，C正确；相对光强越强，单位时间内射出的光子数越多，单位时间内逸出的光电子数越多，形成的光电流越大，D正确。
答案：B
12.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________。
解析：由光电效应方程可知，光电子的最大初动能eq \f(1,2)mv2＝hν－W0。根据动能定理可知eUc＝eq \f(1,2)mv2，联立解得Uc＝eq \f(h,e) ν－eq \f(W0,e)。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＝eq \f(h,e)，解得普朗克常量h＝ek。图象在纵轴上的截距b＝－eq \f(W0,e)，解得所用材料的逸出功W0＝－eb。
答案：ek －eb
13．(2018·高考江苏卷)光电效应实验中，用波长为λ0的单色光A照射某金属板时，刚好有光电子从金属表面逸出。当波长为eq \f(λ0,2)的单色光B照射该金属板时，光电子的最大初动能为________，A、B两种光子的动量之比为________。(已知普朗克常量为h、光速为c)
解析：根据光电效应方程Ek＝hν－W0，又ν＝eq \f(c,λ)，所以有0＝eq \f(hc,λ0)－W0，Ek＝eq \f(2hc,λ0)－W0，解得Ek＝eq \f(hc,λ0)；又光子动量p＝eq \f(h,λ)，所以A、B两种光子的动量之比为1∶2。
答案：eq \f(hc,λ0) 1∶2
14．图甲是研究光电效应规律的光电管。用波长λ＝0.50 μm的绿光照射阴极K，实验测得流过Ⓖ表的电流I与A、K之间的电势差UAK满足如图乙所示的规律，取h＝6.63×10－34 J·s。结合图象，求：(结果保留两位有效数字)
(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极K时的最大动能；
(2)该阴极材料的极限波长。
解析：(1)光电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部到达阳极A，阴极每秒钟发射的光电子的个数
n＝eq \f(Im,e)＝eq \f(0.64×10－6,1.6×10－19)＝4.0×1012(个)。
光电子的最大初动能Ekm＝eUc＝1.6×10－19×0.6 J＝9.6×10－20 J。
(2)设阴极材料的极限波长为λ0，根据爱因斯坦光电效应方程得Ek＝hν－W0＝heq \f(c,λ)－heq \f(c,λ0)，
代入数据得λ0≈0.66 μm。
答案：(1)4.0×1012 个 9.6×10－20 J (2)0.66 μm
组
次
入射光子
的能量/eV
相对光强
光电流大
小/mA
逸出光电子的最大动能/eV
第一组
1
4.0
弱
29
0.9
2
4.0
中
43
0.9
3
4.0
强
60
0.9
第二组
4
6.0
弱
27
2.9
5
6.0
中
40
2.9
6
6.0
强
55
2.9
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