2023一轮复习课后速练58 13.1 光电效应与波粒二象性

2023一轮复习课后速练(五十八)

选择题

1．(2021·广西模拟)关于光电效应的叙述，下列说法中正确的是(　　)

A．饱和电流的强度与入射光的强度无关

B．用频率相同的紫外线照射不同金属时产生的光电子的最大初动能相同

C．某种光照射某金属时不产生光电效应，换用频率较小的光照射时可能发生光电效应

D．某种光照射某金属时不产生光电效应，换用极限频率较小的金属时可能发生光电效应

【答案】　D

【思维分析】 饱和电流的大小与入射光的强度有关，即入射光的强度越大，饱和电流强度越大，A项错误；不同金属的逸出功不同，根据光电效应方程可知，用频率相同的紫外线照射不同金属时，产生的光电子的最大初动能不相同，B项错误；用某种光照射某金属时不发生光电效应，说明这种光的频率小于该金属的极限频率，换用频率较小的光照射时不可能发生光电效应，C项错误；某种光照射某金属时不发生光电效应，换用极限频率较小的金属时，入射光频率可能大于该金属极限频率，有可能发生光电效应，D项正确．故选D项．

2．(2021·湖北模拟)(多选)关于物质波，下列说法中正确的是(　　)

A．实物粒子与光子一样都具有波粒二象性，所以实物粒子与光子是相同本质的物质

B．电子的衍射实验证实了物质波的假设是正确的

C．粒子的动量越小，其波动性越易观察

D．粒子的动量越大，其波动性越易观察

【答案】　BC

【思维分析】 实物粒子与光子一样都具有波粒二象性，但实物粒子与光子不是相同本质的物质，A项错误；电子的衍射实验证实了物质波的假设是正确的，B项正确；根据德布罗意的物质波公式λ＝，可知粒子的动量越大，波长越短，其波动性越不明显，粒子的动量越小，波长越长，其波动性越明显，越容易观察，C项正确，D项错误．故选B、C两项．

3．(2021·湖北模拟)智能手机带有光线传感功能，可以自动调整亮度，光线传感器的工作原理是光电效应．下面关于光电效应的说法正确的是(　　)

A．发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比

B．入射光频率为ν时，刚好发生光电效应现象，将入射光频率变为3ν时，此时光电流的遏止电压为

C．在研究光电效应饱和电流时，由I＝neSv可知，光电管所加电压越大，电子获得的速度v越大，饱和电流就越大

D．用同一束单色光分别照射A、B两种金属，若照射A得到光电子的最大初动能比照射B得到光电子的最大初动能大，则金属A的截止频率比金属B的截止频率高

【答案】　B

【思维分析】 发生光电效应时，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，A项错误；入射光频率为ν时，刚好发生光电效应现象，将入射光频率变为3ν时，此时Uce＝3hν－hν，则光电流的遏止电压为Uc＝，B项正确；饱和电流与入射光的强度有关，与电子获得的速度v无关，C项错误；根据mvm2＝hν－hν0，用同一束单色光分别照射A、B两种金属，若照射A得到光电子的最大初动能比照射B得到光电子的最大初动能大，则金属A的截止频率比金属B的截止频率低，D项错误．故选B项．

4.(2021·江苏模拟)某光电管阴极金属的逸出功为W0，电子电荷量为e，现用四束光①、②、③、④分别照射光电管，其光电流与电压的关系如图所示．下列说法不正确的是(　　)

A．①光的光子能量为W0＋eUc1

B．②光和③光的交点表示该电压下光电流大小相同

C．②光的光强比④光的光强大

D．④光照射时产生的光电子最大初动能最大

【答案】　D

【思维分析】 ①光照射下的截止电压为Uc1，根据光电效应方程可得hν＝W0＋Ek＝W0＋eUc1，故A项正确；②光和③光交点处的横坐标表示电压，纵坐标表示电流，图像相交表示该电压下光电流大小相同，故B项正确；②光和④光的截止电压相同，说明它们是同一频率的光，但是②光的饱和电流比④光的饱和电流大，说明②光的光强比④光的光强大，故C项正确；④光的截止电压低于①光和③光，由光电效应方程hν＝W0＋Ek＝W0＋eUc，可知④光照射时产生的光电子最大初动能并不是最大的，故D项错误．故选D项．

5．(2021·湖北模拟)用频率为γ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，测得遏止电压为Uc.已知电子的电荷量为e，普朗克常量为h.若换用频率为2γ的单色光照射阴极K时，遏止电压为(　　)

A．Uc＋　　　　　　　 B．1.5Uc

C．2Uc   D．2Uc＋

【答案】　A

【思维分析】 由光电效应方程hν＝Ek＋W0可知，当ν＝γ时，又Ek＝eUc，因此有hγ＝eUc＋W0，当ν＝2γ时有2hγ＝eUx＋W0，联立以上两式解得Ux＝＋Uc，A项正确，B、C、D三项错误．故选A项．

6．(2021·河北模拟)分别用波长为λ和λ的单色光照射同一金属板，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为(　　)

A.   B.

C.   D.

【答案】　B

【思维分析】 光子能量为E＝，根据爱因斯坦光电效应方程可知光电子的最大初动能为Ek＝－W0，根据题意知λ1＝λ，λ2＝λ，Ek1∶Ek2＝1∶2，联立可得金属板的逸出功W0＝，故选B项．

7.(2021·四川模拟)光电效应实验，得到光电子最大初动能Ekm与入射光频率ν的关系如图所示．普朗克常量、金属材料的逸出功分别为(　　)

A.，b   B.，

C.，b   D.，

【答案】　A

【思维分析】 根据Ekm＝hν－W0得，Ekm－ν图像的纵轴截距的绝对值等于金属的逸出功W0＝b，图像的斜率表示普朗克常量h＝，故A项正确，B、C、D三项错误，故选A项．

8．(2021·安徽模拟)进行光电效应实验时，若普朗克常量h和元电荷e为已知，我们就可以通过测量入射光的频率ν和某金属的遏止电压Uc得到该金属的截止频率ν0.其原理表达式正确的是(　　)

A．ν0＝ν－   B．ν0＝－ν

C．ν0＝ν－   D．ν0＝－ν

【答案】　A

【思维分析】 爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，而Ek＝eUc，W0＝hν0，联立解得ν0＝ν－，故选A项．

9.(2021·湖南模拟)以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子极短时间内能吸收到一个光子而从金属表面逸出．强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实．光电效应实验装置示意如图．用频率为ν的普通光源照射阴极K，没有发生光电效应，换同样频率为ν的强激光照射阴极K，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U，即将阴极K接电源正极，阳极A接电源负极，在K、A之间就形成了使光电子减速的电场，逐渐增大U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是下列的(其中W为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电荷量)(　　)

A．U＝－   B．U＝－

C．U＝2hν－W   D．U＝－

【答案】　B

【思维分析】 一个电子吸收一个光子不能发生光电效应，换用同样频率为ν的强激光照射阴极K，发生了光电效应，即吸收的光子能量为nhν，n＝2、3、4…，根据eU＝nhν－W，可知U＝－，所以B项正确．

10.(2021·山东模拟)如图所示为研究光电效应的装置，当分别利用波长为2λ、λ的单色光照射锌板时，从锌板表面逸出的光电子的最大初速度之比为1∶3，电流计的示数均不为零．已知单色光在真空中的传播速度为c，普朗克常量为h.则(　　)

A．锌板的极限频率为

B．用波长为2λ的光照射锌板时，电流计的示数较大

C．用波长为3λ的单色光照射锌板时，能从锌板表面逸出光电子

D．用波长为2λ、λ的单色光分别照射锌板时，二者遏止电压之比为1∶9

【答案】　D

【思维分析】 波长为2λ、λ的单色光的能量分别为E1＝，E2＝，由爱因斯坦光电效应方程可知Ekm1＝－W0

Ekm2＝－W0，又由逸出光电子的最大初速度之比为1∶3知光电子的最大初动能之比为1∶9，由以上可解得W0＝，所以ν0＝＝，A项错误；电流计的示数与光电流的大小有关，单位时间内逸出的光电子数目越多，光电流越大，而单位时间内逸出的光电子数与光的强度有关，由于光的强度关系未知，故B项错误；波长为3λ的单色光的频率为ν＝<，因此该光不能使锌板产生光电效应现象，即不能从锌板表面逸出光电子，C项错误；由公式eUc＝mevc2，可得Uc＝，即二者遏止电压之比为1∶9，D项正确．故选D项．

11.(2022·山东模拟)如图所示是某种火灾报警装置的工作电路图，它的核心部件为紫外线光电管，其中A为阳极，K为阴极，发生火灾时c、d端有输出电压实施报警．已知地表附近太阳光中紫外线光子能量介于3.1～3.9 eV之间，明火中的紫外线光子能量介于4.4～6.2 eV之间．几种金属单质的逸出功如下表所示，若光电管阴极材料K选用金属铝，则下列说法正确的是(　　)

A.太阳光照射时c、d端有输出电压

B．明火照射时c、d端有输出电压

C．若阴极K材料选用金属锌，能实现有效报警

D．明火中紫外线波长越长，光电子的最大初动能越大

【答案】　B

【思维分析】 因为太阳光中紫外线光子能量介于3.1～3.9 eV之间，小于金属铝的逸出功4.21 eV，不发生光电效应，c、d端没有输出电压，A项错误；明火中的紫外线光子能量介于4.4～6.2 eV之间，大于金属铝的逸出功，能发生光电效应，c、d端有输出电压，B项正确；若阴极K材料选用金属锌，太阳光中紫外线的最大光子能量3.9 eV大于金属锌的逸出功3.38 eV，发生光电效应，也能报警，即不能实现有效报警，C项错误；根据E＝h，明火中紫外线波长越长，能量越小，根据Ekm＝hν－W0，则光电子的最大初动能越小，D项错误．故选B项．

12．(2021·山东模拟)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ν的几组数据．

由以上数据应用Excel描点连线，可得直线方程Uc＝0.397 3×－1.702 4，如图所示．下列说法正确的是(　　)

A．遏止电压Uc与入射光的频率ν成正比

B．此种金属的截止频率约为3.4×1014 Hz

C．换种金属做实验，得到的图线斜率会明显变化

D．用此实验可测出普朗克常量h

【答案】　D

【思维分析】 根据光电效应方程结合动能定理可知eUc＝Ekm＝hν－W0＝hν－hν0，解得Uc＝－，对照图像可知，遏止电压Uc随入射光的频率ν的增大而增大，但不成正比，故A项错误；直线方程Uc＝0.397 3×－1.702 4，比较可知，图线的斜率为：＝，同时：＝1.702 4，解得ν0≈4.3×1014 Hz，即此种金属的截止频率约为4.3×1014 Hz，故B项错误；分析可知，图像的斜率表示普朗克常量与电子电荷量的比值，不随金属的变化而变化，故C项错误；图像的斜率为普朗克常量与电子电荷量的比值，根据图像可以求出普朗克常量，故D项正确．故选D项．

13.(2021·安徽模拟)用不同波长的紫外线分别照射两种不同金属的表面都产生了光电效应，可得到光电子的最大初动能Ek随入射光波长的倒数变化的图像(如图中甲、乙所示)已知真空中的光速为c，下列说法正确的是(　　)

A．甲图线代表的金属极限频率为

B．要使乙图线对应的金属发生光电效应，入射光的波长需要大于

C．甲图线对应金属的逸出功为hca

D．两图线的斜率均为h

【答案】　C

【思维分析】 根据光电效应方程Ek＝hν－W0＝h－W0＝hc·－W0，知两图线的斜率均为hc，图线与横轴交点对应Ek＝0，即0＝hc－W0，甲图线与横轴交点坐标为a＝，又W0＝hν0，所以甲图线对应金属的逸出功为W0＝hca，甲图线代表的金属极限频率ν0＝ca，故C项正确，A、D两项错误；根据光电效应方程Ek＝hν－W0＝h－W0＝hc·－W0，知使乙图线对应的金属发生光电效应的极限波长为λ乙＝，根据光电效应产生的条件知入射光的波长小于极限波长λ乙时会发生光电效应现象，即要使乙图线对应的金属发生光电效应，入射光的波长需要小于，故B项错误．故选C项．

14．氢原子能级如图甲所示，一群处于n＝5能级的氢原子，向低能级跃迁时发出多种光，分别用这些光照射图乙电路的阴极K，其中3条光电流I随电压U变化的图线如图丙所示，已知可见光的光子能量范围约为1.62 eV 到3.11 eV之间．则(　　)

A．氢原子从n＝5能级向低能级跃迁时能射出10种频率的可见光

B．图乙中当滑片P从a端移向b端过程中，光电流I可能增大

C．在b光和c光强度相同的情况下，电路中饱和电流值一定相同

D．若图丙中3条图线可见光照射过程中得到的，则a光是氢原子从n＝5的能级向n＝2的能级跃迁时辐射出

【答案】　BD

【思维分析】 氢原子从n＝5能级向低能级跃迁时能射出C52＝10种频率的光，其中只有从n＝5能级跃迁到n＝2能级、n＝4能级跃迁到n＝2能级及n＝3能级跃迁到n＝2能级发出的光为可见光，故A项错误；由图乙可知，当滑片P从a端移向b端过程中，从a到c电压负向减小，从c到b电压正向增大，所光电流I增大，当所有的光电子都能到达A极板时，滑片移动光电流不再增大，故当滑片P从a端移向b端过程中，光电流I可能增大，故B项正确；由图丙可知，b光的饱和光电流小于c光的饱和光电流，故在b光和c光强度相同的情况下，电路中饱和电流值不一定相同，故C项错误；由图丙可知a光的遏止电压最大，由eU＝Ek，Ek＝hν－W0联立可知a光的能量最大，在一群处于n＝5能级的氢原子，向低能级跃迁时发出的可见光中从n＝5能级向n＝2能级跃迁的辐射的光电子能量最大，故D项正确．故选B、D两项．

15．(2022·宁夏模拟)(多选)图甲为某种光电烟雾探测器的装置示意图，光源S发出频率为ν1的光束，当有烟雾进入该探测器时，光束会被烟雾散射进入光电管C，当光照射到光电管中的金属钠表面时会产生光电子，进而在光电管中形成光电流，当光电流大于临界值时，便会触发报警系统报警．用如图乙所示的电路(光电管K极是金属钠)研究光电效应规律，可得钠的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图丙所示，元电荷为e.下列说法正确的是(　　)

A．由图丙知，金属钠的极限频率为νc＝

B．由图丙知，普朗克常量为h＝

C．图甲中，光电子的最大初动能为eUc1

D．图甲中，光源S发出的光束越强，光电烟雾探测器的灵敏度越高

【答案】　BCD

【思维分析】 由光电效应方程有Ekm＝hν－W0，又Ekm＝eUc，可知Uc＝0时对应的光照频率为极限频率νc，由丙图可求得νc＝，A项错误；由Uc＝ν－得遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系图中的斜率为，结合图丙可求得h＝，B项正确；图甲中光源频率为ν1，其在丙图中对应的遏止电压为Uc1，则光电子的最大初动能为eUc1，C项正确；在光源频率不变的条件下，光束越强，相同时间内相同烟雾浓度下散射到光电管上的光子数越多，产生的光电流越强，越容易触发报警器报警，D项正确．故选B、C、D三项．