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沪科版（2020）选修第三册第二节 波粒二象性复习课件ppt
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这是一份沪科版（2020）选修第三册第二节 波粒二象性复习课件ppt，共39页。
A组 自主命题·浙江卷题组
考点 光电效应 波粒二象性
1.(2019浙江4月选考,14,2分)波长为λ1和λ2的两束可见光入射到双缝,在光屏上观察到干涉条 纹,其中波长为λ1的光的条纹间距大于波长为λ2的条纹间距。则(下列表述中,脚标“1”和 “2”分别代表波长为λ1和λ2的光所对应的物理量) ( )A.这两束光的光子的动量p1>p2B.这两束光从玻璃射向真空时,其临界角C1>C2C.这两束光都能使某种金属发生光电效应,则遏止电压U1>U2D.这两束光由氢原子从不同激发态跃迁到n=2能级时产生,则相应激发态的电离能ΔE1>ΔE2
答案 BD 根据双缝干涉的条纹间距的表达式Δx= λ可知λ1>λ2,由p= 可知p1C2,选项B正确;光1的频率ν1小于光2的频率ν2,这两束光都能使某种金属发生光电效应,
则根据Ue= m =hν-W逸出功可知,遏止电压U1Δ
E2,选项D正确。
2.(2018浙江11月选考,14,2分)(多选)处于较高能级的氢原子向较低能级跃迁时,能辐射出a、b两种可见光,a光照射某金属表面时有光电子逸出,b光照射该金属表面时没有光电子逸出,则 ( )A.以相同的入射角射向一平行玻璃砖,a光的侧移量小于b光的B.垂直入射到同一单缝衍射装置,a光的衍射中央亮条纹宽度小于b光的C.a光和b光的频率之比可能是20/27D.a光子的动量大于b光子的
答案 BD 根据题意可知a光频率大于b光频率,玻璃砖对a光的折射率大于对b光的折射率,b 光的折射率较小,以相同角度斜射到同一玻璃板透过平行表面后,b光的折射角较大,所以b光侧 移量小,即a光的侧移量大于b光的,A错误;频率越大,波长越小,通过同一单缝衍射装置时,中央 亮条纹宽度越小,B正确;a光的频率大,故频率之比不可能为 ,C错误;频率越大,波长越小,即λa<λb,根据λ= 可知pa>pb,D正确。
3.(2017浙江11月选考,15,2分)(多选)a、b是两种单色光,其光子能量分别为εa和εb,且 =k, ( )A.则a、b的光子动量之比 =1∶kB.若a、b入射到同一双缝干涉装置上,则相邻亮条纹的间距之比 =1∶kC.若a、b都能使某种金属发生光电效应,则光电子最大初动能之差Eka-Ekb=εb(k-1)D.若a、b是由处在同一激发态的原子跃迁到a态和b态时产生的,则a、b两态能级之差Ea-Eb=εb(k-1)
4.(2016浙江4月选考,16,2分)(多选)在光电效应实验中,采用极限频率为ν0=5.5×1014 Hz的钠做 阴极,已知普朗克常量h=6.6×10-34 J·s,电子质量m=9.1×10-31 kg。用频率ν=7.5×1014 Hz的紫光照 射钠阴极产生光电子的 ( )A.动能的数量级为10-19 JB.速率的数量级为108 m/sC.动量的数量级为10-27 kg·m/sD.德布罗意波长的数量级为10-9 m
答案 AD 根据Ek=hν-W,W=hν0,得:Ek=1.32×10-19 J,A正确。由Ek= mv2,得v≈5×105 m/s,B错误。动量p= ≈4.9×10-25 kg·m/s,C错误。由p=h/λ得λ= m≈1.3×10-9 m,故D正确。
B组 统一命题、省(区、市)卷题组
1.(2019北京理综,19,6分)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中不正确的是 ( )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 eVD.若入射光子的能量为5.0 eV,相对光强越强,光电流越大
答案 B 本题考查了光电管在光照下产生光电流的现象和考生的实验数据分析能力,培养 了考生的科学探究素养。表格中入射光子的能量不同,根据光子的能量E=hν可知两组实验采用的入射光的频率不同,再 由光电效应方程解得两组实验中金属的逸出功都是3.1 eV,所以A选项正确,B选项不正确。当 入射光子的能量为5.0 eV时,Ekm=hν-W=1.9 eV,故C选项正确。当入射光子的能量为5.0 eV时, 相对光强越强,单位时间内飞出的光电子越多,光电流越大,所以D项正确。
解题关键 认真分析题中所给的数据,利用光电效应方程计算逸出功和最大初动能。
2.(2019天津理综,5,6分)右图为a、b、c三种光在同一光电效应装置中测得的光电流和电压的 关系。由a、b、c组成的复色光通过三棱镜时,下述光路图中正确的是 ( )
答案 C 本题考查了考生的科学思维能力,体现了应用与创新价值观念。由题述“同一光电效应装置”可知金属的逸出功相同,再由I-U图像中遏止电压关系得知三种 光的频率νb>νc>νa,则三种光在三棱镜中的折射率nb>nc>na,据此可判断通过棱镜后光的折射情 况,C选项正确,A、B、D项均错误。
解题关键 从图像中分析出三种光的频率关系,从而得出它们在三棱镜中的折射率的大小关 系。
3.(2018课标Ⅱ,17,6分)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 HzC.2×1015 Hz D.8×1015 Hz
答案 B 本题考查光电效应规律。由光电效应方程得Ek= -W0,而能使锌产生光电效应的单色光的最低频率ν0应满足hν0=W0,联立得ν0= - =8×1014 Hz,故选项B正确。
方法技巧 光电效应现象的判断能使金属产生光电效应的单色光的最低频率即恰好发生光电效应的条件:照射光的能量等于 金属的逸出功。
4.(2017北京理综,18,6分)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=6.6×10-34 J·s,真空光速c=3×108 m/s) ( )A.10-21 J B.10-18 J C.10-15 J D.10-12 J
答案 B 本题考查光子能量。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= hν=h =2×10-18 J,故选项B正确。
5.[2018江苏单科,12C(2)]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 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)
答案 1∶2
6.[2019江苏单科,12(3),3分]在“焊接”视网膜的眼科手术中,所用激光的波长λ=6.4×10-7 m,每 个激光脉冲的能量E=1.5×10-2 J。求每个脉冲中的光子数目。(已知普朗克常量h=6.63×10-34 J ·s,光速c=3×108 m/s。计算结果保留一位有效数字)
解析 本题考查了光的波粒二象性中粒子性问题,考查了学生的理解能力,体现了物理观念中 能量观念的素养要素,渗透了关注社会发展、科技进步、生产生活的价值观念。光子能量ε= ,光子数目n= ,代入数据得n=5×1016。
关联知识 核反应中四大守恒规律:(1)质量数守恒;(2)电荷数守恒;(3)能量守恒;(4)动量守恒。
以下为教师用书专用(7~9)
7.[2016课标Ⅰ,35(1),5分](多选)现用某一光电管进行光电效应实验,当用某一频率的光入射时, 有光电流产生。下列说法正确的是 ( )A.保持入射光的频率不变,入射光的光强变大,饱和光电流变大B.入射光的频率变高,饱和光电流变大C.入射光的频率变高,光电子的最大初动能变大D.保持入射光的光强不变,不断减小入射光的频率,始终有光电流产生E.遏止电压的大小与入射光的频率有关,与入射光的光强无关
答案 ACE 保持入射光的频率不变,入射光的光强变大,单位时间内逸出的光电子个数增加, 则饱和光电流变大,故A正确。饱和光电流的大小与入射光的频率无直接关系,故B错。由Ek=hν-W0,可知C正确。当入 射光的频率小于金属的极限频率时,光电效应不能发生,故D错。由eU= mv2=hν-W0得eU=hν-W0,可见,遏止电压U随ν的增大而增大,与入射光的光强无关,故E正确。
8.[2015课标Ⅱ,35(1),5分](多选)实物粒子和光都具有波粒二象性。下列事实中突出体现波动 性的是 ( )A.电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样B.β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹C.人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构D.人们利用电子显微镜观测物质的微观结构E.光电效应实验中,光电子的最大初动能与入射光的频率有关,与入射光的强度无关
答案 ACD 电子束通过双缝产生干涉图样,体现的是波动性,A正确;β射线在云室中留下清 晰的径迹,不能体现波动性,B错误;衍射体现的是波动性,C正确;电子显微镜利用了电子束波长 短的特性,D正确;光电效应体现的是光的粒子性,E错误。
9.[2015课标Ⅰ,35(1),5分]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 根据爱因斯坦光电效应方程有Ekm=hν-W0,又因为Ekm=eUc,得到Uc= ν- ,所以 =k,h=ek;- =b,W0=-eb。
A组 2017—2019年高考模拟·考点基础题组
1.(2019浙江七彩阳光联盟二模,15)(多选)两种单色光a和b,a光照射某种材料表面时有光电子 逸出,b光照射该材料表面时没有光电子逸出,则 ( )A.以相同的入射角斜射向一平行玻璃砖,a光的侧移量小于b光的侧移量B.垂直入射到同一双缝干涉装置上,a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距C.a光光子的动量大于b光光子的动量D.b光照射处于基态的一群氢原子只能发出三种波长的光,则a光照射处于基态的一群氢原子 可能发出四种波长的光。
答案 BC 两种单色光a和b,a光照射某种材料表面时有光电子逸出,b光照射该材料表面时 没有光电子逸出,说明a光的频率大于b光的频率,以相同的入射角斜射向一平行玻璃砖,所以a 光的侧移量大于b光的侧移量,故A错误;根据c=λν可知a光的波长小于b光的波长,根据Δx= λ,分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验,a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距,故B正确;根据p= 可知,a光光子的动量大于b光光子的动量,故C正确;b光照射处于基态的一群氢原子只能发出三种波长的光,可知b光能使氢原子跃迁到第3能 级,若a光能使氧原子跃迁到第4能级,这一群氢原子至少发出六种频率的光,所以不可能发出四 种波长的光,故D错误。所以B、C正确,A、D错误。
2.(2019浙江超级全能生2月联考,14)(多选)一定强度的激光(含有两种频率的复色光)沿半径方 向入射到半圆形玻璃砖的圆心O点,如图甲所示。现让经过玻璃砖后的A、B、C三束光分别 照射相同的光电管的阴极(如图乙所示),若C光照射恰好有光电流产生,则 ( ) 甲
乙A.B光照射光电管的阴极,一定有光电子打出B.A光和C光分别照射光电管的阴极时,A光打出的光电子的最大初动能较大C.入射光的入射角从0开始增大,C光比B光先消失D.若是激发态的氢原子直接跃迁到基态辐射出B光、C光,则C光对应的能级较高
答案 CD 本题考查光的反射、光电效应以及玻尔理论。根据几何光学知识可知,A光是含 有两种频率的复色光,B光和C光是单色光,且C光折射率大,频率高,C光照射光电管恰好有光电 流产生,用B光照射同一光电管,不能发生光电效应,A错误;若是激发态的氢原子直接跃迁到基 态辐射出B光、C光,则C光对应的能级较高,D正确;由sin C=1/n可知,若入射光的入射角从0开 始增大,C光比B光先消失,C正确;A光和C光分别照射光电管的阴极时,打出光电子的最大初动 能是相等的,都由C光的频率决定,B错误。
3.(2019浙江镇海中学一模,14)(多选)下列说法正确的是 ( )A.普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念,成为量子力学的奠基人之一B.玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域,提出了定态和跃迁的概念,成功地解释了各 种原子光谱的实验规律C.单缝衍射实验的结果表明:微观粒子的位置和动量不能够同时确定D.电磁波频率越高,相同的时间能传递的信息量越大
答案 ACD 普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念,成为量子力学的奠基人之一,选项 A正确;玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域,提出了定态和跃迁的概念,成功地解释 了氢原子光谱的实验规律,但是不能成功地解释其他原子光谱的实验规律,选项B错误;单缝衍 射实验的结果表明微观粒子的位置和动量不能够同时确定,选项C正确;电磁波频率越高,能量 越大,则相同的时间内能传递的信息量越大,选项D正确;故选A、C、D。
4.(2019浙江金丽衢二次联考,15)(多选)以下说法正确的是 ( )A.电子的发现使人们认识到了原子核有结构B.光电效应显示了光的粒子性C.随着温度的升高,黑体辐射的强度的极大值向波长较短的方向移动,而各种波长的辐射强度 却减小D.比结合能增加的核反应会释放出核能
答案 BD 电子的发现使人们认识到了原子有结构,选项A错误;光电效应显示了光的粒子 性,选项B正确;随着温度的升高,黑体辐射的强度的极大值向波长较短的方向移动,各种波长的 辐射强度都有所增加,选项C错误;比结合能增加的核反应会释放出核能,选项D正确。故 选B、D。
5.(2017浙江宁波九校联考,14)(多选)下列说法正确的是 ( )A.普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念,成为量子力学的奠基人之一B.玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域,提出了定态和跃迁的概念,成功地解释了氢 原子光谱的实验规律C.一束光照射到某种金属上不能发生光电效应,可能是因为这束光的光强太小D.德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的猜想,而电子的衍射实验证实了他的猜 想
答案 ABD 普朗克率先提出能量子的概念。玻尔在前人的基础上,提出了玻尔轨道模型成 功地解释了氢原子光谱的实验规律,但不足之处在于保留了经典粒子的观念。发生光电效应 的条件是入射光的频率不低于截止频率。电子的衍射实验证实了实物粒子也有波动性。 故A、B、D正确。
B组 2017—2019年高考模拟·专题综合题组(时间:45分钟 分值:30分)一、选择题(每小题6分,共18分)
1.(2019浙江杭州模拟四,14)(多选)用某单色光照射金属钛表面,发生光电效应,从钛表面放出 光电子的最大初动能与入射光频率的关系如图,则下列说法正确的是 ( )A.钛的逸出功为6.67×10-19 JB.钛的极限频率为1.0×1015 HzC.光电子的最大初动能为1.0×10-18 JD.由图线可求得普朗克常量为6.67×10-34 J·sE.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
答案 ABD 根据光电效应方程Ekm=hν-W0知,图线的斜率等于普朗克常量,则h= J·s=6.67×10-34 J·s,故D正确;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ν0=1.0×1015 Hz,可知逸出功W0=hν0=6.67×10-34×1.0×1015 J=6.67×10-19 J,故A、B正确;入射光的频率越大,光 电子的最大初动能越大,根据该图无法得出光电子的最大初动能,故C错误;由图可知,光电子的 最大初动能与入射光的频率成一次函数关系,不是正比关系,故E错误。
2.(2019浙江宁波十校期末联考,15)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 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正确。
3.(2018浙江台州中学统练,16)(多选)小宇同学参加科技嘉年华,设计了一个光电烟雾探测器, 如图,S为光源,射出光束,当有烟雾进入探测器时,来自S的光会被烟雾散射进入光电管C,当光 射到光电管中的钠表面(钠的极限频率为6.00×1014 Hz)时,会产生光电子,当光电流大于或等于 10-8 A时,便会触发报警系统报警。下列说法正确的是(元电荷e=1.6×10-19 C) ( ) A.要使该探测器正常工作,光源S发出的光波长不能小于0.5 μmB.光源S发出的光能使光电管发生光电效应,则光源越强,光电烟雾探测器灵敏度越高C.光束遇到烟雾发生散射是一种折射现象D.若射向光电管C的光子有5%会激发出光电子,当报警器报警时,每秒射向C中钠表面的光子
最少数目是1.25×1012个
答案 BD 根据Ekm=hν-W0= -hν0,光源S发出的光最大波长λmax= = m=5×10-7 m=0.5 μm,即要使该探测器正常工作,光源S发出的光波长不能大于0.5 μm,故A错误;光源S发出的光 能使光电管发生光电效应,那么光源越强,被烟雾散射进入光电管C的光越多,越容易探测到烟 雾,即光电烟雾探测器灵敏度越高,故B正确;光束遇到烟雾发生散射是一种反射现象,故C错误; 光电流等于10-8 A时,每秒产生的光电子的个数n= = =6.25×1010,每秒射向C中钠表面的光子最少个数N= = =1.25×1012,故D正确。故选B、D。
4.(2019浙江学军中学模拟,23)真空中一组间距为2R,长度为R的平行金属板P、Q,可以用作光 电转换装置,放置在x轴的正上方,如图所示,在x轴的正下方放置同样间距、长度为 R的平行金属板M、N,两组金属板间绝缘,M板接地,且在两板间加有电压UMN,大小、方向均连续可调。 P、Q 间有垂直平面的匀强磁场,光照前P不带电。当以频率为f的光照射P板时,板中的电子吸 收光的能量而逸出。假设所有逸出的电子都垂直于P板飞出,在磁力作用下电子会聚于坐标 为(R,0)的S点,且P板最上端的电子从S点飞出的方向垂直x轴竖直向下,进入M、N极板间的电 场区域。忽略电子之间的相互作用,保持光照条件不变时,单位时间内从P板持续地飞出的电 子数为N,且沿P板均匀分布,电子逸出时的初动能均为Ekm,元电荷量为e,电子的质量为m。 (1)求金属板P的逸出功;
二、非选择题(共12分)
(2)求磁感应强度B的大小和所需磁场区域的最小面积;(3)到达N板的电子全部被收集,导出形成电流I。计算一些关键参数,在图上面画出I-UNM的关系 曲线。
答案 (1)hυ-Ekm (2) R2 (3)见解析
解析 (1)根据光电效应方程可得:Ekm=hυ-W逸出解得W逸出=hυ-Ekm(2)从P板水平飞出的电子均能过S点,则磁场区域是半径为R的圆,可知运动半径r=R;由evB=m ,Ekm= mv2解得B= 所需磁场区域的最小面积Smin= πR2-(R2- πR2)=( -1)R2 (3)①遏止电压:OS方向电子刚好不能到达N板, (-e)=0-Ekm; =- ;
②饱和电压:垂直OS方向电子刚好到达N板;竖直方向匀速,水平方向加速;R= · ( )2;v= ; = ; ③不加电压时:出射方向与水平方向成θ角的电子恰好打到N板:R=v cs θ× ,v= ;由几何关系得θ= ,H= ;电流I=0.5Ne
C组 2017—2019年高考模拟·应用创新题组
1.(Uc-ν图像)从1907年起,密立根就开始测量金属的遏止电压Uc(即图甲所示的电路中电流表G 的读数减小到零时加在电极K、A之间的反向电压)与入射光的频率ν,由此算出普朗克常量h, 并与普朗克根据黑体辐射实验得出的h相比较,以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性。按照 密立根的方法,我们利用图甲所示装置进行实验,得到了某金属的Uc-ν图像如图乙所示。下列 说法正确的是 ( )A.该金属的截止频率约为4.27×1014 HzB.该金属的截止频率约为5.50×1014 HzC.该图线的斜率为普朗克常量
D.该图线的斜率为这种金属的逸出功
答案 A 设金属的逸出功为W0,截止频率为νc,则W0=hνc。光电子的最大初动能Ek与遏止电压 Uc的关系是Ek=eUc,光电效应方程为Ek=hν-W0,联立两式可得Uc= ν- ,故Uc-ν图线的斜率为 ,选项C、D错误;当Uc=0时,可解得ν= =νc,读图可知ν≈4.3×1014 Hz,即金属的截止频率约为4.3×1014 Hz,在误差允许的范围内,可以认为选项A正确,选项B错误。
2.(2019 5·3原创)真空中有一平行板电容器,电容为C,两极板分别由铂和钾(其极限频率分别 为ν1和ν2 )制成,板间距离为d。现用频率为ν(ν2<ν<ν1)的单色光持续照射两极板内表面,设电子 的电荷量为e,则电容器两个极板最终带电情况是 ( )A.钾极板带负电,带电荷量为C B.钾极板带正电,带电荷量为C C.铂极板带负电,带电荷量为C D.铂极板带正电,带电荷量为C
答案 B 用频率为ν的单色光持续照射两极板内表面,只有在钾极板上发生光电效应,所以钾 极板带正电,铂极板带负电。根据光电效应方程得:Ek=hν-hν2,在两极板间所形成的最大电压为 U= ,所以两极板的带电荷量均为C ,即选项B正确。
A组 自主命题·浙江卷题组
考点 光电效应 波粒二象性
1.(2019浙江4月选考,14,2分)波长为λ1和λ2的两束可见光入射到双缝,在光屏上观察到干涉条 纹,其中波长为λ1的光的条纹间距大于波长为λ2的条纹间距。则(下列表述中,脚标“1”和 “2”分别代表波长为λ1和λ2的光所对应的物理量) ( )A.这两束光的光子的动量p1>p2B.这两束光从玻璃射向真空时,其临界角C1>C2C.这两束光都能使某种金属发生光电效应,则遏止电压U1>U2D.这两束光由氢原子从不同激发态跃迁到n=2能级时产生,则相应激发态的电离能ΔE1>ΔE2
答案 BD 根据双缝干涉的条纹间距的表达式Δx= λ可知λ1>λ2,由p= 可知p1
2.(2018浙江11月选考,14,2分)(多选)处于较高能级的氢原子向较低能级跃迁时,能辐射出a、b两种可见光,a光照射某金属表面时有光电子逸出,b光照射该金属表面时没有光电子逸出,则 ( )A.以相同的入射角射向一平行玻璃砖,a光的侧移量小于b光的B.垂直入射到同一单缝衍射装置,a光的衍射中央亮条纹宽度小于b光的C.a光和b光的频率之比可能是20/27D.a光子的动量大于b光子的
答案 BD 根据题意可知a光频率大于b光频率,玻璃砖对a光的折射率大于对b光的折射率,b 光的折射率较小,以相同角度斜射到同一玻璃板透过平行表面后,b光的折射角较大,所以b光侧 移量小,即a光的侧移量大于b光的,A错误;频率越大,波长越小,通过同一单缝衍射装置时,中央 亮条纹宽度越小,B正确;a光的频率大,故频率之比不可能为 ,C错误;频率越大,波长越小,即λa<λb,根据λ= 可知pa>pb,D正确。
3.(2017浙江11月选考,15,2分)(多选)a、b是两种单色光,其光子能量分别为εa和εb,且 =k, ( )A.则a、b的光子动量之比 =1∶kB.若a、b入射到同一双缝干涉装置上,则相邻亮条纹的间距之比 =1∶kC.若a、b都能使某种金属发生光电效应,则光电子最大初动能之差Eka-Ekb=εb(k-1)D.若a、b是由处在同一激发态的原子跃迁到a态和b态时产生的,则a、b两态能级之差Ea-Eb=εb(k-1)
4.(2016浙江4月选考,16,2分)(多选)在光电效应实验中,采用极限频率为ν0=5.5×1014 Hz的钠做 阴极,已知普朗克常量h=6.6×10-34 J·s,电子质量m=9.1×10-31 kg。用频率ν=7.5×1014 Hz的紫光照 射钠阴极产生光电子的 ( )A.动能的数量级为10-19 JB.速率的数量级为108 m/sC.动量的数量级为10-27 kg·m/sD.德布罗意波长的数量级为10-9 m
答案 AD 根据Ek=hν-W,W=hν0,得:Ek=1.32×10-19 J,A正确。由Ek= mv2,得v≈5×105 m/s,B错误。动量p= ≈4.9×10-25 kg·m/s,C错误。由p=h/λ得λ= m≈1.3×10-9 m,故D正确。
B组 统一命题、省(区、市)卷题组
1.(2019北京理综,19,6分)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中不正确的是 ( )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 eVD.若入射光子的能量为5.0 eV,相对光强越强,光电流越大
答案 B 本题考查了光电管在光照下产生光电流的现象和考生的实验数据分析能力,培养 了考生的科学探究素养。表格中入射光子的能量不同,根据光子的能量E=hν可知两组实验采用的入射光的频率不同,再 由光电效应方程解得两组实验中金属的逸出功都是3.1 eV,所以A选项正确,B选项不正确。当 入射光子的能量为5.0 eV时,Ekm=hν-W=1.9 eV,故C选项正确。当入射光子的能量为5.0 eV时, 相对光强越强,单位时间内飞出的光电子越多,光电流越大,所以D项正确。
解题关键 认真分析题中所给的数据,利用光电效应方程计算逸出功和最大初动能。
2.(2019天津理综,5,6分)右图为a、b、c三种光在同一光电效应装置中测得的光电流和电压的 关系。由a、b、c组成的复色光通过三棱镜时,下述光路图中正确的是 ( )
答案 C 本题考查了考生的科学思维能力,体现了应用与创新价值观念。由题述“同一光电效应装置”可知金属的逸出功相同,再由I-U图像中遏止电压关系得知三种 光的频率νb>νc>νa,则三种光在三棱镜中的折射率nb>nc>na,据此可判断通过棱镜后光的折射情 况,C选项正确,A、B、D项均错误。
解题关键 从图像中分析出三种光的频率关系,从而得出它们在三棱镜中的折射率的大小关 系。
3.(2018课标Ⅱ,17,6分)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 HzC.2×1015 Hz D.8×1015 Hz
答案 B 本题考查光电效应规律。由光电效应方程得Ek= -W0,而能使锌产生光电效应的单色光的最低频率ν0应满足hν0=W0,联立得ν0= - =8×1014 Hz,故选项B正确。
方法技巧 光电效应现象的判断能使金属产生光电效应的单色光的最低频率即恰好发生光电效应的条件:照射光的能量等于 金属的逸出功。
4.(2017北京理综,18,6分)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=6.6×10-34 J·s,真空光速c=3×108 m/s) ( )A.10-21 J B.10-18 J C.10-15 J D.10-12 J
答案 B 本题考查光子能量。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= hν=h =2×10-18 J,故选项B正确。
5.[2018江苏单科,12C(2)]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 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)
答案 1∶2
6.[2019江苏单科,12(3),3分]在“焊接”视网膜的眼科手术中,所用激光的波长λ=6.4×10-7 m,每 个激光脉冲的能量E=1.5×10-2 J。求每个脉冲中的光子数目。(已知普朗克常量h=6.63×10-34 J ·s,光速c=3×108 m/s。计算结果保留一位有效数字)
解析 本题考查了光的波粒二象性中粒子性问题,考查了学生的理解能力,体现了物理观念中 能量观念的素养要素,渗透了关注社会发展、科技进步、生产生活的价值观念。光子能量ε= ,光子数目n= ,代入数据得n=5×1016。
关联知识 核反应中四大守恒规律:(1)质量数守恒;(2)电荷数守恒;(3)能量守恒;(4)动量守恒。
以下为教师用书专用(7~9)
7.[2016课标Ⅰ,35(1),5分](多选)现用某一光电管进行光电效应实验,当用某一频率的光入射时, 有光电流产生。下列说法正确的是 ( )A.保持入射光的频率不变,入射光的光强变大,饱和光电流变大B.入射光的频率变高,饱和光电流变大C.入射光的频率变高,光电子的最大初动能变大D.保持入射光的光强不变,不断减小入射光的频率,始终有光电流产生E.遏止电压的大小与入射光的频率有关,与入射光的光强无关
答案 ACE 保持入射光的频率不变,入射光的光强变大,单位时间内逸出的光电子个数增加, 则饱和光电流变大,故A正确。饱和光电流的大小与入射光的频率无直接关系,故B错。由Ek=hν-W0,可知C正确。当入 射光的频率小于金属的极限频率时,光电效应不能发生,故D错。由eU= mv2=hν-W0得eU=hν-W0,可见,遏止电压U随ν的增大而增大,与入射光的光强无关,故E正确。
8.[2015课标Ⅱ,35(1),5分](多选)实物粒子和光都具有波粒二象性。下列事实中突出体现波动 性的是 ( )A.电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样B.β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹C.人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构D.人们利用电子显微镜观测物质的微观结构E.光电效应实验中,光电子的最大初动能与入射光的频率有关,与入射光的强度无关
答案 ACD 电子束通过双缝产生干涉图样,体现的是波动性,A正确;β射线在云室中留下清 晰的径迹,不能体现波动性,B错误;衍射体现的是波动性,C正确;电子显微镜利用了电子束波长 短的特性,D正确;光电效应体现的是光的粒子性,E错误。
9.[2015课标Ⅰ,35(1),5分]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 根据爱因斯坦光电效应方程有Ekm=hν-W0,又因为Ekm=eUc,得到Uc= ν- ,所以 =k,h=ek;- =b,W0=-eb。
A组 2017—2019年高考模拟·考点基础题组
1.(2019浙江七彩阳光联盟二模,15)(多选)两种单色光a和b,a光照射某种材料表面时有光电子 逸出,b光照射该材料表面时没有光电子逸出,则 ( )A.以相同的入射角斜射向一平行玻璃砖,a光的侧移量小于b光的侧移量B.垂直入射到同一双缝干涉装置上,a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距C.a光光子的动量大于b光光子的动量D.b光照射处于基态的一群氢原子只能发出三种波长的光,则a光照射处于基态的一群氢原子 可能发出四种波长的光。
答案 BC 两种单色光a和b,a光照射某种材料表面时有光电子逸出,b光照射该材料表面时 没有光电子逸出,说明a光的频率大于b光的频率,以相同的入射角斜射向一平行玻璃砖,所以a 光的侧移量大于b光的侧移量,故A错误;根据c=λν可知a光的波长小于b光的波长,根据Δx= λ,分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验,a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距,故B正确;根据p= 可知,a光光子的动量大于b光光子的动量,故C正确;b光照射处于基态的一群氢原子只能发出三种波长的光,可知b光能使氢原子跃迁到第3能 级,若a光能使氧原子跃迁到第4能级,这一群氢原子至少发出六种频率的光,所以不可能发出四 种波长的光,故D错误。所以B、C正确,A、D错误。
2.(2019浙江超级全能生2月联考,14)(多选)一定强度的激光(含有两种频率的复色光)沿半径方 向入射到半圆形玻璃砖的圆心O点,如图甲所示。现让经过玻璃砖后的A、B、C三束光分别 照射相同的光电管的阴极(如图乙所示),若C光照射恰好有光电流产生,则 ( ) 甲
乙A.B光照射光电管的阴极,一定有光电子打出B.A光和C光分别照射光电管的阴极时,A光打出的光电子的最大初动能较大C.入射光的入射角从0开始增大,C光比B光先消失D.若是激发态的氢原子直接跃迁到基态辐射出B光、C光,则C光对应的能级较高
答案 CD 本题考查光的反射、光电效应以及玻尔理论。根据几何光学知识可知,A光是含 有两种频率的复色光,B光和C光是单色光,且C光折射率大,频率高,C光照射光电管恰好有光电 流产生,用B光照射同一光电管,不能发生光电效应,A错误;若是激发态的氢原子直接跃迁到基 态辐射出B光、C光,则C光对应的能级较高,D正确;由sin C=1/n可知,若入射光的入射角从0开 始增大,C光比B光先消失,C正确;A光和C光分别照射光电管的阴极时,打出光电子的最大初动 能是相等的,都由C光的频率决定,B错误。
3.(2019浙江镇海中学一模,14)(多选)下列说法正确的是 ( )A.普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念,成为量子力学的奠基人之一B.玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域,提出了定态和跃迁的概念,成功地解释了各 种原子光谱的实验规律C.单缝衍射实验的结果表明:微观粒子的位置和动量不能够同时确定D.电磁波频率越高,相同的时间能传递的信息量越大
答案 ACD 普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念,成为量子力学的奠基人之一,选项 A正确;玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域,提出了定态和跃迁的概念,成功地解释 了氢原子光谱的实验规律,但是不能成功地解释其他原子光谱的实验规律,选项B错误;单缝衍 射实验的结果表明微观粒子的位置和动量不能够同时确定,选项C正确;电磁波频率越高,能量 越大,则相同的时间内能传递的信息量越大,选项D正确;故选A、C、D。
4.(2019浙江金丽衢二次联考,15)(多选)以下说法正确的是 ( )A.电子的发现使人们认识到了原子核有结构B.光电效应显示了光的粒子性C.随着温度的升高,黑体辐射的强度的极大值向波长较短的方向移动,而各种波长的辐射强度 却减小D.比结合能增加的核反应会释放出核能
答案 BD 电子的发现使人们认识到了原子有结构,选项A错误;光电效应显示了光的粒子 性,选项B正确;随着温度的升高,黑体辐射的强度的极大值向波长较短的方向移动,各种波长的 辐射强度都有所增加,选项C错误;比结合能增加的核反应会释放出核能,选项D正确。故 选B、D。
5.(2017浙江宁波九校联考,14)(多选)下列说法正确的是 ( )A.普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念,成为量子力学的奠基人之一B.玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域,提出了定态和跃迁的概念,成功地解释了氢 原子光谱的实验规律C.一束光照射到某种金属上不能发生光电效应,可能是因为这束光的光强太小D.德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的猜想,而电子的衍射实验证实了他的猜 想
答案 ABD 普朗克率先提出能量子的概念。玻尔在前人的基础上,提出了玻尔轨道模型成 功地解释了氢原子光谱的实验规律,但不足之处在于保留了经典粒子的观念。发生光电效应 的条件是入射光的频率不低于截止频率。电子的衍射实验证实了实物粒子也有波动性。 故A、B、D正确。
B组 2017—2019年高考模拟·专题综合题组(时间:45分钟 分值:30分)一、选择题(每小题6分,共18分)
1.(2019浙江杭州模拟四,14)(多选)用某单色光照射金属钛表面,发生光电效应,从钛表面放出 光电子的最大初动能与入射光频率的关系如图,则下列说法正确的是 ( )A.钛的逸出功为6.67×10-19 JB.钛的极限频率为1.0×1015 HzC.光电子的最大初动能为1.0×10-18 JD.由图线可求得普朗克常量为6.67×10-34 J·sE.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
答案 ABD 根据光电效应方程Ekm=hν-W0知,图线的斜率等于普朗克常量,则h= J·s=6.67×10-34 J·s,故D正确;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ν0=1.0×1015 Hz,可知逸出功W0=hν0=6.67×10-34×1.0×1015 J=6.67×10-19 J,故A、B正确;入射光的频率越大,光 电子的最大初动能越大,根据该图无法得出光电子的最大初动能,故C错误;由图可知,光电子的 最大初动能与入射光的频率成一次函数关系,不是正比关系,故E错误。
2.(2019浙江宁波十校期末联考,15)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 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正确。
3.(2018浙江台州中学统练,16)(多选)小宇同学参加科技嘉年华,设计了一个光电烟雾探测器, 如图,S为光源,射出光束,当有烟雾进入探测器时,来自S的光会被烟雾散射进入光电管C,当光 射到光电管中的钠表面(钠的极限频率为6.00×1014 Hz)时,会产生光电子,当光电流大于或等于 10-8 A时,便会触发报警系统报警。下列说法正确的是(元电荷e=1.6×10-19 C) ( ) A.要使该探测器正常工作,光源S发出的光波长不能小于0.5 μmB.光源S发出的光能使光电管发生光电效应,则光源越强,光电烟雾探测器灵敏度越高C.光束遇到烟雾发生散射是一种折射现象D.若射向光电管C的光子有5%会激发出光电子,当报警器报警时,每秒射向C中钠表面的光子
最少数目是1.25×1012个
答案 BD 根据Ekm=hν-W0= -hν0,光源S发出的光最大波长λmax= = m=5×10-7 m=0.5 μm,即要使该探测器正常工作,光源S发出的光波长不能大于0.5 μm,故A错误;光源S发出的光 能使光电管发生光电效应,那么光源越强,被烟雾散射进入光电管C的光越多,越容易探测到烟 雾,即光电烟雾探测器灵敏度越高,故B正确;光束遇到烟雾发生散射是一种反射现象,故C错误; 光电流等于10-8 A时,每秒产生的光电子的个数n= = =6.25×1010,每秒射向C中钠表面的光子最少个数N= = =1.25×1012,故D正确。故选B、D。
4.(2019浙江学军中学模拟,23)真空中一组间距为2R,长度为R的平行金属板P、Q,可以用作光 电转换装置,放置在x轴的正上方,如图所示,在x轴的正下方放置同样间距、长度为 R的平行金属板M、N,两组金属板间绝缘,M板接地,且在两板间加有电压UMN,大小、方向均连续可调。 P、Q 间有垂直平面的匀强磁场,光照前P不带电。当以频率为f的光照射P板时,板中的电子吸 收光的能量而逸出。假设所有逸出的电子都垂直于P板飞出,在磁力作用下电子会聚于坐标 为(R,0)的S点,且P板最上端的电子从S点飞出的方向垂直x轴竖直向下,进入M、N极板间的电 场区域。忽略电子之间的相互作用,保持光照条件不变时,单位时间内从P板持续地飞出的电 子数为N,且沿P板均匀分布,电子逸出时的初动能均为Ekm,元电荷量为e,电子的质量为m。 (1)求金属板P的逸出功;
二、非选择题(共12分)
(2)求磁感应强度B的大小和所需磁场区域的最小面积;(3)到达N板的电子全部被收集,导出形成电流I。计算一些关键参数,在图上面画出I-UNM的关系 曲线。
答案 (1)hυ-Ekm (2) R2 (3)见解析
解析 (1)根据光电效应方程可得:Ekm=hυ-W逸出解得W逸出=hυ-Ekm(2)从P板水平飞出的电子均能过S点,则磁场区域是半径为R的圆,可知运动半径r=R;由evB=m ,Ekm= mv2解得B= 所需磁场区域的最小面积Smin= πR2-(R2- πR2)=( -1)R2 (3)①遏止电压:OS方向电子刚好不能到达N板, (-e)=0-Ekm; =- ;
②饱和电压:垂直OS方向电子刚好到达N板;竖直方向匀速,水平方向加速;R= · ( )2;v= ; = ; ③不加电压时:出射方向与水平方向成θ角的电子恰好打到N板:R=v cs θ× ,v= ;由几何关系得θ= ,H= ;电流I=0.5Ne
C组 2017—2019年高考模拟·应用创新题组
1.(Uc-ν图像)从1907年起,密立根就开始测量金属的遏止电压Uc(即图甲所示的电路中电流表G 的读数减小到零时加在电极K、A之间的反向电压)与入射光的频率ν,由此算出普朗克常量h, 并与普朗克根据黑体辐射实验得出的h相比较,以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性。按照 密立根的方法,我们利用图甲所示装置进行实验,得到了某金属的Uc-ν图像如图乙所示。下列 说法正确的是 ( )A.该金属的截止频率约为4.27×1014 HzB.该金属的截止频率约为5.50×1014 HzC.该图线的斜率为普朗克常量
D.该图线的斜率为这种金属的逸出功
答案 A 设金属的逸出功为W0,截止频率为νc,则W0=hνc。光电子的最大初动能Ek与遏止电压 Uc的关系是Ek=eUc,光电效应方程为Ek=hν-W0,联立两式可得Uc= ν- ,故Uc-ν图线的斜率为 ,选项C、D错误;当Uc=0时,可解得ν= =νc,读图可知ν≈4.3×1014 Hz,即金属的截止频率约为4.3×1014 Hz,在误差允许的范围内,可以认为选项A正确,选项B错误。
2.(2019 5·3原创)真空中有一平行板电容器,电容为C,两极板分别由铂和钾(其极限频率分别 为ν1和ν2 )制成,板间距离为d。现用频率为ν(ν2<ν<ν1)的单色光持续照射两极板内表面,设电子 的电荷量为e,则电容器两个极板最终带电情况是 ( )A.钾极板带负电,带电荷量为C B.钾极板带正电,带电荷量为C C.铂极板带负电,带电荷量为C D.铂极板带正电,带电荷量为C
答案 B 用频率为ν的单色光持续照射两极板内表面,只有在钾极板上发生光电效应,所以钾 极板带正电,铂极板带负电。根据光电效应方程得:Ek=hν-hν2,在两极板间所形成的最大电压为 U= ,所以两极板的带电荷量均为C ,即选项B正确。
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