高考物理一轮复习课时作业53光电效应与波粒二象性（含解析）

光电效应与波粒二象性

一、选择题

1．(多选)关于物质的波粒二象性，下列说法正确的是(　　)

A．光的波长越短，光子的能量越大，光的粒子性越明显

B．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性

C．光电效应现象揭示了光的粒子性

D．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性

答案　ABC

解析　A项，光子既有波动性又有粒子性，光的波长越短，光子的能量越大，光的粒子性越明显，故A项正确；

B项，不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性．故B项正确；

C项，光电效应和康普顿效应都揭示了光具有粒子性，故C项正确；

D项，一切运动的微粒都具有波粒二象性，故D项错误．

2．(2018·济南一模)用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措施是(　　)

A．改用强度更大的原紫外线照射 B．改用X射线照射

C．延长原紫外线的照射时间 D．改用红外线照射

答案　B

解析　用紫外线照射某金属时不能产生光电效应，说明紫外线的频率小于该金属的极限频率，要产生光电效应必须增大入射光的频率，符合条件的只有X射线．故A、C、D三项错误，B项正确．

3．用一束红光和一束紫光分别照射金属甲和乙，它们逸出的光电子的最大初动能相等．则金属甲和金属乙比较(　　)

A．甲的逸出功较大 B．乙的逸出功较大

C．相同时间内甲逸出的光电子数较多 D．相同时间内乙逸出的光电子数较多

答案　B

解析　A、B两项，紫光的频率比红光大，由EK＝hν－W知，用紫光照射的乙金属的逸出功大，故A项错误，B项正确；

C、D两项，因紫光和红光的强度关系未知，无法比较两种色光在相同时间内逸出的光电子数的多少，故C、D两项错误．

4．(2018·广东模拟)已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，1 eV＝1.6×10－19 J．在光电效应实验中，金属钯的逸出功为1.9 eV，要使钯表面发出的光电子的最大初动能为1.0 eV，入射光的频率约为(　　)

A．2.2×1014 Hz　　　 B．4.6×1014 Hz

C．4.6×1015 Hz   D．7.0×1014 Hz

答案　D

解析　由公式EK＝hν－W知，入射光的频率为：ν＝≈7.0×1014 Hz，故A、B、C三项错误，D项正确．

5．(2018·浙江模拟)(多选)如图，用导线将验电器与某种金属板连接，用绿光照射金属板，验电器指针将发生偏转，下列判断正确的是(　　)

A．改用红光照射金属板，验电器指针仍会发生偏转

B．减绿光的强度，验电器指针仍会发生偏转

C．如果验电器原来带负电，指针偏角先变小后变大

D．如果验电器原来带正电，指针偏角先变小后变大

答案　BC

解析　A项，改用红光照射锌板，因其频率小于绿光的频率，则不一定会发生光电效应，验电器指针偏角不一定会偏转，故A项错误．

B项，即使减绿光的强度，验电器指针仍会发生偏转，原因是入射光的频率没变，故B项正确．

C、D两项，因为发生光电效应时，锌板失去电子带正电，用验电器与锌板接触，则验电器也带正电，如果验电器原来带负电，指针偏角先变小后变大；如果验电器原来带正电，指针偏角一直变大，故C项正确，D项错误．

6．(2018·汕头二模)紫外光电管是利用光电效应原理对油库等重要场所进行火灾报警的装置，其工作电路如图所示，其中A为阳极，K为阴极，只有当明火中的紫外线照射到K极时，c、d端才会有信号输出．已知地球表面太阳光中紫外线波长主要在315 nm～400 nm之间，而明火中的紫外线波长主要在200 nm～280 nm之间，下列说法正确的是(　　)

A．要实现有效报警，照射光电管的紫外线波长应大于280 nm

B．明火照射到的时间要足够长，c、d端才有输出电压

C．仅有太阳光照射光电管时，c、d端输出的电压为零

D．火灾报警时，照射光电管的紫外线波长越大，逸出的光电子最大初动能越大

答案　C

解析　A项，由题意可知，要实现有效报警，照射光电管的紫外线波长应小于280 nm，则入射光的频率大于截止频率，会发生光电效应，故A项错误．

B项，c、d端有信号输出，与明火的照射时间无关，与紫外线的频率有关，故B项错误．

C项，仅有太阳光照射光电管时，入射光的频率小于金属的截止频率，不会发生光电效应，c、d端的输出电压为零，故C项正确．

D项，火灾报警时，根据光电效应方程Ekm＝hν－W0知，照射的紫外线波长越短，频率越大，逸出的光电子最大初动能越大，故D项错误．

7.(2018·山东二模)(多选)某种金属发生光电效应时，光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系如图所示，E、ν0为已知量．由图线信息可知(　　)

A．逸出功W0＝E

B．图像的斜率表示普朗克常量的倒数

C．图中E与ν0的值与入射光的强度、频率均无关

D．若入射光频率为3ν0，则光电子的最大初动能为3E

答案　AC

解析　A项，根据光电效应方程：EK＝hν－W0，EK＝0时有hν0－W0＝0，所以逸出功W0＝hν0，

由图，当ν＝0时可得：－E＝0－W0

所以：W0＝E.故A项正确；

B项，根据爱因斯坦光电效应方程EK＝hν－W0，任何一种金属的逸出功W0一定，说明EK随频率ν的变化而变化，直线的斜率等于普朗克恒量，故B项错误；

C项，根据A项的分析可知，E等于金属的逸出功，所以图中E与ν0的值与入射光的强度、频率均无关，故C项正确；

D项，根据爱因斯坦光电效应方程EK＝hν－W0，若入射光频率为3ν0，则光电子的最大初动能为2E.故D项错误．

8．(多选)N为钨板，M为金属网，它们分别与电池的两极相连，各电池的电动势和极性如图所示，已知金属钨的逸出功为4.5 eV.现分别用不同能量的光子照射钨板(各光子的能量已在图上标出)，那么如图中，没有光电子到达金属网的是(　　)

答案　AC

解析　加反向电压时，只要入射光子的能量hν≥W0＋eU，即有光电子到达金属网，将各数值代入上式可判D项中光电子能到达金属网；B项加正向电压，且入射光电子能量大于逸出功，所以有光电子到达金属网．综上所述，A、C两项符合题意．

9．(2018·东城区一模)美国物理学家密立根通过测量金属的遏止电压Uc与入射光频率ν，算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较，以验证爱因斯坦方程的正确性．如图是某次试验中得到的两种金属的遏止电压Uc与入射光频率ν关系图像，两金属的逸出功分别为W甲、W乙，如果用ν0频率的光照射两种金属，光电子的最大初动能分别为E甲、E乙，则下列关系正确的是(　　)

A．W甲＜W乙，E甲＞E乙   B．W甲＞W乙，E甲＜E乙

C．W甲＞W乙，E甲＞E乙   D．W甲＜W乙，E甲＜E乙

答案　A

解析　根据光电效应方程得：

Ekm＝hν－W0＝hν－hν0

又Ekm＝qUc

解得：

Uc＝ν－；

知Uc－ν图线；

当Uc＝0，ν＝ν0；

由图像可知，金属甲的极限频率小于金属乙，则金属甲的逸出功小于乙的，即W甲＜W乙．

如果用ν0频率的光照射两种金属，根据光电效应方程，当相同的频率入射光时，则逸出功越大的，其光电子的最大初动能越小，因此E甲＞E乙，故A项正确，B、C、D三项错误．

10．(2018·海滨区模拟)在光电效应实验中，先后用频率相同但光强不同的两束光照射同一个光电管．若实验a中的光强大于实验b中的光强，实验所得光电流I与光电管两端所加电压U间的关系曲线分别以a、b表示，则下列图中可能正确的是(　　)

答案　A

解析　光电流恰为零，此时光电管两端加的电压为截止电压，对应的光的频率为截止频率，入射光的频率越高，对应的截止电压U截越大，由于入射光的频率没有变，故遏止电压相同，即图线与横轴的交点相同．由于a光的光强大于b光的光强，所以a的饱和电流大于b的饱和电流．故A项正确、B、C、D三项错误．故选A项．

11．(2018·上海一模)(多选)研究光电效应的实验装置如图1所示，阴极K和阳极A封闭在真空管中，光通过小窗照射到阴极K上，在光的作用下，电子从阴极K逸出．把单刀双掷开关S分别接到1、2位置，移动滑动变阻器的滑片，得到如图2所示的电流随电压的变化关系图线，下列各种判断中正确的是(　　)

A．图2中的乙图是开关S接1时的图线

B．图2中的乙图是开关S接2时的图线

C．光电子的最大初动能Ek＝eU1

D．入射光的频率越大，图2中的电压U2越大

答案　BD

解析　A项，开关接1时，光电管所加的电压为正向电压，结合加正向电压时电流的特点可知，图2中的甲图是开关S接1时的图线．故A项错误；

B项，开关接2时，光电管所加的电压为反向电压，结合加反向电压时电流的特点可知，图2中的乙图是开关S接2时的图线．故B项正确；

C项，图2中的乙图是开关S接2光电管所加的电压为反向电压时的图线，可知截止电压为U2，所以光电子得最大初动能为eU2.故C项错误；

D项，根据光电效应方程：Ekm＝hν－W＝eU截止，结合图2中的乙图的特点可知，入射光的频率越大，图2中的电压U2越大．故D项正确．

12．(2018·太原二模)(多选)如图的实验中，分别用波长为λ1、λ2的单色光照射光电管的阴极K，测得相应的遏止电压分别为U1和U2设电子的质量为m，带电荷量为e，真空中的光速为c，下列说法正确的是(　　)

A．若λ1＞λ2，则U1＞U2

B．用λ1照射时，光电子的最大初动能为eU1

C．普朗克常量等于

D．阴极K金属的极限频率为

答案　BD

解析　A项，根据光电效应方程，则有：－W0＝Ekm，因此若λ1＞λ2，则U1＜U2，故A项错误；

B项，光电子在电场中做减速运动，根据动能定理得：－eU1＝0－Ekm，

则得光电子的最大初动能Ekm＝eU1，故B项正确；

C项，根据爱因斯坦光电效应方程得：

hν1＝eU1＋W，hν2＝eU2＋W，

得金属的逸出功为：W＝hν1－eU1.

联立得：h＝＝.故C项错误；

D项，阴极K金属的极限频率ν0＝＝＝，故D项正确．

13．(2018·辽宁模拟)某同学用如图(甲)所示的电路研究光电效应中电子发射的情况与光照强度、光的频率等物理量之间的关系．阴极K和阳极A是密封在真空玻璃中的两个电极，K在受到光照射时能够发射光电子．K、A之间的电压大小可以调节，电源极性也可以对调．当分别用a、b、c三束不同的光照射阴极K，得到的I－U关系分别如图(乙)中a、b、c三条曲线所示．下列关于三束光的频率ν、三束光的强度E大小关系，正确的是(　　)

A．νa＞νb＞νc，Ea＞Eb＞Ec B．νa＞νb＞νc，Ea＝Ec＜Eb

C．νb＞νa＝νc，Ea＞Eb＞Ec D．νa＜νb＜νc，Ea＜Eb＜Ec

答案　C

解析　由图可知，a的饱和电流最大，因此a光束照射时单位时间内产生的光电子数量大，光强大，而c光的强度最小，b光的强度介于其中，即有Ea＞Eb＞Ec；

当光电流为零时，光电管两端加的电压为遏止电压，对应的光的频率为截止频率，根据eU＝hν－W，入射光的频率越高，对应的遏止电压U越大，a光、c光的遏止电压相等，所以a光、c光的频率相等，而b光的频率大，

综上所述，故C项正确，A、B、D三项错误．

14．如图所示，真空中有一平行板电容器，两极板分别用锌板和铜板制成(锌板和铜板的截止频率分别为ν1和ν2，且ν1＜ν2)，极板的面积为S，间距为d.锌板与灵敏静电计相连，锌板和铜板原来都不带电．现用频率为ν(ν1＜ν＜ν2)的单色光持续照射两板内表面，假设光电子全部到达另一极板，则电容器的最终带电荷量Q正比于(　　)

A.(ν1－ν)   B.(ν1－ν2)

C.()   D.(ν－ν1)

答案　D

解析　现用频率为ν(ν1＜ν＜ν2)的单色光持续照射两板内表面，根据光电效应的条件，知该单色光照射锌板能发生光电效应，照射铜板不能发生光电效应．通过光电效应方程知，光电子的最大初动能Ekm＝hν－hν1.临界状态是电子减速到负极板时速度刚好为零．根据动能定理有eU＝Ekm＝hν－hν1.平行板电容器的电容C∝，而Q＝CU，所以Q∝(ν－ν1)，故D项正确．

二、非选择题

15．(2018·江苏)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

解析　由题知，金属板的逸出功为为：

W0＝hν0＝

当波长为的单色光B照射该金属板时，根据爱因斯坦光电效应方程得：

Ek＝h－W0＝

根据p＝得A、B两种光子的动量之比为：

pA∶pB＝∶λ0＝1∶2.