通用版2020版高考物理大一轮复习考点规范练37《光电效应波粒二象性》(含解析)

考点规范练37　光电效应　波粒二象性

一、单项选择题

1.1927年戴维逊和革末完成了电子衍射实验,该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一。下图是该实验装置的简化图,下列说法不正确的是(　　)

A.亮条纹是电子到达概率大的地方

B.该实验说明物质波理论是正确的

C.该实验再次说明光子具有波动性

D.该实验说明实物粒子具有波动性

答案C

解析亮条纹是电子到达概率大的地方,该实验说明物质波理论是正确的,该实验说明实物粒子具有波动性,不能说明光子具有波动性。

2.在光电效应实验中,用单色光照射某种金属表面,有光电子逸出。光电子的最大初动能取决于入射光的(　　)

A.频率 B.强弱

C.照射时间 D.光子数目

答案A

解析由爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0可知,Ek只与频率ν和逸出功W0有关,故选项B、C、D错误,选项A正确。

3.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Ek-ν图像,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Ek-ν图像中,如图所示,用实线表示钨的Ek-ν图像,虚线表示锌的Ek-ν图像,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,Ek-ν图线的斜率代表普朗克常量h,因此钨和锌的Ek-ν图线应该平行。图线在横轴的截距代表极限频率ν0,而ν0=,因此钨的极限频率ν0小些。综上所述,A图正确。

4.下表列出了几种不同物体在某种速度下的德布罗意波的波长和频率为1 MHz的无线电波的波长,由表中数据可知(　　)

①要检测弹子球的波动性几乎不可能　②无线电波通常情况下只能表现出波动性　③电子照射到金属晶体上能观察到它的波动性　④只有可见光才有波动性

A.①④ B.②④ 

C.①② D.①②③

答案D

解析①弹子球的波长为3.3×10-30m,远小于宏观物质和微观物质的尺寸,故要检测弹子球的波动性几乎不可能,故①正确;②无线电波的波长为3.0×102m,大于普通物体的尺寸,很容易发生衍射,故通常情况下只能表现出波动性,故②正确;③高速射出的电子的波长为1.2×10-10m,与原子的尺寸相接近,故电子通过金属晶体后能够发生衍射现象,故③正确;④根据德布罗意的物质波理论,电磁波和实物粒子都具有波粒二象性,故④错误;所以正确选项为D。

5.现有a、b、c三束单色光,其波长关系为λa∶λb∶λc=1∶2∶3。当用a光束照射某种金属板时能发生光电效应,飞出的光电子最大动能为Ek,若改用b光束照射该金属板,飞出的光电子最大动能为Ek,当改用c光束照射该金属板时(　　)

A.能发生光电效应,飞出的光电子最大动能为Ek

B.能发生光电效应,飞出的光电子最大动能为Ek

C.能发生光电效应,飞出的光电子最大动能为Ek

D.由于c光束光子能量较小,该金属板不会发生光电效应

答案B

解析对a光,由光电效应方程有-W=Ek,对b光有-W=Ek,由以上两式可得Ek,则W=Ek。当改用c光束照射该金属板时,有-W=Ek'得Ek'=Ek,故B正确。

6.用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流与照射光的强弱、频率等的关系,A、K两极间的电压大小可调,电源的正负极也可以对调。分别用a、b、c三束单色光照射,调节A、K间的电压U,得到光电流I与电压U的关系如图乙所示。由图可知(　　)

A.单色光a和c的频率相同,但a更强些

B.单色光a和c的频率相同,但a更弱些

C.单色光b的频率小于a的频率

D.改变电源的极性不可能有光电流产生

答案A

解析由题图乙可知,单色光a、c的遏止电压相同,根据光电效应方程可知,单色光a和c的频率相同,但a产生的光电流大,说明a光的强度大,选项A正确,B错误;单色光b的遏止电压大于单色光a、c的遏止电压,所以单色光b的频率大于a的频率,选项C错误;光的频率不变,改变电源的极性,只要所加反向电压没达到遏止电压,可能有光电流产生,选项D错误。

二、多项选择题

7.物理学家做了一个有趣的实验:在双缝干涉实验中,在光屏处放上照相底片,若减弱光的强度,使光子只能一个一个地通过狭缝。实验结果表明,如果曝光时间不太长,底片上只能出现一些不规则的点;如果曝光时间足够长,底片上就会出现规则的干涉条纹。对这个实验结果的认识,下列正确的是(　　)

A.曝光时间不长时,光的能量太小,底片上的条纹看不清楚,故出现不规则的点

B.单个光子的运动没有确定的轨道

C.干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方

D.只有大量光子的行为才表现出波动性

答案BCD

解析单个光子通过双缝后的落点无法预测,大量光子的落点出现一定的规律性,落在某些区域的可能性较大,这些区域正是波通过双缝后发生干涉时振幅加强的区域。光具有波粒二象性,少数光子的行为表现为粒子性,大量光子的行为表现为波动性。所以正确选项为B、C、D。

8.在X射线管中,由阴极发射的电子(不计初速度)被加速后打到阳极,会产生包括X光在内的各种能量的光子,其中光子能量的最大值等于电子的动能。已知阳极与阴极之间的电势差U、普朗克常量h、电子电荷量e和光速c,则可知该X射线管发出的X光的(　　)

A.最短波长为 B.最长波长为

C.最小频率为 D.最大频率为

答案AD

解析根据动能定理eU=mv2、光速与波长和频率的关系公式c=λν、光子能量E=hν,依题意有eU≥E,则可得λ≥,ν≤,所以A、D正确。

9.频率为ν的光照射某金属时,产生光电子的最大初动能为Ekm,则(　　)

A.若改用频率为2ν的光照射,该金属产生光电子的最大初动能为2Ekm

B.若改用频率为2ν的光照射,该金属产生光电子的最大初动能为Ekm+hν

C.若改用频率为ν的光照射,该金属产生光电子的最大初动能为Ekm+hν

D.若改用频率为ν的光照射,该金属可能不发生光电效应

答案BD

解析由爱因斯坦光电效应方程hν=W+Ekm,用频率为2ν的光照射时h·2ν=W+Ekm',联立得Ekm'=Ekm+hν,所以A错误,B正确;若改用频率为ν的光照射,可能发生光电效应,也可能不发生光电效应,若发生,则h·ν=W+Ekm″,可得Ekm″=Ekm-hν,所以C错误,D正确。

10.下图为用光照射锌板产生光电效应的装置示意图。光电子的最大初动能用Ek表示、入射光的强度用C表示、入射光的波长用λ表示、入射光的照射时间用t表示、入射光的频率用ν表示。则下列说法正确的是(　　)

A.Ek与C无关 

B.Ek与λ成反比

C.Ek与t成正比 

D.Ek与ν成线性关系

答案AD

解析由Ek=hν-W0知,Ek与照射光的强度及照射时间无关,与ν成线性关系,A、D正确,C错误;由Ek=-W0可知,Ek与λ并不成反比关系,B错误。

11.某半导体激光器发射波长为1.5×10-6 m、功率为5.0×10-3 W的连续激光。已知可见光波长的数量级为10-7 m,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,则该激光器发出的(　　)

A.是紫外线

B.是红外线

C.光子能量约为1.3×10-18 J

D.光子数约为每秒3.8×1016个

答案BD

解析由于该激光器发出的光波波长比可见光还要长,所以发出的是红外线,A错误,B正确;光子能量E=hν=h=1.3×10-19J,C错误;每秒发射的光子数n==3.8×1016,D正确。

12.下图是光控继电器的示意图,K是光电管的阴极。下列说法正确的是(　　)

A.图中a端应是电源的正极

B.只要有光照射K,衔铁就被电磁铁吸引

C.只要照射K的光足够强,衔铁就被电磁铁吸引

D.只有照射K的光频率足够大,衔铁才被电磁铁吸引

答案AD

解析电路中要产生电流,则a端接电源的正极,使从阴极K中逸出的光电子在光电管中加速,放大器的作用是将光电管中产生的电流放大,使铁芯磁化,将衔铁吸住,A正确;根据光电效应方程知,能否发生光电效应由金属的逸出功和入射光的频率决定,与入射光的强弱无关,故B、C错误,D正确。

13.如图所示,真空中金属板M上方存在一垂直纸面向里的矩形有界匀强磁场,边界ON到M板的距离为d。用频率为ν的紫外线照射M板(接地),只要磁感应强度不大于B0,就有电子越过边界ON。已知电子的电荷量为e,质量为m,普朗克常量为h。以下说法正确的是(　　)

A.若增强紫外线,单位时间从M板逸出的电子增多

B.若减弱紫外线,电子从M板逸出的最大初动能减小

C.从M板逸出电子的最大初动能为

D.该金属的逸出功为hν-

答案AD

解析增强照射光,即单位时间射到M板的光子数增多,则单位时间内逸出的光电子数增加,A正确;根据光电效应方程Ek=hν-W0,可知光电子的最大初动能与照射光的强弱无关,B错误;由题意可知,磁感应强度为B0时,沿水平方向向左射出的电子运动轨迹会与ON相切,即r=,结合qvB0=m和Ek=mv2,联立可得Ek=,逸出功W0=hν-,C错误,D正确。

14.下图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像。由图像可知(　　)

A.该金属的逸出功等于E

B.该金属的逸出功等于hν0

C.入射光的频率为2ν0时,产生的光电子的最大初动能为E

D.由该图像可得出普朗克常量h=

答案ABC

解析由爱因斯坦的光电效应方程可知,Ek=hν-W,对应图线可得该金属的逸出功W=E=hν0,A、B均正确;若入射光的频率为2ν0,则产生的光电子的最大初动能Ek'=2hν0-W=hν0=E,故C正确;由E=hν0可得h=,D错误。

15.研究光电效应规律的实验装置如图所示,以频率为ν的光照射光电管电极K时,有光电子产生。光电管K、A极间所加的电压U可由图中的电压表测出,光电流I由图中电流计测出,下列关于光电效应实验规律的说法正确的是(　　)

A.降低入射光的频率光电管电极K上有可能无光电子放出

B.当滑片P位于P'右端时,电极K、A间所加电压使从电极K发出的光电子加速

C.保持入射光频率不变,当增大入射光光强时,图中电流计示数不变

D.保持入射光频率、光强不变,若只增大光电管K、A极间所加的加速电压,光电流会趋于一个饱和值

答案AD

解析降低入射光的频率,有可能不发生光电效应,则光电管电极K上无光电子放出,故A正确。当滑片P位于P'右端时,电极K、A间所加电压,使从电极K发出的光电子减速,故B错误。保持入射光频率不变,当增大入射光光强时,电流计示数增大,故C错误。保持入射光频率、光强不变,若只增大光电管K、A极间所加的加速电压,光电流会达到最大值,即趋于一个饱和值,故D正确。