2023届二轮复习 近代物理——光电效应、波粒二象性 作业

这是一份2023届二轮复习 近代物理——光电效应、波粒二象性 作业，共20页。试卷主要包含了单选题，多选题，计算题等内容，欢迎下载使用。
近代物理——光电效应、波粒二象性学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________一、单选题1.  关于原子结构和微观粒子波粒二象性，下列说法正确的是(    )A. 卢瑟福的核式结构模型解释了原子光谱的分立特征
B. 玻尔的原子理论完全揭示了微观粒子运动的规律
C. 光电效应揭示了光的粒子性
D. 电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的粒子性2.  上海光源通过电子光子散射使光子能量增加，光子能量增加后(    )A. 频率减小 B. 波长减小 C. 动量减小 D. 速度减小3.  这次波及全球的新冠病毒的尺寸约为，由于最短可见光波长约为，所以我们无法用可见光捕捉病毒的照片。科学家用电子显微镜，即加速电场中的电子，使其表现为波长远小于可见光的波。终于捕捉到了它的图像，正所谓越艳丽越有毒。已知电子的质量为，电子的电荷量为，普朗克常量为，不考虑相对效应，则下列说法错误的是(    )
 A. 电子显微镜的分辨率非常高，是由于电子的德布罗意波长非常短
B. 电子显微镜与加速电压有关，加速电压越高，则分辨率越低
C. 若用相同动能的质子代替电子，也能拍摄到新冠病毒的图像
D. 德布罗意长为的电子，可由静止电子通过约的电压加速得到4.  如图是工业生产中大部分光电控制设备如夜亮昼熄的路灯用到的光控继电器的示意图，它由电源、光电管、放大器、电磁继电器等组成。则对该装备，下列说法正确的是(    )A. 端为电源负极 B. 流过电磁铁的电流是交流电
C. 电磁铁的原理是利用电流的磁效应 D. 只要有光照射光电管，回路中就有电流5.  某实验小组用图甲所示电路研究、两种单色光的光电效应现象，通过实验得到光电流与电压的关系如图乙所示，由图可知(    )A. 光电子的最大初动能
B. 两种光的频率
C. 两种光照射金属时逸出功不一样
D. 若光可以让处于基态的氢原子电离，则光一定也可以6.  某光源发出的光由不同频率的光组成，不同频率的光的强度如图所示，表中给出了某些材料的极限频率，用该光源发出的光照射表中材料，下列说法正确的是(    )材料钾钙钨极限频率 A. 仅钾能产生光电子 B. 仅钨、钙能产生光电子
C. 仅钙、钾能产生光电子 D. 钨、钙、钾都能产生光电子7.  若用如图甲所示的实验装置测量某金属的遏止电压与入射光频率，作出如图乙所示的的图像，已知电子电荷量，则下列说法正确的是(    )A. 图甲中电极连接电源的正极
B. 该实验可测得该金属的截止频率为
C. 该实验可测得普朗克常量约为
D. 该实验可测得该金属的逸出功约为8.  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，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
D. 两图线的斜率均为9.  如图所示，分别用、两种材料作极进行光电效应探究，其截止频率，保持入射光不变，则光电子到达极时动能的最大值随电压变化关系的图像是(    )
 
A.  B.
C.  D. 10.  图甲为某种光电烟雾探测器的装置示意图，光源发出频率为的光束，当有烟雾进入该探测器时，光束会被烟雾散射进入光电管，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极是金属钠研究光电效应规律，可得钠的遏止电压与入射光频率之间的关系如图丙所示，元电荷为。下列说法正确的是(    ) A. 由图丙知，金属钠的极限频率为
B. 由图丙知，普朗克常量为
C. 图乙中，端为负极
D. 图甲中，光源发出的光束越强，光电烟雾探测器的灵敏度越低11.  如图为光电倍增管的原理图，管内由一个阴极、一个阳极和、间若干对倍增电极构成。使用时在阴极、各倍增电极和阳极间加上电压，使阴极、各倍增电极到阳极的电势依次升高。当满足一定条件的光照射阴极时，就会有电子射出，在加速电场作用下，电子以较大的动能撞击到第一个倍增电极上，电子能从这个倍增电极上激发出更多电子，最后阳极收集到的电子数比最初从阴极发射的电子数增加了很多倍。下列说法正确的是(    )
 A. 光电倍增管适用于各种频率的光
B. 保持入射光不变，增大各级间电压，阳极收集到的电子数可能增多
C. 增大入射光的频率，阴极发射出的所有光电子的初动能都会增大
D. 保持入射光频率和各级间电压不变，增大入射光光强不影响阳极收集到的电子数二、多选题12.  氢原子的能级图如图甲所示，一群处于第能级的氢原子，向低能级跃迁过程中能发出种不同频率的光，其中只有频率为、的两种光可让图乙所示的光电管阴极发生光电效应。分别用频率为、的两种光照射光电管阴极，测得电流随电压变化的图像如图丙所示。下列说法中正确的是(    )A. 图丙中的图线所表示的光的光子能量为
B. 图乙研究阴极的遏止电压与照射光频率关系时，电源左侧为负极
C. 处于第能级的氢原子可以吸收一个能量为的光子并电离
D. 用图丙中的图线所表示的光照射阴极时，光电子的最大初动能比用图线所表示的光照射时小13.  胶片电影利用光电管把“声音的照片”还原成声音，原理如图所示，在电影放映机中用频率为、强度不变的一极窄光束照射声音轨道，由于影片上各处的声音轨道宽窄不同，在影片移动的过程中，通过声音轨道后的光强随之变化，射向光电管后，在电路中产生变化的电流，经放大电路放大后，通过喇叭就可以把声音放出来。则(    )
 A. 只减小光的频率，一定可以还原出声音 B. 只增大光的频率，一定可以还原出声音
C. 端为电源正极 D. 端为电源负极14.  光电管是应用光电效应原理制成的光电转换器件，在光度测量、有声电影、自动计数、自动报警等方面有着广泛的应用。现有含光电管的电路如图所示，图是用甲、乙、丙三束光分别照射光电管得到的图线，、表示遏止电压，下列说法中正确的是(    )
 A. 图中光电管两端所加的电压为反向电压
B. 甲光照射时光电子的最大初动能比丙光照射时光电子的最大初动能大
C. 分别用甲光、丙光做双缝干涉实验，甲光的干涉条纹比丙光的宽
D. 甲、乙是相同频率的光，甲比乙在单位时间内发射的光子数多15.  如图所示是研究光电效应的实验装置，某同学进行了如下操作：用频率为的光照射光电管，此时微安表中有电流，将滑动变阻器滑片调至位置图中未画出，使微安表示数恰好变为，此时电压表示数为；用频率为的光照射光电管，将滑片调至位置图中未画出，使微安表示数恰好变为，此时电压表的示数为。已知元电荷为，。关于该实验，下列说法正确的是(    )
 A. 位置比位置更靠近端
B. 位置、与光强有关
C. 可求得普朗克常量为
D. 该光电管中金属的极限频率为16.  在磁感应强度为的均匀磁场内放置一极薄的金属片，其极限波长为，实验证明，在某种特定条件下，金属内的电子能吸收多个光子，产生光电效应。今用频率为的弱单色光照射，发现没有电子放出。若保持频率不变，逐渐增大光强，释放出的电子质量为，电荷的绝对值为能在垂直于磁场的平面内做圆周运动，最大半径为，则下列说法正确的是(    )A. 遏止电压为
B. 此照射光光子的能量可能为
C. 放出电子的最大动量为       
D. 单色光光子的动量可能为17.  研究光电效应的电路图如图所示，单色光照在阴极，将滑片位置从左移到右的过程中，滑片移至中点时电流表刚好示数为零。而用另一束单色光照射，当滑片移到最右端时电流表刚好示数为零，则(    )A. 光的光子能量比较大
B. 光照射，当电流表示数为零时，将电源反向后，电流表一定有示数
C. 光在水珠中传播的速度一定大于光在水珠中传播的速度
D. 两束光以相同的入射角从水中斜射入空气，若出射光线只有一束，则一定是光18.  研究光电效应的实验电路图如图所示，、为两正对的、半径为的平行圆形金属板，板间距为，且满足。当一细束频率为的光照射极板圆心时，产生沿不同方向运动的光电子。调节变阻器滑片改变两板间电压，发现当电压表示数为时，电流表示数恰好为零。假设光电子只从极板圆心处发出，普朗克常量为，电子电量为，电子质量为，忽略电场的边界效应和电子之间的相互作用。则(    )A. 金属板的逸出功为
B. 改变电源的极性，要使电流表读数达到饱和，电压表读数至少为
C. 改变电源的极性，电压表读数为时，电子到达板时的动能为
D. 断开，若在两板间加方向垂直纸面向里的匀强磁场，当磁感强度超过时，电流表读数为三、计算题19.  世纪末、世纪初，通过对光电效应的研究，加深了对光的本性的认识。科学家利用如图所示的电路研究光电效应，图中、是密封在真空玻璃管中的两个电极，极受到光照时可能发射电子。已知电子电荷量为，普朗克常量为。
当有光照射极，电流表的示数为，求经过时间到达极的电子数。
使用普通光源进行实验时，电子在极短时间内只能吸收一个光子的能量。用频率为的普通光源照射极，可以发生光电效应。此时，调节滑动变阻器滑片，当电压表的示数为时，电流表的示数减小为．
随着科技的发展，强激光的出现丰富了人们对光电效应的认识，用强激光照射金属，一个电子在极短时间内吸收到多个光子成为可能。若用强激光照射极时，一个电子在极短时间内能吸收光子，求能使极发生光电效应的强激光的最低频率。
某同学为了了解为什么使用普通光源进行光电效应实验时一个电子在极短时间内不能吸收多个光子，他查阅资料获得以下信息：
原子半径大小数量级为，若普通光源的发光频率为，其在内垂直照射到面积上的光的能量约为；若电子吸收第一个光子能量不足以脱离金属表面时，在不超过的时间内电子将该能量释放给周围原子而恢复到原状态。
为了进一步分析，他建构了简单模型：假定原子间没有缝隙，一个原子范围内只有一个电子，且电子可以吸收一个原子范围内的光子。
请利用以上资料，解决以下问题。
普朗克常量取，估算内照射到一个原子范围的光子个数；
分析一个电子在极短时间内不能吸收多个光子的原因。
答案和解析 1. 【解析】A.波尔的量子化模型很好地解释了原子光谱的分立特征，A错误；B.玻尔的原子理论成功的解释了氢原子的分立光谱，但不足之处，是它保留了经典理论中的一些观点，如电子轨道的概念的局限性，还不成完全揭示微观粒子的运动规律，B错误；C.光电效应揭示了光的粒子性，C正确；D.电子束穿过铝箔后的衍射图样，证实了电子的波动，D错误。故选C。
 2. 【解析】根据可知光子的能量增加后，光子的频率增加，又根据：，可知光子波长减小，故A错误，B正确；根据，可知光子的动量增加；又因为光子质量不变，根据可知光子速度增加，故C错误，D错误。故选：。
 3. 【解析】影响电子显微镜分辨率的直接因素是光源的波长，波长越短，加速电压越高，分辨率越高，故A正确，B错误；C.相同动能的质子和电子，根据，联立解得因质子质量大于电子质量，所以质子的波长小于电子的波长，波长越短，分辨率越高，所以，更能“拍摄”到新冠病毒的影像，故C正确；D.由动能定理电子动量联立解得代入数据解得，故D正确。本题选错误的，故选B。
 4. 【解析】A.电路中要产生明显的电流，则端接电源的正极，阴极发射电子，电路中产生电流，经放大器放大后的电流使电磁铁被磁化，将衔铁吸住，故A错误；B.流过电磁铁的电流方向不变，不是交流电，选项B错误；C.电磁铁的原理是利用电流的磁效应，选项C正确；D.根据光电效应的规律可知，只有当入射光的频率大于金属的极限频率时才能发生光电效应，产生光电流，故D错误。故选C。
 5. 【解析】【分析】
本题解题的关键是通过图像判定、两种单色光谁的频率大，反向截止电压大的则初动能大，初动能大的则频率高，故光频率高于光的。逸出功由金属本身决定，与光的极限频率有关。
解决本题的关键掌握光电效应方程，知道同一种金属，逸出功相同，知道最大初动能与遏止电压的关系，并能灵活运用。
【解答】
A、由题图可得光照射光电管时遏止电压大，其逸出的光电子最大初动能大，故A正确；
B、由光电效应方程，由题图可得光照射光电管时遏止电压大，其频率大，即，故B错误；
C、金属的逸出功由金属本身决定，与光的频率无关，故C错误；
D、光的频率大，光子能量大，若光可以让处于基态的氢原子电离，光的频率小光子能量小，则光不一定也可以，故D错误。
故选A。  6. 【解析】由题图可知，该光源发出的光的频率大约在 到之间，而三种材料中，极限频率最大的钨的极限频率是，小于，所以该光源能使三种材料都产生光电效应。故选D。
 7. 【解析】A.图甲所示的实验装置测量某金属的遏止电压与入射光频率，因此光电子应该在电极间做减速运动，故A应该是阴极，则电极应该连接电源的负极，故A错误；设金属的逸出功为，截止频率为，则有光电子的最大初动能与遏止电压的关系为光电效应方程为联立可得故的图像的斜率为那么普朗克常量约为代入数据得当时，解得由图可知故B正确，C错误；D.根据代入数据可得故D错误。故选B。
 8. 【解析】根据光电效应方程 ，知两图线的斜率均为，图线与横轴交点对应，即 ，甲图线与横轴交点坐标为，所以甲图线对应金属的逸出功为，甲图线代表的金属极限频率，故C正确，AD错误；B.根据光电效应方程，知使乙图线对应的金属发生光电效应的极限波长为，根据光电效应产生的条件知入射光的波长小于极限波长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错误。故选C。
 9. 【解析】解：由光电效应方程：，
又，
光电子到达极板过程，由动能定理：，
联立知，光电子到达板时动能的最大值，
可见图像的斜率为，纵截距为。
由题知，材料的截止频率小于材料的截止频率，即，且入射光相同，则，可见用材料和进行光电效应实验得到的图线相互平行，且用材料进行光电效应实验得到的图像的纵截距较大。故C正确，ABD错误。
故选：。
由光电效应方程及动能定理得：，再与图像进行比对确定正确答案。
此题考查了光电效应现象，解决本题的关键掌握光电效应方程以及知道最大初动能与遏止电压的关系，注意金属的逸出功与入射光的频率无关。
 10. 【解析】A.设金属的逸出功为，截止频率为，根据动能定理，光电子的最大初动能与遏止电压的关系是，光电效应方程为，联立可得，故图像的斜率为；当时，，由题图丙可知，此时金属钠的极限频率为，故A正确；
B.由得，丙图中的斜率为，结合图像可求得，故B错误；
C.端为光电管的阳极，在研究遏制电压问题中要反接光电管因此因此端接正极，故C错误；
D.在光源频率不变条件下，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，灵敏度越高，故D错误。
 11. 【解析】解：只有满足一定频率的光照射时才能发生光电效应，从而逸出光电子，可知光电倍增管并不是适用于各种频率的光，故A错误；
B.保持入射光不变，增大各级间电压，则打到倍增极的光电子的动能变大，则可能有更多的光电子从倍增极逸出，则阳极收集到的电子数可能增多，故B正确；
C.增大入射光的频率，阴极发射出的光电子的最大初动能变大，并不是所有光电子的初动能都会增大，故C错误；
D.保持入射光频率和各级间电压不变，增大入射光光强，则单位时间逸出光电子的数目会增加，则阳极收集到的电子数会增加，故D错误。
故选：。
只有满足一定频率的光照射时才能发生光电效应，保持入射光不变，增大各级间电压，则打到倍增极的光电子的动能变大，增大入射光的频率，阴极发射出的光电子的最大初动能变大，增大入射光光强，则单位时间逸出光电子的数目会增加。
解决本题的关键掌握光电效应规律，知道光的强度影响单位时间内发出光电子的数目。
 12. 【解析】A.图丙中的图线所表示的光的遏止电压较大，根据光电效应方程，则光电子最大初动能较大，所对应的光子能量较大，原子跃迁对应的能级差较大，即对应于从到的跃迁，则光子能量为，项错误
B.研究阴极的遏止电压与照射光频率关系时，应该加反向电压，使电子减速，电源左侧应为正极，项错误
C.处于第能级的氢原子至少要吸收的能量才能电离，项正确
D.用图丙中的图线所表示的光照射阴极时，遏止电压小于图线表示的光子的遏止电压，可知表示的光照射阴极时，光电子的最大初动能比用图线所表示的光照射时更小，项正确。
 13. 【解析】【分析】
增大光的频率可发生光电效应，使电路导通可以还原出声音；光电子带负电，在电场力作用下到达电源正极。
本题考查了光电效应的知识，入射光的频率大于金属的极限频率时发生光电效应，有光电子产生，电路中有电流，可以还原出声音。

【解答】
只增大光的频率，肯定有光电子从光电管的阴极到达阳极，从而使电路导通，一定可以还原出声音，反之则不一定发生光电效应现象使电路导通，故A错误，B正确；
光照射部分为阴极材料，光电子到达另一侧，在电场力作用下到达电源正极，故端为电源正极，故C正确，D错误。
故选：。  14. 【解析】解：、如图可知，光电子在电场力作用下做加速运动，则图中光电管两端的电压为正向电压，故A错误；
B、光电流恰为零时光电管两端加的电压为遏止电压，由图可知，丙对应的遏止电压大于甲对应的遏止电压，根据，知丙光照射时光电子的最大初动能比甲光照射时光电子的最大初动能大，故B错误；
C、根据知入射光的频率越高，对应的遏止电压越大，甲、乙对应的遏止电压相等，则甲、乙两光的频率相同，小于丙光的频率，则甲光的波长大于丙光的波长，分别用甲光、丙光做双缝干涉实验，甲光的干涉条纹比丙光的宽，故C正确；
D、甲、乙两光的频率相同，甲光产生的饱和电流比乙光的大，则甲比乙光照强，甲比乙在单位时间内发射的光子数多，故D正确。
故选：。
正向电压能使光电管中的光电子加速，反向电压使光电管中的光电子减速。
光电流为零时的反向电压即为遏止电压，根据公式，分析入射光的频率的大小。
从图象中看出，丙光对应的遏止电压最大，所以丙光的频率最高，丙光的波长最短。
根据饱和电流的大小分析入射光的强度。
该题考查了爱因斯坦光电效应方程的相关知识，解决本题的关键要理解遏止电压的含义，理解并掌握方程，同时注意正向电压与反向电压的区别。
 15. 【解析】【分析】
根据电路图，当电子受到电场阻力运动时，则微安表示数才可能为零，从而可确定、电势高低；再根据光电效应方程，结合遏止电压和最大初动能的关系求出普朗克常量。
解决本题的关键掌握光电效应方程，以及知道遏止电压与最大初动能的关系，注意理解遏止电压的含义。

【解答】
A.根据电路图，结合逸出电子受到电场阻力时，微安表示数才可能为零，因只有的电势高于点，即触头向端滑动，才能实现微安表示数恰好变为零，根据光电效应方程可得，因，则，即位置对应的电压较小，位置比位置更靠近端，故A正确；
B.位置、对应的是遏止电压，与入射光的频率有关，与入射光的光强无关，故B错误；
C.根据光电效应方程可得，，
联立两式可得普朗克常量为，故C错误；
D.联立方程组可解得逸出功为，
根据，可解得该光电管中金属的极限频率为，故D正确；
故选：。  16. 【解析】A.设光电子的最大速度为，光电子在磁场中做圆周运动得所以遏止电压为，故A正确；根据能量守恒有为大于等于的自然数，当时，此照射光光子的能量为则对应光子的动量单色光光子的动量为，故B错误，D正确；C.由于电子最大动能最大动量，故C正确。故选ACD。
 17. 【解析】A.由题意可知光的遏止电压小于光的遏止电压，所以光的光子能量较小，故A错误；B.光照射，当电流表示数为零时，已经发生了光电效应，只是在反向电压作用下使得光电子无法到达阳极，此时将电源反向后，光电子可以到达阳极，电流表一定有示数，故B正确；C.由于光的光子能量比光的光子能量小，所以光的频率比光的频率小，则水珠对光的折射率比对光的折射率大，根据可知光在水珠中传播的速度一定大于光在水珠中传播的速度，故C正确；D.根据可知光的全反射临界角比光的全反射临界角大，所以两束光以相同的入射角从水中斜射入空气，若出射光线只有一束，则一定是光，故D错误。故选BC。
 18. 【解析】A.光电子的最大初动能为，由光电效应方程得金属板的逸出功为，A正确；B.要使光电流达到饱和，平行于板的具有最大初速度的光电子也能打到板上，则有，，，联立得：，B正确；C.到达板时电子的动能为到之间，C错误；D.断开，在两板间加方向垂直纸面向里的匀强磁场时，当方向向右具有最大速度的光电子也不能到达板时，表示数为，此时磁场中的旋转半径小于等于，由，，得到：，D正确。故选：。根据动能定理求出光电子的最大初动能，然后根据光电效应方程求出金属板的逸出功。交换电源正负极后金属板间加正向电压，平行金属板飞出的光电子到达板时电流达到饱和，平行于金属板飞出的光电子做类平抛运动，应用类平抛运动规律求出所加电压。平行板射出的光电子恰好不能到达板时电流为零，光电子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，应用牛顿第二定律求出磁感应强度的最小值。
本题考查了爱因斯坦光电效应方程的应用、考查了光电子在匀强磁场中的运动，分析清楚电路结构与光电子运动过程，应用爱因斯坦光电效应方程与牛顿第二定律、动能定理即可解题。
 19.经过时间到达极的电荷量为
到达极的电子数
根据光电效应方程有：，
则能使极发生光电效应的强激光的最低频率
普通光子的能量为
在内垂直照射到原子上的光的能量约为，其中
则内照射到一个原子范围的光子个数
联立代入数据解得：个
假设光子流密度均匀，相邻两个光子到达同一个原子范围内的时间为，则
代入数据解得：，所以对于普通光源，一个电子在极短时间内不能吸收多个光子。
答：经过时间到达极的电子数为。
能使极发生光电效应的强激光的最低频率为。
内照射到一个原子范围的光子个数为个；
一个电子在极短时间内不能吸收多个光子，原因见解析。 【解析】根据电流的定义式可解得；
根据光电效应方程可解得；
根据题意根据分析解答。
本题考查光电效应方程，解题关键理解题意，注意光子能量的计算方式。