第1講光電效應(yīng)波粒二象性A組基礎(chǔ)過關(guān)1.關(guān)于光電效應(yīng),下列說法正確的是()A.極限頻率越大的金屬材料,其逸出功越大B.只要光照射的時(shí)間足夠長(zhǎng),任何金屬都能產(chǎn)生光電效應(yīng)C.從金屬表面出來的光電子的最大初動(dòng)能越大,這種金屬的逸出功越小D.入射光的光強(qiáng)一定時(shí),頻率越高,單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多答案A由W0=hc可知A項(xiàng)正確;照射光的頻率低于極限頻率時(shí)不能發(fā)生光電效應(yīng),故項(xiàng)B錯(cuò)誤;由Ek=h-W0可知C項(xiàng)錯(cuò)誤;單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)與入射光的頻率無關(guān),取決于入射光的強(qiáng)度,故D項(xiàng)錯(cuò)誤。2.用一束紫外線照射某金屬時(shí)不能產(chǎn)生光電效應(yīng),可能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)的措施是()A.改用頻率更小的紫外線照射B.改用X射線照射C.改用強(qiáng)度更大的原紫外線照射D.延長(zhǎng)原紫外線的照射時(shí)間答案B每一種金屬對(duì)應(yīng)一個(gè)極限頻率,低于極限頻率的光,無論照射時(shí)間有多長(zhǎng),光的強(qiáng)度有多大,都不能使金屬發(fā)生光電效應(yīng)。只要照射光的頻率大于金屬的極限頻率,就能產(chǎn)生光電效應(yīng)。因?yàn)閄射線的頻率高于紫外線的頻率,所以改用X射線照射可能發(fā)生光電效應(yīng),B選項(xiàng)正確。3.(多選)1905年是愛因斯坦的“奇跡”之年,這一年他先后發(fā)表了三篇具有劃時(shí)代意義的論文,其中關(guān)于光量子的理論成功的解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象。關(guān)于光電效應(yīng),下列說法正確的是()A.當(dāng)入射光的頻率低于極限頻率時(shí),不能發(fā)生光電效應(yīng)B.光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比C.光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度成正比D.某單色光照射一金屬時(shí)不發(fā)生光電效應(yīng),改用波長(zhǎng)較短的光照射該金屬可能發(fā)生光電效應(yīng)答案AD根據(jù)光電效應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,只有入射光的頻率大于極限頻率才能發(fā)生光電效應(yīng),而波長(zhǎng)越短頻率越大,故A、D正確。根據(jù)光電效應(yīng)方程,光電子的最大初動(dòng)能與入射光頻率為線性關(guān)系,但非正比關(guān)系,B錯(cuò)誤;根據(jù)光電效應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,光電子的最大初動(dòng)能與入射光強(qiáng)度無關(guān),C錯(cuò)誤。4.2017年年初,我國(guó)研制的“大連光源”極紫外自由電子激光裝置,發(fā)出了波長(zhǎng)在100nm(1nm=10-9m)附近連續(xù)可調(diào)的世界上最強(qiáng)的極紫外激光脈沖。大連光源因其光子的能量大、密度高,可在能源利用、光刻技術(shù)、霧霾治理等領(lǐng)域的研究中發(fā)揮重要作用。一個(gè)處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個(gè)分子,但又不會(huì)把分子打碎。據(jù)此判斷,能夠電離一個(gè)分子的能量約為(取普朗克常量h=6.6×10-34J·s,真空光速c=3×108m/s)()A.10-21JB.10-18JC.10-15JD.10-12J答案B由題意知,電離一個(gè)分子的能量等于照射分子的光子能量,E=h=hc=2×10-18J,故選項(xiàng)B正確。5.(多選)物理學(xué)家做了一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn):在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,在光屏處放上照相底片,若減弱光的強(qiáng)度,使光子只能一個(gè)一個(gè)地通過狹縫。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,如果曝光時(shí)間不太長(zhǎng),底片上只能出現(xiàn)一些不規(guī)則的點(diǎn);如果曝光時(shí)間足夠長(zhǎng),底片上就會(huì)出現(xiàn)規(guī)則的干涉條紋。對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,下列認(rèn)識(shí)正確的是()A.曝光時(shí)間不長(zhǎng)時(shí),光的能量太小,底片上的條紋看不清楚,故出現(xiàn)不規(guī)則的點(diǎn)B.單個(gè)光子的運(yùn)動(dòng)沒有確定的軌道C.干涉條紋中明亮的部分是光子到達(dá)機(jī)會(huì)較多的地方D.只有大量光子的行為才表現(xiàn)出波動(dòng)性答案BCD單個(gè)光子通過狹縫后的落點(diǎn)無法預(yù)測(cè),大量光子的落點(diǎn)呈現(xiàn)一定的規(guī)律性,落在某些區(qū)域的可能性較大,這些區(qū)域正是波通過雙縫后發(fā)生干涉時(shí)振幅加強(qiáng)的區(qū)域。光具有波粒二象性,少數(shù)光子的行為表現(xiàn)為粒子性,大量光子的行為表現(xiàn)為波動(dòng)性。綜上可知,正確選項(xiàng)為B、C、D。6.(多選)(2018陜西西安模擬)2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主威拉德·博伊爾和喬治·史密斯主要成就是發(fā)明了電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器。他們的發(fā)明利用了愛因斯坦的光電效應(yīng)原理。如圖所示電路可研究光電效應(yīng)規(guī)律。圖中標(biāo)有A和K的為光電管,其中K為陰極,A為陽極。理想電流計(jì)可檢測(cè)通過光電管的電流,理想電壓表用來指示光電管兩端的電壓?，F(xiàn)接通電源,用光子能量為10.5eV的光照射陰極K,電流計(jì)中有示數(shù),若將滑動(dòng)變阻器的滑片P緩慢向右滑動(dòng),電流計(jì)的讀數(shù)逐漸減小,當(dāng)滑至某一位置時(shí)電流計(jì)的讀數(shù)恰好為零,讀出此時(shí)電壓表的示數(shù)為6.0V;現(xiàn)保持滑片P位置不變,以下判斷正確的是()A.光電管陰極材料的逸出功為4.5eVB.若增大入射光的強(qiáng)度,電流計(jì)的讀數(shù)不為零C.若用光子能量為12eV的光照射陰極K,光電子的最大初動(dòng)能一定變大D.若用光子能量為9.5eV的光照射陰極K,同時(shí)把滑片P向左移動(dòng)少許,電流計(jì)的讀數(shù)一定不為零答案AC由電路圖可知題圖中所加電壓為反向減速電壓,根據(jù)題意可知遏止電壓為6.0V,由Ek=h-W0=eUc得W0=4.5eV,選項(xiàng)A正確;當(dāng)電壓達(dá)到遏止電壓時(shí),所有電子都不能到達(dá)A極,無論光強(qiáng)如何變化,電流計(jì)示數(shù)仍為零,選項(xiàng)B錯(cuò);若光子能量增大,根據(jù)光電效應(yīng)方程,光電子的最大初動(dòng)能一定變大,選項(xiàng)C正確;若用光子能量為9.5eV的光照射陰極K,則遏止電壓為5.0V,滑片P向左移動(dòng)少許,電流計(jì)的讀數(shù)仍可能為零,選項(xiàng)D錯(cuò)。7.某光源發(fā)出的光由不同波長(zhǎng)的光組成,不同波長(zhǎng)的光的強(qiáng)度如圖所示。表中給出了一些材料的極限波長(zhǎng),用該光源發(fā)出的光照射表中材料()材料鈉銅鉑極限波長(zhǎng)/nm541268196A.僅鈉能產(chǎn)生光電子B.僅鈉、銅能產(chǎn)生光電子C.僅銅、鉑能產(chǎn)生光電子D.都能產(chǎn)生光電子答案D當(dāng)入射光的波長(zhǎng)小于金屬的極限波長(zhǎng)時(shí),被照射金屬能夠發(fā)生光電效應(yīng)產(chǎn)生光電子。光源發(fā)出的光的波長(zhǎng)在25nm到425nm之間,故可使三種金屬均發(fā)生光電效應(yīng),D項(xiàng)正確。8.某光波射到一逸出功為W的光電材料表面,所產(chǎn)生的光電子垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,其做圓周運(yùn)動(dòng)的最大半徑為r,設(shè)電子的質(zhì)量為m,帶電荷量為e,普朗克常量為h,則該光波的頻率為()A.WhB.r2e2B22mhC.Wh+r2e2B22mhD.Wh-r2e2B22mh答案C由evB=mv2r可得所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ek=12mv2=r2e2B22m。由愛因斯坦光電效應(yīng)方程有Ek=h-W,解得=Wh+r2e2B22mh,選項(xiàng)C正確。9.(2018湖北八校聯(lián)考)表是按照密立根的方法進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí)得到的某金屬的遏止電壓Uc和入射光的頻率的幾組數(shù)據(jù)。Uc/V0.5410.6370.7140.8090.878/×1014Hz5.6445.8886.0986.3036.501由以上數(shù)據(jù)應(yīng)用Excel描點(diǎn)連線,可得直線方程,如圖所示。則這種金屬的截止頻率約為()A.3.5×1014HzB.4.3×1014HzC.5.5×1014HzD.6.0×1014Hz答案B遏止電壓為零時(shí),入射光的頻率等于截止頻率,根據(jù)方程Uc=0.39731014-1.7024,當(dāng)Uc=0時(shí),解得=4.3×1014Hz,B正確。10.(多選)利用金屬晶格(大小約10-10m)作為障礙物觀察電子的衍射圖樣,方法是讓電子通過電場(chǎng)加速后,讓電子束照射到金屬晶格上,從而得到電子的衍射圖樣。已知電子質(zhì)量為m,電荷量為e,初速度為0,加速電壓為U,普朗克常量為h,則下列說法中正確的是()A.該實(shí)驗(yàn)說明了電子具有波動(dòng)性B.實(shí)驗(yàn)中電子束的德布羅意波的波長(zhǎng)為=h2meUC.加速電壓U越大,電子的衍射現(xiàn)象越明顯D.若用相同動(dòng)能的質(zhì)子替代電子,衍射現(xiàn)象將更加明顯答案AB題中能得到電子的衍射圖樣,說明電子具有波動(dòng)性,A正確;電子在加速過程中有eU=12mv2,電子束的德布羅意波的波長(zhǎng)=hp,而動(dòng)量p=mv,解得=h2meU,B正確;由=h2meU可知,加速電壓越大,電子的德布羅意波的波長(zhǎng)越小,衍射現(xiàn)象就越不明顯,C錯(cuò)誤;由=hp=h2mEk知,相同動(dòng)能的質(zhì)子與電子相比,質(zhì)子的德布羅意波的波長(zhǎng)短,衍射現(xiàn)象與電子相比不明顯,故D錯(cuò)誤。11.(多選)(2018安徽淮北一中模擬)用甲、乙兩種單色光照射同一金屬做光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)光電流與電壓的關(guān)系如圖所示。已知普朗克常量為h,被照射金屬的逸出功為W0,遏止電壓為Uc,電子的電荷量為e,則下列說法正確的是()A.甲光的強(qiáng)度大于乙光的強(qiáng)度B.甲光的頻率大于乙光的頻率C.甲光照射時(shí)產(chǎn)生的光電子初動(dòng)能均為eUcD.乙光的頻率為W0+eUch答案AD光電效應(yīng)方程Ek=h-W0,Ek=Uce,由題圖可知,甲、乙的截止電壓相同,故甲、乙的頻率相同,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;頻率相同,光的強(qiáng)度越強(qiáng),則單位時(shí)間內(nèi)光電子數(shù)目越多,對(duì)應(yīng)的光電流越大,即可判定甲光的強(qiáng)度較大,選項(xiàng)A正確;甲光照射時(shí)產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為eUc,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;根據(jù)Ek=h-W0=Uce,可得=Uce+W0h,選項(xiàng)D正確。12.(多選)1927年戴維遜和革末完成了電子衍射實(shí)驗(yàn),該實(shí)驗(yàn)是榮獲諾貝爾獎(jiǎng)的重大近代物理實(shí)驗(yàn)之一。如圖所示的是該實(shí)驗(yàn)裝置的簡(jiǎn)化圖,下列說法正確的是()A.亮條紋是電子到達(dá)概率大的地方B.該實(shí)驗(yàn)說明物質(zhì)波理論是正確的C.該實(shí)驗(yàn)再次說明光子具有波動(dòng)性D.該實(shí)驗(yàn)說明實(shí)物粒子具有波動(dòng)性答案ABD電子屬于實(shí)物粒子,電子衍射實(shí)驗(yàn)說明電子具有波動(dòng)性,說明物質(zhì)波理論是正確的,與光的波動(dòng)性無關(guān),B、D正確,C錯(cuò)誤;物質(zhì)波也是概率波,亮條紋是電子到達(dá)概率大的地方,A正確。B組能力提升13.(多選)1905年,愛因斯坦把普朗克的量子化概念進(jìn)一步推廣,成功地解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象,提出了光子說。在給出的與光電效應(yīng)有關(guān)的四個(gè)圖像中,下列說法正確的是()A.圖1中,當(dāng)紫外線照射鋅板時(shí),發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn),說明鋅板帶正電,驗(yàn)電器帶負(fù)電B.圖2中,從光電流與電壓的關(guān)系圖像中可以看出,電壓相同時(shí),光照越強(qiáng),光電流越大,說明遏止電壓和光的強(qiáng)度有關(guān)C.圖3中,若電子電荷量用e表示,1、c、U1已知,由Uc-圖像可求得普朗克常量的表達(dá)式為h=U1e1-cD.圖4中,由光電子最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率的關(guān)系圖像可知該金屬的逸出功為E或h0答案CD用紫外線燈發(fā)出的紫外線照射鋅板,鋅板失去電子帶正電,驗(yàn)電器與鋅板相連,則驗(yàn)電器的金屬球和金屬指針帶正電,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由圖2可知電壓相同時(shí),光照越強(qiáng),光電流越大,只能說明光電流大小與光的強(qiáng)度有關(guān),遏止電壓只與入射光的頻率有關(guān),與入射光的強(qiáng)度無關(guān),故選項(xiàng)B錯(cuò)誤;根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Uce=h-W0,可知Uc=he-W0e,Uc-圖線的斜率為he,即he=U11-c,解得h=U1e1-c,故選項(xiàng)C正確;根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm=h-W0知道Ek-圖線的縱軸截距的絕對(duì)值表示逸出功,則逸出功為E,當(dāng)最大初動(dòng)能為零時(shí),入射光的頻率等于金屬的極限頻率,則金屬的逸出功等于h0,故選項(xiàng)D正確。14.現(xiàn)有a、b、c三束單色光,其波長(zhǎng)關(guān)系為abc=123。當(dāng)用a光束照射某金屬板時(shí)能發(fā)生光電效應(yīng),飛出的光電子最大初動(dòng)能為Ek;若改用b光束照射該金屬板,飛出的光電子最大初動(dòng)能為13Ek。當(dāng)改用c光束照射該金屬板時(shí)()A.能發(fā)生光電效應(yīng),飛出的光電子最大初動(dòng)能為16EkB.能發(fā)生光電效應(yīng),飛出的光電子最大初動(dòng)能為19EkC.能發(fā)生光電效應(yīng),飛出的光電子最大初動(dòng)能為112EkD.由于c光束的光子能量較小,該金屬板不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)答案B對(duì)a、b兩束光,由光電效應(yīng)方程有:hca-W0=Ek,hc2a-W0=13Ek,由以上兩式可得hca=43Ek,W0=13Ek。當(dāng)改用c光束照射該金屬板時(shí)有:hc3a-W0=49Ek-13Ek=19Ek,故B正確。8