第2講光電效應(yīng)波粒二象性一、選擇題1.下列實驗中,能證實光具有粒子性的是()A.光電效應(yīng)實驗B.光的雙縫干涉實驗C.光的圓孔衍射實驗D.泊松亮斑實驗答案A光電效應(yīng)現(xiàn)象說明光具有粒子性,A項正確;泊松亮斑是光的衍射現(xiàn)象,光的干涉和衍射現(xiàn)象均說明光具有波動性,B、C、D項均錯誤。2.硅光電池是利用光電效應(yīng)將光輻射的能量轉(zhuǎn)化為電能;若有N個頻率為的光子打在光電池極板上,這些光子的總能量為(h為普朗克常量)()A.hB.12NhC.NhD.2Nh答案C光子能量與頻率有關(guān),一個光子能量為=h頻率,N個光子能量為Nh頻率,故C項正確。3.已知鈣和鉀的截止頻率分別為7.73×1014Hz和5.44×1014Hz,在某種單色光的照射下兩種金屬均發(fā)生光電效應(yīng),比較它們表面逸出的具有最大初動能的光電子,鈣逸出的光電子具有較大的()A.波長B.頻率C.能量D.動量答案A鈣的截止頻率大,由光電效應(yīng)方程Ek=h-W0=h-h0可知,鈣逸出的光電子的最大初動能小,其動量p=2mEk,故動量小,由=hp可知,波長較大,則頻率較小,選項A正確。4.(多選)具有相等動能的電子和質(zhì)子,下列說法中正確的是()A.電子和質(zhì)子具有的能量相等B.電子的德布羅意波長較長C.質(zhì)子的波動性更明顯D.分別用上述電子流和質(zhì)子流通過同一狹縫做單縫衍射實驗,電子的衍射現(xiàn)象更明顯答案BD質(zhì)子質(zhì)量大于電子質(zhì)量,根據(jù)E=mc2可知,質(zhì)子具有的能量大于電子具有的能量,故A項錯誤;根據(jù)Ek=p22m知,動能相等,質(zhì)量大,動量大,由=hp得,電子動量小,則電子的德布羅意波長較長,故B項正確;質(zhì)子的德布羅意波長短,波動性不明顯,故C項錯誤;電子的德布羅意波長長,則電子的衍射現(xiàn)象更明顯,故D項正確。5.下列說法中正確的是()A.實物的運動有特定的軌道,所以實物不具有波粒二象性B.康普頓效應(yīng)說明光子既有能量又有動量C.光是高速運動的微觀粒子,單個光子不具有波粒二象性D.宏觀物體的德布羅意波長非常小,極易觀察到它的波動答案B由德布羅意理論知,宏觀物體的德布羅意波長太小,很難觀察到波動性,但仍具有波粒二象性,A、D項錯誤;康普頓效應(yīng)說明光子除了具有能量之外還有動量,B正確;波粒二象性是光子的特性,單個光子也具有波粒二象性,C項錯誤。6.一個德布羅意波長為1的中子和另一個德布羅意波長為2的氘核同向正碰后結(jié)合成一個氚核,該氚核的德布羅意波長為()A.121+2B.121-2C.1+22D.1-22答案A中子的動量p1=h1,氘核的動量p2=h2,碰撞后形成的氚核的動量p3=p2+p1,所以氚核的德布羅意波長3=hp3=121+2,A項正確。7.(2018課標(biāo))用波長為300nm的光照射鋅板,電子逸出鋅板表面的最大初動能為1.28×10-19J;已知普朗克常量為h=6.626×10-34J·s,真空中的光速為c=3.00×108m/s,能使鋅產(chǎn)生光電效應(yīng)的單色光的最低頻率約為()A.1×1014HzB.8×1014HzC.2×1015HzD.8×1015Hz答案B由光電效應(yīng)方程式Ek=h-W0得W0=h-Ek=hc-Ek,剛好發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率為0,則W0=h0,代入數(shù)據(jù)解得0=8×1014Hz,故B項正確。二、非選擇題8.(2019江陰一中月考)一光電管的陰極K用截止頻率為0的金屬鈉制成;普朗克常量為h,電子的電荷量為e;用頻率為的紫外線照射陰極,有光電子逸出,則逸出光電子最大初動能是;若在光電管陽極A和陰極K之間加反向電壓,要使光電子都不能到達(dá)陽極,反向電壓至少為。 答案h-h0h-h0e解析根據(jù)光電效應(yīng)方程得,最大初動能Ekm=h-h0;根據(jù)動能定理得,-eU=0-Ekm,解得反向電壓U=h-h0e。9.(2017南通、揚州、泰州三模)一光電管的陰極K用截止頻率為的金屬銫制成,光電管陽極A和陰極K之間的正向電壓為U,用波長為的單色光射向陰極,產(chǎn)生了光電流;已知普朗克常量為h,電子電荷量為e,真空中的光速為c。求:(1)金屬銫的逸出功W;(2)光電子到達(dá)陽極的最大動能Ek。答案(1)h(2)eU+hc-h解析(1)W=h(2)根據(jù)光電效應(yīng)方程得Ek0=hc-W由動能定理得eU=Ek-Ek0解得Ek=eU+hc-h10.A、B兩種光子的能量之比為21,它們都能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng),且所產(chǎn)生的光電子最大初動能分別為EA、EB,求A、B兩種光子的動量之比和該金屬的逸出功。答案21EA-2EB解析光子能量=h,動量p=h,且=c得p=c,又AB=21,則pApB=21A光照射時,光電子的最大初動能EA=A-W0同理,有EB=B-W0解得W0=EA-2EB11.(2016江蘇單科)(1)已知光速為c,普朗克常量為h,則頻率為的光子的動量為。用該頻率的光垂直照射平面鏡,光被鏡面全部垂直反射回去,則光子在反射前后動量改變量的大小為。 (2)幾種金屬的逸出功W0見表:金屬鎢鈣鈉鉀銣W0(×10-19J)7.265.123.663.603.41用一束可見光照射上述金屬的表面,請通過計算說明哪些能發(fā)生光電效應(yīng)。已知該可見光的波長范圍為 4.0×10-77.6×10-7m,普朗克常量h=6.63×10-34J·s。答案(1)hc2hc(2)鈉、鉀、銣能發(fā)生光電效應(yīng)解析(1)光子的動量p=h=hc,垂直反射回去時,p=hc-(-hc)=2hc(2)光子的能量=hc,取=4.0×10-7m,則E5.0×10-19J根據(jù)EW0判斷,鈉、鉀、銣能發(fā)生光電效應(yīng)12.(2017江蘇七校聯(lián)考)(1)用同一光電管研究a、b兩種單色光產(chǎn)生的光電效應(yīng),得到光電流I與光電管兩極間所加電壓U的關(guān)系如圖。則a光光子的頻率b光光子的頻率(選填“大于”“小于”或“等于”);且a光的強(qiáng)度b光的強(qiáng)度(選填“大于”“小于”或“等于”)。 (2)一個靜止的原子核 86226Ra,衰變時放出一個質(zhì)量為m1、速率為v1的粒子,同時產(chǎn)生一個質(zhì)量為m2的反沖新核 86222Ra和一個光子,測得新核的速率為v2、光子與新核運動方向相同。已知普朗克常量為h,寫出該衰變的方程并求出光子的波長。答案(1)大于大于(2)86226RaRa+24Hehm1v1-m2v2解析(1)由題意可得a光照射光電管時遏止電壓大,使其逸出的光電子最大初動能大,所以a光光子的頻率大;由圖可知,a的飽和光電流較大,因此a光的光強(qiáng)大于b光。(2)在衰變和核反應(yīng)方程中遵循質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒,所以生成物中粒子的質(zhì)量數(shù)為4,電荷數(shù)為2,即粒子;該衰變方程為 88226Ra86222Rn+24He在衰變和核反應(yīng)中另外遵循動量守恒,根據(jù)動量守恒(以v1的方向為正方向)0=m1v1-m2v2-h,得=hm1v1-m2v2。6