光電效應(yīng)與光的波粒二象性 說(shuō)明：本試卷分為第、卷兩部分，請(qǐng)將第卷選擇題的答案填入題后括號(hào)內(nèi)，第卷可在各題后直接作答.共100分，考試時(shí)間90分鐘.第卷（選擇題共40分）一、本題共10小題，每小題4分，共40分.在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，有的小題只有一個(gè)選項(xiàng)正確，有的小題有多個(gè)選項(xiàng)正確.全部選對(duì)的得4分，選不全的得2分，有選錯(cuò)或不答的得0分.1.下列關(guān)于光電效應(yīng)的說(shuō)法正確的是 （ ）A.若某材料的逸出功是W，則它的極限頻率B.光電子的初速度和照射光的頻率成正比C.光電子的最大初動(dòng)能和照射光的頻率成正比D.光電子的最大初動(dòng)能隨照射光頻率的增大而增大解析：由光電效應(yīng)方程=hv-W知，B、C錯(cuò)誤，D正確.若=0，得極限頻率=,故A正確.答案AD2.在下列各組所說(shuō)的兩個(gè)現(xiàn)象中，都表現(xiàn)出光具有粒子性的是 （ ）A.光的折射現(xiàn)象、偏振現(xiàn)象B.光的反射現(xiàn)象、干涉現(xiàn)象C.光的衍射現(xiàn)象、色散現(xiàn)象D.光電效應(yīng)現(xiàn)象、康普頓效應(yīng)解析：本題考查光的性質(zhì).干涉、衍射、偏振都是光的波動(dòng)性的表現(xiàn)，只有光電效應(yīng)現(xiàn)象和康普頓效應(yīng)都是光的粒子性的表現(xiàn)，D正確.答案D3.關(guān)于光的波粒二象性的理解正確的是 （ ）A.大量光子的效果往往表現(xiàn)出波動(dòng)性，個(gè)別光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性B.光在傳播時(shí)是波，而與物質(zhì)相互作用時(shí)就轉(zhuǎn)變成粒子C.高頻光是粒子，低頻光是波D.波粒二象性是光的根本屬性，有時(shí)它的波動(dòng)性顯著，有時(shí)它的粒子性顯著解析：根據(jù)光的波粒二象性知，A、D正確，B、C錯(cuò)誤.答案AD4.當(dāng)具有5.0 eV能量的光子照射到某金屬表面后，從金屬表面逸出的電子具有最大的初動(dòng)能是1.5 eV.為了使這種金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，入射光的最低能量為 （ ）A.1.5 eVB.3.5 eVC.5.0 eVD.6.5 eV解析：本題考查光電效應(yīng)方程及逸出功.由得W=hv -=5.0 eV-1.5 eV=3.5 eV則入射光的最低能量為h=W=3.5 eV故正確選項(xiàng)為B.答案B5.紫外線光子的動(dòng)量為.一個(gè)靜止的吸收了一個(gè)紫外線光子后 （ ）A.仍然靜止B.沿著光子原來(lái)運(yùn)動(dòng)的方向運(yùn)動(dòng)C.沿光子運(yùn)動(dòng)相反方向運(yùn)動(dòng)D.可能向任何方向運(yùn)動(dòng)解析：由動(dòng)量守恒定律知,吸收了紫外線光子的分子與光子原來(lái)運(yùn)動(dòng)方向相同.故正確選項(xiàng)為B.答案B6.關(guān)于光電效應(yīng)，以下說(shuō)法正確的是 （ ）A.光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比B.光電子的最大初動(dòng)能越大，形成的光電流越強(qiáng)C.能否產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，決定于入射光光子的能量是否大于或等于金屬的逸出功D.用頻率是的綠光照射某金屬發(fā)生了光電效應(yīng)，改用頻率是的黃光照射該金屬一定不發(fā)生光電效應(yīng)解析：本題考查光電效應(yīng).由光電效應(yīng)方程知，光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的增大而增大，但不是正比關(guān)系，A錯(cuò).光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比，與光電子的最大初動(dòng)能無(wú)關(guān)，B錯(cuò).用頻率是的綠光照射某金屬發(fā)生了光電效應(yīng)，改用頻率是的黃光照射該金屬不一定不發(fā)生光電效應(yīng)，D錯(cuò)、C對(duì).答案C7.在驗(yàn)證光的波粒二象性的實(shí)驗(yàn)中，下列說(shuō)法正確的是 （ ）A.使光子一個(gè)一個(gè)地通過(guò)單縫，如果時(shí)間足夠長(zhǎng)，底片上會(huì)出現(xiàn)衍射圖樣B.單個(gè)光子通過(guò)單縫后，底片上會(huì)出現(xiàn)完整的衍射圖樣C.光子通過(guò)單縫的運(yùn)動(dòng)路線像水波一樣起伏D.單個(gè)光子通過(guò)單縫后打在底片的情況呈現(xiàn)出隨機(jī)性，大量光子通過(guò)單縫后打在底片上的情況呈現(xiàn)出規(guī)律性解析：根據(jù)光的波粒二象性知，A、D正確，B、C錯(cuò)誤.答案AD8.用波長(zhǎng)為和的單色光A和B分別照射兩種金屬C和D的表面.單色光A照射兩種金屬時(shí)都能產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象；單色光B照射時(shí)，只能使金屬C產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，不能使金屬D產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象.設(shè)兩種金屬的逸出功分別為和，則下列選項(xiàng)正確的是（ ）A. ,B. ,C. ,D. ,解析：由題意知，A光光子的能量大于B光光子，根據(jù)E=hv=h,得；又因?yàn)閱紊釨只能使金屬C產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，不能使金屬D產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，所以,故正確選項(xiàng)是D.答案D9.光子有能量，也有動(dòng)量p=，它也遵守有關(guān)動(dòng)量的規(guī)律.如圖所示，真空中有一“”字形裝置可繞通過(guò)橫桿中點(diǎn)的豎直軸O在水平面內(nèi)靈活地轉(zhuǎn)動(dòng)，其中左邊是圓形黑紙片，右邊是和左邊大小、質(zhì)量均相同的圓形白紙片.當(dāng)用平行白光垂直照射這兩個(gè)圓面時(shí)，關(guān)于此裝置開(kāi)始時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)情況（俯視）的下列說(shuō)法中正確的是 （ ）A.順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)B.逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)C.都有可能D.不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)解析：本題考查光子的動(dòng)量.光照射到黑紙片上被吸收，照射到白紙片上被反射，因此白紙片受到的沖量大，裝置逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng).故正確選項(xiàng)為B.答案B10.如圖所示為一光電管的工作原理圖，當(dāng)用波長(zhǎng)為的光照射陰極K時(shí)，電路中有光電流，則 （ ）A.換用波長(zhǎng)為()的光照射陰極K時(shí)，電路中一定沒(méi)有光電流B.換用波長(zhǎng)為 ()的光照射陰極K時(shí)，電路中一定有光電流C.增加電路中電源的路端電壓，電路中的光電流一定增大D.將電路中電源的極性反接，電路中可能還有光電流解析：用波長(zhǎng)為的光照射陰極K，電路中有光電流，表明小于該金屬的極限波長(zhǎng)，換用波長(zhǎng)為照射，雖然，但是不一定大于,所以用波長(zhǎng)為的光照射時(shí)，可能仍有光電流，故A錯(cuò)誤.用波長(zhǎng)為 ()的光照射陰極K時(shí)，因,故電路中一定有光電流，B對(duì).如果電源的端電壓已經(jīng)足夠大，陰極K逸出的光電子都能全部被吸引到陽(yáng)極形成光電流，此時(shí)再增大路端電壓，電路中的光電流也不再增大，C錯(cuò).將電路中電源的極性反接，具有最大初動(dòng)能的光電子有可能能夠克服電場(chǎng)阻力到達(dá)陽(yáng)極A，從而形成光電流，所以D正確.答案BD第卷（非選擇題共60分）二、本題共5小題，每小題4分，共20分.把答案填在題中的橫線上.11.如右圖所示，一驗(yàn)電器與鋅板相連，在A處用一紫外線燈照射鋅板，關(guān)燈后，指針保持一定偏角.（1）現(xiàn)用一帶負(fù)電的金屬小球與鋅板接觸，則驗(yàn)電器指針偏角將（填“增大”“減小”或“不變”）.（2）使驗(yàn)電器指針回到零，再用相同強(qiáng)度的鈉燈發(fā)出的黃光照射鋅板，驗(yàn)電器指針無(wú)偏轉(zhuǎn).那么，若改用強(qiáng)度更大的紅外線燈照射鋅板，可觀察到驗(yàn)電器指針（填“有”或“無(wú)”）偏轉(zhuǎn).解析：當(dāng)用紫外光照射鋅板時(shí)，鋅板發(fā)生光電效應(yīng)，放出光電子而帶上了正電，此時(shí)與鋅板連在一起的驗(yàn)電器也帶上了正電，從而指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn).當(dāng)帶負(fù)電的小球與鋅板接觸后，中和了一部分正電荷，從而使驗(yàn)電器的指針偏轉(zhuǎn)減小.使驗(yàn)電器指針回到零，用鈉燈黃光照射，驗(yàn)電器指針無(wú)偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明鈉燈黃光的頻率小于極限頻率，紅外光比鈉燈黃光的頻率還要低，更不可能發(fā)生光電效應(yīng).能否發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān).答案（1）減?。?）無(wú)12.在某種介質(zhì)中，某單色光的波長(zhǎng)為，已知該色光光子能量為E，光在真空中的速度為c，則該介質(zhì)對(duì)這種色光的折射率為.解析：由E=hv得色光頻率：v=單色光在介質(zhì)中傳播的速度：v=介質(zhì)對(duì)這種色光的折射率：n=.答案13.在綠色植物的光合作用中，每放出一個(gè)氧分子要吸收8個(gè)波長(zhǎng)為6.68×10-7 m的光子，同時(shí)每放出1 mol氧氣，植物儲(chǔ)存469 kJ的能量.則綠色植物能量轉(zhuǎn)化效率為 （普朗克常量h=6.63×10-34 J·s）.解析：吸收的能量為E=8NAh=8×6.0×1023×6.63×10-34×J=1.43×106 J則能量轉(zhuǎn)化效率為=×100%=×100%=33%.答案33%14.康普頓效應(yīng)證實(shí)了光子不僅具有能量，也有動(dòng)量，下圖給出了光子與靜止電子碰撞后，電子的運(yùn)動(dòng)方向，則碰后光子可能沿方向運(yùn)動(dòng)，并且波長(zhǎng)（填“不變”“變小”或“變長(zhǎng)”）.解析：因光子與電子碰撞過(guò)程動(dòng)量守恒，所以碰撞之后光子和電子的總動(dòng)量的方向與光子碰前的方向一致，可見(jiàn)碰后光子的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向；通過(guò)碰撞，光子將一部分能量轉(zhuǎn)移給電子，能量減少，由E=hv知，頻率變小，再根據(jù)c=v知，波長(zhǎng)變長(zhǎng).答案1變長(zhǎng)15.實(shí)驗(yàn)室用功率P=1 500 W的紫外燈演示光電效應(yīng).紫外線波長(zhǎng)=2 537,陰極離光源距離d=0.5 m,原子半徑取r=0.5×10-10 m,則陰極表面每個(gè)原子每秒鐘接收到的光子數(shù)為.解析：以紫外燈為圓心，作半徑為d的球面，則每個(gè)原子每秒鐘接收到的光能量為E=r2=3.75×10-20J因此每個(gè)原子每秒鐘接收到的光子數(shù)為n=5個(gè).答案5個(gè)三、本題共4小題，共40分.解答應(yīng)寫(xiě)出必要的文字說(shuō)明、方程式和重要演算步驟，只寫(xiě)出最后答案的不能得分.有數(shù)值計(jì)算的題，答案中必須明確寫(xiě)出數(shù)值和單位.16.（8分）為引起人眼的視覺(jué)，進(jìn)入人眼的綠光的能量至少為每秒E=10-16 J.假設(shè)在漆黑的夜晚，在距人s=100 m遠(yuǎn)處點(diǎn)亮一只綠光小燈泡，為使人看到它的光線，小燈泡的功率至少為多大？（人用一只眼看，瞳孔直徑為4 mm）解析：由題意知E=解得P=.答案17.（9分）分別用和的單色光照射同一金屬，發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能之比為12.以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，則此金屬板的逸出功是多大？解析：設(shè)此金屬的逸出功為W,根據(jù)光電效應(yīng)方程得如下兩式：當(dāng)用波長(zhǎng)為的光照射時(shí)：當(dāng)用波長(zhǎng)為34的光照射時(shí)：又解組成的方程組得：.答案18.（11分）納米技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用到社會(huì)生產(chǎn)、生活的各個(gè)方面.將激光束的寬度聚光到納米級(jí)范圍內(nèi)，可以精確地修復(fù)人體損壞的器官.糖尿病引起視網(wǎng)膜病變是導(dǎo)致成年人失明的一個(gè)重要原因，利用聚光到納米級(jí)的激光束進(jìn)行治療，90%的患者都可以避免失明的嚴(yán)重后果.一臺(tái)功率為10 W氬激光器，能發(fā)出波長(zhǎng)=500 nm的激光，用它“點(diǎn)焊”視網(wǎng)膜，每次“點(diǎn)焊”需要2×10-3 J的能量，則每次“點(diǎn)焊”視網(wǎng)膜的時(shí)間是多少？在這段時(shí)間內(nèi)發(fā)出的激光光子的數(shù)量是多少？解析：（1）根據(jù)E=Pt,所以t= s=2×10-4 s.（2）由E=n=nh得：n=個(gè)=5×1015個(gè).答案2×10-4 s5×1015個(gè)19.（12分）如圖所示，倫琴射線管兩極加上一高壓電源，即可在陽(yáng)極A上產(chǎn)生X射線.（h=6.63×10-34 J·s,電子電荷量e=1.6×10-19 C)（1）如高壓電源的電壓為20 kV，求X射線的最短波長(zhǎng);（2）如此時(shí)電流表讀數(shù)為5 mA，1 s內(nèi)產(chǎn)生5×1013個(gè)平均波長(zhǎng)為1.0×10-10 m的光子，求倫琴射線管的工作效率.解析：（1）X射線管陰極上產(chǎn)生的熱電子在20 kV高壓加速下獲得的動(dòng)能全部變成X光子的能量，X光子的波長(zhǎng)最短.由W=Ue=hv=hc/得=m=6.2×10-11 m.（2）高壓電源的電功率P1=UI=100 W每秒產(chǎn)生X光子的能量P2=nhc/=0.1 W效率為=0.1%.答案（1）6.2×10-11 m(2)0.1%