專題60 光電效應(yīng) 波粒二象性（測）【滿分：110分 時間：90分鐘】一、選擇題（本大題共12小題，每小題5分，共60分。在每小題給出的四個選項中18題只有一項符合題目要求； 912題有多項符合題目要求。全部選對的得5分，選對但不全的得3分，有選錯的得0分。）1關(guān)于光電效應(yīng)，下列表述正確的是： （ ）A光照時間越長，光電流越大B入射光頻率大于極限頻率時就能產(chǎn)生光電子C入射光足夠強，就可以有光電流D不同的金屬逸出功都是一樣的【答案】B【名師點睛】解決本題關(guān)鍵掌握光電效應(yīng)的條件和規(guī)律；發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光頻率大于極限頻率，入射光的頻率越大，最大初動能越大光的強度大不一定能發(fā)生光電效應(yīng)，不一定有光電流，在發(fā)生光電效應(yīng)時，入射光的強度影響光電流的大小。2關(guān)于光電效應(yīng)有如下幾種陳述，其中正確的是： （ ）A金屬的逸出功與入射光的頻率成正比B光電流強度與入射光強度無關(guān)C用不可見光照射金屬一定比可見光照射金屬產(chǎn)生的光電子的初動能要大D對任何一種金屬都存在一個“最大波長”，入射光的波長必須小于這個波長，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)【答案】D【解析】 根據(jù)知，金屬的逸出功由金屬的極限頻率決定，與入射光的頻率無關(guān)，故A錯誤；光的強度影響單位時間內(nèi)發(fā)出光電子的數(shù)目，即影響光電流的大小，故B錯誤；不可見光的頻率不一定比可見光的頻率大，根據(jù)光電效應(yīng)方程知，產(chǎn)生的光電子的最大初動能不一定大，故C錯誤；對任何一種金屬，都有一個極限頻率，也就是能發(fā)生光電效應(yīng)的最小頻率，則對應(yīng)一個“最大波長”，入射光的波長必須小于這個波長才能產(chǎn)生光電效應(yīng)，故D正確?！久麕燑c睛】發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于金屬的極限頻率，或入射光的波長小于金屬的極限波長光的強度影響單位時間內(nèi)發(fā)出的光電子數(shù)目，即光電流的大小。3研究光電效應(yīng)電路如圖所示，用頻率相同、強度不同的光分別照射密封真空管的鈉極板（陰極K），鈉極板發(fā)射出的光電子被陽極A吸收，在電路中形成光電流。下列光電流I與AK之間的電壓的關(guān)系圖象中，正確的是： （ ）【答案】C【解析】 頻率相同的光照射金屬，根據(jù)光電效應(yīng)方程知，光電子的最大初動能相等，根據(jù)，知遏止電壓相等，光越強，飽和電流越大，故C正確，A、B、D錯誤?！久麕燑c睛】解決本題的關(guān)鍵知道光電效應(yīng)方程，知道光電子的最大初動能與遏止電壓的關(guān)系，以及知道光強影響單位時間內(nèi)發(fā)出光電子的數(shù)目。4光電效應(yīng)實驗中，下列表述正確的是： （ ）A光照時間越長光電流越大B入射光足夠強就可以有光電流C遏止電壓與入射光的頻率有關(guān)D入射光頻率小于極限頻率才能產(chǎn)生光電子【答案】C【名師點睛】發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光頻率大于極限頻率，遏制電壓與最大初動能有關(guān)，入射光的頻率越大最大初動能越大光強不一定能發(fā)生光電效應(yīng)，不一定有光電流，在發(fā)生光電效應(yīng)時，入射光的強度影響光電流的大小。5關(guān)于光電效應(yīng)現(xiàn)象，下列說法正確的是： （ ）A只有入射光的波長大于使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)的極限波長，才能發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象B在光電效應(yīng)現(xiàn)象中，產(chǎn)生的光電子的最大初動能跟入射光的頻率成正比C產(chǎn)生的光電子最大初動能與入射光的強度成正比D在入射光頻率一定時，單位時間內(nèi)從金屬中逸出的光電子個數(shù)與入射光的強度成正比【答案】D【名師點睛】解決本題的關(guān)鍵熟練掌握光電效應(yīng)方程EKm=hv-W0或要知道在入射光頻率一定時，單位時間內(nèi)從金屬中逸出的光電子個數(shù)與入射光的強度成正比。6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)系如圖所示則這兩種光： （ ）A照射該光電管時a光使其逸出的光電子最大初動能大B從同種玻璃射入空氣發(fā)生全反射時，b光的臨界角大C通過同一裝置發(fā)生雙縫干涉，a光的相鄰條紋間距大D通過同一玻璃三棱鏡時，a光的偏折程度大【答案】C【解析】 由光電效應(yīng)方程，由題圖可得b光照射光電管時使其逸出的光電子最大初動能大，b光的頻率大，波長小，故A錯誤；b光的頻率大，在玻璃中的折射率大，由可知：從同種玻璃射入空氣發(fā)生全反射時，b光的臨界角小，a光大，故B錯誤；發(fā)生雙縫干涉時，b光波長小，相鄰條紋間距b光小，a光大，故C正確；在玻璃中的折射率，b光的偏折程度大，故D錯誤?！久麕燑c睛】要熟練掌握所學(xué)公式，明確各個物理量之間的聯(lián)系如本題中折射率、臨界角、光子能量、最大初動能等都有光的頻率有關(guān)。7在光電效應(yīng)實驗中，用頻率為的光照射光電管陰極，發(fā)生了光電效應(yīng)，下列說法正確的是： （ ）A減小入射光的強度，光電效應(yīng)現(xiàn)象消失B增大入射光的強度，光電流增大C改用頻率小于的光照射，一定不發(fā)生光電效應(yīng)D光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比【答案】B【解析】 光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于金屬的極限頻率，能否發(fā)生光電效應(yīng)，與入射光的強度無關(guān)，與光照時間也無關(guān)，當發(fā)生光電效應(yīng)時，增大入射光的強度，則光電流會增大故A錯誤，B正確；改用頻率小于的光照射，若仍大于金屬的極限頻率，則還能發(fā)生光電效應(yīng)，選項C錯誤；在光電效應(yīng)中，根據(jù)光電效應(yīng)方程知，Ekm=hv-W0，入射光的頻率越高，光電子最大初動能越大但不是正比關(guān)系，故D錯誤，故選B【名師點睛】解決本題的關(guān)鍵掌握光電效應(yīng)的條件，以及掌握光電效應(yīng)方程，并能靈活運用明確發(fā)生光電效應(yīng)時，入射光的頻率會影響光電子的最大初動能；入射光的強度會影響光電流的大小。8如圖所示，N為鎢板，M為金屬網(wǎng)，它們分別和電池兩極相連，各電池的極性和電動勢在圖中標出鎢的逸出功為45eV現(xiàn)分別用能量不同的光子照射鎢板（各光子的能量在圖上標出）那么，下列圖中有光電子到達金屬網(wǎng)的： （ ）A B C D【答案】C【名師點睛】用光子說解釋光電效應(yīng)及其規(guī)律：（1）光照射金屬時，電子吸收一個光子（形成光電子）的能量后，動能立即增大，不需要積累能量的過程（2）電子從金屬表面逸出，首先需克服金屬表面原子核的引力做功（逸出功W）要使入射光子的能量不小于W，對應(yīng)頻率0為極限頻率（3）光電子的最大初動能只隨入射光頻率的增大而增大（4）入射光越強，單位時間內(nèi)入射到金屬表面的光子數(shù)越多，產(chǎn)生的光電子越多，射出的光電子做定向移動時形成的光電流越大9某同學(xué)采用如圖所示的實驗裝置來研究光電效應(yīng)現(xiàn)象當用某單色光照射光電管的陰極K時，會發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象閉合開關(guān)S，在陽極A和陰極K之間加上反向電壓，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片逐漸增大電壓，直至電流計中電流恰為零，此電壓表的電壓值U稱為遏止電壓，根據(jù)遏止電壓，可以計算出光電子的最大初動能Ekm現(xiàn)分別用頻率為1和2的單色光照射陰極，測量到遏止電壓分別為U1和U2，設(shè)電子質(zhì)量為m，電荷量為e，則下列關(guān)系式中正確的是： （ ）A用頻率為1的光照射時，光電子的最大初速度vB陰極K金屬的逸出功W0h1eU1C陰極K金屬的極限頻率cD普朗克常數(shù)【答案】ABC【名師點睛】根據(jù)動能定理求光電子的最大初速度；根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程求金屬的逸出功和普朗克常量h；由求金屬的極限頻率。10用某單色光照射金屬鈦表面，發(fā)生光電效應(yīng)，從鈦表面放出光電子的最大初動能與入射光頻率的關(guān)系如圖，則下列說法正確的是。（填正確答案標號。選對1個得2分，選對2個得4分，選對3個得5分。每選錯1個扣3分，最低得分為0分）A、鈦的逸出功為B、鈦的極限頻率為C、光電子的最大初動能為D、由圖線可求得普朗克常量為E、光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比【答案】ABD【名師點睛】根據(jù)光電效應(yīng)方程得出光電子的最大初動能與入射光頻率的關(guān)系，結(jié)合圖線的斜率求出普朗克常量，結(jié)合橫軸截距求出金屬的極限頻率，從而得出逸出功11在探究光電效應(yīng)的實驗中，用光照射某種金屬，測得該金屬表面有光電子逸出的最大入射光波長為若用氫原子發(fā)出的光照射該金屬，已知氫原子從能級3躍遷到能級2時發(fā)出的光可使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，但從能級4躍遷到能級3發(fā)出的光不能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)已知氫原子能級如圖所示，真空中的光速為c。則。（填正確答案標號。選對1個得2分，選對2個得4分，選對3個得5分。每選錯1個扣3分，最低得分為0分）A該金屬的極限頻率為B該金屬的逸出功大于066eVC當用氫原子從能級5躍遷到3發(fā)出的光照射該金屬時，該金屬一定會發(fā)生光電效應(yīng)D當用氫原子從其他能級躍遷到能級1發(fā)出的光照射該金屬時，該金屬一定會發(fā)生光電效應(yīng)E當用氫原子從能級5躍遷到2發(fā)出的光照射該金屬時，金屬板逸出的光電子的最大動能一定等于097eV【答案】ABD【解析】 用光照射某種金屬，測得該金屬表面有光電子逸出的最大入射光波長為根據(jù)波長和頻率的關(guān)系得：該金屬的極限頻率為，故A正確；從能級4躍遷到能級3發(fā)出的光不能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)能級間躍遷輻射的光子能量等于兩能級間的能級差，發(fā)生光電效應(yīng)的條件是光子能量大于逸出功，所以該金屬的逸出功大于從能級4躍遷到能級3發(fā)出的光子能量，即該金屬的逸出功大于066eV，故B正確；若用氫原子發(fā)出的光照射該金屬，已知氫原子從能級3躍遷到能級2時發(fā)出的光可使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，即該金屬的逸出功小于189eV，所以當用氫原子從能級5躍遷到3發(fā)出的光照射該金屬時，該金屬不一定會發(fā)生光電效應(yīng)，故C錯誤；當用氫原子從其他能級躍遷到能級1發(fā)出的光照射該金屬時，發(fā)出的光子能量大于等于1020eV，所以該金屬一定會發(fā)生光電效應(yīng)，故D正確；當用氫原子從能級5躍遷到2發(fā)出的光照射該金屬時，發(fā)出的光子能量大于等于286eV，該金屬的逸出功小于189eV，所以金屬板逸出的光電子的最大動能一定等于097eV，故E錯誤【名師點睛】能級間躍遷輻射的光子能量等于兩能級間的能級差，發(fā)生光電效應(yīng)的條件是光子能量大于逸出功，根據(jù)光電效應(yīng)方程求出光電子的最大初動能，解決本題的關(guān)鍵掌握光電效應(yīng)的條件，以及知道能級間躍遷所滿足的規(guī)律12研究光電效應(yīng)規(guī)律的實驗裝置如圖所示，以頻率為v的光照射光電管電極K時，有光電子產(chǎn)生。光電管K、A極間所加的電壓U可由圖中的電壓表測出，光電流I由圖中電流計測出，下列關(guān)于光電效應(yīng)實驗規(guī)律的說法中，正確的是。（填正確答案標號。選對1個得2分，選對2個得4分，選對3個得5分。每選錯1個扣3分，最低得分為0分）A降低入射光的頻率有可能光電管電極K上無光電子放出B當滑片P位于P右端時,電極K、A間所加電壓使從電極K發(fā)出的光電子加速 C保持入射光頻率不變，當增大入射光光強時，圖中電流計示數(shù)不變D保持入射光頻率、光強不變，若只增大光電管K、A極間所加的加速電壓，光電流會趨于一個飽和值E調(diào)整滑片P、P的位置，可使光電子從K極發(fā)射后向A極做減速運動，當電流計的示數(shù)恰為零時，電壓表的示數(shù)稱為反向截止電壓【答案】ADE【名師點睛】本題考查了光電效應(yīng)的應(yīng)用，涉及到的知識點也較多，要仔細分析，注意理解光電子在電場中加速還是減速是解題的關(guān)鍵二、非選擇題（本大題共4小題，第13、14題每題10分；第15、16題每題15分；共50分）13（10分）已知鋅的逸出功為334eV，用某單色紫外線照射鋅板時，逸出光電子的最大速度為106m/s，求該紫外線在水中傳播時的波長（電子質(zhì)量me=911×10-31kg，普朗克常量h=663×10-34Js，1eV=160×10-19J， 水的折射率n = 133）【答案】【名師點睛】明確愛因斯坦的光子說的內(nèi)容和正確應(yīng)用光電效應(yīng)方程。光子說、光電效應(yīng)方程、能量守恒定律，比較簡單，但是在運算中容易出錯。14（10分）一群氫原子處于量子數(shù)n4的能級狀態(tài)，氫原子的能級圖如圖所示，則：（1）氫原子由量子數(shù)n4的能級躍遷到n2的能級時輻射光子的能量是多少電子伏？（2）用（1）中的光子照射下表中幾種金屬，哪些金屬能發(fā)生光電效應(yīng)？發(fā)生光電效應(yīng)時，發(fā)射光電子的最大初動能是多大？金屬銫鈣鎂鈦逸出功W/eV19273741【答案】（1）255eV（2）銫；065eV【解析】 （1）由玻爾的躍遷規(guī)律可得光子的能量為EE4E2，代入數(shù)據(jù)得E255eV（2）E只大于銫的逸出功，故光子只有照射銫金屬上時才能發(fā)生光電效應(yīng)。根據(jù)愛因斯坦的光電效應(yīng)方程可得光電子的最大初動能為EkmEW代入數(shù)據(jù)得，Ekm065eV（或10×1019J）【名師點睛】正確根據(jù)氫原子的能級公式和躍遷進行有關(guān)問題的計算，是原子物理部分的重點知識，要注意加強訓(xùn)練15（15分）已知鋅板的極限波長0372 nm今用處于n2激發(fā)態(tài)的氫原子發(fā)出的光照射鋅板，已知氫原子能級公式EnE1，E1136 eV，電子質(zhì)量me91×1031 kg，問：（1）氫原子發(fā)出光子的能量多大；（2）鋅板發(fā)生光電效應(yīng)時，光電子的最大初動能是多少；（3）具有最大初動能的電子對應(yīng)的德布羅意波長多大【答案】（1）1632×1018 J（2）1097×1018 J（3）47×1010 m【名師點睛】正確掌握光電效應(yīng)方程以及德布羅意關(guān)系是解決本題的關(guān)鍵16（15分）如圖所示是做光電效應(yīng)實驗的裝置簡圖。在抽成真空的玻璃管內(nèi)，K為陰極（用金屬銫制成，發(fā)生光電效應(yīng)的逸出功為19eV），A為陽極。在a、b間不接任何電源，用頻率為（高于銫的極限頻率）的單色光照射陰極K，會發(fā)現(xiàn)電流表指針有偏轉(zhuǎn)。這時，若在a、b間接入直流電源，a接正極，b接負極，并使a、b間電壓從零開始逐漸增大，發(fā)現(xiàn)當電壓表的示數(shù)增大到21 V時，電流表的示數(shù)剛好減小到零。求：（已知普朗克常量h=663×10-34J·s）（1）a、b間未接直流電源時，通過電流表的電流方向。（2）從陰極K發(fā)出的光電子的最大初動能EK是多少焦?（3）入射單色光的頻率是多少?（最終結(jié)果保留3位有效數(shù)字）【答案】（1）向上；（2） 336×10-19J；（3） 965×1015Hz 【名師點睛】本題難度較小，掌握光電效應(yīng)方程及各物理量的物理意義是關(guān)鍵