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2019年高中物理 第十七章 波粒二象性 光的粒子性雙基限時(shí)練 新人教版選修3-5 1．關(guān)于光子和光電子，以下說法正確的是(　　) A．光子就是光電子 B．光電子是金屬中電子吸收光子后飛離金屬表面產(chǎn)生的 C．真空中光子和光電子速度都是c D．光子和光電子都帶負(fù)電 答案　B 2．入射光照到某金屬表面發(fā)生光電效應(yīng)，若入射光的強(qiáng)度減弱，而頻率保持不變，則下列說法中正確的是(　　) A．從光照射到金屬表面到金屬發(fā)出光電子之間的時(shí)間間隔將明顯增加 B．逸出的光電子的最大初動(dòng)能減小 C．單位時(shí)間從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將減小 D．有可能不發(fā)生光電效應(yīng) 答案　C 3．(多選題)光電效應(yīng)的規(guī)律中，經(jīng)典波動(dòng)理論不能解釋的有(　　) A．入射光的頻率必須大于被照金屬的截止頻率 B．光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，只隨入射頻率的增大而增大 C．入射光照到金屬上時(shí)，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的，一般不超過10－9 s D．當(dāng)入射光頻率大于截止頻率時(shí)，光電子的數(shù)目與入射光的強(qiáng)度成正比 解析　經(jīng)典波動(dòng)理論認(rèn)為，光的能量隨強(qiáng)度的增加而增大，與頻率無關(guān)，所以對選項(xiàng)A、B、C的規(guī)律、用經(jīng)典波動(dòng)學(xué)說不能解釋． 答案　ABC 4．對愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，下列說法正確的是(　　) A．只要用同種頻率的光照射同一種金屬，那么從金屬中逸出的所有光電子都會(huì)具有相同的初動(dòng)能Ek B．逸出功W0和截止頻率νc之間滿足W0＝hνc C．光電效應(yīng)方程中的W0表示每個(gè)光電子從金屬中飛出的過程中克服金屬中正電荷引力所做的功 D．光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比 解析　光電效應(yīng)方程中表示的是最大初動(dòng)能與入射光頻率和逸出功的關(guān)系，發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，逸出的光電子的動(dòng)能是不盡相同的，故A選項(xiàng)錯(cuò)誤；逸出功W0不僅表示克服正電荷引力做功，還有碰撞中損失的能量，故C選項(xiàng)錯(cuò)誤；光電子的最大初動(dòng)能與頻率成線性關(guān)系，Ek＝hν－W0，但不能說Ek與ν成正比，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤．所以此題B選項(xiàng)正確． 答案　B 5．頻率為ν的光子，具有的能量為hν，動(dòng)量為，將這個(gè)光子打在處于靜止?fàn)顟B(tài)的電子上，光子將偏離原來的運(yùn)動(dòng)方向，這種現(xiàn)象叫光的散射．散射后的光子(　　) A．雖改變原來的運(yùn)動(dòng)方向，但頻率保持不變 B．光子將從電子處獲得能量，因而頻率增大 C．散射后的光子運(yùn)動(dòng)方向?qū)⑴c電子運(yùn)動(dòng)方向在一條直線上，但方向相反 D．由于電子受到碰撞，散射后的光子頻率低于入射光的頻率 解析　光子與電子碰撞滿足動(dòng)量守恒和能量守恒，故碰后電子獲得了部分能量，從而光子能量hν減小，即頻率減小，則波長變大，所以D選項(xiàng)正確． 答案　D 6．(多選題)已知使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的截止頻率為νc，則(　　) A．當(dāng)用頻率為2νc的單色光照射該金屬時(shí)，一定能產(chǎn)生光電子 B．當(dāng)用頻率為2νc的單色光照射該金屬時(shí)，所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為hνc C．當(dāng)照射光的頻率ν大于νc時(shí)，若ν增大，則逸出功增大 D．當(dāng)照射光的頻率ν大于νc時(shí)，若ν增大一倍，則光電子的最大初動(dòng)能也增加一倍 解析　某種金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的截止頻率為νc，則逸出功W0＝hνc，當(dāng)用頻率為2νc的單色光照射該金屬時(shí)，一定能產(chǎn)生光電子，故A選項(xiàng)正確；由光電效應(yīng)方程，Ek＝2hνc－W0，則Ek＝hνc，故B選項(xiàng)正確；逸出功只與金屬材料有關(guān)，與入射光的頻率無關(guān)，C選項(xiàng)錯(cuò)誤；若入射光的頻率增大一倍，光電子的最大初動(dòng)能增加大于一倍，故D選項(xiàng)錯(cuò)． 答案　AB 7．硅光電池是利用光電效應(yīng)原理制成的器件，下列表述正確的是(　　) A．硅光電池是把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N裝置 B．硅光電池中吸收了光子能量的電子都能逸出 C．逸出光子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率無關(guān) D．任意頻率的光照射到硅光電池上都能產(chǎn)生光電效應(yīng) 解析　硅光電池是把光能轉(zhuǎn)化為電能的一種裝置，A選項(xiàng)正確；硅光電池中吸收了光子能量，大于逸出功的電子才能逸出，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；逸出的光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率有關(guān)，C選項(xiàng)錯(cuò)誤；當(dāng)照射到硅光電池的光的頻率大于截止頻率時(shí)，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)，D選項(xiàng)錯(cuò)誤． 答案　A 8．已知一束可見光a是由m、n、p三種單色光組成的，如圖所示．檢測發(fā)現(xiàn)三種單色光中，n、p兩種單色光的頻率都大于m色光；n色光能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，而p色光不能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)．那么，光束a通過三棱鏡的情況是(　　) 解析　n色光能使金屬發(fā)生光電效應(yīng)，p色光不能使金屬發(fā)生光電效應(yīng)，所以n色光的頻率大于p色光的頻率，由于n、p兩種色光的頻率都大于m色光．因此，νn＞νp＞νm，所以n色光的折射率最大，m色光的折射率最小，故A選項(xiàng)正確． 答案　A 9．在做光電效應(yīng)演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，把某金屬板連在驗(yàn)電器上，第一次用弧光燈直接照到金屬板上，驗(yàn)電器的指針張開一個(gè)角度，第二次在弧光燈和金屬板之間插入一塊普通玻璃，再用弧光燈照射，驗(yàn)電器的指針不張開，由此可以判定，使金屬板產(chǎn)生光電效應(yīng)的是弧光燈中的(　　) A．可見光成分 B．紅外線成分 C．無線電波成分 D．紫外線成分 解析　兩次相比較，插入玻璃后紫外線成分無法通過，而可見光、紅外線、無線電波成分均可通過玻璃，可見引起光電效應(yīng)的是紫外線．故D選項(xiàng)正確． 答案　D 10．(多選題)如圖所示電路的全部接線及元件均完好．用光照射光電管的K極板，發(fā)現(xiàn)電流計(jì)無電流通過，可能的原因是(　　) A．A、K間加的電壓不夠高 B. 電源正負(fù)極接反了 C. 照射光的頻率不夠高 D. 照射光的強(qiáng)度不夠大 解析　若照射光的頻率很低，則不能發(fā)生光電效應(yīng)；如果發(fā)生光電效應(yīng)，但是電源正負(fù)極接反了，且電壓高于遏止電壓，電流表中也不會(huì)有電流，故B、C選項(xiàng)正確． 答案　BC 11．在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，飛飛同學(xué)用同一光電管在不同實(shí)驗(yàn)條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線(甲光、乙光、丙光)，如圖所示．則可判斷出(　　) A．甲光的頻率大于乙光的頻率 B．乙光的波長大于丙光的波長 C．乙光對應(yīng)的截止頻率大于丙光的截止頻率 D．甲光對應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能大于丙光的光電子最大初動(dòng)能 解析　由題圖可知，丙光的最大電流小于甲光和乙光，說明逸出的電子數(shù)目最少，即丙光的強(qiáng)度最小．由題圖說明丙光對應(yīng)的光電子的初動(dòng)能最大，即丙光的頻率最高(波長最小)，B項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤；甲光和乙光的頻率相同，A項(xiàng)錯(cuò)誤；由于是同一光電管，所以乙光、丙光對應(yīng)的截止頻率是一樣的，C項(xiàng)錯(cuò)誤． 答案　B 12．分別用波長為λ和λ的單色光照射同一金屬板，發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能之比為12，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為(　　) A.　　　　　　　 B. C. D. 解析　由光電效應(yīng)方程Ek1＝h－W0. Ek2＝h－W0，又因?yàn)镋k2＝2Ek1. 聯(lián)立解得W＝. 答案　A 13. 光子有能量，也有動(dòng)量，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“∞”字形裝置可繞通過橫桿中點(diǎn)的豎直軸OO′在水平面內(nèi)靈活地轉(zhuǎn)動(dòng)，其中左邊是圓形黑紙片(吸收光子)，右邊是和左邊大小、質(zhì)量相同的圓形白紙片(反射光子)．當(dāng)用平行白光垂直照射這兩個(gè)圓面時(shí)，關(guān)于裝置開始時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)情況(俯視)的下列說法中正確的是(　　) A．順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng) B．逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng) C．都有可能 D．不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng) 解析　根據(jù)動(dòng)量定理Ft＝mvt－mv0，由光子的動(dòng)量變化可知黑紙片和光子之間的作用力小于白紙片和光子之間的作用力，所以裝置開始時(shí)逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，B選項(xiàng)正確． 答案　B 14．波長為λ＝0.17 μm的紫外線照射至金屬圓筒上使其發(fā)射光電子，光電子在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，做最大半徑為r的勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，已知rB＝5.610－6 Jm，光電子的質(zhì)量m＝9.110－31 kg，電荷量e＝1.610－19 C，求 (1)每個(gè)光電子的能量； (2)金屬筒的逸出功． 解析　(1)光電子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，在垂直磁場之間的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，它的動(dòng)能即最大動(dòng)能． 由向心力公式eBv＝得v＝ 所以mv2＝m()2＝ ＝ J ＝4.4110－19 J. (2)由愛因斯坦光電效應(yīng)方程 Ek＝hν－W0得W＝hν－mv2 W＝h－mv2，代入數(shù)據(jù)得W＝7.310－19 J. 答案　(1)4.4110－19 J (2)7.310－19 J