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1、第1講 光電效應(yīng) 波粒二象性
(課時(shí)沖關(guān)四十一)
[A級(jí)-基礎(chǔ)練]
1.在光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中,與光的波動(dòng)理論不矛盾的是( )
A.光電效應(yīng)是瞬時(shí)發(fā)生的
B.所有金屬都存在極限頻率
C.光電流隨著入射光增強(qiáng)而變大
D.入射光頻率越大,光電子最大初動(dòng)能越大
解析:C [光具有波粒二象性,既具有波動(dòng)性又具有粒子性,光電效應(yīng)證實(shí)了光的粒子性.因?yàn)楣庾拥哪芰渴且环菀环莸模荒芊e累,所以光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性,這與光的波動(dòng)性矛盾,A項(xiàng)錯(cuò)誤;同理,因?yàn)楣庾拥哪芰坎荒芊e累,所以只有當(dāng)光子的頻率大于金屬的極限頻率時(shí),才會(huì)發(fā)生光電效應(yīng),B項(xiàng)錯(cuò)誤;光強(qiáng)增大時(shí),光子數(shù)量和能量都增大,所以光電流會(huì)增大
2、,這與波動(dòng)性無(wú)關(guān),C項(xiàng)正確;一個(gè)光電子只能吸收一個(gè)光子,所以入射光的頻率增大,光電子吸收的能量變大,所以最大初動(dòng)能變大,D項(xiàng)錯(cuò)誤.]
2.(多選)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,用同一種單色光,先后照射鋅和銀的表面.都能發(fā)生光電效應(yīng).對(duì)于這兩個(gè)過程,下列四個(gè)物理量中,一定不同的是( )
A.遏止電壓
B.飽和光電流
C.光電子的最大初動(dòng)能
D.逸出功
解析:ACD [同一種單色光照射不同的金屬,入射光的頻率和光子能量一定相同,金屬逸出功不同,根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm=hν-W0知,最大初動(dòng)能不同,則遏止電壓不同;同一種單色光照射,入射光的強(qiáng)度相同,所以飽和光電流相同.]
3.已知鈣和鉀的截止
3、頻率分別為7.73×1014 Hz和5.44×1014 Hz,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(dòng)能的光電子,鈣逸出的光電子具有較大的( )
A.波長(zhǎng) B.頻率
C.能量 D.動(dòng)量
解析:A [根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程,得Ekm=hν-W0,又W0=hνc,聯(lián)立得Ekm=hν-h(huán)νc,據(jù)題“鈣的截止頻率比鉀的截止頻率大”,由上式可知:從鈣表面逸出的光電子最大初動(dòng)能較小,由p=,可知該光電子的動(dòng)量較小,根據(jù)λ=可知,波長(zhǎng)較大,則頻率較小,A選項(xiàng)正確,B、C、D選項(xiàng)錯(cuò)誤.]
4.某金屬在一黃光照射下,正好有電子逸出,下述說法中正確的
4、是( )
A.增大光強(qiáng),而不改變光的頻率,光電子的最大初動(dòng)能將不變
B.用一束更大強(qiáng)度的紅光代替黃光,仍能發(fā)生光電效應(yīng)
C.用強(qiáng)度相同的紫光代替黃光,光電流強(qiáng)度將不變
D.用強(qiáng)度較弱的紫光代替黃光,有可能不發(fā)生光電效應(yīng)
解析:A [逸出的光電子的最大初動(dòng)能為:Ekm=hν-W0,頻率不變,故Ekm不變,A選項(xiàng)正確.紅光頻率小于黃光頻率,即小于極限頻率,故不能發(fā)生光電效應(yīng),B選項(xiàng)錯(cuò)誤.由于紫光頻率大于黃光頻率,即使光強(qiáng)減小,仍能發(fā)生光電效應(yīng),因此D選項(xiàng)錯(cuò)誤.用強(qiáng)度相同的紫光代替黃光,使得入射光的光子數(shù)減少,導(dǎo)致光電子數(shù)減少,形成的光電流強(qiáng)度將減小,C選項(xiàng)錯(cuò)誤.]
5.下列說法正確
5、的是( )
A.康普頓效應(yīng)說明光具有粒子性,電子的衍射實(shí)驗(yàn)說明粒子具有波動(dòng)性
B.愛因斯坦發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)現(xiàn)象,并且提出光子說,成功解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象
C.愛因斯坦的光電效應(yīng)方程能夠說明光子具有動(dòng)量
D.康普頓效應(yīng)表明光子只具有能量
解析:A [康普頓效應(yīng)說明光具有粒子性,電子的衍射實(shí)驗(yàn)說明粒子具有波動(dòng)性,選項(xiàng)A正確;赫茲在研究電磁波時(shí)發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)現(xiàn)象,愛因斯坦提出光子說,成功解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;愛因斯坦的光電效應(yīng)方程不能夠說明光子具有動(dòng)量,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;康普頓效應(yīng)表明光子除了具有能量外還有動(dòng)量,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.]
6.(2017·北京卷)2017年年初,我國(guó)研制的“大連
6、光源”——極紫外自由電子激光裝置,發(fā)出了波長(zhǎng)在100 nm(1 nm=10-9 m)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=6.6×10-34 J·s,真空光速c=3×108 m/s)( )
A.10-21 J B.10-18 J
C.10-15 J D.10-12 J
解析: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=hν=h≈2×10-1
7、8 J,故選項(xiàng)B正確.]
7.(多選)如圖所示,電路中所有元件完好,但光照射到光電管上,靈敏電流計(jì)中沒有電流通過,其原因可能是( )
A.入射光太弱 B.入射光波長(zhǎng)太長(zhǎng)
C.光照時(shí)間短 D.電源正、負(fù)極接反
解析:BD [入射光波長(zhǎng)太長(zhǎng),入射光的頻率低于截止頻率時(shí),不能發(fā)生光電效應(yīng),故選項(xiàng)B正確;電路中電源反接,對(duì)光電管加了反向電壓,若該電壓超過了遏止電壓,也沒有光電流產(chǎn)生,故選項(xiàng)D正確.]
[B級(jí)-能力練]
8.(多選)用極微弱的可見光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn),隨著時(shí)間的增加,在照相底片上先后出現(xiàn)如圖甲、乙、丙所示的圖象,則( )
A.圖象甲表明光具有粒子性
B.圖
8、象乙表明光具有波動(dòng)性
C.用紫外線觀察不到類似的圖象
D.實(shí)驗(yàn)表明光是一種概率波
解析:ABD [圖象甲曝光時(shí)間短,通過光子數(shù)很少,呈現(xiàn)粒子性.圖象乙曝光時(shí)間長(zhǎng),通過了大量光子,呈現(xiàn)波動(dòng)性,故A、B正確;同時(shí)也表明光波是一種概率波,故D也正確;紫外線本質(zhì)和可見光本質(zhì)相同,也可以發(fā)生上述現(xiàn)象,故C錯(cuò)誤.]
9.(2019·山西山大附中測(cè)試)如圖所示是光電管的原理圖,已知當(dāng)有波長(zhǎng)為λ0的光照到陰極K上時(shí),電路中有光電流,則( )
A.若換用波長(zhǎng)為λ1(λ1>λ0)的光照射陰極K時(shí),電路中一定沒有光電流
B.若換用波長(zhǎng)為λ2(λ2<λ0)的光照射陰極K時(shí),電路中一定有光電流
C
9、.增加電路中電源電壓,電路中光電流一定增大
D.若將電源極性反接,電路中一定沒有光電流產(chǎn)生
解析:B [用波長(zhǎng)為λ0的光照射陰極K,電路中有光電流,說明入射光的頻率ν=大于金屬的極限頻率,換用波長(zhǎng)為λ1的光照射陰極K,因?yàn)棣?>λ0,根據(jù)ν=可知,波長(zhǎng)為λ1的光的頻率不一定大于金屬的極限頻率,因此不一定能發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象,A項(xiàng)錯(cuò)誤;同理可以判斷,B項(xiàng)正確;光電流的大小與入射光的強(qiáng)度有關(guān),在一定頻率與強(qiáng)度的光照射下,光電流與電壓之間的關(guān)系為:開始時(shí),光電流隨電壓U的增加而增大,當(dāng)U增大到一定程度時(shí),光電流達(dá)到飽和值,這時(shí)即使再增大U,在單位時(shí)間內(nèi)也不可能有更多的光電子定向移動(dòng),光電流也就不會(huì)
10、再增加,即飽和光電流是在一定頻率與強(qiáng)度的光照射下的最大光電流,增大電源電壓,若光電流達(dá)到飽和值,則光電流也不會(huì)增大,C項(xiàng)錯(cuò)誤;將電源極性反接,若光電子的最大初動(dòng)能大于光電管兩極間電場(chǎng)力做的功,電路中仍有光電流產(chǎn)生,D項(xiàng)錯(cuò)誤.]
10.(多選)可以用甲圖的電路研究光電效應(yīng)中電子發(fā)射的情況與照射光的強(qiáng)弱、光的頻率等物理量間的關(guān)系.某次用甲裝置,分別用a、b、c三束光照射同一個(gè)光電管陰極.分別得到三條光電流與電壓關(guān)系的圖線如圖乙所示.根據(jù)你所學(xué)的相關(guān)理論,下列論述正確的是( )
A.由乙圖可知a、c的飽和光電流不同,所以a、c入射光的頻率不同
B.由乙圖可知a、c的遏止電壓相同,所以a
11、、c光照射產(chǎn)生的光電子最大初動(dòng)能相同
C.由乙圖可知a、b的遏止電壓不同,可以判斷b光的頻率比a光的頻率高
D.由乙圖可知a、b的飽和光電流不同,可以判斷a的光強(qiáng)比c的光強(qiáng)大
解析:BCD [a、c遏止電壓相同,則a、c頻率相同,光電子最大初動(dòng)能相同;因?yàn)閍的飽和光電流大,所以a的光強(qiáng)大于c的光強(qiáng);b的遏止電壓大于a的遏止電壓,所以b的頻率高于a、c的頻率,b能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),a、c不一定能.]
11.如圖所示,N為鋁板,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(dòng)勢(shì)在圖中標(biāo)出,鋁的逸出功為4.2 eV.現(xiàn)分別用能量不同的光子照射鋁板(各光子的能量在圖上標(biāo)出),那么,
12、下列圖中有光電子到達(dá)金屬網(wǎng)的是( )
A.①②③ B.②③
C.③④ D.①②
解析:B [入射光的光子能量小于逸出功,則不能發(fā)生光電效應(yīng),故①錯(cuò)誤.入射光的光子能量大于逸出功,能發(fā)生光電效應(yīng);電場(chǎng)對(duì)光電子加速,故有光電子到達(dá)金屬網(wǎng),故②正確.入射光的光子能量大于逸出功,能發(fā)生光電效應(yīng),根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm=hν-W0=3.8 eV,因?yàn)樗拥碾妷簽榉聪螂妷?,反向電壓? V,光電子能到達(dá)金屬網(wǎng),故③正確.入射光的光子能量大于逸出功,能發(fā)生光電效應(yīng),根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm=hν-W0=3.8 eV,所加的反向電壓為4 V,根據(jù)動(dòng)能定理知,光電子不能到達(dá)金屬網(wǎng),故④錯(cuò)誤.]
13、
12.(多選)在做光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí),某金屬被光照射產(chǎn)生了光電效應(yīng),實(shí)驗(yàn)測(cè)得光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光的頻率ν的關(guān)系如圖所示,C、ν0為已知量.由圖線可知( )
A.普朗克常量的數(shù)值
B.該金屬的逸出功
C.該金屬的極限頻率
D.入射光的頻率增大,金屬的極限頻率隨之增大
解析:ABC [根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0,Ek-ν圖象的斜率等于普朗克常量,A正確,Ek-ν圖象在縱軸上的截距的絕對(duì)值表示逸出功,B正確;當(dāng)Ek=0時(shí),ν=ν0,極限頻率為ν0,C正確;金屬的極限頻率是常量,D錯(cuò)誤.]
13.(2019·陜西師大附中檢測(cè))(多選)用a、b兩種不同頻率的光分別
14、照射同一金屬板,發(fā)現(xiàn)當(dāng)a光照射時(shí)驗(yàn)電器的指針偏轉(zhuǎn),b光照射時(shí)指針未偏轉(zhuǎn),以下說法正確的是( )
A.增大a光的強(qiáng)度,驗(yàn)電器的指針偏角一定減小
B.a(chǎn)光照射金屬板時(shí)驗(yàn)電器的金屬小球帶負(fù)電
C.a(chǎn)光在真空中的波長(zhǎng)小于b光在真空中的波長(zhǎng)
D.若a光是氫原子從n=4的能級(jí)向n=1的能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生的,則b光可能是氫原子從n=5的能級(jí)向n=2的能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生的
解析:CD [增大a光的強(qiáng)度,從金屬板中打出的光電子數(shù)增多,驗(yàn)電器帶電荷量增大,指針偏角一定增大,A錯(cuò)誤;a光照射到金屬板時(shí)發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象,從金屬板中打出電子,金屬板帶正電,因此,驗(yàn)電器的金屬小球帶正電,B錯(cuò)誤;發(fā)生光電效應(yīng)的條
15、件是入射光的頻率大于金屬的極限頻率,因此a光的頻率大于b光的頻率,a光在真空中的波長(zhǎng)小于b光在真空中的波長(zhǎng),C正確;氫原子從n=4的能級(jí)向n=1的能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生的光子能量大于氫原子從n=5的能級(jí)向n=2的能級(jí)躍遷時(shí)產(chǎn)生的光子能量,D正確.]
14.如圖所示是某金屬在光的照射下,光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光的波長(zhǎng)的倒數(shù)的關(guān)系圖象,由圖象可知( )
A.圖象中的λ0是產(chǎn)生光電效應(yīng)的最小波長(zhǎng)
B.普朗克常量和光速的乘積hc=Eλ0
C.該金屬的逸出功等于-E
D.若入射光的波長(zhǎng)為,產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為4E
解析:B [圖象中的λ0是產(chǎn)生光電效應(yīng)的最大波長(zhǎng),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程,光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光的波長(zhǎng)的倒數(shù)的關(guān)系圖象對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式為Ek=hc-W,由圖象可知Ek=0時(shí),hc=Eλ0,選項(xiàng)B正確;由Ek=hc-W,并結(jié)合關(guān)系圖象可得該金屬的逸出功W=E,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;若入射光的波長(zhǎng)為,由Ek=hc-W,解得Ek=hc-W=3E-E=2E,即產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為2E,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.]
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