1、课时规范练 37 光电效应 波粒二象性课时规范练第 72 页 基础巩固组1.(光电效应) 关于光电效应,下列说法正确的是( )A.极限频率越大的金属材料逸出功越大B.只要光照射的时间足够长,任何金属都能产生光电效应C.从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大,这种金属的逸出功越小D.入射光的光强一定时,频率越高 ,单位时间内逸出的光电子数就越多答案 A解析 逸出功 W0=h0,W0 0,A 正确; 只有照射光的频率 大于金属极限频率 0,才能产生光电效应现象,B 错误;由光电效应方程 Ekm=h-W0 知,光电子的最大初动能与入射光的频率和金属材料的逸出功都有关系,所以 C 错误; 光强 E=n
2、h,E 一定 , 越大,则光子数 n 越小,单位时间内逸出的光电子数就越少,D 错误。2.(光电效应)(2017广东阳东模拟)用如图所示的光电管研究光电效应,用某种频率的单色光 a照射光电管阴极 K,电流计 G 的指针发生偏转,而用另一频率的单色光 b 照射光电管阴极 K时,电流计 G 的指针不发生偏转。那么 ( )A.a 光的频率不一定大于 b 光的频率B.只增加 a 光的强度可使通过电流计 G 的电流增大C.增加 b 光的强度可能使电流计 G 的指针发生偏转D.用 a 光照射光电管阴极 K 时通过电流计 G 的电流是由 d 到 c答案 B解析 由于用单色光 a 照射光电管阴极 K,电流计
3、G 的指针发生偏转 ,说明发生了光电效应,而用另一频率的单色光 b 照射光电管阴极 K 时,电流计 G 的指针不发生偏转 ,说明 b 光不能发生光电效应,即 a 光的频率一定大于 b 光的频率,选项 A 错误;增加 a 光的强度可使单位时间内逸出光电子的数量增加,则通过电流计 G 的电流增大,选项 B 正确;因为 b 光不能发生光电效应,所以即使增加 b 光的强度也不可能使电流计 G 的指针发生偏转,选项 C 错误;用 a 光照射光电管阴极 K 时通过电流计 G 的电子的方向是由 d 到 c,所以电流方向是由 c 到 d,选项D 错误。3.(光电效应图象)(2017北京朝阳区期末)爱因斯坦因提
4、出了光量子概念,并成功地解释了光电效应的规律而获得 1921 年诺贝尔物理学奖。某种金属逸出光电子的最大初动能 Ekm 与入射光频率 的关系如图所示,其中 0 为极限频率。则可以确定的是( )A.逸出功与 有关B.Ekm 与入射光强度成正比C.当 0 时,会逸出光电子D.图中直线的斜率与普朗克常量有关答案 D解析 由爱因斯坦光电效应方程 Ek=h-W0 和 W0=h0(W0 为金属的逸出功) 可得,E k=h-h0,可见图象的斜率就表示普朗克常量,D 正确;只有 0 时才会发生光电效应,C 错误;金属的逸出功只与金属本身有关,与入射光的频率无关,A 错误;最大初动能取决于入射光的频率和金属的逸
5、出功,而与入射光的强度无关,B 错误。4.(多选)(波粒二象性 )物理学家做了一个有趣的实验:在双缝干涉实验中,在光屏处放上照相底片,若减弱光的强度,使光子只能一个一个地通过狭缝。实验结果表明,如果曝光时间不太长,底片上只能出现一些不规则的点;如果曝光时间足够长,底片上就会出现规则的干涉条纹。对这个实验结果的认识,下列正确的是( )A.曝光时间不长时,光的能量太小 ,底片上的条纹看不清楚,故出现不规则的点B.单个光子的运动没有确定的轨道C.干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方D.只有大量光子的行为才表现出波动性答案 BCD解析 单个光子通过双缝后的落点无法预测,大量光子的落点出现一定的
6、规律性,落在某些区域的可能性较大,这些区域正是波通过双缝后发生干涉时振幅加强的区域。光具有波粒二象性,少数光子的行为表现为粒子性,大量光子的行为表现为波动性。所以正确选项为B、C、D。5.(多选)(波粒二象性 )下列说法正确的是( )A.普朗克为了解释黑体辐射现象 ,第一次提出了能量量子化理论B.大量的电子通过双缝后在屏上能形成明暗相间的条纹,这表明所有的电子都落在明条纹处C.电子和其他微观粒子都具有波粒二象性D.光波是一种概率波,光的波动性是由于光子之间的相互作用引起的,这是光子自身的固有性质答案 AC解析 普朗克为了解释黑体辐射现象,第一次提出了能量量子化理论,A 正确;不可能所有的电子都
7、落在明条纹处,只是电子落到该处的概率大,B 错误; 所有粒子都具有波粒二象性 ,C 正确;波粒二象性是光的根本属性,与光子之间的相互作用无关,D 错误。6.(爱因斯坦光电效应方程)已知钙和钾的截止频率分别为 7.731014 Hz 和 5.441014 Hz,在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应,比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子,钙逸出的光电子具有较大的( )A.波长 B.频率 C.能量 D.动量答案 A解析 由爱因斯坦光电效应方程 h=W0+ ,又由 W0=h0,可得光电子的最大初动能=h-h0,由于钙的截止频率大于钾的截止频率,所以钙逸出的光电子的最大初动能较小,因此它具有较
8、小的能量、频率和动量,B、C 、D 错; 又由 c= 可知光电子频率较小时,波长较大,A 对。7.(光电效应图象)(2017北京东城期末)实验得到金属钙的光电子的最大初动能 Ekmax 与入射光频率 的关系如图所示。下表中列出了几种金属的截止频率和逸出功,参照下表可以确定的是( )金属 钨 钙 钠截止频率0/Hz 10.957.735.53逸出功W/eV 4.54 3.202.29A.如用金属钨做实验得到的 Ekmax- 图线也是一条直线,其斜率比图中直线的斜率大B.如用金属钠做实验得到的 Ekmax- 图线也是一条直线,其斜率比图中直线的斜率大C.如用金属钠做实验得到的 Ekmax- 图线也
9、是一条直线,设其延长线与纵轴交点的坐标为(0, -Ek2),则 Ek2Ek1D.如用金属钨做实验,当入射光的频率 1 时,可能会有光电子逸出答案 C解析 由光电效应方程 Ekmax=h-W 可知 Ekmax- 图线是直线,且斜率相同,选项 A、B 错;由表中所列的截止频率和逸出功数据可知选项 C 正确,选项 D 错误。8.(光电效应图象)(2017江苏南京、盐城二模)用如图甲所示的装置研究光电效应现象,当用光子能量为 5 eV 的光照射到光电管上时,测得电流计上的示数随电压变化的图象如图乙所示,则光电子的最大初动能为 J,金属的逸出功为 J。 答案 3.210-19 4.810-19解析 由题
10、图乙可知,当该装置所加的电压为反向电压-2 V 时,电流计示数为 0,故光电子的最大初动能为 Ekm=2 eV=3.210-19 J,根据光电效应方程 Ekm=h-W0,可得 W0=3 eV=4.810-19 J。导学号 06400492能力提升组9.(多选) 在 X 射线管中 ,由阴极发射的电子( 不计初速度)被加速后打到阳极 ,会产生包括 X 光在内的各种能量的光子,其中光子能量的最大值等于电子的动能。已知阳极与阴极之间的电势差 U、普朗克常量 h、电子电荷量 e 和光速 c,则可知该 X 射线管发出的 X 光的( )A.最短波长为 B.最长波长为C.最小频率为 D.最大频率为答案 AD解
11、析 根据动能定理 eU= mv2、光速与波长和频率的关系公式 c=、光子能量 E=h,依题意有 eUE,则可得 , ,所以 A、D 正确。10.(多选)如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能 Ek 与入射光频率 的关系图象。由图象可知( )A.该金属的逸出功等于 EB.该金属的逸出功等于 h0C.入射光的频率为 20 时,产生的光电子的最大初动能为 ED.由该图象可得出普朗克常量 h=答案 ABC解析 由爱因斯坦的光电效应方程可知,E k=h-W,对应图线可得该金属的逸出功W=E=h0,A、B 均正确;若入射光的频率为 20,则产生的光电子的最大初动能 Ek=2h0-W=h0=E,故
12、 C 正确;由 E=h0 可得 h= ,D 错误。11.某光源发出的光由不同波长的光组成,不同波长的光的强度如图所示,表中给出了一些材料的极限波长,用该光源发出的光照射表中材料( )材料 钠 铜 铂极限波长(nm) 541268196A.仅钠能产生光电子 B.仅钠、铜能产生光电子C.仅铜、铂能产生光电子 D.都能产生光电子答案 D解析 根据爱因斯坦光电效应方程可知,只有光源的波长小于某金属的极限波长,就有光电子逸出,该光源发出的光的波长小于 100 nm,小于钠、铜、铂三个的极限波长,都能产生光电子,故 D 正确,A、B、C 错误。12.(2017河南洛阳二模)一个德布罗意波波长为 1 的中子
13、和另一个德布罗意波波长为 2 的氘核同向正碰后结合成一个氚核,该氚核的德布罗意波波长为( )A. B. C. D.答案 A解析 中子的动量 p1= ,氘核的动量 p2= ,同向正碰后形成的氚核的动量 p3=p2+p1,所以氚核的德布罗意波波长 3= ,A 正确。13.现有 a、b、c 三束单色光,其波长关系为 a b c=1 2 3。当用 a 光束照射某种金属板时能发生光电效应,飞出的光电子最大动能为 Ek,若改用 b 光束照射该金属板,飞出的光电子最大动能为 Ek,当改用 c 光束照射该金属板时( )A.能发生光电效应,飞出的光电子最大动能为 EkB.能发生光电效应,飞出的光电子最大动能为
14、EkC.能发生光电效应,飞出的光电子最大动能为 EkD.由于 c 光束光子能量较小,该金属板不会发生光电效应答案 B解析 对 a 光,由光电效应方程有 -W=Ek,对 b 光有 -W= Ek,由以上两式可得 Ek,则W= Ek。当改用 c 光束照射该金属板时,有 -W=Ek得 Ek= Ek,故 B 正确。14.如图所示,相距为 d 的两平行金属板 A、B 足够大,板间电压恒为 U,有一波长为 的细激光束照射到 B 板表面,使 B 板发生光电效应,已知普朗克常量为 h,金属板 B 的逸出功为 W,电子质量为 m,电荷量为 e,求:(1)从 B 板运动到 A 板所需时间最短的光电子到达 A 板时的
15、动能;(2)光电子从 B 板运动到 A 板所需的最长时间。答案 (1)eU+ -W (2)d解析 (1)由爱因斯坦光电效应方程 Ek=h-W 和光子的频率为 = ,可得到光电子的最大初动能为 Ek= -W。能以最短时间到达 A 板的光电子是初动能最大且垂直于板面离开 B 板的电子。设光电子到达 A 板的动能为 Ek1,则由动能定理得,eU=E k1-Ek,所以 Ek1=eU+ -W。(2)能以最长时间到达 A 板的光电子是离开 B 板时的初速度为零或初速度方向平行于 B板的光电子。根据牛顿第二定律和匀变速直线运动规律,有 d= at2= 得 t=d 。 导学号 0640049315.(2017
16、北京海淀区二模)光电效应现象逸出的光电子的最大初动能不容易直接测量,也可以利用类似转换的方法。(1)如图 1 是研究某光电管发生光电效应的电路图,当用频率为 的光照射金属 K 时,通过调节光电管两端电压 U,测量对应的光电流 I,绘制了如图 2 的 I-U 图象。求当用频率为 2 的光照射金属 K 时,光电子的最大初动能 Ek 的大小。已知电子所带电荷量为 e,图象中 Uc、I m 及普朗克常量 h 均为已知量。(2)有研究者设计了如下的测量光电子最大初动能的方式。研究装置如图 3,真空中放置的平行正对金属板可以作为光电转换装置。用一定频率的激光照射 A 板中心 O 点,O 点附近将有大量的电
17、子吸收光子的能量而逸出。B 板上涂有特殊材料,当电子打在 B 板上时会在落点处留有可观察的痕迹。可以认为所有逸出的电子都从 O 点以相同大小的速度逸出,其初速度沿各个方向均匀分布,金属板的正对面积足够大(保证所有的光电子都不会射出两极板所围的区域),光照条件保持不变。已知 A、B 两极板间的距离为 d,电子所带电荷量为 e,质量为 m,其所受重力及它们之间的相互作用力均可忽略不计。 通过外接可调稳压电源使 A、B 两极板有一定的电势差,A 板接电源的负极,由 O 点逸出的电子打在 B 板上的最大区域范围为一个圆形,且圆形的面积随 A、B 两极板间的电压变化而改变。已知电子逸出时的速度大小为 v
18、0,试通过计算,推导电子打在 B 板上的最大范围圆形半径 r 与两极板间电压 U 的关系式。 通过外接电源给 A、B 两极板间加上一定的电压 U0,若第一次 A 板接电源的负极,电子打在 B 板上的最大区域为一个圆形; 第二次 A 板接电源的正极,保持极板间所加电压 U0 不变,电子打在 B 板上的最大区域范围仍为一个圆形,只是这个圆形半径恰好是第一次的一半。为使B 板上没有电子落点的痕迹,则两金属板间的电压满足什么条件?图 1图 2图 3答案 见解析解析 (1)由题图 2 可知,当该装置所加的电压为反向电压,当电压是 Uc 时,电流表示数为 0,知道光电子点的最大初动能为 Ekm=eUc,根
19、据光电效应方程 Ekm=h-W0,则:W 0=h-eUc。当用频率为 2 的光照射金属 K 时,E k=2h-W0=h+eUc(2) 打在最边缘处的电子,将是类平抛运动的电子,在垂直电场方向做匀速运动 ,即 r=v0t在平行电场方向做初速度为零的匀加速运动,即 d= at2其中,a= ,则 t=d将 r=v0t 代入得:r=v 0d 第一次 A 板接电源的负极,电子向 B 板做加速运动,最大区域为一个圆形的半径:r1=v0d第二次 A 板接电源的正极,电子向 B 板做减速运动,打在 B 板上的最大区域范围边缘的电子沿垂直于极板方向的速度恰好等于 0,此时电子只剩下沿平行于极板方向的分速度,设该分速度为 v,则电子运动过程的逆过程可以看作是类平抛运动,此时对应的半径:r 2=vd由于 r2= r1所以:v= v0电子向 B 板做减速运动,根据动能定理可得:-eU0= mv2-若电子恰好能到达 B 板,则:-eU=0-联立以上方程得:U= U0则为使 B 板上没有电子落点的痕迹,则两金属板间的电压满足 U U0
