1、4.1 光电效应与光的量子说 4.2 光的波粒二象性 4.3 实物粒子的波粒二象性1频率为 的光子，具有的能量为 h，动量为 h/c，将这个光子打在处于静止状态的电子上，光子将偏离原来的运动方向，这种现象称为光的散射散射后的光子( )A改变原来的运动方向，但频率保持不变B光子将从电子处获得能量，因而频率将增大C散射后的光子运动方向将与电子运动方向在一条直线上，但方向相反D由于电子受到碰撞时会吸收光子的一部分能量，散射后的光子频率低于入射光的频率【解析】 电子能量增加，光子能量减少，而光速不变，由 Eh 知，光子频率减小，A、B 均错误，D 正确光子散射后运动方向不一定与电子运动方向共线，C 错
2、误【答案】 D2.在光电效应实验中，用频率为 的光照射光电管阴极，发生了光电效应。下列说法正确的是( )A增大入射光强度，光电流增大B减小入射光的强度，光电效应现象消失C改用频率小于 的光照射，一定不发生光电效应D改用频率大于 的光照射，光电子的最大初动能变大解析 已知用频率为 的光照射光电管阴极，发生光电效应，可知光电管阴极金属材料的极限频率肯定小于 ，改用频率较小的光照射时，仍有可能发生光电效应，选项 C 错误；根据爱因斯坦光电效应方程 EkhW 0 可知，增加照射光频率，光电子最大初动能也增大，故选项 D 正确；增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积的光电子数增加，则光电流将增大，故选
3、项 A 正确；光电效应是否产生于照射光频率有关而与照射光强度无关，故选项 B 错误。答案 AD3 “约瑟夫森结”由超导体和绝缘体制成。若在结两端加恒定电压 U，则它会辐射频率为 的电磁波，且 与 U 成正比，即 kU。已知比例系数 k 仅与元电荷 e 的2 倍和普朗克常量 h 有关。你可能不了解此现象的机理，但仍可运用物理学中常用的方法，在下列选项中，推理判断比例系数 k 的值可能为( )A. B.h2e 2ehC2he D.12he解析：选 B 由 kU，又题目中提到元电荷 e 和普朗克常量 h，可联想到能量，即列出相关等式 qUh ，进而比较 kU，得出 kq /h，再结合题意可知，k 2
4、e/h，故选项 B 对。4在如图所示的光电效应实验装置中，光电管阴极 K 的极限频率为 0，现用频率为 ( 0)的光照射在阴极上，若在 A、K 之间加一数值为 U 的反向电压时，光电流恰好为零，则下列判断错误的是( )A阴极材料的逸出功等于 h0B有光电子逸出，且光电子的最大初动能可表示为 eUC有光电子逸出，且光电子的最大初动能可表示为 hh 0D无光电子逸出，因为光电流为零解析： 阴极材料的逸出功为 W0h 0，选项 A 正确。由于入射光的频率 0，则能发生光电效应，有光电子逸出，选项 D 错误。但是 A、K 间加的是反向电压，电子飞出后要做减速运动，当速度最大的光电子减速到 A 端速度为
5、零时，光电流恰好为零，由动能定理得eU 0 E km，则 EkmeU ，选项 B 正确。由爱因斯坦光电效应方程有 Ekmh W0，选项 C 正确。答案： D5如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等，对于它们，下面的物理量相等的是( )A速度 B动能C动量 D总能量解析： 根据德布罗意波长公式 ，选 C。hp答案： C6在光电效应实验中，用单色光照射某种金属表面，有光电子逸出，则光电子的最大初动能取决于入射光的( )A频率 B强度C照射时间 D光子数目解析： 由爱因斯坦光电效应方程 EkhW 0 可知，E k 只与频率 有关，故选项B、C、D 错，选项 A 正确。答案： A7以往我们认识的光
6、电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出。强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实。光电效应实验装置示意图如图所示。用频率为 的普通光源照射阴极 K，没有发生光电效应，换用同样频率 的强激光照射阴极 K，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压 U，即将阴极 K 接电源正极，阳极 A 接电源负极，在 KA 之间就形成了使光电子减速的电场，逐渐增大 U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压 U 可能是下列的(其中 W 为逸
7、出功，h 为普朗克常量，e 为电子电荷量)( )AU BU he We 2he WeCU2h W DU 5h2e We解析： 用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应。当增大反向电压 U，使光电流恰好减小到零时，即为从阴极 K 逸出的具有最大初动能的光电子，恰好不能到达阳极 A。以从阴极 K 逸出的且具有最大初动能的光电子为研究对象，由动能定理得Ue0 mv 。12 2m由光电效应方程得 nh mv W(n2、3、4) ，12 2m由以上两式解得 U (n2、3、4) 。nhe We故选项 B 正确，选项 A、C、D 错误。答案： B
8、8利用金属晶格(大小约 1010 m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子束通过电场加速后，照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样。已知电子质量为m，电荷量为 e，初速度为 0，加速电压为 U，普朗克常量为 h，则下列说法中正确的是( )A该实验说明了电子具有波动性B实验中电子束的德布罗意波的波长为 h2meUC加速电压 U 越大，电子的衍射现象越明显D若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显解析： 能得到电子的衍射图样，说明电子具有波动性，A 正确；由德布罗意波的波长公式 及动量 p ，可得 ，B 正确；由 hp 2mEk 2meU h2meU可知，加速电压越大，电子的波长越小
9、，衍射现象就越不明显，C 错误；用相h2meU同动能的质子替代电子，质子的波长变小，衍射现象与电子相比不明显，故 D 错误。答案： AB9一个氢原子从 n3 能级跃迁到 n2 能级，该氢原子( )A放出光子，能量增加 B放出光子，能量减少C吸收光子，能量增加 D吸收光子，能量减少【解析】 氢原子从高能级向低能级跃迁时，放出光子，能量减少，故选项 B 正确，选项 A、C、D 错误【答案】 B10(多选 )在光电效应实验中，用频率为 的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是( )A增大入射光的强度，光电流增大B减小入射光的强度，光电效应现象消失C改用频率小于 的光照射，一定不发生光电效
10、应D改用频率大于 的光照射，光电子的最大初动能变大答案 AD 11(多选 )在探究光电效应现象时，某小组的同学分别用波长为 、2 的单色光照射某金属，逸出的光电子最大速度之比为 21，普朗克常量用 h 表示，光在真空中的速度用 c 表示则( )A光电子的最大初动能之比为 21B该金属的截止频率为c3C该金属的截止频率为cD用波长为 的单色光照射该金属时能发生光电效应52答案：BD12(2018济南模拟 )关于波粒二象性，下列说法中正确的是( )甲 乙丙 丁图 1215A图甲中紫光照射到锌板上可以发生光电效应，则其他可见光照射到锌板上也一定可以发生光电效应B图乙中入射光的强度越大，则在阴极板上产
11、生的光电子的最大初动能越大C图丙说明光子既有粒子性也有波动性D戴维孙和汤姆孙利用图丁证明了电子具有波动性答案：D在可见光中，紫光的频率最大，故紫光光子的能量最大，紫光照射到锌板上可以发生光电效应，但其他可见光照射到锌板上不一定发生光电效应，A 错误；入射光的强度只能改变单位时间内逸出光电子的数量，但不能增大逸出光电子的最大初动能，B 错误；光的散射揭示了光的粒子性，没有揭示光的波动性，C 错误；衍射是波特有的现象，故电子束衍射实验证明了电子具有波动性，D 正确13.如图所示，当开关 K 断开时，用光子能量为 2.5 eV 的一束光照射阴极 P，发现电流表读数不为零合上电键，调节滑动变阻器，发现
12、当电压表读数小于 0.60 V 时，电流表读数仍不为零当电压表读数大于或等于 0.60 V 时，电流表读数为零由此可知阴极材料的逸出功为( )A1.9 eV B0.6 eVC2.5 eV D3.1 eV答案 A解析 由题意知光电子的最大初动能为 EkeU c0.60 eV，所以根据光电效应方程 Ek hW 0 可得W0hE k(2.50.6) eV1.9 eV.14当用一束紫外线照射装置在原不带电的验电器金属球上的锌板时，发生了光电效应，这时发生的现象是( )A验电器内的金属箔带正电B有电子从锌板上飞出来C有正离子从锌板上飞出来D锌板吸收空气中的正离子答案 AB15用不同频率的光分别照射钨和锌
13、，产生光电效应，根据实验可画出光电子的最大初动能 Ek 随入射光频率 变化的 Ek 图线已知钨的逸出功是 3.28 eV，锌的逸出功为 3.34 eV，若将二者的图线画在同一个 Ek 坐标系中，则正确的图是( )答案 A解析 根据光电效应方程 EkhW 可知，E k 图象的斜率为普朗克常量 h，因此图中两线应平行，故 C、 D 错误；图线与横轴的交点表示恰能发生光电效应(光电子动能为零) 时的入射光频率即极限频率由光电效应方程可知，逸出功越大的金属对应的极限频率越高，所以能使金属锌发生光电效应的极限频率越高，所以 A 正确，B 错误16紫光在真空中的波长为 4.5107 m，问：(1)紫光光子
14、的能量是多少？(2)用它照射极限频率为 0 4.621014 Hz 的金属钾时能否产生光电效应？(3)若能产生，则光电子的最大初动能为多少？(h6.6310 34 Js)【解析】 (1) 紫光光子的能量Eh h 4.4210 19 J.c(2)紫光频率 6.6710 14 Hz，c因为 0，所以能产生光电效应(3)光电子的最大初动能为Ekmh Wh( 0)1.3610 19 J.【答案】 (1)4.42 1019 J (2)能 (3)1.361019 J17.A、B 两种光子的能量之比为 21，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子最大初动能分别为 EA、E B.求 A、B 两种光子
15、的动量之比和该金属的逸出功【解析】 光子能量 h，动量 p ，且 h c得 p ，则 pApB2 1cA 照射时，光电子的最大初动能 EA AW 0.同理，E B BW 0解得 W0E A 2EB.【答案】 21 W 0E A 2EB18分别用 和 的单色光照射同一金属，发出的光电子的最大初动能之比为3413.以 h 表示普朗克常量，c 表示真空中的光速，则此金属的逸出功是多大？答案：5hc6解析 设此金属的逸出功为 W，根据光电效应方程得如下两式：当用波长为 的光照射时：E k1 Whc当用波长为 的光照射时：E k2 W34 4hc3又 Ek1Ek2 13解式组成的方程组得：W .5hc6
16、19铝的逸出功为 4.2 eV，现用波长 200 nm 的光照射铝的表面已知h6.6310 34 Js，求：(1)光电子的最大初动能；(2)遏止电压；(3)铝的极限频率答案 (1)3.225 1019 J(2)2.016 V(3)1.0141015 Hz解析 (1)根据光电效应方程 EkhW 有Ek W J4.21.6 1019 J3.22510 19 J.hc 6.6310 343.010820010 9(2)由 EkeU c 可得Uc V2.016 V.Eke 3.22510 191.610 19(3)hc W 知c Hz1.01410 15 Hz. 想一想 电子的最大初动能与入射Wh 4.21.610 196.6310 34光的频率成正比吗？答案 根据爱因斯坦光电效应方程 hW mv2， mv2 与入射光的频率成一次函数关12 12系，并不是正比函数关系.
