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.康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也具有动量入射光和电子的作用可以看成弹性碰撞，则当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，如图512 给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰撞过程中动量_(选填“守恒”或“不守恒”)，能量_(选填“守恒”或“不守恒”)，碰后光子可能沿_(选填“1” 、 “2”或“3”)方向运动，并且波长_(选填“不变” 、 “变小”或“变长”)碰前 碰后【审题指导】 (1)看成弹性碰撞把握动量、能量守恒(2)利用光的频率与波长的关系 c/ 计算【解析】 光子与电子碰撞过程满足
2、动量守恒和能量守恒，所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与光子碰前的方向一致，由矢量合成知识可知碰撞后光子的方向可能沿 1 方向，不可能沿 2 或 3 方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，能量减少，由 E h 知，频率变小，再根据 c 知，波长变长【答案】 守恒 守恒 1 变长2用单色光照射某种金属表面，有没有光电子逸出取决于入射光的( )A频率 B强度C照射时间 D光子数目解析：发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，A 正确，B、C、D 错误答案：A3.一细束平行光，经玻璃三棱镜折射后分解成互相分离的三束光，分别照射到相同的金属板 a、 b、 c 上如图所示，已知金属板
3、 b 上有光电子逸出，可知( )A板 a 一定有光电子逸出B板 a 一定无光电子逸出C板 c 一定有光电子逸出D板 c 一定无光电子逸出解析：光经棱镜出射光线发生偏折，频率高的偏折角大，因此，照射金属 c 的光的频率比照射 b 的光的频率高，而照射 a 的光的频率比照射 b 的光的频率低由此可知： a 上不一定有光电子逸出，而 c 上一定有光电子逸出，C 正确答案：C4用下面哪种射线照射同一种金属最有可能产生光电效应，且逸出的光电子的速率最大（ ） A紫外线 B可见光C红外线 D伦琴射线答案：D 解析：在四种电磁波中，伦琴射线的频率最大对同一种金属逸出功相同，根据光电效应方程可知，频率大的光子
4、入射后逸出的光电子的最大初动能大，速率也最大5.入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么( )A从光照射金属表面到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B逸出的光电子的最大初动能将减小C单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少D有可能不发生光电效应【解析】 根据光电效应的实验规律知，从光照射金属表面到光电子发射的时间间隔极短，这与光的强度无关，故 A 错误；实验规律还指出，逸出光电子的最大初动能与入射光频率有关，光电流与入射光强度成正比，由此可知，B、D 错误，C 正确【答案】 C6在演示光电效应实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌
5、板时，验电器的指针张开一个角度，如图所示，这时( )A锌板带正电，指针带负电B锌板带正电，指针带正电C 锌板带负电，指针带正电D锌板带负电，指针带负电【解析】 弧光灯发出的紫外线照射锌板，发生光电效应，有电子从锌板飞出，锌板由于失去电子而带正电；验电器与锌板相连接，指针带正电故 B 项正确【答案】 B7白天的天空各处都是亮的，是大气分子对太阳光散射的结果美国物理学家康普顿由于在这方面的研究而荣获了 1927 年的诺贝尔物理学奖假设一个运动的光子和一个静止的自由电子碰撞以后，电子向某一个方向运动，光子沿另一方向散射出去，则这个散射光子跟原来的光子相比( ) A频率变大 B速度变小C光子能量变大
6、D波长变长【解析】 光子与自由电子碰撞时，遵守动量守恒和能量守恒，自由电子碰撞前静止，碰撞后动量、能量增加，所以光子的动量、能量减小，由 ， E h ，可知hp光子频率变小，波长变长，故 D 正确，A、C 错误由于光子速度是不变的，故 B 错误【答案】 D8(多选)实验得到金属钙的光电子的最大初动能 Ekm与入射光频率 的关系如图515 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( )图 515金属 钨 钙 钠截止频率 0/1014 Hz 10.95 7.73 5.53逸出功 W/eV 4.54 3.20 2.29A.如用金属钨做实验得到的 Ekm 图线也是一条直线，其斜
7、率比图中直线的斜率大B如用金属钠做实验得到的 Ekm 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 Ekm 图线也是一条直线，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，不可能有光电子逸出【解析】 由光电效应方程 Ekm h W 可知 Ekm 图线是直线，且斜率相同，A、B 错误；由表中列出的截止频率和逸出功数据可知，C 正确，当入射光的频率小于金属钨的截止频率时，不发生光电效应，不可能有光电子逸出，D 正确【答案】 CD9(多选)如图 517 所示为研究光电效应规律的实验电路，电源的两个电极分别与接线柱 c、
8、d 连接，用一定频率的单色光 a 照射光电管时，灵敏电流计 G 的指针会发生偏转，而且另一频率的单色光 b 照射该光电管时，灵敏电流计 G 的指针不偏转下列说法正确的是( )图 517A a 光的频率一定大于 b 光的频率B电源正极可能与 c 接线柱连接C用 b 光照射光电管时，一定没有发生光电效应D若灵敏电流计的指针发生偏转，则电流方向一定是由 eG f【解析】 用单色光 a 照射光电管时，灵敏电流计 G 的指针会发生偏转，而用单色光 b 照射时，电流计 G 的指针不偏转，说明单色光 a 的频率一定大于单色光 b 的频率，A 对单色光 a 照射时一定发生光电效应，单色光 b 照射时可能发生光
9、电效应，但由于加反向电压，光电流为零，也可能没有发生光电效应，C 错误，B 对若灵敏电流计的指针发生偏转，电流方向一定是与电子定向运动的方向相反，由 eG f，D 对【答案】 ABD10. (多选)如图所示是某金属在光的照射下，光电子最大初动能 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 h 0C入射光的频率为 0时，产生的光电子的最大初动能为 ED入射光的频率为 2 0时，产生的光电子的最大初动能为 2E【解析】 题中图象反映了光电子的最大初动能 Ek与入射光频率 的关系，根据爱因斯坦光电效应方程 Ek h W0，知当入射光的频率恰为金属的截止
10、频率 0时，光电子的最大初动能 Ek0，此时有 h 0 W0，即该金属的逸出功等于 h 0，根据图线的物理意义，有 W0 E，故选项 A、B 正确，而选项 C、D 错误【答案】 AB11光的波粒二象性的理解下列说法正确的是( )A光电效应反映了光的粒子性B大量光子产生的效果往往显示出粒子性，个别光子产生的效果往往显示出波动性C光的干涉、衍射、偏振现象证明了光具有波动性D只有运动着的小物体才有一种波和它相对应，大的物体运动是没有波和它对应的答案 AC12.(1)研究光电效应的电路如图 5 所示用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极 K)，钠极板发射出的光电子被阳极 A 吸收，在
11、电路中形成光电流下列光电流 I 与 A、K 之间的电压 UAK的关系图象中，正确的是_图 5答案 C解析 由于光的频率相同，所以对应的反向截止电压相同，选项 A、B 错误；发生光电效应时，在同样的加速电压下，光强度越大，逸出的光电子数目越多，形成的光电流越大，所以选项 C 正确，D 错误 13如图所示的实验电路，当用黄光照射光电管中的金属涂层时，毫安表的指针发生了偏转若将电路中的滑动变阻器的滑片 P 向右移动到某一位置时，毫安表的读数恰好减小到零，此时电压表读数为 U.若此时增加黄光照射的强度，则毫安表_(选填“有”或“无”)示数若改用蓝光照射光电管中的金属涂层，则毫安表_(选填“有”或“无”
12、)示数答案 无 有解析 光电效应的原理是当有频率足够大的光照射到金属表面时，将会使金属中的电子获得足够能量而从表面逸出，逸出的光电子向另一极板定向移动而形成电流当增加黄光照射的强度时，不能增加光电子的最大初动能，故毫安表无示数当改用蓝光照射时，光电子的最大初动能增大，光电子能到达 A 极，形成电流14用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属发生光电效应的措施是( )A改用频率更小的紫外线照射B改用 X 射线照射C改用强度更大的原紫外线照射D延长原紫外线的照射时间答案 B解析 要使该金属发生光电效应必须使光的频率大于极限频率，X 射线的频率大于紫外线的频率15.如图是某金属在光的照
13、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 h cC入射光的频率为 2 c时，产生的光电子的最大初动能为 ED入射光的频率为 时，产生的光电子的最大初动能为 c2 E2答案 ABC解析 由题图并结合 Ek h W0得， Ek h E，故逸出功 W0 E，故选项 A 对；当 Ek0 时， c，故 E h c，故选项 B 对； 2 c时，可得出 Ek E，故选项 C 对；当入射光的频率为 时，不发生光电效应，故选项 D 错 c216 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
14、大初动能分别为 EA、 EB.求 A、 B 两种光子的动量之比和该金属的逸出功答案 21 EA2 EB解析 光子能量 h ，动量 p ，且 ，得 p ，则h c cpA pB21， A 照射时，光电子的最大初动能 EA A W0.同理， EB B W0，解得 W0 EA2 EB.17已知：功率为 100 W 灯泡消耗的电能的 5%转化为所发出的可见光的能量，光速 c3.010 8 m/s，普朗克常量 h6.6310 34 Js，假定所发出的可见光的波长都是 560 nm，计算灯泡每秒内发出的光子数【解析】 波长为 的光子能量为Ehc设灯泡每秒内发出的光子数为 n，灯泡电功率为 P，则nkPE式中， k5%是灯泡的发光效率得：光子数 nkPhc代入题给数据得n1.410 19(个)【答案】 1.410 19个
