1、1考点规范练 37 光电效应 波粒二象性一、单项选择题1.1927 年戴维逊和革末完成了电子衍射实验,该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一。下图是该实验装置的简化图,下列说法不正确的是( )A.亮条纹是电子到达概率大的地方B.该实验说明物质波理论是正确的C.该实验再次说明光子具有波动性D.该实验说明实物粒子具有波动性答案 C解析 亮条纹是电子到达概率大的地方,该实验说明物质波理论是正确的,该实验说明实物粒子具有波动性,不能说明光子具有波动性。2.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。光电子的最大初动能取决于入射光的( )A.频率 B.强弱C.照射时间 D.光子数目答案
2、 A解析 由爱因斯坦光电效应方程 Ek=h-W 0可知, Ek只与频率 和逸出功 W0有关,故选项 B、C、D 错误,选项 A 正确。3.用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应,可得到光电子最大初动能 Ek随入射光频率 变化的 Ek- 图像,已知钨的逸出功是 3.28 eV,锌的逸出功是 3.34 eV,若将二者的图线画在同一个 Ek- 图像中,如图所示,用实线表示钨的 Ek- 图像,虚线表示锌的 Ek- 图像,则正确反映这一过程的是( )2答案 A解析 依据光电效应方程 Ek=h-W 0可知, Ek- 图线的斜率代表普朗克常量 h,因此钨和锌的 Ek- 图线应该平行。图线在横轴
3、的截距代表极限频率 0,而 0= ,因此钨的极限频率 0小些。综上所W0h述,A 图正确。4.下表列出了几种不同物体在某种速度下的德布罗意波的波长和频率为 1 MHz 的无线电波的波长,由表中数据可知( )对象 质量 /kg速度/(ms-1)波长 /m弹子球2.010-21.010-23.310-30电子(100 eV)9.110-315.01061.210-10无线电波(1 MHz)3.01063.0102 要检测弹子球的波动性几乎不可能 无线电波通常情况下只能表现出波动性 电子照射到金属晶体上能观察到它的波动性 只有可见光才有波动性A. B.C. D.答案 D3解析 弹子球的波长为 3.3
4、10-30m,远小于宏观物质和微观物质的尺寸,故要检测弹子球的波动性几乎不可能,故 正确; 无线电波的波长为 3.0102m,大于普通物体的尺寸,很容易发生衍射,故通常情况下只能表现出波动性,故 正确; 高速射出的电子的波长为 1.210-10m,与原子的尺寸相接近,故电子通过金属晶体后能够发生衍射现象,故 正确; 根据德布罗意的物质波理论,电磁波和实物粒子都具有波粒二象性,故 错误;所以正确选项为 D。5.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
5、子最大动能为 Ek,当改用 c 光束照射该金属板时( )13A.能发生光电效应,飞出的光电子最大动能为 Ek16B.能发生光电效应,飞出的光电子最大动能为 Ek19C.能发生光电效应,飞出的光电子最大动能为 Ek112D.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hc a hc2 a 13 hc a=43 13改用 c 光束照射该金属板时,有 -W=Ek得 Ek= Ek,故 B 正确。hc3 a 196.用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流与照射光的强弱、频率
6、等的关系,A、K 两极间的电压大小可调,电源的正负极也可以对调。分别用 a、 b、 c 三束单色光照射,调节 A、K 间的电压 U,得到光电流 I 与电压 U 的关系如图乙所示。由图可知( )A.单色光 a 和 c 的频率相同,但 a 更强些B.单色光 a 和 c 的频率相同,但 a 更弱些4C.单色光 b 的频率小于 a 的频率D.改变电源的极性不可能有光电流产生答案 A解析 由题图乙可知,单色光 a、 c 的遏止电压相同,根据光电效应方程可知,单色光 a 和 c 的频率相同,但 a 产生的光电流大,说明 a 光的强度大,选项 A 正确,B 错误;单色光 b 的遏止电压大于单色光a、 c 的
7、遏止电压,所以单色光 b 的频率大于 a 的频率,选项 C 错误;光的频率不变,改变电源的极性,只要所加反向电压没达到遏止电压,可能有光电流产生,选项 D 错误。二、多项选择题7.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
8、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。8.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( )5A.最短波长为 B.最长波长为hce
9、U cheUC.最小频率为 D.最大频率为eUh eUh答案 AD解析 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12eU E,则可得 , ,所以 A、D 正确。hceU eUh9.频率为 的光照射某金属时,产生光电子的最大初动能为 Ekm,则( )A.若改用频率为 2 的光照射,该金属产生光电子的最大初动能为 2EkmB.若改用频率为 2 的光照射,该金属产生光电子的最大初动能为 Ekm+hC.若改用频率为 的光照射,该金属产生光电子的最大初动能为 Ekm+ h12 12D.若改用频率为 的光照射,该金属可能不发生光电效应12答案 BD解析
10、 由爱因斯坦光电效应方程 h=W+E km,用频率为 2 的光照射时 h2=W+E km,联立得Ekm=Ekm+h ,所以 A 错误,B 正确;若改用频率为 的光照射,可能发生光电效应,也可能不发生光12电效应,若发生,则 h =W+E km ,可得 Ekm=E km- h ,所以 C 错误,D 正确。12 1210.下图为用光照射锌板产生光电效应的装置示意图。光电子的最大初动能用 Ek表示、入射光的强度用 C 表示、入射光的波长用 表示、入射光的照射时间用 t 表示、入射光的频率用 表示。则下列说法正确的是( )A.Ek与 C 无关B.Ek与 成反比C.Ek与 t 成正比6D.Ek与 成线性
11、关系答案 AD解析 由 Ek=h-W 0知, Ek与照射光的强度及照射时间无关,与 成线性关系,A、D 正确,C 错误;由Ek= -W0可知, Ek与 并不成反比关系,B 错误。hc11.某半导体激光器发射波长为 1.510-6 m、功率为 5.010-3 W 的连续激光。已知可见光波长的数量级为 10-7 m,普朗克常量 h=6.6310-34 Js,则该激光器发出的( )A.是紫外线B.是红外线C.光子能量约为 1.310-18 JD.光子数约为每秒 3.81016个答案 BD解析 由于该激光器发出的光波波长比可见光还要长,所以发出的是红外线,A 错误,B 正确;光子能量E=h=h =1.
12、310-19J,C 错误;每秒发射的光子数 n= =3.81016,D 正确。c P1E12.下图是光控继电器的示意图,K 是光电管的阴极。下列说法正确的是( )A.图中 a 端应是电源的正极B.只要有光照射 K,衔铁就被电磁铁吸引C.只要照射 K 的光足够强,衔铁就被电磁铁吸引D.只有照射 K 的光频率足够大,衔铁才被电磁铁吸引答案 AD解析 电路中要产生电流,则 a 端接电源的正极,使从阴极 K 中逸出的光电子在光电管中加速,放大器的作用是将光电管中产生的电流放大,使铁芯磁化,将衔铁吸住,A 正确;根据光电效应方程知,能否发生光电效应由金属的逸出功和入射光的频率决定,与入射光的强弱无关,故
13、 B、C 错误,D 正确。713.如图所示,真空中金属板 M 上方存在一垂直纸面向里的矩形有界匀强磁场,边界 ON 到 M 板的距离为 d。用频率为 的紫外线照射 M 板(接地),只要磁感应强度不大于 B0,就有电子越过边界 ON。已知电子的电荷量为 e,质量为 m,普朗克常量为 h。以下说法正确的是( )A.若增强紫外线,单位时间从 M 板逸出的电子增多B.若减弱紫外线,电子从 M 板逸出的最大初动能减小C.从 M 板逸出电子的最大初动能为e2B02d22mD.该金属的逸出功为 h-e2B02d28m答案 AD解析 增强照射光,即单位时间射到 M 板的光子数增多,则单位时间内逸出的光电子数增
14、加,A 正确;根据光电效应方程 Ek=h-W 0,可知光电子的最大初动能与照射光的强弱无关,B 错误;由题意可知,磁感应强度为 B0时,沿水平方向向左射出的电子运动轨迹会与 ON 相切,即 r= ,结合 qvB0=m 和 Ek= mv2,联d2 v2r 12立可得 Ek= ,逸出功 W0=h- ,C 错误,D 正确。e2B02d28m e2B02d28m14.下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 的关系图像。由图像可知( )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 2 0时,产生的光电子的最大初动能为 ED.由该图像可得出普朗克常
15、量 h= 0E答案 ABC8解析 由爱因斯坦的光电效应方程可知, Ek=h-W ,对应图线可得该金属的逸出功 W=E=h 0,A、B 均正确;若入射光的频率为 2 0,则产生的光电子的最大初动能 Ek=2h 0-W=h 0=E,故 C 正确;由E=h 0可得 h= ,D 错误。E 015.研究光电效应规律的实验装置如图所示,以频率为 的光照射光电管电极 K 时,有光电子产生。光电管 K、A 极间所加的电压 U 可由图中的电压表测出,光电流 I 由图中电流计测出,下列关于光电效应实验规律的说法正确的是( )A.降低入射光的频率光电管电极 K 上有可能无光电子放出B.当滑片 P 位于 P右端时,电
16、极 K、A 间所加电压使从电极 K 发出的光电子加速C.保持入射光频率不变,当增大入射光光强时,图中电流计示数不变D.保持入射光频率、光强不变,若只增大光电管 K、A 极间所加的加速电压,光电流会趋于一个饱和值答案 AD解析 降低入射光的频率,有可能不发生光电效应,则光电管电极 K 上无光电子放出,故 A 正确。当滑片 P 位于 P右端时,电极 K、A 间所加电压,使从电极 K 发出的光电子减速,故 B 错误。保持入射光频率不变,当增大入射光光强时,电流计示数增大,故 C 错误。保持入射光频率、光强不变,若只增大光电管 K、A 极间所加的加速电压,光电流会达到最大值,即趋于一个饱和值,故 D 正确。
