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  • 2021-05-14 发布

2020届高考物理一轮复习 第12章 近代物理 第一节 光电效应 波粒二象性达标诊断高效训练

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1 第一节 光电效应 波粒二象性 (建议用时:60 分钟) 一、单项选择题 1.(2018·茂名模拟)用一束紫外线照射某金属时不能发生光电效应,可能使该金属发生光 电效应的措施是(  ) A.改用红光照射 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 解析:选 B.根据光电效应发生的条件 ν>ν0,必须用能量更大,即频率更高的粒子.能否 发生光电效应与光的强度和照射时间无关.X 射线的频率大于紫外线的频率.故 A、C、D 错 误,B 正确. 2.关于光电效应的规律,下列说法中正确的是(  ) A.发生光电效应时,不改变入射光的频率,增大入射光强度,则单位时间内从金属内逸出 的光电子数目增多 B.光电子的最大初动能跟入射光强度成正比 C.发生光电效应的反应时间一般都大于 10-7 s D.只有入射光的波长大于该金属的极限波长,光电效应才能发生 解析:选 A.发生光电效应时,不改变入射光的频率,增大入射光强度,则单位时间内打到 金属上的光子个数增加,则从金属内逸出的光电子数目增多,选项 A 正确;光电子的最大初 动能跟入射光强度无关,随入射光的频率增大而增大,选项 B 错误;发生光电效应的反应时 间一般都不超过 10-9s,选项 C 错误;只有入射光的频率大于该金属的极限频率时,即入射 光的波长小于该金属的极限波长时,光电效应才能发生,选项 D 错误. 3.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) 541 268 196 A.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 2 解析:选 D.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,才 有光电子逸出,该光源发出的光的波长有小于 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. 4.(2018·湖北八校联考)下表是按照密立根的方法进行光电效应实验时得到的某金属的遏 止电压 Uc 和入射光的频率 ν 的几组数据. Uc/V 0.541 0.637 0.714 0.809 0.878 ν/×1014 Hz 5.644 5.888 6.098 6.303 6.501 由以上数据应用 Excel 描点连线,可得直线方程,如图所示. 则这种金属的截止频率约为(  ) A.3.5×1014Hz B.4.3×1014Hz C.5.5×1014Hz D.6.0×1014Hz 解析:选 B.遏止电压为零时,入射光的频率等于截止频率,根据方程 Uc=0.397 3 ν 1014-1.702 4,当 Uc=0 时,解得 ν≈4.3×1014Hz,B 正确. 5.(2017·高考北京卷)2017 年年初,我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装 置,发出了波长在 100 nm(1 nm=10-9 m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲.大 连光源因其光子的能量大、密度高,可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发 挥重要作用. 一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子,但又不会把分子打碎.据此判 断,能够电离一个分子的能量约为(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:选 B.光子的能量 E=hν,c=λν,联立解得 E≈2×10-18 J,B 项正确. 6.(2018·江苏苏锡常镇四市调研)如图所示为研究光电效应现象的实验,电路中所有元件 完好,当光照射到光电管上时,灵敏电流计中没有电流通过,可能的原因是(  ) 3 A.入射光强度较弱 B.入射光波长太长 C.电源电压太高 D.光照射时间太短 解析:选 B.光的强度和光照时间都不能决定能否发生光电效应;光照射到光电管上时,灵 敏电流计中没有电流通过,则可能是没有发生光电效应,即入射光的频率过小,波长较大造 成的; 电源电压也不能决定光电管中能否有光电流;故选项 B 正确,A、C、D 错误. 7.1927 年戴维孙和汤姆孙分别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.如图所示的是该实验装置的简化图,下列说法错误的是(  ) 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 二、多项选择题 8.如图甲所示为实验小组利用 100 多个电子通过双缝后的部分干涉图样,可以看出每一个 电子都是一个点;如图乙所示为该小组利用 70 000 多个电子通过双缝后的干涉图样,为明 暗相间的条纹.则对本实验的理解正确的是(  ) A.图甲体现了电子的粒子性 B.图乙体现了电子的粒子性 C.单个电子运动轨道是确定的 D.图乙中暗条纹处仍有电子到达,只不过到达的概率小 解析:选 AD.题图甲中的每一个电子都是一个点,说明少数粒子体现粒子性,到达的位置不 4 同,说明单个电子的运动轨道不确定,A 正确,C 错误;题图乙中明、暗相间的条纹说明大 量的粒子表现为波动性,B 错误;题图乙中暗条纹处仍有电子到达,只不过到达的概率小, D 正确. 9.(2018·黑龙江双鸭山市一中模拟)用两束频率相同,光照强度不同的紫外线去照射两种 不同金属板,都能产生光电效应,则(  ) A.金属板带正电,原因为有电子从金属板逸出 B.用强度大的紫外线照射时,所产生的光电子的初速度一定大 C.从极限频率较小的金属中飞出的光电子的初动能一定大 D.由光照强度大的紫外线所照射的金属,单位时间内产生的光电子数目一定多 解析:选 ACD.因为有电子从金属板逸出,故金属板带正电,选项 A 正确;光电子最大初动 能与入射光的强度无关,故 B 错误;由 Ekmax=hν-W 逸出功=hν-hν0 可知,从极限频率较 小的金属中飞出的光电子的初动能一定大,选项 C 正确;单位时间内产生的光电子数目与入 射光的强度有关,故强度较大的紫外线照射的金属,单位时间内产生的光电子数目一定多, 故 D 正确. 10.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 ν 的关系图 象.由图象可知(  ) A.该金属的逸出功等于 E B.该金属的逸出功等于 hν0 C.入射光的频率为 2ν0 时,产生的光电子的最大初动能为 E D.入射光的频率为 ν0 2 时,产生的光电子的最大初动能为 E 2 解析:选 ABC.由爱因斯坦光电效应方程 Ek=hν-W0 知,当 ν=0 时-W0=Ek,故 W0=E,A 项对;而 Ek=0 时,hν=W0 即 W0=hν0,B 项对;入射光的频率为 2ν0 时产生的光电子的 最大初动能 Ekm=2hν0-hν0=hν0=E,C 项对;入射光的频率为 ν0 2 时,不会发生光电效应, D 错. 11.研究光电效应规律的实验装置如图甲所示,以频率为 ν 的光照射光电管阴极 K 时,有 光电子产生.由于光电管 K、A 间加的是反向电压,光电子从阴极 K 发射后将向阳极 A 做减 速运动.光电流 i 由图中电流计 G 测出,反向电压 U 由电压表 V 测出.当电流计的示数恰好 为零时,电压表的示数称为反向截止电压 Uc,在如图乙所示光电效应实验规律的图象中, 正确的是(  ) 5 解析:选 ACD.当反向电压 U 与入射光频率 ν 一定时,光电流 i 与光强成正比,所以 A 图正 确;频率为 ν 的入射光照射阴极所发射出的光电子的最大初动能为 1 2mev 2max=hν-W0,而截 止电压 Uc 与最大初动能的关系为 eUc= 1 2mev 2max,所以截止电压 Uc 与入射光频率 ν 的关系是 eUc=hν-W0,其函数图象不过原点,所以 B 图错误;当光强与入射光频率一定时,单位时 间内单位面积上逸出的光电子数及其最大初动能是一定的,所形成的光电流强度会随反向电 压的增大而减少,所以 C 图正确;根据光电效应的瞬时性规律,不难确定 D 图是正确的. 三、非选择题 12.如图甲所示是研究光电效应规律的光电管.用波长 λ=0.50μm 的绿光照射阴极 K,实 验测得流过 G 表的电流 I 与 AK 之间的电势差 UAK 满足如图乙所示规律,取 h=6.63×10-34 J·s.结合图象,求:(结果保留两位有效数字) (1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极 K 时的最大动能. (2)该阴极材料的极限波长. 解析:(1)光电流达到饱和时,阴极发射的光电子全部到达阳极 A,阴极每秒钟发射的光电 6 子的个数 n= Im e = 0.64 × 10-6 1.6 × 10-19(个)=4.0×1012(个) 光电子的最大初动能为: Ekm=eUc=1.6×10-19 C×0.6 V=9.6×10-20 J. (2)设阴极材料的极限波长为 λ0,根据爱因斯坦光电效应方程:Ekm=h c λ-h c λ0,代入数据 得 λ0=0.66 μm. 答案:(1)4.0×1012 个 9.6×10-20 J (2)0.66 μm