【物理】2020届一轮复习人教版波粒二象性作业（江苏专用） 7页

课时跟踪检测（三十八） 波粒二象性 对点训练：对光电效应的理解 1．[多选](2018·南菁高级中学期中)下列有关黑体辐射和光电效应的说法中正确的是 ( ) A．在黑体辐射中，随着温度的升高，各种频率的辐射强度都增加，辐射强度极大值向 频率较低的方向移动 B．普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说 C．用一束绿光照射某金属，能产生光电效应，现把这束绿光遮住一半，仍然可发生光 电效应 D．在光电效应现象中，入射光的强度越大，光电子的最大初动能越大 解析：选 BC 在黑体辐射中，随着温度的升高，各种频率的辐射强度都增加，辐射强 度极大值向频率较高的方向移动，故 A 项错误；普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量 子假说，故 B 项正确；用一束绿光照射某金属，能产生光电效应，现把这束绿光遮住一半， 光的频率不变，仍然大于极限频率，可发生光电效应，故 C 项正确；在光电效应现象中， 光电子的最大初动能 Ekm＝hν－W0，与光强无关，故 D 项错误。 2．在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照 射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图所示，这时( ) A．金属内的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就 能逸出金属 B．锌板带正电，指针带正电 C．锌板带负电，指针带正电 D．若仅减弱照射光的强度，则可能不再有光电子飞出 解析：选 B 每个电子只能吸收一个光子，只有当入射光的能量大于逸出功，才会有 电子飞出，故 A 错误；锌板在弧光灯照射下，发生光电效应，有光电子逸出，锌板失去电 子带正电，验电器与锌板相连，导致指针带正电，故 B 正确，C 错误；是否有光电子飞出， 与照射光的强度无关，故 D 错误。 3．(2019·江阴模拟)如图所示，一验电器与锌板相连，在 A 处用一紫外线灯照射锌板， 关灯后，指针保持一定偏角。 (1)验电器指针带________电(选填“正”或“负”)。 (2)使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏 转。那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针________(选填“有” 或“无”)偏转。 解析：(1)在 A 处用一紫外线灯照射锌板，锌板产生光电效应，光电子射出后，锌板带 正电，则验电器也带正电。 (2)用黄光照射锌板，验电器指针无偏转，说明黄光不能使锌板产生光电效应，红外线 的频率比黄光低，红外线也不能使锌板产生光电效应，验电器指针无偏转。 答案：(1)正 (2)无 对点训练：爱因斯坦的光电效应方程及应用 4．[多选](2017·全国卷Ⅲ)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb 的单色光 a、b 照射 到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为 Ua 和 Ub、光电子的最大初动能分别为 Eka 和 Ekb。h 为普朗克常量。下列说法正确的是( ) A．若νa>νb，则一定有 Uaνb，则一定有 Eka>Ekb C．若 Uaνb，则一定有 hνa－Eka>hνb－Ekb 解析：选 BC 设该金属的逸出功为 W，根据爱因斯坦光电效应方程有 Ek＝hν－W， 同种金属的 W 不变，则逸出光电子的最大初动能随ν的增大而增大，B 项正确；又 Ek＝eU， 则最大初动能与遏止电压成正比，C 项正确；根据上述有 eU＝hν－W，遏止电压 U 随ν增 大而增大，A 项错误；又有 hν－Ek＝W，W 相同，则 D 项错误。 5.如图所示，当一束一定强度的某一频率的黄光照射到光电管阴极 K 上时，此时滑片 P 处于 A、B 中点，电流表中有电流通过，则( ) A．若将滑动触头 P 向 B 端移动，电流表读数有一定增大 B．若用红外线照射阴极 K，电流表中一定没有电流通过 C．若用强度更弱的黄光照射阴极 K，电流表读数不变 D．若用强度更弱的紫外线照射阴极 K，光电子的最大初动能一定变大 解析：选 D 光电管所加的电压，使光电子到达阳极，则电流表中有电流流过，且可 能处于饱和电流，若将滑动触头 P 向 B 端移动，电流表读数有可能不变，故 A 错误；若用 红外线照射阴极 K，因红外线的频率小于黄色光，因此可能不发生光电效应，也可能会发 生光电效应，电流表不一定没有电流通过，故 B 错误；若用强度更弱的黄光照射阴极 K， 能发生光电效应有光子飞出，但光强变弱使得飞出的光电子数目减小，电流表读数减小， 故 C 错误；紫外线的频率大于黄色光的频率，根据光电效应方程：Ek＝hν－W0 可知，用一 束紫外线照射阴极 K 时，出射光电子的最大初动能一定变大，与光的强弱无关，故 D 正确。 6．如图甲所示是使用光电管的原理图，当频率为ν的可见光照射到阴极 K 上时，电流 表中有电流通过。 (1)当滑动变阻器的滑片 P 向________滑动时(填“左”或“右”)，通过电流表的电流 将会增大。 (2)当电流表电流刚减小到零时，电压表的读数为 U，则阴极 K 的逸出功为________(已 知电子电荷量为 e，普朗克常量为 h)。 (3)如果不改变入射光的强度，而增大入射光的频率，则光电子的最大初动能将 ________(选填“变大”“变小”或“不变”)。 (4)用不同频率的光照射某金属产生光电效应，测量金属的遏止电压 Uc 与入射光频率ν， 得到 Ucν图像如图乙所示，根据图像求出该金属的截止频率νc＝_______Hz，普朗克常量 h ＝________J·s。(已知电子电荷量 e＝1.6×10－19 C) 解析：(1)当滑动变阻器的滑片 P 向左滑动时，光电管两端的反向电压减小，光电流增 大，通过电流表的电流将会增大。 (2)当电流表电流刚减小到零时，电压表的读数为 U，则光电子的最大初动能 Ekm＝eU， 根据爱因斯坦光电效应方程 Ekm＝hν－W0 可得，逸出功 W0＝hν－eU。 (3)如果不改变入射光的强度，而增大入射光的频率，根据爱因斯坦光电效应方程 Ekm ＝hν－W0 可得，光电子的最大初动能变大。 (4)由 Ekm＝hν－W0、Ekm＝eUc、W0＝hνc，可得 eUc＝hν－hνc，则 Uc＝h eν－h eνc。 根据题给图像可得该金属的截止频率νc＝5.0×1014 Hz， 据图像斜率可得h e ＝ 5－0 17.5－5.0×1014 ，则普朗克常量 h＝6.4×10－34 J·s。 答案：(1)左 (2)hν－eU (3)变大 (4)5.0×1014 6.4×10－34 7.(2019·盐城中学检测)如图所示电路可研究光电效应规律，图中标 有 A 和 K 的为光电管，其中 K 为阴极，A 为阳极，理想电流计可检测通 过光电管的电流，理想电压表用来指示光电管两端的电压。现接通电源， 用光子能量为 10.5 eV 的光照射阴极 K，电流计中有示数，若将滑动变 阻器的滑片 P 缓慢向右滑动，电流计的读数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计的读数恰 好为零，读出此时电压表的示数为 6.0 V；现保持滑片 P 位置不变，则光电管阴极材料的逸 出功为________，若增大入射光的强度，电流计的读数________(填“为零”或“不为零”)。 解析：光电效应的最大初动能 Ekm＝eU＝6 eV， 根据光电效应方程得，Ekm＝hν－W0； 则逸出功 W0＝hν－Ekm＝10.5 eV－6 eV＝4.5 eV。 光电子的最大初动能与入射光的强度无关，增大入射光的强度时，光电子的最大初动 能不变，电流仍然为零。 答案：4.5 eV 为零 8．(2018·如皋期中)如图所示，阴极材料由铝制成，已知铝的逸出 功为 W0，现用波长为λ的光照射铝的表面，使之产生光电效应。已知电 子的电荷量为 e，普朗克常量为 h，真空中光速为 c。求： (1)光电子的最大初动能； (2)电压表示数至少为多大时电流表示数才为零。 解析：(1)根据光电效应方程 Ek＝hν－W0 根据：ν＝c λ 最大初动能 Ek＝hc λ －W0。 (2)电流表示数为零时，根据动能定理有：eUc＝Ek 代入：Ek＝hc λ －W0 解得：Uc＝hc λe －W0 e 。 答案：(1)hc λ －W0 (2)hc λe －W0 e 对点训练：与光电效应有关的图像问题 9.(2018·兰州模拟)在光电效应实验中，某同学用同一光电管在不同 实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙 光)，如图所示。则可判断出( ) A．甲光的频率大于乙光的频率 B．乙光的波长大于丙光的波长 C．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率 D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子对应的最大初动能 解析：选 B 因光电管不变，所以逸出功不变。由图像知甲光、乙光对应的遏止电压 相等，且小于丙光对应的遏止电压，所以甲光和乙光对应的光电子最大初动能相等且小于 丙光的光电子最大初动能，故 D 错误；根据爱因斯坦光电效应方程 Ek＝hν－W0 知甲光和乙 光的频率相等，且小于丙光的频率，甲光和乙光的波长大于丙光的波长，故 A 错误，B 正 确；截止频率是由金属决定的，与入射光无关，故 C 错误。 10．[多选](2018·金陵中学期末)图甲是光电效应的实验装置图，图乙是光电流与加在阴 极 K 和阳极 A 上的电压的关系图像。下列说法正确的是( ) A．由图线①、③可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大 B．由图线①、②、③可知对某种确定的金属来说，其遏止电压只由入射光的频率决定 C．只要增大电压，光电流就会一直增大 D．遏止电压越大，说明从该金属中逸出来的光电子的最大初动能越大 解析：选 ABD 由图线①、③可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流 越大，A 正确；根据光电效应方程 Ekm＝hν－W0＝eUc，可知对于确定的金属，入射光频率 越大，最大初动能越大，遏止电压越大，遏止电压只与入射光的频率有关，B 正确；增大 电压，当电压增大到一定值，电流达到饱和电流，不再增大，C 错误；根据 Ekm＝eUc 知， 遏止电压越大，说明从该金属中逃出来的光电子的最大初动能越大，D 正确。 11.(2019·扬州中学月考)用能量为 50 eV 的光子照射到光电管阴极 后，测得光电流与电压的关系如图所示。已知电子的质量 m＝9.0×10－ 31 kg、电荷量 e＝－1.6×10－19 C，普朗克常量 h＝6.63×10－34 J·s。试求： (1)光电管阴极金属的逸出功 W0； (2)光电子的最大动量和对应物质波的波长λ。(保留两位有效数字) 解析：(1)由题图可知，遏止电压 Uc 为－20 V，由功能关系可知，eUc＝Ek 由爱因斯坦光电效应方程 Ek＝hν－W0，可得 W0＝hν－eUc 代入数据解得：W0＝30 eV。 (2)由公式 Ek＝1 2mv2， 得最大动量 p＝mv＝ 2meUc ＝ 2×9.0×10－31×－1.6×10－19×－20 kg·m/s ＝2.4×10－24 kg·m/s； 则对应物质波的波长 λ＝h p ＝6.63×10－34 2.4×10－24 m≈2.8×10－10 m。 答案：(1)30 eV (2)2.4×10－24 kg·m/s 2.8×10－10 m 对点训练：对波粒二象性的理解 12．(2018·如皋期中)物理学家做了一个有趣的双缝干涉实验：在光屏处放上照相用的 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子；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则 的干涉条纹。对这个实验结果有下列认识，其中正确的是( ) A．曝光时间不太长时，底片上只能出现一些不规则的点子，表现出光的波动性 B．单个光子通过双缝后的落点可以预测 C．只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性 D．干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方 解析：选 D 根据爱因斯坦的“光子说”可知，单个光子表现为粒子性，而大量光子 表现为波动性，所以曝光时间不太长时，底片上只能出现一些不规则的点子，说明了单个 光子表现为粒子性，故 A 错误；光子的粒子性并非宏观实物粒子的粒子性，故单个光子通 过双缝后的落点无法预测，故 B 错误；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉 条纹，说明了大量光子表现为波动性，故 C 错误；光子到达多的区域表现为亮条纹，而光 子到达少的区域表现为暗条纹，故 D 正确。 13．下列说法不正确的是( ) A．光电效应现象揭示了光的粒子性 B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性 C．黑体是一种理想化模型，其辐射强度与温度有关，当温度升高时，黑体辐射强度的 极大值向波长较短的方向移动 D．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，会把一部分动量转移给电子， 因此光子散射后波长变短 解析：选 D 光电效应现象揭示了光的粒子性，A 正确；衍射现象是波特有的性质， 故热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性，B 正确；黑体辐射电磁波的强 度按波长的分布与黑体的温度有关，黑体辐射随着波长越短、温度越高辐射越强，C 正确； 康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此光子 能量减小，根据 E＝hν＝h c λ 可得光子散射后波长变长，D 错误。 14．[多选](2019·南京调研)下列说法中正确的是( ) A．图甲反映了黑体辐射电磁波的强度按波长的分布与黑体的温度的关系 B．图乙的放射性同位素应选择衰变时放出α粒子的同位素 C．图丙中 A、B 两球质量相等，当 A 以速度 v 与静止的 B 发生正碰后，B 的速度未必 是 v D．图丁中电子束通过铝箔产生的衍射图样，证实了物质波的存在 解析：选 CD 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，温度升高时， 黑体辐射强度的极大值向波长减小的方向移动，选项 A 错误；因γ射线的穿透本领较强，则 图乙的放射性同位素应选择衰变时放出γ射线，选项 B 错误；图丙中 A、B 两球质量相等， 当 A 以速度 v 与静止的 B 发生正碰后，若发生弹性碰撞，B 的速度才是 v，选项 C 正确； 图丁中电子束通过铝箔产生的衍射图样，说明电子具有波动性，证实了物质波的存在，选 项 D 正确。 15．(2017·江苏高考)质子( 11 H)和α粒子( 42 He)被加速到相同动能时，质子的动量 ________(选填“大于”“小于”或“等于”)α粒子的动量，质子和α粒子的德布罗意波波长 之比为________。 解析：由 p＝ 2mEk可知，动能相同时，质子的质量比α粒子的质量小，因此动量小； 由λ＝h p 可知，质子和α粒子的德布罗意波波长之比为λH λα ＝pα pH ＝ mα mH ＝ 4 1 ＝2 1 。 答案：小于 2∶1