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- 2021-06-02 发布
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47 光电效应、波粒二象性
1.(2017·北京朝阳模拟)(多选)用绿光照射一个光电管,能产生光电效应,欲使光电子从阴极逸出时最大初动能增大,可以( )
A.改用红光照射 B.改用紫光照射
C.改用蓝光照射 D.增加绿光照射时间
答案 BC
解析 光电子的最大初动能与照射时间或照射强度无关,D错误;最大初动能与入射光子的能量有关,入射光子的能量越大,光电子从阴极逸出时最大初动能越大,所以改用比绿光光子能量更大的紫光、蓝光照射,以增大光电子从阴极逸出时的最大初动能,A错误,B、C正确。
2.(2018·天津红桥区期末)(多选)下列说法正确的是( )
A.动量相同的电子和质子,其德布罗意波长相同
B.光电效应现象说明光具有粒子性,光子具有能量
C.康普顿效应说明光具有粒子性,光子具有动量
D.黑体辐射的实验规律说明在宏观世界里能量是连续的
答案 ABC
解析 根据物质波波长公式λ=可知,当质子和电子动量相同时,则德布罗意波长相同,A正确;光电效应现象说明光具有粒子性,光子具有能量,光子的能量ε=hν,B正确;康普顿效应说明光具有粒子性和光子具有动量,光子的动量p=,C正确;黑体辐射的实验规律说明在宏观世界里能量是分立的,D错误。
3.(2017·陕西宝鸡中学高三质检)(多选)下列说法正确的是( )
A.普朗克曾经大胆假设:振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍,这个不可再分的最小能量值ε叫能量子
B.德布罗意提出:实物粒子也具有波动性,而且粒子的能量ε和动量p跟它对应的波的频率ν和波长λ之间,遵从ν=和λ=
C.光电效应揭示了光具有粒子性,康普顿效应揭示了光具有波动性
D.X射线是处于激发态的原子核辐射出的
答案 AB
解析 普朗克把最小的能量单位叫能量子,故A正确;德布罗意提出了实物粒子具有波动性的规律,故B正确;在康普顿效应中,也揭示了光具有粒子性,故C错误;X射线是处于激发态的原子内层电子受到激发辐射出的,故D错误。
4.频率为ν的光照射某金属时,产生光电子的最大初动能为Ekm。改为频率为2ν的光照射同一金属,所产生光电子的最大初动能为(h为普朗克常量)( )
A.Ekm-hν B.2Ekm
C.Ekm+hν D.Ekm+2hν
答案 C
解析 根据爱因斯坦光电效应方程得:Ekm=hν-W0,若入射光频率变为2ν,则Ekm′=h·2ν-W0=2hν-(hν-Ekm)=hν+Ekm,故选C。
5.用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流强度与照射光的强弱、频率等的关系,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
C.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Ek=hν-W0又Ek=eUc,所以单色光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,A正确、B错误;单色光b的遏止电压大于单色光a、c的遏止电压,所以单色光b的频率大于a的频率,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,D错误。
6.(2018·湖北武汉联考)(多选)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( )
A.最短波长为 B.最长波长为
C.最小频率为 D.最大频率为
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=λν、光子能量E=hν,依题意有eU≥E,则可得λ≥,ν≤,故A、D正确。
7.(多选)某半导体激光器发射波长为1.5×10-6 m,功率为5.0×10-3 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=6.63×10-34 J·s,该激光器发出的是( )
A.是紫外线
B.是红外线
C.光子能量约为1.3×10-18 J
D.光子数约为每秒3.8×1016 个
答案 BD
解析 波长的大小大于可见光的波长,属于红外线,故A错误、B正确;光子能量E=h=6.63×10-34× J=1.326×10-19 J,故C错误;每秒钟发出的光子数n=≈3.8×1016,故D正确。
8.(多选)用某单色光照射金属钛表面,发生光电效应,从钛表面放出光电子的最大初动能与入射光频率的关系如图,则下列说法正确的是( )
A.钛的逸出功为6.67×10-19 J
B.钛的极限频率为1.0×1015 Hz
C.光电子的最大初动能为1.0×10-18 J
D.由图线可求得普朗克常量为6.67×10-34 J·s
E.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
答案 ABD
解析 根据光电效应方程Ek=hν-W0知,图线的斜率等于普朗克常量,则h=≈6.67×10-34 J·s,故D正确;当最大初动能为零时,入射光的频率等于金属的极限频率,则ν0=1.0×1015 Hz,可知逸出功W0=hν0=6.67×10-34×1×1015 J=6.67×10-19 J,故A、B正确;入射光的频率越大,光电子的最大初动能越大,根据该图无法得出光电子的最大初动能,故C错误;由图可知,光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系,不是正比关系,故E错误。
9.(2016·全国卷Ⅰ)(多选)现用一光电管进行光电效应实验,当用某一频率的光入射时,有光电流产生。下列说法正确的是( )
A.保持入射光的频率不变,入射光的光强变大,饱和光电流变大
B.入射光的频率变高,饱和光电流变大
C.入射光的频率变高,光电子的最大初动能变大
D.保持入射光的光强不变,不断减小入射光的频率,始终有光电流产生
E.遏止电压的大小与入射光的频率有关,与入射光的光强无关
答案 ACE
解析 保持入射光的频率不变,入射光的光强变大,单位时间内逸出的光电子个数增加,则饱和光电流变大,故A正确。饱和光电流的大小与入射光的频率无直接关系,故B错误。由Ek=hν-W0,可知C正确。当入射光的频率小于金属的极限频率时,光电效应不能发生,故D错误。由eUc=mv2=hν-W0得eUc=hν-W0,可见,遏止电压Uc随ν的增大而增大,与入射光的光强无关,故E正确。
10.(2016·广东广州二模)(多选)如图所示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的光强度足够大,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后,使铁芯磁化,将衔铁吸住,A正确。根据光电效应产生的条件可知,只有照射K的光频率大于金属的极限频率时,才能产生光电效应,产生光电效应时,衔铁才被电磁铁吸引,B错误、D正确。根据光电效应方程知,能否发生光电效应与入射光的强度无关,由金属的逸出功和入射光的频率决定,故C错误。
11.(2015·全国卷Ⅱ)(多选)实物粒子和光都具有波粒二象性。下列事实中突出体现波动性的是( )
A.电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样
B.β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹
C.人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构
D.人们利用电子显微镜观测物质的微观结构
E.光电效应实验中,光电子的最大初动能与入射光的频率有关,与入射光的强度无关
答案 ACD
解析 衍射和干涉是波特有的现象,A、C正确;光电效应体现了光的粒子性,E错误;射线在云室中穿过,留下的径迹是粒子的轨迹,B错误;电子显微镜利用了电子的波动性来观测物质的微观结构,D正确。
12.(2017·河北定州质检)(多选)三种不同的入射光A、B、C分别射在三种不同的金属a、b、c表面,均恰能使金属中逸出光电子,若三种入射光的波长λA>λB>λC,则( )
A.用入射光A照射金属b和c,金属b和c均可发生光电效应现象
B.用入射光A和B照射金属c,均可使金属c发生光电效应现象
C.用入射光C照射金属a和b,金属a、b均可发生光电效应现象
D.用入射光B和C照射金属a,均可使金属a发生光电效应现象
答案 CD
解析 恰能使金属逸出光电子,说明入射光的频率恰好等于金属的截止频率,由题意知入射光的频率νA<νB<νC,A的频率最小,用入射光A照射金属b和c,金属b和c
均不能发生光电效应,A错误;A、B光的频率都小于C的频率,用入射光A和B照射金属c,金属c不能发生光电效应,B错误;C的频率比A、B的频率都大,所以用入射光C照射金属a和b,金属a、b均可发生光电效应,C正确;A的频率小于B、C的频率,所以用入射光B、C照射金属a,均可使金属a发生光电效应,D正确。
13.(2015·全国卷Ⅰ)
在某次光电效应实验中,得到的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系如图所示。若该直线的斜率和截距分别为k和b,电子电荷量的绝对值为e,则普朗克常量可表示为_______,所用材料的逸出功可表示为________。
答案 ek -eb
解析 由光电效应方程,光电子的最大初动能mv2=hν-W0。根据动能定理,eUc=mv2,联立解得:Uc=ν-。对照题图可知:图象斜率k=,解得普朗克常量h=ek。图象在纵轴上的截距b=-,解得所用材料的逸出功W0=-eb。
14.(2017·辽宁庄河期中)如图甲所示是研究光电效应规律的光电管。用波长λ=0.50 μm的绿光照射阴极K,实验测得流过表的电流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。
答案 (1)4.0×1012 个 9.6×10-20 J (2)0.66 μm
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子的个数:
n==(个)=4.0×1012(个)。
光电子的最大初动能为:
Ekm=eUc=1.6×10-19×0.6 J=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=hν-W0=h-h,代入数据得λ0≈0.66 μm。