2023版高三一輪總復習物理（新教材新高考）課時分層作業(yè)36光電效應波粒二象性

課時分層作業(yè)(三十六)1．(2021·河北卷)普朗克常量h＝6.626×10－34J·s，光速為c，電子質量為me，則eq\f(h,mec)在國際單位制下的單位是()A．J/sB．mC．J·mD．m/sB[解法一：由題意可知mec本質是一個動量，所以eq\f(h,mec)＝eq\f(h,p)，而由波粒二象性有λ＝eq\f(h,p)，由此可知eq\f(h,mec)在國際單位制下的單位是m，故A、C、D錯誤，B正確。解法二：eq\f(h,mec)的單位是eq\f(J·s,kg·m·s－1)＝eq\f(N·m·s,kg·m·s－1)＝eq\f(kg·m·s－2·m·s,kg·m·s－1)＝m，故A、C、D錯誤，B正確。]2．電子顯微鏡的最高分辨率高達0.2nm(波長越短，分辨率越高)，如果有人制造出質子顯微鏡，在加速到相同的速度情況下，質子顯微鏡的最高分辨率將()A．小于0.2nmB．大于0.2nmC．等于0.2nmD．以上說法均不正確A[質子的質量大于電子的質量，對于相同速度的質子和電子，質子比電子動量大，根據德布羅意波長公式λ＝eq\f(h,p)可知，質子的德布羅意波長小，分辨率高，其最高分辨率將小于0.2nm，故A正確，B、C、D錯誤。]3．已知鈣和銣的截止頻率分別為7.73×1014Hz和5.16×1014Hz，在某種單色光的照射下兩種金屬均發(fā)生光電效應，比較它們表面逸出的具有最大初動能的光電子，鈣逸出的光電子具有較大的()A．波長B．頻率C．能量D．動量A[根據愛因斯坦光電效應方程Ek＝hν－W0＝hν－h(huán)νc可知，鈣的νc大，所以從鈣表面逸出的光電子的最大初動能Ekm較小，由p＝eq\r(2mEkm)知，鈣逸出的光電子的動量較小，根據λ＝eq\f(h,p)可知波長較大，頻率較小，B、C、D錯誤，A正確。]4．在研究光電效應規(guī)律的實驗中，用頻率為ν的單色光照射光電管，測得遏止電壓為U，則下列說法中正確的是()A．若僅增大該單色光的強度，則遏止電壓一定大于UB．若改用頻率為2ν的單色光照射，則遏止電壓一定大于2UC．若改用頻率為2ν的單色光照射，則飽和光電流一定變?yōu)樵瓉淼?倍D．若改用頻率為0.5ν的單色光照射，則一定不可能產生光電子B[根據光電效應的規(guī)律得出：eU＝hν－W0，故若僅增大該單色光的強度，則遏止電壓不變，仍為U，故A錯誤；根據光電效應的規(guī)律得出：eU＝hν－W0，若改用頻率為2ν的單色光照射，則遏止電壓一定大于2U，故B正確；光電效應中，一個光子激發(fā)出一個光電子，當照射光的強度變?yōu)樵瓉淼?倍，單位時間內射向陰極的光子數變?yōu)樵瓉淼?倍，激發(fā)出的光電子數變?yōu)樵瓉淼?倍，電路中的光電流變?yōu)樵瓉淼?倍，若改用頻率為2ν的單色光照射，飽和光電流不一定變?yōu)樵瓉淼?倍，故C錯誤；改用頻率為0.5ν的單色光照射時，若0.5ν大于金屬的極限頻率，則能發(fā)生光電效應，產生光電子，故D錯誤。故選B。]5．(多選)某興趣小組用如圖甲所示的電路探究光電效應的規(guī)律。根據實驗數據，小剛同學作出了光電子的最大初動能與入射光頻率的關系圖線如圖乙所示，小娜同學作出了遏止電壓與入射光頻率的關系圖線如圖丙所示。已知光電子的電荷量為e，則下列說法正確的是()甲乙丙A．如果圖乙、圖丙中研究的是同一金屬的光電效應規(guī)律，則a＝eq\f(c,e)B．如果研究不同金屬光電效應的規(guī)律，在圖乙中將得到經過(b,0)點的一系列直線C．如果研究不同金屬光電效應的規(guī)律，在圖丙中將得到一系列平行的傾斜直線D．普朗克常量h＝eq\f(a,b)＝eq\f(ce,d)CD[根據愛因斯坦的光電效應方程Ek＝hν－W0，在題圖乙中有a＝W0，b＝νc，斜率為普朗克常量h＝eq\f(a,b)，對于遏止電壓有Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)，在題圖丙中有d＝νc，c＝eq\f(W0,e)，斜率k＝eq\f(c,d)＝eq\f(h,e)。結合兩個圖線可得：h＝eq\f(a,b)＝eq\f(ce,d)，故D正確；如果題圖乙、丙中研究的是同一金屬的光電效應規(guī)律，則逸出功相同，W0＝a＝ce，故A錯誤；普朗克常量為定值，如果研究不同金屬光電效應的規(guī)律，在題圖乙、丙中得到的將是一系列平行的傾斜直線，故B錯誤，C正確。]6．(2021·合肥模擬)用光子能量為5.0eV的一束光照射陰極P，如圖所示，當開關K斷開時，發(fā)現電流表讀數不為零。合上開關，調節(jié)滑動變阻器，發(fā)現當電壓表讀數小于1.60V時，電流表讀數仍不為零；當電壓表讀數大于或等于1.60V時，電流表讀數為零，由此可知陰極材料的逸出功為()A．1.6eVB．2.2eVC．3.0eVD．3.4eVD[設用光子能量為5.0eV的光照射時光電子的最大初動能為Ekm，當反向電壓達到U＝1.60V以后，電流表讀數為零，因此Ekm＝eU＝1.60eV。根據光電效應方程有Ekm＝hν－W0，陰極材料的逸出功為W0＝hν－Ekm＝3.40eV，D正確。]7．光電效應實驗中，用波長為λ0的單色光A照射某金屬板時，剛好有光電子從金屬表面逸出。當波長為eq\f(λ0,2)的單色光B照射該金屬板時，光電子的最大初動能為________，A、B兩種光子的動量之比為________。(已知普朗克常量為h、光速為c)[解析]逸出功W0＝hνc＝eq\f(hc,λ0)根據愛因斯坦光電效應方程Ekm＝hν－W0＝eq\f(2hc,λ0)－eq\f(hc,λ0)＝eq\f(hc,λ0)再由p＝eq\f(h,λ)，可得eq\f(pA,pB)＝eq\f(\f(h,λA),\f(h,λB))＝1∶2。[答案]eq\f(hc,λ0)1∶28．如圖所示，陰極K用極限波長λ0＝0.66μm的金屬銫制成，用波長λ＝0.50μm的綠光照射陰極K并調整兩個極板間的電壓，當A板電壓比陰極高出2.5V時，光電流達到飽和，電流表示數為0.80μA，求：(1)每秒鐘陰極發(fā)射的光電子數為多少？(2)光電子飛出陰極時的最大初動能為多大？(3)如果把照射陰極的綠光的光強增大為原來的2倍，每秒鐘陰極發(fā)射的光電子數是多少？光電子的最大初動能是多少？[解析](1)光電流達到飽和時，陰極發(fā)射的光電子全部到達陽極A，陰極每秒鐘發(fā)射的光電子的個數n＝eq\f(Imt,e)＝5.0×1012。(2)根據愛因斯坦光電效應方程，光電子的最大初動能為eq\f(1,2)mveq\o\al(2,m)＝hν－W0＝heq\f(c,λ)－h(huán)eq\f(c,λ0)＝hceq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,λ)－\f(1,λ0)))＝6.63×10－34×3×108eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,0.5×10－6)－\f(1,0.66×10－6)))J＝9.6×10－20J。(3)如果照射光的頻率不變，光強加倍，根據光電效應實驗規(guī)律，陰極每秒發(fā)射的光電子數n′＝2n＝2×5.0×1012＝1.0×1013，光電子的最大初動能仍然是9.6×10－20J。[答案](1)5.0×1012(2)9.6×10－20J(3)1.0×10139.6×10－20J9．從1907年起，美國物理學家密立根開始以精湛的技術測量光電效應中幾個重要的物理量。他通過如圖甲所示的實驗裝置測量某金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν，作出Uc-ν的圖像如圖乙所示，由此算出普朗克常量h，并與普朗克根據黑體輻射測出的h相比較，以檢驗愛因斯坦光電效應方程的正確性。已知電子的電荷量e，則下列普朗克常量h的表達式正確的是()甲乙A．h＝eq\f(eUc2－Uc1,ν2－ν1) B．h＝eq\f(Uc2－Uc1,eν2－ν1)C．h＝eq\f(ν2－ν1,eUc2－Uc1) D．h＝eq\f(eν2－ν1,Uc2－Uc1)A[根據愛因斯坦光效應方程Ek＝hν－W0及動能定理eUc＝Ek，得Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)，所以圖像的斜率k＝eq\f(Uc2－Uc1,ν2－ν1)＝eq\f(h,e)，得h＝eq\f(eUc2－Uc1,ν2－ν1)，故選項A正確。]10.(2021·德州模擬)如圖所示，有一束單色光入射到極限頻率為ν0的金屬板K上，具有最大初動能的某出射電子，沿垂直于平行板電容器極板的方向，從左側極板上的小孔入射到兩極板間的勻強電場后，到達右側極板時速度剛好為零。已知電容器的電容為C，帶電荷量為Q，極板間距為d，普朗克常量為h，電子電荷量的絕對值為e，不計電子的重力。關于電容器右側極板的帶電情況和入射光的頻率ν，以下判斷正確的是()A．帶正電，ν0＋eq\f(Qe,Ch) B．帶正電，ν0＋eq\f(Qe,Chd)C．帶負電，ν0＋eq\f(Qe,Ch) D．帶負電，ν0＋eq\f(Qe,Chd)C[因為光電子帶負電，而到達右板時速度為零，說明右板帶負電，選項A、B錯誤；根據愛因斯坦光電效應方程和動能定理有hν0＝W0，Ek＝hν－W0，Ek＝eq\f(Q,C)e，聯立解得C正確。]11．一個德布羅意波波長為λ1的中子和另一個德布羅意波波長為λ2的氘核同向正碰后結合成一個氚核，該氚核的德布羅意波波長為()A．eq\f(λ1λ2,λ1＋λ2)B．eq\f(λ1λ2,λ1－λ2)C．eq\f(λ1＋λ2,2)D．eq\f(λ1－λ2,2)A[中子的動量p1＝eq\f(h,λ1)，氘核的動量p2＝eq\f(h,λ2)，同向正碰后形成的氚核的動量p3＝p2＋p1，所以氚核的德布羅意波波長λ3＝eq\f(h,p3)＝eq\f(λ1λ2,λ1＋λ2)，A項正確。]12．1905年，愛因斯坦把普朗克的量子化概念進一步推廣，成功地解釋了光電效應現象，提出了光子說。在給出與光電效應有關的四個圖像中，下列說法正確的是()光電效應實驗電流與電壓的關系圖1圖2eq\a\al(金屬的遏止電壓U,與入射光頻率的關系)eq\a\aL(光電子最大初動能Ek,與入射光頻率ν的關系)圖3圖4A．圖1中，當紫外線照射鋅板時，發(fā)現驗電器指針發(fā)生了偏轉，說明鋅板帶正電，驗電器帶負電B．圖2中，從光電流與電壓的關系圖像中可以看出，電壓相同時，光照越強，光電流越大，說明遏止電壓和光的強度有關C．圖3中，若僅知道電子電荷量e和截止頻率νc，可求得普朗克常量hD．圖4中，由光電子最大初動能Ek與入射光頻率ν的關系圖像可知該金屬的逸出功為E或hνcD[當紫外線照射鋅板時，發(fā)現驗電器指針發(fā)生了偏轉，說明發(fā)生光電效應，鋅板帶正電，所以驗電器也帶正電，A項錯誤；題圖2中，從光電流與電壓的關系圖像中可以看出，電壓相同時，光照越強，光電流越大，說明飽和光電流與光的強度有關，不能說明遏止電壓和光的強度有關，B項錯誤；根據Ek＝hν－W0＝eUc，解得Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)，當Uc＝0時頻率為截止頻率νc，則有eq\f(h,e)νc－eq\f(W0,e)＝0，解得h＝eq\f(W0,νc)，由于不知道逸出功，故僅知道電子電荷量e和截止頻率νc，無法求出普朗克常量h，C項錯誤；根據光電效應方程Ek＝hν－W，當ν＝0時Ek＝－W0，由圖像知縱軸截距－E，所以W0＝E，即該金屬的逸出功為E，圖線與ν軸交點的橫坐標是νc，則該金屬的逸出功為hνc，D項正確。]13．小宇同學參加學校科技嘉年華，設計了一個光電煙霧探測器，如圖所示，S為光源，發(fā)出一束光，當有煙霧進入探測器時，來自S的光會被煙霧散射進入光電管C，當光射到光電管中的鈉表面(鈉的極限頻率為6.00×1014Hz)時，會產生光電子，當光電流大于10－8A時，便會觸發(fā)報警系統(tǒng)報警。已知元電荷e＝1.6×10－19CA．要使該探測器正常工作，光源S發(fā)出的光波波長不能大于0.5μmB．若光源S發(fā)出的光波能使光電管發(fā)生光電效應，則光源越強，光電煙霧探測器探測到的光電子數越多C．光束遇到煙霧發(fā)生散射是一種折射現象D．若5%射向光電管C的光子會產生光電子，當報警器報警時，每秒射向鈉表面的光子數最少是1.25×1012個C[根據W0＝hν0＝heq\f(c,λ)，光源S發(fā)出的光波最大波長λmax＝eq\f(c,ν0)＝eq\f(3×108,6.00×1014)m＝5×10－7m＝0.5μm，即要使該探測器正常工作，光源S發(fā)出的光波波長不能大于0.5μm，A項正確；光源S發(fā)出的光波能使光電管發(fā)生光電效應，那么光源越強，被煙霧散射進入光電管C的光越多，越容易探測到煙霧，即光電煙霧探測器探測到光電子數越多，B項正確；光束遇到煙霧發(fā)生散射是一種反射現象，C項錯誤；光電流等于10－8A時，每秒產生的光電子的個數n＝eq\f(It,e)＝eq\f(10－8×1,1.6×10－19)＝6.2