課時(shí)跟蹤檢測（三十六） 光電效應(yīng) 波粒二象性

PAGE第1頁共7頁課時(shí)跟蹤檢測（三十六）光電效應(yīng)波粒二象性一、立足主干知識，注重基礎(chǔ)性和綜合性1．(2021·南昌模擬)普朗克在研究黑體輻射的基礎(chǔ)上，提出了量子理論。下列關(guān)于黑體輻射強(qiáng)度與波長關(guān)系的圖中，符合黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律的是()解析：選D由于黑體輻射強(qiáng)度峰值隨溫度的升高向短波段移動(dòng)，所以符合黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律的是圖D。2．(2021·浙江1月選考)2020年12月我國科學(xué)家在量子計(jì)算領(lǐng)域取得了重大成果，構(gòu)建了一臺76個(gè)光子100個(gè)模式的量子計(jì)算機(jī)“九章”，它處理“高斯玻色取樣”的速度比目前最快的超級計(jì)算機(jī)“富岳”快一百萬億倍。關(guān)于量子，下列說法正確的是()A．是計(jì)算機(jī)運(yùn)算的一種程序B．表示運(yùn)算速度的一個(gè)單位C．表示微觀世界的不連續(xù)性觀念D．類似于質(zhì)子、中子的微觀粒子解析：選C量子是微觀世界中的不連續(xù)的觀念，并不是類似質(zhì)子、中子等微觀粒子，也不是運(yùn)算程序或運(yùn)算速度，選項(xiàng)A、B、D錯(cuò)誤，選項(xiàng)C正確。3．(2020·浙江7月選考)下列說法正確的是()A．質(zhì)子的德布羅意波長與其動(dòng)能成正比B．天然放射的三種射線，穿透能力最強(qiáng)的是α射線C．光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中的截止頻率與入射光的頻率有關(guān)D．電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣說明電子具有波動(dòng)性解析：選D由德布羅意波長λ＝eq\f(h,p)可知，質(zhì)子的波長與動(dòng)量成反比，而動(dòng)量與動(dòng)能關(guān)系為p＝eq\r(2mEk)，所以A項(xiàng)錯(cuò)誤；天然放射的三種射線，穿透能力最強(qiáng)的是γ射線，B項(xiàng)錯(cuò)誤；光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中的截止頻率是指使金屬恰好發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)入射光的頻率，即hν＝W，只與金屬的逸出功W有關(guān)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；衍射是波的特性，所以電子束穿過鋁箔的衍射圖樣說明電子具有波動(dòng)性，D項(xiàng)正確。4．已知鈣和鉀的截止頻率分別為7.73×1014Hz和5.44×1014Hz，在某種單色光的照射下兩種金屬均發(fā)生光電效應(yīng)，比較它們表面逸出的具有最大初動(dòng)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(dòng)量解析：選A由愛因斯坦光電效應(yīng)方程eq\f(1,2)mvm2＝hν－W0，又由W0＝hν0，可得光電子的最大初動(dòng)能eq\f(1,2)mvm2＝hν－h(huán)ν0，由于鈣的截止頻率大于鉀的截止頻率，所以鈣逸出的光電子的最大初動(dòng)能較小，因此它具有較小的能量、頻率和動(dòng)量，B、C、D錯(cuò)誤；又由c＝λf可知光電子頻率較小時(shí)，波長較大，A正確。5．(2019·北京高考)光電管是一種利用光照射產(chǎn)生電流的裝置，當(dāng)入射光照在管中金屬板上時(shí)，可能形成光電流。表中給出了6次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。組次入射光子的能量/eV相對光強(qiáng)光電流大小/mA逸出光電子的最大動(dòng)能/eV第一組14.0弱290.924.0中430.934.0強(qiáng)600.9第二組46.0弱272.956.0中402.966.0強(qiáng)552.9由表中數(shù)據(jù)得出的論斷中不正確的是()A．兩組實(shí)驗(yàn)采用了不同頻率的入射光B．兩組實(shí)驗(yàn)所用的金屬板材質(zhì)不同C．若入射光子的能量為5.0eV，逸出光電子的最大動(dòng)能為1.9eVD．若入射光子的能量為5.0eV，相對光強(qiáng)越強(qiáng)，光電流越大解析：選B由光子的能量E＝hν，可知若入射光子的能量不同，則入射光子的頻率不同，A正確。由愛因斯坦光電效應(yīng)方程hν＝W＋Ek，可求出兩組實(shí)驗(yàn)的逸出功W均為3.1eV，故兩組實(shí)驗(yàn)所用的金屬板材質(zhì)相同，B錯(cuò)誤。由hν＝W＋Ek，W＝3.1eV，當(dāng)hν＝5.0eV時(shí)，Ek＝1.9eV，C正確。相對光強(qiáng)越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)射出的光子數(shù)越多，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)越多，形成的光電流越大，D正確。6．如圖甲，合上開關(guān)，用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極K，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零。調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.60V時(shí)，電流表讀數(shù)仍不為零，當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V時(shí)，電流表讀數(shù)為零。把電路改為圖乙，當(dāng)電壓表讀數(shù)為2V時(shí)，逸出功及電子到達(dá)陽極時(shí)的最大動(dòng)能為()A．1.5eV0.6eV B．1.7eV1.9eVC．1.9eV2.6eV D．3.1eV4.5eV解析：選C由題圖甲，用光子能量hν＝2.5eV的光照射陰極，電流表讀數(shù)不為零，則說明能發(fā)生光電效應(yīng)，當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V時(shí)，電流表讀數(shù)為零，則說明電子不能到達(dá)陽極，則電子剛逸出時(shí)的最大初動(dòng)能Ek＝eU＝0.6eV，由光電效應(yīng)方程hν＝Ek＋W0知，W0＝1.9eV，對題圖乙，當(dāng)電壓表讀數(shù)為2V時(shí)，電子到達(dá)陽極的最大動(dòng)能Ek′＝Ek＋eU′＝0.6eV＋2eV＝2.6eV，故C正確。7.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(dòng)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(cè)極板上的小孔入射到兩極板間的勻強(qiáng)電場后，到達(dá)右側(cè)極板時(shí)速度剛好為零。已知電容器的電容為C，帶電量為Q，極板間距為d，普朗克常量為h，電子電量的絕對值為e，不計(jì)電子的重力。關(guān)于電容器右側(cè)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(fù)電，ν0＋eq\f(Qe,Ch) D．帶負(fù)電，ν0＋eq\f(Qe,Chd)解析：選C以最大初動(dòng)能入射至電容器的電子經(jīng)板間電場到達(dá)右側(cè)極板速度剛好為0，說明電場力做負(fù)功，電場強(qiáng)度方向向右，右側(cè)極板所帶電荷為負(fù)電荷，且－eU＝0－Ek0，其中由電容器電壓與電荷量的關(guān)系知U＝eq\f(Q,C)。由最大初動(dòng)能與單色光入射頻率的關(guān)系知Ek0＝hν－h(huán)ν0，代入化簡可得ν＝ν0＋eq\f(Qe,Ch)。8.(2021·菏澤聯(lián)考)如圖所示，當(dāng)一束一定強(qiáng)度某一頻率的黃光照射到光電管陰極K上時(shí)，此時(shí)滑片P處于A、B中點(diǎn)，電流表中有電流通過，則()A．若將滑動(dòng)觸頭P向B端移動(dòng)，電流表讀數(shù)有可能不變B．若將滑動(dòng)觸頭P向A端移動(dòng)，電流表讀數(shù)一定增大C．若用紅外線照射陰極K，電流表中一定沒有電流通過D．若用一束強(qiáng)度相同的紫外線照射陰極K，電流表讀數(shù)不變解析：選A所加的電壓，使光電子加速到達(dá)陽極，則靈敏電流表中有電流流過，且可能處于飽和電流，當(dāng)滑片向B端移動(dòng)時(shí)，電流表讀數(shù)有可能不變；當(dāng)滑片向A端移動(dòng)時(shí)，所加電壓減小，則光電流可能減小，也可能不變，故A正確，B錯(cuò)誤。若用紅外線照射陰極K，因紅外線頻率小于黃光的頻率，但是不一定不能發(fā)生光電效應(yīng)，電流表不一定沒有電流，故C錯(cuò)誤。若用一束強(qiáng)度相同的紫外線照射陰極K，因紫外線的頻率大于黃光的頻率，則光子數(shù)目減少，電流表讀數(shù)減小，故D錯(cuò)誤。二、強(qiáng)化遷移能力，突出創(chuàng)新性和應(yīng)用性9．在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)用同一光電管在不同實(shí)驗(yàn)條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線(甲光、乙光、丙光)，如圖所示。則可判斷出()A．甲光的頻率大于乙光的頻率B．乙光的波長大于丙光的波長C．乙光對應(yīng)的截止頻率大于丙光的截止頻率D．甲光對應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能大于丙光的光電子最大初動(dòng)能解析：選B由圖像知甲光、乙光對應(yīng)的遏止電壓相等，且小于丙光對應(yīng)的遏止電壓，所以甲光和乙光對應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能相等且小于丙光的光電子最大初動(dòng)能，故D項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0知，甲光和乙光的頻率相等，且小于丙光的頻率，故A錯(cuò)誤、B正確；截止頻率是由金屬?zèng)Q定的，與入射光無關(guān)，故C錯(cuò)誤。10．以往我們認(rèn)識的光電效應(yīng)是單光子光電效應(yīng)，即一個(gè)電子在極短時(shí)間內(nèi)只能吸收到一個(gè)光子而從金屬表面逸出。強(qiáng)激光的出現(xiàn)豐富了人們對于光電效應(yīng)的認(rèn)識，用強(qiáng)激光照射金屬，由于其光子密度極大，一個(gè)電子在極短時(shí)間內(nèi)吸收多個(gè)光子成為可能，從而形成多光子光電效應(yīng)，這已被實(shí)驗(yàn)證實(shí)。光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖所示。用頻率為ν的普通光源照射陰極K，沒有發(fā)生光電效應(yīng)，換用同樣頻率ν的強(qiáng)激光照射陰極K，則發(fā)生了光電效應(yīng)；此時(shí)，若加上反向電壓U，即將陰極K接電源正極，陽極A接電源負(fù)極，在KA之間就形成了使光電子減速的電場；逐漸增大U，光電流會(huì)逐漸減?。划?dāng)光電流恰好減小到零時(shí)，所加反向電壓U的大小可能為(其中W為逸出功，h為普朗克常量，e為電子電量)()A.eq\f(hν,e)－eq\f(W,e) B.eq\f(2hν,e)－eq\f(W,e)C．2hν－W D.eq\f(5hν,2e)－eq\f(W,e)解析：選B同頻率的光照射K極，普通光不能使其發(fā)生光電效應(yīng)，而強(qiáng)激光能使其發(fā)生光電效應(yīng)，說明一個(gè)電子吸收了多個(gè)光子。設(shè)吸收的光子個(gè)數(shù)為n。光電子逸出的最大初動(dòng)能為Ek，由光電效應(yīng)方程知：Ek＝nhν－W(n≥2)①；光電子逸出后克服減速電場做功，由動(dòng)能定理知Ek＝eU②，聯(lián)立上述兩式得U＝eq\f(nhν,e)－eq\f(W,e)，當(dāng)n＝2時(shí)，即為B選項(xiàng)，其他選項(xiàng)均不可能。11.某光源發(fā)出的光由不同波長的光組成，不同波長的光的強(qiáng)度如圖所示，表中給出了一些材料的極限波長，用該光源發(fā)出的光照射表中材料()材料鈉銅鉑極限波長/nm541268196A.僅鈉能產(chǎn)生光電子 B．僅鈉、銅能產(chǎn)生光電子C．僅銅、鉑能產(chǎn)生光電子 D．都能產(chǎn)生光電子解析：選D根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知，只要光源的波長小于某金屬的極限波長，就有光電子逸出，該光源發(fā)出的光的最小波長小于100nm，小于鈉、銅、鉑三個(gè)的極限波長，都能產(chǎn)生光電子，故D正確，A、B、C錯(cuò)誤。12.如圖所示為光電管的工作電路圖，分別用波長為λ0、λ1、λ2的單色光做實(shí)驗(yàn)，已知λ2<λ0<λ1。當(dāng)開關(guān)閉合后，用波長為λ0的單色光照射光電管的陰極K時(shí)，電流表有示數(shù)。下列說法正確的是()A．光電管陰極材料的逸出功與入射光有關(guān)B．若用波長為λ1的單色光進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，則電流表的示數(shù)一定為零C．若僅增大電源的電動(dòng)勢，則電流表的示數(shù)一定增大D．若僅將電源的正負(fù)極對調(diào)，則電流表的示數(shù)可能為零解析：選D光電管陰極材料的逸出功只與材料有關(guān)，而與入射光的頻率、入射光的強(qiáng)度無關(guān)，A錯(cuò)誤。用波長為λ0的光照射陰極K時(shí)，電路中有光電流，可知波長為λ0的光照射陰極K時(shí)，發(fā)生了光電效應(yīng)；若用波長為λ1(λ1＞λ0)的光照射陰極K，雖然入射光的頻率變小，但仍可能大于陰極的極限頻率，仍可能發(fā)生光電效應(yīng)，因此電流表的示數(shù)可能不為零，B錯(cuò)誤。僅增大電路中電源的電動(dòng)勢，光電管兩端電壓增大，當(dāng)達(dá)到飽和電流后，電流表的示數(shù)不再增大，C錯(cuò)誤。將電路中電源的正負(fù)極對調(diào)，光電子做減速運(yùn)動(dòng)，若電子到達(dá)不了陽極，則此時(shí)電流表的示數(shù)為零，D正確。13.用頻率為ν的單色光照射陰極K時(shí)，能發(fā)生光電效應(yīng)，改變光電管兩端的電壓，測得電流隨電壓變化的圖像如圖所示，U0為遏止電壓。已知電子的帶電荷量為e，普朗克常量為h，則陰極K的極限頻率為()A．ν＋eq\f(eU0,h) B．ν－eq\f(eU0,h)C.eq\f(eU0,h) D．ν解析：選B根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，得eU0＝hν－h(huán)ν0，整理得ν0＝ν－eq\f(eU0,h)，B正確。14．(2021·懷化模擬)研究光電效應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)裝置如圖(a)所示，對調(diào)電源的正負(fù)極，用光強(qiáng)相同的黃光和藍(lán)光照射光電管陰極K時(shí)，測得相應(yīng)的遏止電壓分別為U1和U2，產(chǎn)生的光電流I隨光電管兩端電壓U的變化規(guī)律如圖(b)所示，已知電子的質(zhì)量為m，電荷量為e，黃光和藍(lán)光的頻率分別為ν1和ν2，且ν1<ν2。則下列判斷正確的是()A．U1>U2B．圖(b)中的乙線是對應(yīng)黃光照射C．用藍(lán)光照射時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能為eU2D．根據(jù)題述條件無法算出陰極K金屬的截止頻率解析：選C遏止電壓Uc與入射光的頻率ν，逸出功間的關(guān)系為Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)，因ν1<ν2，所以U1<U2，A、B均錯(cuò)誤；用藍(lán)光照射時(shí)，由Ek＝hν－W0和能的轉(zhuǎn)化與守恒，可知eU2＝Ek，C正確；由U1＝eq\f(h,e)ν1－eq\f(W0,e)和U2＝eq\f(h,e)ν2－eq\f(W0,e)，能求出陰極K金屬的逸出功W0，再由W0＝hνc可求出K金屬的截止頻率νc，D錯(cuò)誤。15．如圖所示，是工業(yè)生產(chǎn)中大部分光電控制設(shè)備(如夜亮?xí)兿ǖ穆窡?用到的光控繼電器的示意圖，它由電源、光電管、放大器、電磁繼電器等幾部分組成。當(dāng)