2025人教版物理重難點-選擇性必修三專題4.3 光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)、光的波粒二象性（含答案）

2025人教版物理重難點-選擇性必修三專題4.3光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)、光的波粒二象性（含答案）專題4.3光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)、波粒二象性【人教版】TOC\o"1-3"\t"正文,1"\h【題型1光電效應(yīng)的實驗裝置】 【題型2光電效應(yīng)方程的應(yīng)用】 【題型3聯(lián)系實際】 【題型4對比問題】 【題型5綜合問題】 【題型6康普頓效應(yīng)】 【題型7光的波粒二象性】 【題型1光電效應(yīng)的實驗裝置】【例1】如圖所示，分別用頻率為ν、2ν的光照射某光電管，對應(yīng)的遏止電壓之比為1∶3，普朗克常量用h表示，則()A.用頻率為eq\f(1,3)ν的光照射該光電管時有光電子逸出B.該光電管的逸出功為eq\f(1,2)hνC.用2ν的光照射時逸出光電子的初動能一定大D.加正向電壓時，用2ν的光照射時飽和光電流一定大【變式1-1】如圖所示，當一束一定強度某一頻率的黃光照射到光電管陰極K上時，此時滑片P處于A、B中點，電流表中有電流通過，則()A．若將滑動觸頭P向B端移動時，電流表讀數(shù)有可能不變B．若將滑動觸頭P向A端移動時，電流表讀數(shù)一定增大C．若用紅外線照射陰極K時，電流表中一定沒有電流通過D．若用一束強度相同的紫外線照射陰極K時，電流表讀數(shù)不變【變式1-2】(多選)利用光電管研究光電效應(yīng)的實驗電路圖如圖所示，用頻率為ν的可見光照射陰極K，電流表中有電流通過，則()A．改用紫外線照射陰極K，電流表中沒有電流通過B．只增加該可見光的強度，電流表中通過的電流將變大C．若將滑動變阻器的滑片滑到A端，電流表中一定無電流通過D．若將滑動變阻器的滑片向B端滑動，電流表示數(shù)可能不變【變式1-3】利用如圖所示的裝置觀察光電效應(yīng)現(xiàn)象，將光束照射在金屬板上，發(fā)現(xiàn)驗電器指針沒有張開。欲使驗電器指針張開，可()A．改用逸出功更大的金屬板材料B．改用頻率更大的入射光束C．增加該光束的照射時間D．增大該光束的強度題型2光電效應(yīng)方程的應(yīng)用】【例2】用波長為300nm的光照射鋅板，電子逸出鋅板表面的最大初動能為1.28×10－19J。已知普朗克常量為6.63×10－34J·s，真空中的光速為3.00×108m·s－1。能使鋅產(chǎn)生光電效應(yīng)的單色光的最低頻率約為()A．1×1014Hz B．8×1014HzC．2×1015Hz D．8×1015Hz【變式2-1】某金屬在一束單色光的照射下發(fā)生光電效應(yīng)，光電子的最大初動能為Ek，已知該金屬的逸出功為W0，普朗克常量為h。根據(jù)愛因斯坦的光電效應(yīng)理論，該單色光的頻率ν為()A.eq\f(Ek,h) B．eq\f(W0,h)C.eq\f(Ek－W0,h) D．eq\f(Ek＋W0,h)【變式2-2】單色光B的頻率為單色光A的兩倍，用單色光A照射到某金屬表面時，從金屬表面逸出的光電子最大初動能為E1。用單色光B照射該金屬表面時，逸出的光電子最大初動能為E2，則該金屬的逸出功為()A.E2－E1 B.E2－2E1C.2E1－E2 D.eq\f(E1＋E2,2)【變式2-3】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(cè)極板上的小孔入射到兩極板間的勻強電場后，到達右側(cè)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(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.帶負電，ν0＋eq\f(Qe,Ch) D.帶負電，ν0＋eq\f(Qe,Chd)【題型3聯(lián)系實際】【例3】2017年年初，我國研制的“大連光源”——極紫外自由電子激光裝置，發(fā)出了波長在100nm(1nm＝10－9m)附近連續(xù)可調(diào)的世界上最強的極紫外激光脈沖?！按筮B光源”因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技術(shù)、霧霾治理等領(lǐng)域的研究中發(fā)揮重要作用。一個處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個分子，但又不會把分子打碎。據(jù)此判斷，能夠電離一個分子的能量約為(取普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，真空光速c＝3×108m/s)()A．10－21J B．10－18JC．10－15J D．10－12J【變式3-1】[多選]2009年諾貝爾物理學(xué)獎得主威拉德·博伊爾和喬治·史密斯主要成就是發(fā)明了電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器。他們的發(fā)明利用了愛因斯坦的光電效應(yīng)原理。如圖所示電路可研究光電效應(yīng)規(guī)律。圖中標有A和K的為光電管，其中K為陰極，A為陽極。理想電流計可檢測通過光電管的電流，理想電壓表用來指示光電管兩端的電壓。現(xiàn)接通電源，用光子能量為10.5eV的光照射陰極K，電流計中有示數(shù)，若將滑動變阻器的滑片P緩慢向右滑動，電流計的讀數(shù)逐漸減小，當滑至某一位置時電流計的讀數(shù)恰好為零，讀出此時電壓表的示數(shù)為6.0V；現(xiàn)保持滑片P位置不變，以下判斷正確的是()A．光電管陰極材料的逸出功為4.5eVB．若增大入射光的強度，電流計的讀數(shù)不為零C．若用光子能量為12eV的光照射陰極K，光電子的最大初動能一定變大D．若用光子能量為9.5eV的光照射陰極K，同時把滑片P向左移動少許，電流計的讀數(shù)一定不為零【變式3-2】像增強器是能夠把亮度很低的光學(xué)圖像變?yōu)樽銐蛄炼葓D像的真空光電管。像增強器的簡化原理如下：光照射光電管陰極時，由于光電效應(yīng)而產(chǎn)生光電子，光電子經(jīng)過相同電壓加速，最后到達熒光屏上，引起熒光材料發(fā)光（電子能量越大，材料發(fā)光越強），形成圖像。根據(jù)以上信息和所學(xué)知識判斷下列說法正確的是（）A．照射光的波長越小，熒光材料發(fā)出的光越亮B．熱成像夜視儀也利用了光電效應(yīng)的原理C．同一種光使陰極發(fā)生光電效應(yīng)后，光電子到達熒光屏?xí)r的動能相等D．射到光電管陰極的任何光都能使陰極金屬發(fā)生光電效應(yīng)【變式3-3】某學(xué)?？萍蓟顒有〗M設(shè)計了一個光電煙霧探測器（如圖甲），當有煙霧進入探測器時（如圖乙），來自光源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時會產(chǎn)生光電流，當光電流大于時，便會觸發(fā)報警系統(tǒng)報警。已知鈉的極限頻率為，普朗克常量，光速，電子電荷量，則下列說法正確的是（）A．要使該探測器正常工作，光源S發(fā)出的光波波長不能小于B．光電管發(fā)生光電效應(yīng)，同時光源的光變強時，不能改變光電煙霧探測器的靈敏度C．光電管C中能發(fā)生光電效應(yīng)是因為光發(fā)生了全反射現(xiàn)象D．報警器報警時，鈉表面每秒釋放出的光電子數(shù)最少為個【題型4對比問題】【例4】如圖所示為光電效應(yīng)實驗裝置圖。實驗中用a光照射光電管時，靈敏電流計有示數(shù)；而用b光照射光電管時，靈敏電流計沒有示數(shù)。則下列說法中正確的是()A.a光頻率大于b光頻率B.若增加b光的照射時間，靈敏電流計將會有示數(shù)C.若增大b光的光照強度，靈敏電流計將會有示數(shù)D.用b光照射時，適當增大電源的輸出電壓，靈敏電流計將會有示數(shù)【變式4-1】(多選)在光電效應(yīng)實驗中，分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照射到同種金屬上，測得相應(yīng)的遏止電壓分別為Ua和Ub，光電子的最大初動能分別為Eka和Ekb。h為普朗克常量。下列說法正確的是()A.若νa＞νb，則一定有Ua＜UbB.若νa＞νb，則一定有Eka＞EkbC.若Ua＜Ub，則一定有Eka＜EkbD.若νa＞νb，則一定有hνa－Eka＞hνb－Ekb【變式4-2】如圖甲為光電效應(yīng)實驗的電路圖，利用不同頻率的光進行光電效應(yīng)實驗，測得光電管兩極間所加電壓U與光電流I的關(guān)系如圖乙中a、b、c、d四條曲線所示。用νa、νb、νc、νd表示四種光的頻率，下列判斷正確的是()A.νb＞νc＞νd＞νa B.νd＞νb＞νc＞νaC.νd＞νc＞νb＞νa D.νa＞νc＞νb＞νd【變式4-3】如圖所示，用頻率為ν1和ν2的甲、乙兩種光分別照射同一光電管，對應(yīng)的遏止電壓分別為U1和U2。已知ν1<ν2，則()A．遏止電壓U1<U2B．用甲、乙兩種光分別照射時，金屬的截止頻率不同C．增加乙光的強度，遏止電壓U2變大D．滑動變阻器滑片P移至最左端，電流表示數(shù)為零【題型5綜合問題】【例5】（1）用波長為的光照射金屬表面所產(chǎn)生的光電子垂直進入磁感強度為B的勻強磁場中作勻速圓周運動時，其最大半徑為R，電子質(zhì)量為m，電量為e，普朗克恒量為，求：金屬的逸出功（2）一個光源以P=1.5W的功率向四周均勻地發(fā)射能量。在離光源距離R=3.5m處放置一鉀箔，鉀的逸出，假設(shè)入射光的能量是連續(xù)地和平穩(wěn)地傳給鉀箔，光子動量，光的平均波長為，h為普朗克常量。假設(shè)鉀箔完全吸收所有照射到它上面的能量。求：a．鉀箔在垂直入射光方向上單位面積上受到光的平均作用力（用題目中的物理符號表示）。b．按照經(jīng)典電磁理論，鉀箔只需吸收足夠的能量就可以逐出電子，若一個要被逐出的電子收集能量的圓形截面的半徑約為一個典型原子的半徑m，求電子將被逐出的時間。根據(jù)計算結(jié)果，你認為經(jīng)典電磁理論在解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象時是否合理，并說明理由。【變式5-1】如圖為研究光電效應(yīng)的裝置示意圖，該裝置可用于分析光子的信息。在xOy平面（紙面）內(nèi)，垂直紙面的金屬薄板M、N與y軸平行放置，板N中間有一小孔O。有一由x軸、y軸和以O(shè)為圓心、圓心角為90°的半徑不同的兩條圓弧所圍的區(qū)域Ⅰ，整個區(qū)域Ⅰ內(nèi)存在大小可調(diào)、方向垂直紙面向里的勻強電場和磁感應(yīng)強度大小恒為B1、磁感線與圓弧平行且逆時針方向的磁場。區(qū)域Ⅰ右側(cè)還有一左邊界與y軸平行且相距為l、下邊界與x軸重合的勻強磁場區(qū)域Ⅱ，其寬度為a，長度足夠長，其中的磁場方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強度大小可調(diào)。光電子從板M逸出后經(jīng)極板間電壓U加速（板間電場視為勻強電場），調(diào)節(jié)區(qū)域Ⅰ的電場強度和區(qū)域Ⅱ的磁感應(yīng)強度，使電子恰好打在坐標為（a+2l，0）的點上，被置于該處的探測器接收。已知電子質(zhì)量為m、電荷量為e，板M的逸出功為W0，普朗克常量為h。忽略電子的重力及電子間的作用力。當頻率為ν的光照射板M時有光電子逸出，（1）求逸出光電子的最大初動能Ekm，并求光電子從O點射入?yún)^(qū)域Ⅰ時的速度v0的大小范圍；（2）若區(qū)域Ⅰ的電場強度大小，區(qū)域Ⅱ的磁感應(yīng)強度大小，求被探測到的電子剛從板M逸出時速度vM的大小及與x軸的夾角；（3）為了使從O點以各種大小和方向的速度射向區(qū)域Ⅰ的電子都能被探測到，需要調(diào)節(jié)區(qū)域Ⅰ的電場強度E和區(qū)域Ⅱ的磁感應(yīng)強度B2，求E的最大值和B2的最大值?！咀兪?-2】A、B兩種光子的能量之比為2∶1，它們都能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，且所產(chǎn)生的光電子最大初動能分別為EA、EB，則下列說法正確的是（）A．A、B兩種光子的頻率之比為1∶2B．A、B兩種光子的動量之比為1∶2C．該金屬的逸出功W0＝EA－2EBD．該金屬的極限頻率νc＝【變式5-3】愛因斯坦利用普朗克的量子論成功解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象，提出了光子說。（1）如圖1所示為研究某光電管發(fā)生光電效應(yīng)的電路圖，當用頻率為v的光照射金屬陰極K時，通過調(diào)節(jié)光電管兩端電壓U，測量對應(yīng)的光電流強度I，繪制了如圖2所示的I—U圖像。已知電子所帶電荷量為e，圖像中UC、、入射光的頻率v及普朗克常量h均為已知量。根據(jù)圖像求光電子的最大初動能，金屬K的逸出功W和每秒鐘通過電流表的電子數(shù)最多為多少。（2）光照射到物體表面時，如同大量氣體分子與器壁的頻繁碰撞一樣，將產(chǎn)生持續(xù)均勻的壓力，這種壓力會對物體表而產(chǎn)生壓強，這就是“光壓”，用表示。一臺發(fā)光功率為的激光器發(fā)出一束某頻率的激光，光束的橫截面積為S。當該激光束垂直照射到某物體表面時，假設(shè)光全部波吸收，求其在物體表而引起的光壓，已知光速為c?！绢}型6康普頓效應(yīng)】【例6】[多選]關(guān)于光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)的規(guī)律，下列說法正確的是()A．光電效應(yīng)中，金屬板向外發(fā)射的光電子又可以叫做光子B．用光照射金屬不能發(fā)生光電效應(yīng)是因為該入射光的頻率小于金屬的截止頻率C．對于同種金屬而言，遏止電壓與入射光的頻率無關(guān)D．石墨對X射線散射時，部分X射線的散射光波長會變長，這個現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)【變式6-1】實驗表明：光子與速度不太大的電子碰撞發(fā)生散射時，光的波長會變長或者不變，這種現(xiàn)象叫康普頓散射，該過程遵循能量守恒定律和動量守恒定律。如果電子具有足夠大的初速度，以至于在散射過程中有能量從電子轉(zhuǎn)移到光子，則該散射被稱為逆康普頓散射，這一現(xiàn)象已被實驗證實。關(guān)于上述逆康普頓散射，下列說法正確的是()A．相對于散射前的入射光，散射光在介質(zhì)中的傳播速度變大B．若散射前的入射光照射某金屬表面時能發(fā)生光電效應(yīng)，則散射光照射該金屬時，光電子的最大初動能將變大C．散射后電子的速度一定變大D．散射后電子的能量一定變大【變式6-2】[多選]美國物理學(xué)家康普頓在研究石墨對X射線的散射時，發(fā)現(xiàn)光子除了具有能量之外還具有動量，被電子散射的X光子與入射的X光子相比()A．速度減小B．頻率減小C．波長減小D．能量減小【變式6-3】a、b是兩種單色光，其光子能量分別為εa和εb，且eq\f(εa,εb)＝k，()A．則a、b的光子動量之比eq\f(pa,pb)＝1∶kB．若a、b都不能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，二者同時照射該金屬則可能發(fā)生光電效應(yīng)C．若a、b都能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則光電子最大初動能之差Eka－Ekb＝εb(k－1)D．若a、b是由處在同一激發(fā)態(tài)的原子躍遷到a態(tài)和b態(tài)時產(chǎn)生的，則a、b兩態(tài)能級之差Ea－Eb＝εb(k－1)【題型7光的波粒二象性】【例7】(多選)下列說法中正確的有()A.光在介質(zhì)中的速度小于光在真空中的速度B.紫外線比紫光更容易發(fā)生干涉和衍射C.光的偏振現(xiàn)象說明光是縱波D.由紅光和綠光組成的一細光束從水中射向空氣，在不斷增大入射角時水面上首先消失的是綠光【變式7-1】用很弱的光做單縫衍射實驗，改變曝光時間，在膠片上出現(xiàn)的圖像如圖所示，該實驗表明()A．光的本質(zhì)是波B．光的本質(zhì)是粒子C．光的能量在膠片上分布不均勻D．光到達膠片上不同位置的概率相同【變式7-2】(多選)關(guān)于光的波粒二象性，正確的說法是()A．光的頻率越高，光子的能量越大，粒子性越顯著B．光的波長越長，光的能量越小，波動性越顯著C．頻率高的光子不具有波動性，波長較長的光子不具有粒子性D．個別光子產(chǎn)生的效果往往顯示粒子性，大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示波動性【變式7-3】(多選)下列說法中正確的是()A.光的波粒二象性學(xué)說徹底推翻了麥克斯韋的光的電磁說B.在光的雙縫干涉實驗中，暗條紋的地方是光子永遠不能到達的地方C.光的雙縫干涉實驗中，大量光子打在光屏上的落點是有規(guī)律的，暗紋處落下光子的概率小D.單個光子表現(xiàn)出粒子性，大量光子表現(xiàn)出波動性

參考答案【題型1光電效應(yīng)的實驗裝置】【例1】如圖所示，分別用頻率為ν、2ν的光照射某光電管，對應(yīng)的遏止電壓之比為1∶3，普朗克常量用h表示，則()A.用頻率為eq\f(1,3)ν的光照射該光電管時有光電子逸出B.該光電管的逸出功為eq\f(1,2)hνC.用2ν的光照射時逸出光電子的初動能一定大D.加正向電壓時，用2ν的光照射時飽和光電流一定大答案B解析根據(jù)光電效應(yīng)方程eUc1＝hν－W0，eUc2＝h·2ν－W0，eq\f(Uc1,Uc2)＝eq\f(1,3)，聯(lián)立解得W0＝eq\f(1,2)hν，頻率為eq\f(1,3)ν的單色光光子能量h·eq\f(1,3)ν＜W0，故用頻率為eq\f(1,3)ν的光照射該光電管時不能發(fā)生光電效應(yīng)，即無光電子逸出，故A錯誤，B正確；根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，光子頻率越大，光電子的最大初動能越大，但是逸出光電子的初動能小于等于最大初動能，所以用2ν的光照射時逸出光電子的最大初動能一定大，但初動能不一定大，故C錯誤；在發(fā)生光電效應(yīng)的前提下，飽和光電流的強度只與光照強度有關(guān)，電壓只是增加光電子的動能，增大電流。到達一定程度之后肯定要受到光電子數(shù)量的約束，電流不再增大，故D錯誤?！咀兪?-1】如圖所示，當一束一定強度某一頻率的黃光照射到光電管陰極K上時，此時滑片P處于A、B中點，電流表中有電流通過，則()A．若將滑動觸頭P向B端移動時，電流表讀數(shù)有可能不變B．若將滑動觸頭P向A端移動時，電流表讀數(shù)一定增大C．若用紅外線照射陰極K時，電流表中一定沒有電流通過D．若用一束強度相同的紫外線照射陰極K時，電流表讀數(shù)不變解析：選A所加的電壓，使光電子到達陽極，則靈敏電流表中有電流流過，且可能處于飽和電流，當滑片向B端移動時，電流表讀數(shù)有可能不變；當滑片向A端移動時，所加電壓減小，則光電流可能減小，也可能不變，故A正確，B錯誤。若用紅外線照射陰極K時，因紅外線頻率小于可見光，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錯誤。若用一束強度相同的紫外線照射陰極K時，紫外線的頻率大于紅外線的頻率，則光子數(shù)目減小，電流表讀數(shù)減小，故D錯誤。【變式1-2】(多選)利用光電管研究光電效應(yīng)的實驗電路圖如圖所示，用頻率為ν的可見光照射陰極K，電流表中有電流通過，則()A．改用紫外線照射陰極K，電流表中沒有電流通過B．只增加該可見光的強度，電流表中通過的電流將變大C．若將滑動變阻器的滑片滑到A端，電流表中一定無電流通過D．若將滑動變阻器的滑片向B端滑動，電流表示數(shù)可能不變解析：選BD由題意知，該可見光的頻率大于或等于陰極材料的極限頻率，紫外線的頻率大于可見光的頻率，故用紫外線照射陰極K，也一定能發(fā)生光電效應(yīng)，電流表中有電流通過，A錯誤；只增加可見光的強度，單位時間內(nèi)逸出金屬表面的光電子數(shù)增多，電流表中通過的電流將變大，B正確；滑動變阻器的滑片滑到A端，光電管兩端的電壓為零，但光電子有初動能，故電流表中仍有電流通過，C錯誤；滑動變阻器的滑片向B端滑動時，若電流已達到飽和光電流，則電流表示數(shù)可能不變，D正確。【變式1-3】利用如圖所示的裝置觀察光電效應(yīng)現(xiàn)象，將光束照射在金屬板上，發(fā)現(xiàn)驗電器指針沒有張開。欲使驗電器指針張開，可()A．改用逸出功更大的金屬板材料B．改用頻率更大的入射光束C．增加該光束的照射時間D．增大該光束的強度解析：選B改用逸出功更大的金屬板材料，更不可能發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，驗電器指針不能張開，故A錯誤；發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象的條件是入射光的頻率要大于或等于金屬的極限頻率，與入射光的強度和入射光的照射時間無關(guān)，則改用頻率更大的入射光束，可以使驗電器指針張開，故B正確，C、D錯誤?！绢}型2光電效應(yīng)方程的應(yīng)用】【例2】用波長為300nm的光照射鋅板，電子逸出鋅板表面的最大初動能為1.28×10－19J。已知普朗克常量為6.63×10－34J·s，真空中的光速為3.00×108m·s－1。能使鋅產(chǎn)生光電效應(yīng)的單色光的最低頻率約為()A．1×1014Hz B．8×1014HzC．2×1015Hz D．8×1015Hz解析：選B設(shè)單色光的最低頻率為νc，由愛因斯坦光電效應(yīng)方程得Ek＝hν－W0＝hν－h(huán)νc，又ν＝eq\f(c,λ)，整理得νc＝eq\f(c,λ)－eq\f(Ek,h)，代入數(shù)據(jù)解得νc≈8×1014Hz?！咀兪?-1】某金屬在一束單色光的照射下發(fā)生光電效應(yīng)，光電子的最大初動能為Ek，已知該金屬的逸出功為W0，普朗克常量為h。根據(jù)愛因斯坦的光電效應(yīng)理論，該單色光的頻率ν為()A.eq\f(Ek,h) B．eq\f(W0,h)C.eq\f(Ek－W0,h) D．eq\f(Ek＋W0,h)解析：選D根據(jù)愛因斯坦的光電效應(yīng)方程可知hν＝W0＋Ek，解得該單色光的頻率為ν＝eq\f(Ek＋W0,h)?！咀兪?-2】單色光B的頻率為單色光A的兩倍，用單色光A照射到某金屬表面時，從金屬表面逸出的光電子最大初動能為E1。用單色光B照射該金屬表面時，逸出的光電子最大初動能為E2，則該金屬的逸出功為()A.E2－E1 B.E2－2E1C.2E1－E2 D.eq\f(E1＋E2,2)答案B解析根據(jù)光電效應(yīng)方程，用單色光A照射到某金屬表面時，E1＝hν－W逸出功用單色光B照射到某金屬表面時，E2＝h·2ν－W逸出功解得W逸出功＝E2－2E1，故B項正確?！咀兪?-3】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(cè)極板上的小孔入射到兩極板間的勻強電場后，到達右側(cè)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(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.帶負電，ν0＋eq\f(Qe,Ch) D.帶負電，ν0＋eq\f(Qe,Chd)答案C解析電子在電容器里做減速運動，所以受到向左的電場力的作用，所以場強方向向右，電容器右側(cè)極板帶負電。一束單色光入射到極限頻率為ν0的金屬板K上，射出電子的最大初動能為Ek，則hν－W0＝Ek，hν0＝W0，電子在電容器中減速運動，由動能定理得－eU＝0－Ek，電容器兩極板間的電勢差為U＝eq\f(Q,C)，根據(jù)以上各式，解得ν＝ν0＋eq\f(Qe,Ch)，故選項C正確，A、B、D錯誤?！绢}型3聯(lián)系實際】【例3】2017年年初，我國研制的“大連光源”——極紫外自由電子激光裝置，發(fā)出了波長在100nm(1nm＝10－9m)附近連續(xù)可調(diào)的世界上最強的極紫外激光脈沖。“大連光源”因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技術(shù)、霧霾治理等領(lǐng)域的研究中發(fā)揮重要作用。一個處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個分子，但又不會把分子打碎。據(jù)此判斷，能夠電離一個分子的能量約為(取普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，真空光速c＝3×108m/s)()A．10－21J B．10－18JC．10－15J D．10－12J解析：選B光子的能量E＝hν，c＝λν，聯(lián)立解得E≈2×10－18J，B項正確?！咀兪?-1】[多選]2009年諾貝爾物理學(xué)獎得主威拉德·博伊爾和喬治·史密斯主要成就是發(fā)明了電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器。他們的發(fā)明利用了愛因斯坦的光電效應(yīng)原理。如圖所示電路可研究光電效應(yīng)規(guī)律。圖中標有A和K的為光電管，其中K為陰極，A為陽極。理想電流計可檢測通過光電管的電流，理想電壓表用來指示光電管兩端的電壓。現(xiàn)接通電源，用光子能量為10.5eV的光照射陰極K，電流計中有示數(shù)，若將滑動變阻器的滑片P緩慢向右滑動，電流計的讀數(shù)逐漸減小，當滑至某一位置時電流計的讀數(shù)恰好為零，讀出此時電壓表的示數(shù)為6.0V；現(xiàn)保持滑片P位置不變，以下判斷正確的是()A．光電管陰極材料的逸出功為4.5eVB．若增大入射光的強度，電流計的讀數(shù)不為零C．若用光子能量為12eV的光照射陰極K，光電子的最大初動能一定變大D．若用光子能量為9.5eV的光照射陰極K，同時把滑片P向左移動少許，電流計的讀數(shù)一定不為零解析：選AC由電路圖可知圖中所加電壓為反向減速電壓，根據(jù)題意可知遏止電壓為6V，由Ek＝hν－W0＝eUc得W0＝4.5V，選項A正確；當電壓達到遏止電壓時，所有電子都不能到達A極，無論光強如何變化，電流計示數(shù)仍為零，選項B錯；若光子能量增大，根據(jù)光電效應(yīng)方程，光電子的最大初動能一定變大，選項C正確；若光子能量為9.5eV的光照射陰極K，則遏止電壓為5V，滑片P向左移動少許，電流計的讀數(shù)仍可能為零，選項D錯?！咀兪?-2】像增強器是能夠把亮度很低的光學(xué)圖像變?yōu)樽銐蛄炼葓D像的真空光電管。像增強器的簡化原理如下：光照射光電管陰極時，由于光電效應(yīng)而產(chǎn)生光電子，光電子經(jīng)過相同電壓加速，最后到達熒光屏上，引起熒光材料發(fā)光（電子能量越大，材料發(fā)光越強），形成圖像。根據(jù)以上信息和所學(xué)知識判斷下列說法正確的是（）A．照射光的波長越小，熒光材料發(fā)出的光越亮B．熱成像夜視儀也利用了光電效應(yīng)的原理C．同一種光使陰極發(fā)生光電效應(yīng)后，光電子到達熒光屏?xí)r的動能相等D．射到光電管陰極的任何光都能使陰極金屬發(fā)生光電效應(yīng)【答案】A【解析】照射光的波長越小，頻率越大，逸出光電子的初動能越大，經(jīng)相同電壓加速后到達熒光屏?xí)r的能量越大，熒光材料發(fā)出的光越亮，故A正確；熱成像夜視儀利用了熱物體比冷物體的紅外輻射強的原理，故B錯誤；同一種光使陰極發(fā)生光電效應(yīng)后，逸出光電子的最大初動能相等，但不一定所有光電子的初動能都相等，所以光電子最后到達熒光屏?xí)r的動能也不一定相等，故C錯誤；只有頻率大于陰極截止頻率的光射到光電管陰極時才能使陰極金屬發(fā)生光電效應(yīng)，故D錯誤。故選A?！咀兪?-3】某學(xué)?？萍蓟顒有〗M設(shè)計了一個光電煙霧探測器（如圖甲），當有煙霧進入探測器時（如圖乙），來自光源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時會產(chǎn)生光電流，當光電流大于時，便會觸發(fā)報警系統(tǒng)報警。已知鈉的極限頻率為，普朗克常量，光速，電子電荷量，則下列說法正確的是（）A．要使該探測器正常工作，光源S發(fā)出的光波波長不能小于B．光電管發(fā)生光電效應(yīng)，同時光源的光變強時，不能改變光電煙霧探測器的靈敏度C．光電管C中能發(fā)生光電效應(yīng)是因為光發(fā)生了全反射現(xiàn)象D．報警器報警時，鈉表面每秒釋放出的光電子數(shù)最少為個【答案】D【解析】因為鈉的極限頻率為，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選項A錯誤；光電管發(fā)生光電效應(yīng)，同時光源的光變強時，光電管產(chǎn)生的光電流會變大，會改變光電煙霧探測器的靈敏度，選項B錯誤；光電管C中能發(fā)生光電效應(yīng)是因為光的頻率大于金屬鈉的極限頻率，選項C錯誤；報警器報警時，鈉表面每秒釋放出的光電子數(shù)最少為個，選項D正確?！绢}型4對比問題】【例4】如圖所示為光電效應(yīng)實驗裝置圖。實驗中用a光照射光電管時，靈敏電流計有示數(shù)；而用b光照射光電管時，靈敏電流計沒有示數(shù)。則下列說法中正確的是()A.a光頻率大于b光頻率B.若增加b光的照射時間，靈敏電流計將會有示數(shù)C.若增大b光的光照強度，靈敏電流計將會有示數(shù)D.用b光照射時，適當增大電源的輸出電壓，靈敏電流計將會有示數(shù)答案A解析實驗中用a光照射光電管時，靈敏電流計有示數(shù)，說明能夠發(fā)生光電效應(yīng)；而用b光照射光電管時，靈敏電流計沒有示數(shù)，說明不能發(fā)生光電效應(yīng)，可知a光頻率大于b光頻率，選項A正確；根據(jù)光電效應(yīng)的規(guī)律可知，若增加b光的照射時間以及增加b光的光照強度，都不能發(fā)生光電效應(yīng)，則靈敏電流計都不會有示數(shù)，選項B、C錯誤；用b光照射時不能發(fā)生光電效應(yīng)，即使適當增大電源的輸出電壓，也不會發(fā)生光電效應(yīng)，靈敏電流計也不會有示數(shù)，選項D錯誤。【變式4-1】(多選)在光電效應(yīng)實驗中，分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照射到同種金屬上，測得相應(yīng)的遏止電壓分別為Ua和Ub，光電子的最大初動能分別為Eka和Ekb。h為普朗克常量。下列說法正確的是()A.若νa＞νb，則一定有Ua＜UbB.若νa＞νb，則一定有Eka＞EkbC.若Ua＜Ub，則一定有Eka＜EkbD.若νa＞νb，則一定有hνa－Eka＞hνb－Ekb答案BC解析由愛因斯坦光電效應(yīng)方程得Ek＝hν－W0，由動能定理得Ek＝eU，若分別用a、b單色光照射同種金屬時，逸出功W0相同。當νa＞νb時，一定有Eka＞Ekb，Ua＞Ub，故選項A錯誤，B正確；若Ua＜Ub，則一定有Eka＜Ekb，故選項C正確；因逸出功相同，有W0＝hνa－Eka＝hνb－Ekb，故選項D錯誤?！咀兪?-2】如圖甲為光電效應(yīng)實驗的電路圖，利用不同頻率的光進行光電效應(yīng)實驗，測得光電管兩極間所加電壓U與光電流I的關(guān)系如圖乙中a、b、c、d四條曲線所示。用νa、νb、νc、νd表示四種光的頻率，下列判斷正確的是()A.νb＞νc＞νd＞νa B.νd＞νb＞νc＞νaC.νd＞νc＞νb＞νa D.νa＞νc＞νb＞νd答案A解析當光電管兩極間所加電壓為遏止電壓時即光電子達到陽極的動能為0，由動能定理得eUc＝Ek，由愛因斯坦光電效應(yīng)方程有Ek＝hν－W0，聯(lián)立得ν＝eq\f(eUc＋W0,h)，由圖乙可知Ucb＞Ucc＞Ucd＞Uca，則νb＞νc＞νd＞νa，故A正確，B、C、D錯誤。【變式4-3】如圖所示，用頻率為ν1和ν2的甲、乙兩種光分別照射同一光電管，對應(yīng)的遏止電壓分別為U1和U2。已知ν1<ν2，則()A．遏止電壓U1<U2B．用甲、乙兩種光分別照射時，金屬的截止頻率不同C．增加乙光的強度，遏止電壓U2變大D．滑動變阻器滑片P移至最左端，電流表示數(shù)為零解析：選A根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程有Ekm＝hν－W0，遏止電壓與最大初動能的關(guān)系為－eUc＝0－Ekm，聯(lián)立解得eUc＝hν－W0，所以入射光頻率越大，遏止電壓越大，遏止電壓與入射光的強度無關(guān)，故A正確，C錯誤；金屬的截止頻率與入射光無關(guān)，取決于金屬，因甲、乙兩種光分別照射同一光電管，所以金屬的截止頻率相同，故B錯誤；滑動變阻器滑片P移至最左端，所加的反向電壓為零，能發(fā)生光電效應(yīng)，所以電流表示數(shù)不為零，故D錯誤?！绢}型5綜合問題】【例5】（1）用波長為的光照射金屬表面所產(chǎn)生的光電子垂直進入磁感強度為B的勻強磁場中作勻速圓周運動時，其最大半徑為R，電子質(zhì)量為m，電量為e，普朗克恒量為，求：金屬的逸出功（2）一個光源以P=1.5W的功率向四周均勻地發(fā)射能量。在離光源距離R=3.5m處放置一鉀箔，鉀的逸出，假設(shè)入射光的能量是連續(xù)地和平穩(wěn)地傳給鉀箔，光子動量，光的平均波長為，h為普朗克常量。假設(shè)鉀箔完全吸收所有照射到它上面的能量。求：a．鉀箔在垂直入射光方向上單位面積上受到光的平均作用力（用題目中的物理符號表示）。b．按照經(jīng)典電磁理論，鉀箔只需吸收足夠的能量就可以逐出電子，若一個要被逐出的電子收集能量的圓形截面的半徑約為一個典型原子的半徑m，求電子將被逐出的時間。根據(jù)計算結(jié)果，你認為經(jīng)典電磁理論在解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象時是否合理，并說明理由?！敬鸢浮浚?）；（2）a．；b．；不合理，光電效應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生光電子的時間極短，幾乎不需時間累積，因此經(jīng)典電磁理論在解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象具有局限性【詳解】（1）由光電子做勻速圓周運動的最大半徑可知解得最大初動能為所以逸出功（2）a．設(shè)鉀箔的面積為S，t時間內(nèi)鉀箔吸收的光子個數(shù)為N，有由動量定理解得由牛頓第三定律可知，單位面積上受到光的平均壓力為b．一個電子在單位時間內(nèi)吸收的能量逐出電子所需要的時間為t1，需要的能量為E0，有所以由于光電效應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生光電子的時間極短，幾乎不需時間累積，因此經(jīng)典電磁理論在解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象具有局限性，不合理?！咀兪?-1】如圖為研究光電效應(yīng)的裝置示意圖，該裝置可用于分析光子的信息。在xOy平面（紙面）內(nèi)，垂直紙面的金屬薄板M、N與y軸平行放置，板N中間有一小孔O。有一由x軸、y軸和以O(shè)為圓心、圓心角為90°的半徑不同的兩條圓弧所圍的區(qū)域Ⅰ，整個區(qū)域Ⅰ內(nèi)存在大小可調(diào)、方向垂直紙面向里的勻強電場和磁感應(yīng)強度大小恒為B1、磁感線與圓弧平行且逆時針方向的磁場。區(qū)域Ⅰ右側(cè)還有一左邊界與y軸平行且相距為l、下邊界與x軸重合的勻強磁場區(qū)域Ⅱ，其寬度為a，長度足夠長，其中的磁場方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強度大小可調(diào)。光電子從板M逸出后經(jīng)極板間電壓U加速（板間電場視為勻強電場），調(diào)節(jié)區(qū)域Ⅰ的電場強度和區(qū)域Ⅱ的磁感應(yīng)強度，使電子恰好打在坐標為（a+2l，0）的點上，被置于該處的探測器接收。已知電子質(zhì)量為m、電荷量為e，板M的逸出功為W0，普朗克常量為h。忽略電子的重力及電子間的作用力。當頻率為ν的光照射板M時有光電子逸出，（1）求逸出光電子的最大初動能Ekm，并求光電子從O點射入?yún)^(qū)域Ⅰ時的速度v0的大小范圍；（2）若區(qū)域Ⅰ的電場強度大小，區(qū)域Ⅱ的磁感應(yīng)強度大小，求被探測到的電子剛從板M逸出時速度vM的大小及與x軸的夾角；（3）為了使從O點以各種大小和方向的速度射向區(qū)域Ⅰ的電子都能被探測到，需要調(diào)節(jié)區(qū)域Ⅰ的電場強度E和區(qū)域Ⅱ的磁感應(yīng)強度B2，求E的最大值和B2的最大值。【答案】（1）；；（2）；；（3）；【詳解】（1）光電效應(yīng)方程，逸出光電子的最大初動能（2）速度選擇器如圖所示，幾何關(guān)系（3）由上述表達式可得由可得可得【變式5-2】A、B兩種光子的能量之比為2∶1，它們都能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，且所產(chǎn)生的光電子最大初動能分別為EA、EB，則下列說法正確的是（）A．A、B兩種光子的頻率之比為1∶2B．A、B兩種光子的動量之比為1∶2C．該金屬的逸出功W0＝EA－2EBD．該金屬的極限頻率νc＝【答案】C【詳解】由ε＝hν知，光子的能量與頻率成正比，則A、B兩種光子的頻率之比為2∶1，A錯誤；由光子能量動量公式，可知，A、B兩種光子的動量之比等于A、B兩種光子的能量之比pA∶pB＝2∶1，B錯誤；由于EA＝εA－W0了EB＝εB－W0而解得W0＝EA－2EB，C正確；該金屬的極限頻率為νc＝＝，D錯誤。故選C?！咀兪?-3】愛因斯坦利用普朗克的量子論成功解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象，提出了光子說。（1）如圖1所示為研究某光電管發(fā)生光電效應(yīng)的電路圖，當用頻率為v的光照射金屬陰極K時，通過調(diào)節(jié)光電管兩端電壓U，測量對應(yīng)的光電流強度I，繪制了如圖2所示的I—U圖像。已知電子所帶電荷量為e，圖像中UC、、入射光的頻率v及普朗克常量h均為已知量。根據(jù)圖像求光電子的最大初動能，金屬K的逸出功W和每秒鐘通過電流表的電子數(shù)最多為多少。（2）光照射到物體表面時，如同大量氣體分子與器壁的頻繁碰撞一樣，將產(chǎn)生持續(xù)均勻的壓力，這種壓力會對物體表而產(chǎn)生壓強，這就是“光壓”，用表示。一臺發(fā)光功率為的激光器發(fā)出一束某頻率的激光，光束的橫截面積為S。當該激光束垂直照射到某物體表面時，假設(shè)光全部波吸收，求其在物體表而引起的光壓，已知光速為c。【答案】（1），，；（2）【詳解】（1）根據(jù)可知光電子的最大初動能根據(jù)可得逸出功因最大飽和光電流為Im，則每秒鐘通過電流表的電子數(shù)最多為（2）一小段時間Δt內(nèi)激光器發(fā)射的光子數(shù)光照射物體表面，由動量定理FΔt=np其中產(chǎn)生的光壓解得【題型6康普頓效應(yīng)】【例6】[多選]關(guān)于光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)的規(guī)律，下列說法正確的是()A．光電效應(yīng)中，金屬板向外發(fā)射的光電子又可以叫做光子B．用光照射金屬不能發(fā)生光電效應(yīng)是因為該入射光的頻率小于金屬的截止頻率C．對于同種金屬而言，遏止電壓與入射光的頻率無關(guān)D．石墨對X射線散射時，部分X射線的散射光波長會變長，這個現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)解析：選BD光電效應(yīng)中，金屬板向外發(fā)射的電子叫光電子，光子是光量子的簡稱，A錯誤；用光照射金屬不能發(fā)生光電效應(yīng)是因為該入射光的頻率小于金屬的截止頻率，B正確；根據(jù)光電效應(yīng)方程hν＝W0＋eUc可知，對于同種金屬而言(逸出功一樣)，入射光的頻率越大，遏止電壓也越大，即遏止電壓與入射光的頻率有關(guān)，C錯誤；在石墨對X射線散射時，部分X射線的散射光波長會變長的現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)，D正確?！咀兪?-1】實驗表明：光子與速度不太大的電子碰撞發(fā)生散射時，光的波長會變長或者不變，這種現(xiàn)象叫康普頓散射，該過程遵循能量守恒定律和動量守恒定律。如果電子具有足夠大的初速度，以至于在散射過程中有能量從電子轉(zhuǎn)移到光子，則該散射被稱為逆康普頓散射，這一現(xiàn)象已被實驗證實。關(guān)于上述逆康普頓散射，下列說法正確的是()A．相對于散射前的入射光，散射光在介質(zhì)中的傳播速度變大B．若散射前的入射光照射某金屬表面時能發(fā)生光電效應(yīng)，則散射光照射該金屬時，光電子的最大初動能將變大C．散射后電子的速度一定變大D．散射后電子的能量一定變大解析：選B光在介質(zhì)中的傳播速度只與介質(zhì)本身有關(guān)，而與其他因素?zé)o關(guān)，散射前后的介質(zhì)不變，所以散射光在介質(zhì)中的傳播速度保持不變，故A錯誤；根據(jù)題意，在逆康普頓散射中，能量從電子轉(zhuǎn)移到光子，所以，散射后電子的速度和能量變小，光子的能量變大，光子的頻率變大，故C、D錯誤；根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，h和W0為定值，ν越大，E越大，因此若散射前的入射光照射某金屬表面時能發(fā)生光電效應(yīng)，則散射光照射該金屬時，光電子的最大初動能將變大，故B正確?！咀兪?-2】[多選]美國物理學(xué)家康普頓在研究石墨對X射線的散射時，發(fā)現(xiàn)光子除了具有能量之外還具有動量，被電子散射的X光子與入射的X光子相比()A．速度減小B．頻率減小C．波長減小D．能量減小解析：選BD光速不變，A錯誤；光子將一部分能量轉(zhuǎn)移到電子，其能量減小，隨之光子的頻率減小、波長變長，B、D正確，C錯誤?！咀兪?-3】a、b是兩種單色光，其光子能量分別為εa和εb，且eq\f(εa,εb)＝k，()A．則a、b的光子動量之比eq\f(pa,pb)＝1∶kB．若a、b都不能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，二者同時照射該金屬則可能發(fā)生光電效應(yīng)C．若a、b都能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則光電子最大初動能之差Eka－Ekb＝εb(k－1)D．若a、b是由處在同一激發(fā)態(tài)的原子躍遷到a態(tài)和b態(tài)時產(chǎn)生的，則a、b兩態(tài)能級之差Ea－Eb＝εb(k－1)解析：選C光子的能量ε＝hν，光子的動量p＝eq\f(h,λ)，聯(lián)立方程c＝λν，所以eq\f(pa,pb)＝eq\f(εa,εb)，選項A錯誤。不能發(fā)生光電效應(yīng)說明a、b光的頻率均未達到該金屬的截止頻率，同時照射二者頻率也不會發(fā)生變化，選項B錯誤。光電子最大初動能Ek＝hν－W0，整理得Eka－Ekb＝(k－1)εb，選項C正確。根據(jù)能級躍遷知識可得εa＝E0－Ea，εb＝E0－Eb，所以Ea－Eb＝εb(1－k)，選項D錯誤。【題型7光的波粒二象性】【例7】(多選)下列說法中正確的有()A.光在介質(zhì)中的速度小于光在真空中的速度B.紫外線比紫光更容易發(fā)生干涉和衍射C.光的偏振現(xiàn)象說明光是縱波D.由紅光和綠光組成的一細光束從水中射向空氣，在不斷增大入射角時水面上首先消失的是綠光答案AD解析依據(jù)v＝eq\f(c,n)可知，光在介質(zhì)中的速度小于在真空中的速度，故A正確；紫外線比紫光的波長短，更不容易發(fā)生衍射，而對于干涉只要頻率相同、相位差恒定即可發(fā)生，故B錯誤；光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波，而不是縱波，故C錯誤；綠光的折射率大于紅光的折射率，由臨界角公式sinC＝eq\f(1,n)知，綠光的臨界角小于紅光的臨界角，當光從水中射向空氣，在不斷增大入射角時，在水面上綠光先發(fā)生全反射，從水面上先消失，故D正確?！咀兪?-1】用很弱的光做單縫衍射實驗，改變曝光時間，在膠片上出現(xiàn)的圖像如圖所示，該實驗表明()A．光的本質(zhì)是波B．光的本質(zhì)是粒子C．光的能量在膠片上分布不均勻D．光到達膠片上不同位置的概率相同解析：選C用很弱的光做單縫衍射實驗，改變曝光時間在膠片出現(xiàn)的圖樣，說明光有波粒二象性，故A、B錯誤；說明光到達膠片上的不同位置的概率是不一樣的，也就說明了光的能量在膠片上分布不均勻，故C正確，D錯誤?！咀兪?-2】(多選)關(guān)于光的波粒二象性，正確的說法是()A．光的頻率越高，光子的能量越大，粒子性越顯著B．光的波長越長，光的能量越小，波動性越顯著C．頻率高的光子不具有波動性，波長較長的光子不具有粒子性D．個別光子產(chǎn)生的效果往往顯示粒子性，大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示波動性解析：選ABD光具有波粒二象性，但在不同情況下表現(xiàn)不同，頻率越高，波長越短，粒子性越強，反之波動性明顯，個別光子易顯示粒子性，大量光子顯示波動性，A、B、D正確。【變式7-3】(多選)下列說法中正確的是()A.光的波粒二象性學(xué)說徹底推翻了麥克斯韋的光的電磁說B.在光的雙縫干涉實驗中，暗條紋的地方是光子永遠不能到達的地方C.光的雙縫干涉實驗中，大量光子打在光屏上的落點是有規(guī)律的，暗紋處落下光子的概率小D.單個光子表現(xiàn)出粒子性，大量光子表現(xiàn)出波動性答案CD專題4.3光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)、波粒二象性【人教版】TOC\o"1-3"\t"正文,1"\h【題型1光電效應(yīng)的實驗裝置】 【題型2光電效應(yīng)方程的應(yīng)用】 【題型3聯(lián)系實際】 【題型4對比問題】 【題型5綜合問題】 【題型6康普頓效應(yīng)】 【題型7光的波粒二象性】 【題型1光電效應(yīng)的實驗裝置】【例1】如圖所示，分別用頻率為ν、2ν的光照射某光電管，對應(yīng)的遏止電壓之比為1∶3，普朗克常量用h表示，則()A.用頻率為eq\f(1,3)ν的光照射該光電管時有光電子逸出B.該光電管的逸出功為eq\f(1,2)hνC.用2ν的光照射時逸出光電子的初動能一定大D.加正向電壓時，用2ν的光照射時飽和光電流一定大答案B解析根據(jù)光電效應(yīng)方程eUc1＝hν－W0，eUc2＝h·2ν－W0，eq\f(Uc1,Uc2)＝eq\f(1,3)，聯(lián)立解得W0＝eq\f(1,2)hν，頻率為eq\f(1,3)ν的單色光光子能量h·eq\f(1,3)ν＜W0，故用頻率為eq\f(1,3)ν的光照射該光電管時不能發(fā)生光電效應(yīng)，即無光電子逸出，故A錯誤，B正確；根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，光子頻率越大，光電子的最大初動能越大，但是逸出光電子的初動能小于等于最大初動能，所以用2ν的光照射時逸出光電子的最大初動能一定大，但初動能不一定大，故C錯誤；在發(fā)生光電效應(yīng)的前提下，飽和光電流的強度只與光照強度有關(guān)，電壓只是增加光電子的動能，增大電流。到達一定程度之后肯定要受到光電子數(shù)量的約束，電流不再增大，故D錯誤?！咀兪?-1】如圖所示，當一束一定強度某一頻率的黃光照射到光電管陰極K上時，此時滑片P處于A、B中點，電流表中有電流通過，則()A．若將滑動觸頭P向B端移動時，電流表讀數(shù)有可能不變B．若將滑動觸頭P向A端移動時，電流表讀數(shù)一定增大C．若用紅外線照射陰極K時，電流表中一定沒有電流通過D．若用一束強度相同的紫外線照射陰極K時，電流表讀數(shù)不變解析：選A所加的電壓，使光電子到達陽極，則靈敏電流表中有電流流過，且可能處于飽和電流，當滑片向B端移動時，電流表讀數(shù)有可能不變；當滑片向A端移動時，所加電壓減小，則光電流可能減小，也可能不變，故A正確，B錯誤。若用紅外線照射陰極K時，因紅外線頻率小于可見光，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錯誤。若用一束強度相同的紫外線照射陰極K時，紫外線的頻率大于紅外線的頻率，則光子數(shù)目減小，電流表讀數(shù)減小，故D錯誤。【變式1-2】(多選)利用光電管研究光電效應(yīng)的實驗電路圖如圖所示，用頻率為ν的可見光照射陰極K，電流表中有電流通過，則()A．改用紫外線照射陰極K，電流表中沒有電流通過B．只增加該可見光的強度，電流表中通過的電流將變大C．若將滑動變阻器的滑片滑到A端，電流表中一定無電流通過D．若將滑動變阻器的滑片向B端滑動，電流表示數(shù)可能不變解析：選BD由題意知，該可見光的頻率大于或等于陰極材料的極限頻率，紫外線的頻率大于可見光的頻率，故用紫外線照射陰極K，也一定能發(fā)生光電效應(yīng)，電流表中有電流通過，A錯誤；只增加可見光的強度，單位時間內(nèi)逸出金屬表面的光電子數(shù)增多，電流表中通過的電流將變大，B正確；滑動變阻器的滑片滑到A端，光電管兩端的電壓為零，但光電子有初動能，故電流表中仍有電流通過，C錯誤；滑動變阻器的滑片向B端滑動時，若電流已達到飽和光電流，則電流表示數(shù)可能不變，D正確?！咀兪?-3】利用如圖所示的裝置觀察光電效應(yīng)現(xiàn)象，將光束照射在金屬板上，發(fā)現(xiàn)驗電器指針沒有張開。欲使驗電器指針張開，可()A．改用逸出功更大的金屬板材料B．改用頻率更大的入射光束C．增加該光束的照射時間D．增大該光束的強度解析：選B改用逸出功更大的金屬板材料，更不可能發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，驗電器指針不能張開，故A錯誤；發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象的條件是入射光的頻率要大于或等于金屬的極限頻率，與入射光的強度和入射光的照射時間無關(guān)，則改用頻率更大的入射光束，可以使驗電器指針張開，故B正確，C、D錯誤?！绢}型2光電效應(yīng)方程的應(yīng)用】【例2】用波長為300nm的光照射鋅板，電子逸出鋅板表面的最大初動能為1.28×10－19J。已知普朗克常量為6.63×10－34J·s，真空中的光速為3.00×108m·s－1。能使鋅產(chǎn)生光電效應(yīng)的單色光的最低頻率約為()A．1×1014Hz B．8×1014HzC．2×1015Hz D．8×1015Hz解析：選B設(shè)單色光的最低頻率為νc，由愛因斯坦光電效應(yīng)方程得Ek＝hν－W0＝hν－h(huán)νc，又ν＝eq\f(c,λ)，整理得νc＝eq\f(c,λ)－eq\f(Ek,h)，代入數(shù)據(jù)解得νc≈8×1014Hz?！咀兪?-1】某金屬在一束單色光的照射下發(fā)生光電效應(yīng)，光電子的最大初動能為Ek，已知該金屬的逸出功為W0，普朗克常量為h。根據(jù)愛因斯坦的光電效應(yīng)理論，該單色光的頻率ν為()A.eq\f(Ek,h) B．eq\f(W0,h)C.eq\f(Ek－W0,h) D．eq\f(Ek＋W0,h)解析：選D根據(jù)愛因斯坦的光電效應(yīng)方程可知hν＝W0＋Ek，解得該單色光的頻率為ν＝eq\f(Ek＋W0,h)?！咀兪?-2】單色光B的頻率為單色光A的兩倍，用單色光A照射到某金屬表面時，從金屬表面逸出的光電子最大初動能為E1。用單色光B照射該金屬表面時，逸出的光電子最大初動能為E2，則該金屬的逸出功為()A.E2－E1 B.E2－2E1C.2E1－E2 D.eq\f(E1＋E2,2)答案B解析根據(jù)光電效應(yīng)方程，用單色光A照射到某金屬表面時，E1＝hν－W逸出功用單色光B照射到某金屬表面時，E2＝h·2ν－W逸出功解得W逸出功＝E2－2E1，故B項正確?！咀兪?-3】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(cè)極板上的小孔入射到兩極板間的勻強電場后，到達右側(cè)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(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.帶負電，ν0＋eq\f(Qe,Ch) D.帶負電，ν0＋eq\f(Qe,Chd)答案C解析電子在電容器里做減速運動，所以受到向左的電場力的作用，所以場強方向向右，電容器右側(cè)極板帶負電。一束單色光入射到極限頻率為ν0的金屬板K上，射出電子的最大初動能為Ek，則hν－W0＝Ek，hν0＝W0，電子在電容器中減速運動，由動能定理得－eU＝0－Ek，電容器兩極板間的電勢差為U＝eq\f(Q,C)，根據(jù)以上各式，解得ν＝ν0＋eq\f(Qe,Ch)，故選項C正確，A、B、D錯誤。【題型3聯(lián)系實際】【例3】2017年年初，我國研制的“大連光源”——極紫外自由電子激光裝置，發(fā)出了波長在100nm(1nm＝10－9m)附近連續(xù)可調(diào)的世界上最強的極紫外激光脈沖。“大連光源”因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技術(shù)、霧霾治理等領(lǐng)域的研究中發(fā)揮重要作用。一個處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個分子，但又不會把分子打碎。據(jù)此判斷，能夠電離一個分子的能量約為(取普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，真空光速c＝3×108m/s)()A．10－21J B．10－18JC．10－15J D．10－12J解析：選B光子的能量E＝hν，c＝λν，聯(lián)立解得E≈2×10－18J，B項正確?！咀兪?-1】[多選]2009年諾貝爾物理學(xué)獎得主威拉德·博伊爾和喬治·史密斯主要成就是發(fā)明了電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器。他們的發(fā)明利用了愛因斯坦的光電效應(yīng)原理。如圖所示電路可研究光電效應(yīng)規(guī)律。圖中標有A和K的為光電管，其中K為陰極，A為陽極。理想電流計可檢測通過光電管的電流，理想電壓表用來指示光電管兩端的電壓?，F(xiàn)接通電源，用光子能量為10.5eV的光照射陰極K，電流計中有示數(shù)，若將滑動變阻器的滑片P緩慢向右滑動，電流計的讀數(shù)逐漸減小，當滑至某一位置時電流計的讀數(shù)恰好為零，讀出此時電壓表的示數(shù)為6.0V；現(xiàn)保持滑片P位置不變，以下判斷正確的是()A．光電管陰極材料的逸出功為4.5eVB．若增大入射光的強度，電流計的讀數(shù)不為零C．若用光子能量為12eV的光照射陰極K，光電子的最大初動能一定變大D．若用光子能量為9.5eV的光照射陰極K，同時把滑片P向左移動少許，電流計的讀數(shù)一定不為零解析：選AC由電路圖可知圖中所加電壓為反向減速電壓，根據(jù)題意可知遏止電壓為6V，由Ek＝hν－W0＝eUc得W0＝4.5V，選項A正確；當電壓達到遏止電壓時，所有電子都不能到達A極，無論光強如何變化，電流計示數(shù)仍為零，選項B錯；若光子能量增大，根據(jù)光電效應(yīng)方程，光電子的最大初動能一定變大，選項C正確；若光子能量為9.5eV的光照射陰極K，則遏止電壓為5V，滑片P向左移動少許，電流計的讀數(shù)仍可能為零，選項D錯?！咀兪?-2】像增強器是能夠把亮度很低的光學(xué)圖像變?yōu)樽銐蛄炼葓D像的真空光電管。像增強器的簡化原理如下：光照射光電管陰極時，由于光電效應(yīng)而產(chǎn)生光電子，光電子經(jīng)過相同電壓加速，最后到達熒光屏上，引起熒光材料發(fā)光（電子能量越大，材料發(fā)光越強），形成圖像。根據(jù)以上信息和所學(xué)知識判斷下列說法正確的是（）A．照射光的波長越小，熒光材料發(fā)出的光越亮B．熱成像夜視儀也利用了光電效應(yīng)的原理C．同一種光使陰極發(fā)生光電效應(yīng)后，光電子到達熒光屏?xí)r的動能相等D．射到光電管陰極的任何光都能使陰極金屬發(fā)生光電效應(yīng)【答案】A【解析】照射光的波長越小，頻率越大，逸出光電子的初動能越大，經(jīng)相同電壓加速后到達熒光屏?xí)r的能量越大，熒光材料發(fā)出的光越亮，故A正確；熱成像夜視儀利用了熱物體比冷物體的紅外輻射強的原理，故B錯誤；同一種光使陰極發(fā)生光電效應(yīng)后，逸出光電子的最大初動能相等，但不一定所有光電子的初動能都相等，所以光電子最后到達熒光屏?xí)r的動能也不一定相等，故C錯誤；只有頻率大于陰極截止頻率的光射到光電管陰極時才能使陰極金屬發(fā)生光電效應(yīng)，故D錯誤。故選A?！咀兪?-3】某學(xué)?？萍蓟顒有〗M設(shè)計了一個光電煙霧探測器（如圖甲），當有煙霧進入探測器時（如圖乙），來自光源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時會產(chǎn)生光電流，當光電流大于時，便會觸發(fā)報警系統(tǒng)報警。已知鈉的極限頻率為，普朗克常量，光速，電子電荷量，則下列說法正確的是（）A．要使該探測器正常工作，光源S發(fā)出的光波波長不能小于B．光電管發(fā)生光電效應(yīng)，同時光源的光變強時，不能改變光電煙霧探測器的靈敏度C．光電管C中能發(fā)生光電效應(yīng)是因為光發(fā)生了全反射現(xiàn)象D．報警器報警時，鈉表面每秒釋放出的光電子數(shù)最少為個【答案】D【解析】因為鈉的極限頻率為，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選項A錯誤；光電管發(fā)生光電效應(yīng)，同時光源的光變強時，光電管產(chǎn)生的光電流會變大，會改變光電煙霧探測器的靈敏度，選項B錯誤；光電管C中能發(fā)生光電效應(yīng)是因為光的頻率大于金屬鈉的極限頻率，選項C錯誤；報警器報警時，鈉表面每秒釋放出的光電子數(shù)最少為個，選項D正確?！绢}型4對比問題】【例4】如圖所示為光電效應(yīng)實驗裝置圖。實驗中用a光照射光電管時，靈敏電流計有示數(shù)；而用b光照射光電管時，靈敏電流計沒有示數(shù)。則下列說法中正確的是()A.a光頻率大于b光頻率B.若增加b光的照射時間，靈敏電流計將會有示數(shù)C.若增大b光的光照強度，靈敏電流計將會有示數(shù)D.用b光照射時，適當增大電源的輸出電壓，靈敏電流計將會有示數(shù)答案A解析實驗中用a光照射光電管時，靈敏電流計有示數(shù)，說明能夠發(fā)生光電效應(yīng)；而用b光照射光電管時，靈敏電流計沒有示數(shù)，說明不能發(fā)生光電效應(yīng)，可知a光頻率大于b光頻率，選項A正確；根據(jù)光電效應(yīng)的規(guī)律可知，若增加b光的照射時間以及增加b光的光照強度，都不能發(fā)生光電效應(yīng)，則靈敏電流計都不會有示數(shù)，選項B、C錯誤；用b光照射時不能發(fā)生光電效應(yīng)，即使適當增大電源的輸出電壓，也不會發(fā)生光電效應(yīng)，靈敏電流計也不會有示數(shù)，選項D錯誤。【變式4-1】(多選)在光電效應(yīng)實驗中，分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照射到同種金屬上，測得相應(yīng)的遏止電壓分別為Ua和Ub，光電子的最大初動能分別為Eka和Ekb。h為普朗克常量。下列說法正確的是()A.若νa＞νb，則一定有Ua＜UbB.若νa＞νb，則一定有Eka＞EkbC.若Ua＜Ub，則一定有Eka＜EkbD.若νa＞νb，則一定有hνa－Eka＞hνb－Ekb答案BC解析由愛因斯坦光電效應(yīng)方程得Ek＝hν－W0，由動能定理得Ek＝eU，若分別用a、b單色光照射同種金屬時，逸出功W0相同。當νa＞νb時，一定有Eka＞Ekb，Ua＞Ub，故選項A錯誤，B正確；若Ua＜Ub，則一定有Eka＜Ekb，故選項C正確；因逸出功相同，有W0＝hνa－Eka＝hνb－Ekb，故選項D錯誤?！咀兪?-2】如圖甲為光電效應(yīng)實驗的電路圖，利用不同頻率的光進行光電效應(yīng)實驗，測得光電管兩極間所加電壓U與光電流I的關(guān)系如圖乙中a、b、c、d四條曲線所示。用νa、νb、νc、νd表示四種光的頻率，下列判斷正確的是()A.νb＞νc＞νd＞νa B.νd＞νb＞νc＞νaC.νd＞νc＞νb＞νa D.νa＞νc＞νb＞νd答案A解析當光電管兩極間所加電壓為遏止電壓時即光電子達到陽極的動能為0，由動能定理得eUc＝Ek，由愛因斯坦光電效應(yīng)方程有Ek＝hν－W0，聯(lián)立得ν＝eq\f(eUc＋W0,h)，由圖乙可知Ucb＞Ucc＞Ucd＞Uca，則νb＞νc＞νd＞νa，故A正確，B、C、D錯誤。【變式4-3】如圖所示，用頻率為ν1和ν2的甲、乙兩種光分別照射同一光電管，對應(yīng)的遏止電壓分別為U1和U2。已知ν1<ν2，則()A．遏止電壓U1<U2B．用甲、乙兩種光分別照射時，金屬的截止頻率不同C．增加乙光的強度，遏止電壓U2變大D．滑動變阻器滑片P移至最左端，電流表示數(shù)為零解析：選A根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程有Ekm＝hν－W0，遏止電壓與最大初動能的關(guān)系為－eUc＝0－Ekm，聯(lián)立解得eUc＝hν－W0，所以入射光頻率越大，遏止電壓越大，遏止電壓與入射光的強度無關(guān)，故A正確，C錯誤；金屬的截止頻率與入射光無關(guān)，取決于金屬，因甲、乙兩種光分別照射同一光電管，所以金屬的截止頻率相同，故B錯誤；滑動變阻器滑片P移至最左端，所加的反向電壓為零，能發(fā)生光電效應(yīng)，所以電流表示數(shù)不為零，故D錯誤?！绢}型5綜合問題】【例5】（1）用波長為的光照射金屬表面所產(chǎn)生的光電子垂直進入磁感強度為B的勻強磁場中作勻速圓周運動時，其最大半徑為R，電子質(zhì)量為m，電量為e，普朗克恒量為，求：金屬的逸出功（2）一個光源以P=1.5W的功率向四周均勻地發(fā)射能量。在離光源距離R=3.5m處放置一鉀箔，鉀的逸出，假設(shè)入射光的能量是連續(xù)地和平穩(wěn)地傳給鉀箔，光子動量，光的平均波長為，h為普朗克常量。假設(shè)鉀箔完全吸收所有照射到它上面的能量。求：a．鉀箔在垂直入射光方向上單位面積上受到光的平均作用力（用題目中的物理符號表示）。b．按照經(jīng)典電磁理論，鉀箔只需吸收足夠的能量就可以逐出電子，若一個要被逐出的電子收集能量的圓形截面的半徑約為一個典型原子的半徑m，求電子將被逐出的時間。根據(jù)計算結(jié)果，你認為經(jīng)典電磁理論在解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象時是否合理，并說明理由?！敬鸢浮浚?）；（2）a．；b．；不合理，光電效應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生光電子的時間極短，幾乎不需時間累積，因此經(jīng)典電磁理論在解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象具有局限性【詳解】（1）由光電子做勻速圓周運動的最大半徑可知解得最大初動能為所以逸出功（2）a．設(shè)鉀箔的面積為S，t時間內(nèi)鉀箔吸收的光子個數(shù)為N，有由動量定理解得由牛頓第三定律可知，單位面積上受到光的平均壓力為b．一個電子在單位時間內(nèi)吸收的能量逐出電子所需要的時間為t1，需要的能量為E0，有所以由于光電效應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生光電子的時間極短，幾乎不需時間累積，因此經(jīng)典電磁理論在解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象具有局限性，不合理?！咀兪?-1】如圖為研究光電效應(yīng)的裝置示意圖，該裝置可用于分析光子的信息。在xOy平面（紙面）內(nèi)，垂直紙面的金屬薄板M、N與y軸平行放置，板N中間有一小孔O。有一由x軸、y軸和以O(shè)為圓心、圓心角為90°的半徑不同的兩條圓弧所圍的區(qū)域Ⅰ，整個區(qū)域Ⅰ內(nèi)存在大小可調(diào)、方向垂直紙面向里的勻強電場和磁感應(yīng)強度大小恒為B1、磁感線與圓弧平行且逆時針方向的磁場。區(qū)域Ⅰ右側(cè)還有一左邊界與y軸平行且相距為l、下邊界與x軸重合的勻強磁場區(qū)域Ⅱ，其寬度為a，長度足夠長，其中的磁場方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強度大小可調(diào)。光電子從板M逸出后經(jīng)極板間電壓U加速（板間電場視為勻強電場），調(diào)節(jié)區(qū)域Ⅰ的電場強度和區(qū)域Ⅱ的磁感應(yīng)強度，使電子恰好打在坐標為（a+2l，0）的點上，被置于該處的探測器接收。已知電子質(zhì)量為m、電荷量為e，板M的逸出功為W0，普朗克常量為h。忽略電子的重力及電子間的作用力。當頻率為ν的光照射板M時有光電子逸出，（1）求逸出光電子的最大初動能Ekm，并求光電子從O點射入?yún)^(qū)域Ⅰ時的速度v0的大小范圍；（2）若區(qū)域Ⅰ的電場強度大小，區(qū)域Ⅱ的磁感應(yīng)強度大小，求被探測到的電子剛從板M逸出時速度vM的大小及與x軸的夾角；（3）為了使從O點以各種大小和方向的速度射向區(qū)域Ⅰ的電子都能被探測到，需要調(diào)節(jié)區(qū)域Ⅰ的電場強度E和區(qū)域Ⅱ的磁感應(yīng)強度B2，求E的最大值和B2的最大值?！敬鸢浮浚?）；；（2）；；（3）；【詳解】（1）光電效應(yīng)方程，逸出光電子的最大初動能（2）速度選擇器如圖所示，幾何關(guān)系（3）由上述表達式可得由可得可得【變式5-2】A、B兩種光子的能量之比為2∶1，它們都能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，且所產(chǎn)生的光電子最大初動能分別為EA、EB，則下列說法正確的是（）A．A、B兩種光子的頻率之比為1∶2B．A、B兩種光子的動量之比為1∶2C．該金屬的逸出功W0＝EA－2EBD．該金屬的極限頻率νc＝【答案】C【詳解】由ε＝hν知，光子的能量與頻率成正比，則A、B兩種光子的頻率之比為2∶1，A錯誤；由光子能量動量公式，可知，A、B兩種光子的動量之比等于A、B兩種光子的能量之比pA∶pB＝2∶1，B錯誤；由于EA＝εA－W0了EB＝εB－W0而解得W0＝EA－2EB，C正確；該金屬的極限頻率為νc＝＝，D錯誤。故選C?！咀兪?-3】愛因斯坦利用普朗克的量子論成功解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象，提出了光子說。（1）如圖1所示為研究某光電管發(fā)生光電效應(yīng)的電路圖，當用頻率為v的光照射金屬陰極K時，通過調(diào)節(jié)光電管兩端電壓U，測量對應(yīng)的光電流強度I，繪制了如圖2所示的