2020届高考物理一轮复习 第12章 近代物理 第一节 光电效应 波粒二象性达标诊断高效训练

2020届高考物理一轮复习 第12章 近代物理 第一节 光电效应 波粒二象性达标诊断高效训练

1 第一节 光电效应 波粒二象性 (建议用时：60 分钟) 一、单项选择题 1．(2018·茂名模拟)用一束紫外线照射某金属时不能发生光电效应，可能使该金属发生光 电效应的措施是(　　) A．改用红光照射 B．改用 X 射线照射 C．改用强度更大的原紫外线照射 D．延长原紫外线的照射时间 解析：选 B.根据光电效应发生的条件 ν＞ν0，必须用能量更大，即频率更高的粒子．能否 发生光电效应与光的强度和照射时间无关．X 射线的频率大于紫外线的频率．故 A、C、D 错 误，B 正确． 2．关于光电效应的规律，下列说法中正确的是(　　) A．发生光电效应时，不改变入射光的频率，增大入射光强度，则单位时间内从金属内逸出 的光电子数目增多 B．光电子的最大初动能跟入射光强度成正比 C．发生光电效应的反应时间一般都大于 10－7 s D．只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能发生 解析：选 A.发生光电效应时，不改变入射光的频率，增大入射光强度，则单位时间内打到 金属上的光子个数增加，则从金属内逸出的光电子数目增多，选项 A 正确；光电子的最大初 动能跟入射光强度无关，随入射光的频率增大而增大，选项 B 错误；发生光电效应的反应时 间一般都不超过 10－9s，选项 C 错误；只有入射光的频率大于该金属的极限频率时，即入射 光的波长小于该金属的极限波长时，光电效应才能发生，选项 D 错误． 3．某光源发出的光由不同波长的光组成，不同波长的光的强度如图所示，表中给出了一些 材料的极限波长，用该光源发出的光照射表中材料(　　) 材料 钠 铜 铂 极限波长(nm) 541 268 196 A.仅钠能产生光电子　　　 B．仅钠、铜能产生光电子 C．仅铜、铂能产生光电子 D．都能产生光电子 2 解析：选 D.根据爱因斯坦光电效应方程可知，只有光源的波长小于某金属的极限波长，才 有光电子逸出，该光源发出的光的波长有小于 100 nm，小于钠、铜、铂三个的极限波长，都 能产生光电子，故 D 正确，A、B、C 错误． 4．(2018·湖北八校联考)下表是按照密立根的方法进行光电效应实验时得到的某金属的遏 止电压 Uc 和入射光的频率 ν 的几组数据． Uc/V 0.541 0.637 0.714 0.809 0.878 ν/×1014 Hz 5.644 5.888 6.098 6.303 6.501 由以上数据应用 Excel 描点连线，可得直线方程，如图所示． 则这种金属的截止频率约为(　　) A．3.5×1014Hz B．4.3×1014Hz C．5.5×1014Hz D．6.0×1014Hz 解析：选 B.遏止电压为零时，入射光的频率等于截止频率，根据方程 Uc＝0.397 3 ν 1014－1.702 4，当 Uc＝0 时，解得 ν≈4.3×1014Hz，B 正确． 5．(2017·高考北京卷)2017 年年初，我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装 置，发出了波长在 100 nm(1 nm＝10－9 m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲．大 连光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发 挥重要作用． 一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎．据此判 断，能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量 h＝6.6×10－34 J·s，真空光速 c＝3×108 m/s)(　　) A．10－21 J B．10－18 J C．10－15 J D．10－12 J 解析：选 B.光子的能量 E＝hν，c＝λν，联立解得 E≈2×10－18 J，B 项正确． 6．(2018·江苏苏锡常镇四市调研)如图所示为研究光电效应现象的实验，电路中所有元件 完好，当光照射到光电管上时，灵敏电流计中没有电流通过，可能的原因是(　　) 3 A．入射光强度较弱 B．入射光波长太长 C．电源电压太高 D．光照射时间太短 解析：选 B.光的强度和光照时间都不能决定能否发生光电效应；光照射到光电管上时，灵 敏电流计中没有电流通过，则可能是没有发生光电效应，即入射光的频率过小，波长较大造 成的； 电源电压也不能决定光电管中能否有光电流；故选项 B 正确，A、C、D 错误． 7．1927 年戴维孙和汤姆孙分别完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物 理实验之一．如图所示的是该实验装置的简化图，下列说法错误的是(　　) A．亮条纹是电子到达概率大的地方 B．该实验说明物质波理论是正确的 C．该实验再次说明光子具有波动性 D．该实验说明实物粒子具有波动性 答案：C 二、多项选择题 8．如图甲所示为实验小组利用 100 多个电子通过双缝后的部分干涉图样，可以看出每一个 电子都是一个点；如图乙所示为该小组利用 70 000 多个电子通过双缝后的干涉图样，为明 暗相间的条纹．则对本实验的理解正确的是(　　) A．图甲体现了电子的粒子性 B．图乙体现了电子的粒子性 C．单个电子运动轨道是确定的 D．图乙中暗条纹处仍有电子到达，只不过到达的概率小 解析：选 AD.题图甲中的每一个电子都是一个点，说明少数粒子体现粒子性，到达的位置不 4 同，说明单个电子的运动轨道不确定，A 正确，C 错误；题图乙中明、暗相间的条纹说明大 量的粒子表现为波动性，B 错误；题图乙中暗条纹处仍有电子到达，只不过到达的概率小， D 正确． 9．(2018·黑龙江双鸭山市一中模拟)用两束频率相同，光照强度不同的紫外线去照射两种 不同金属板，都能产生光电效应，则(　　) A．金属板带正电，原因为有电子从金属板逸出 B．用强度大的紫外线照射时，所产生的光电子的初速度一定大 C．从极限频率较小的金属中飞出的光电子的初动能一定大 D．由光照强度大的紫外线所照射的金属，单位时间内产生的光电子数目一定多 解析：选 ACD.因为有电子从金属板逸出，故金属板带正电，选项 A 正确；光电子最大初动 能与入射光的强度无关，故 B 错误；由 Ekmax＝hν－W 逸出功＝hν－hν0 可知，从极限频率较 小的金属中飞出的光电子的初动能一定大，选项 C 正确；单位时间内产生的光电子数目与入 射光的强度有关，故强度较大的紫外线照射的金属，单位时间内产生的光电子数目一定多， 故 D 正确． 10．如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能 Ek 与入射光频率 ν 的关系图 象．由图象可知(　　) A．该金属的逸出功等于 E B．该金属的逸出功等于 hν0 C．入射光的频率为 2ν0 时，产生的光电子的最大初动能为 E D．入射光的频率为 ν0 2 时，产生的光电子的最大初动能为 E 2 解析：选 ABC.由爱因斯坦光电效应方程 Ek＝hν－W0 知，当 ν＝0 时－W0＝Ek，故 W0＝E，A 项对；而 Ek＝0 时，hν＝W0 即 W0＝hν0，B 项对；入射光的频率为 2ν0 时产生的光电子的 最大初动能 Ekm＝2hν0－hν0＝hν0＝E，C 项对；入射光的频率为 ν0 2 时，不会发生光电效应， D 错． 11．研究光电效应规律的实验装置如图甲所示，以频率为 ν 的光照射光电管阴极 K 时，有 光电子产生．由于光电管 K、A 间加的是反向电压，光电子从阴极 K 发射后将向阳极 A 做减 速运动．光电流 i 由图中电流计 G 测出，反向电压 U 由电压表 V 测出．当电流计的示数恰好 为零时，电压表的示数称为反向截止电压 Uc，在如图乙所示光电效应实验规律的图象中， 正确的是(　　) 5 解析：选 ACD.当反向电压 U 与入射光频率 ν 一定时，光电流 i 与光强成正比，所以 A 图正 确；频率为 ν 的入射光照射阴极所发射出的光电子的最大初动能为 1 2mev 2max＝hν－W0，而截 止电压 Uc 与最大初动能的关系为 eUc＝ 1 2mev 2max，所以截止电压 Uc 与入射光频率 ν 的关系是 eUc＝hν－W0，其函数图象不过原点，所以 B 图错误；当光强与入射光频率一定时，单位时 间内单位面积上逸出的光电子数及其最大初动能是一定的，所形成的光电流强度会随反向电 压的增大而减少，所以 C 图正确；根据光电效应的瞬时性规律，不难确定 D 图是正确的． 三、非选择题 12．如图甲所示是研究光电效应规律的光电管．用波长 λ＝0.50μm 的绿光照射阴极 K，实 验测得流过 G 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． 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 6 子的个数 n＝ Im e ＝ 0.64 × 10－6 1.6 × 10－19(个)＝4.0×1012(个) 光电子的最大初动能为： Ekm＝eUc＝1.6×10－19 C×0.6 V＝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＝h c λ－h c λ0，代入数据 得 λ0＝0.66 μm. 答案：(1)4.0×1012 个　9.6×10－20 J　(2)0.66 μm