优化探究新课标高考总复习人教物理选修3521光电效应波粒二象性

优化探究新课标高考总复习人教物理选修3521光电效应波粒二象性

光电效应　波粒二象性 一、选择题 ‎1．(2011年高考广东理综)光电效应实验中，下列表述正确的是(　　)‎ A．光照时间越长光电流越大 B．入射光足够强就可以有光电流 C．遏止电压与入射光的频率有关 D．入射光频率大于极限频率才能产生光电子 解析：只有当入射光频率大于极限频率时才能产生光电子，其大小与光强有关，与光照时间长短无关，A、B错；由爱因斯坦光电效应方程知eUc＝Ek＝hν－W0(其中Uc为遏止电压，Ek为光电子的最大初动能，W0为逸出功，ν为入射光频率)．C、D正确．‎ 答案：CD ‎2．关于物质的波粒二象性，下列说法中不正确的是(　　)‎ A．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性 B．运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道 C．波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的 D．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性 解析：光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律，大量光子运动的规律表现出光的波动性，而单个光子的运动表现出光的粒子性．光的波长越长，波动性越明显，光的频率越高，粒子性越明显．而宏观物体的德布罗意波的波长太小，实际很难观察到波动性，不是不具有波粒二象性．应选D项．‎ 答案：D ‎3．根据爱因斯坦光子说，光子能量E等于(h为普朗克常量，c、λ 为真空中的光速和波长)(　　)‎ A．h　　　　　　　　　 B．h C．hλ D. 解析：光子的能量E＝hν，而ν＝，故E＝h，A正确．‎ 答案：A ‎4．(2012年高考江苏单科)A、B两种光子的能量之比为2∶1，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子最大初动能分别为EA、EB，求A、B两种光子的动量之比和该金属的逸出功．‎ 解析：光子能量ε＝hν，动量p＝，且ν＝ 得p＝，则pA∶pB＝2∶1‎ A照射时，光电子的最大初动能EA＝εA－W0，同理，EB＝εB－W0解得W0＝EA－2EB.‎ 答案：2∶1　EA－2EB ‎(时间：45分钟，满分：100分)‎ ‎[命题报告·教师用书独具]‎ 知识点 题号 光电效应的条件 ‎1、2、4‎ 应用图象处理光电效应问题 ‎3、5‎ 光电管的原理及应用 ‎6、8、9‎ 光电效应方程 ‎7、10‎ 光电效应问题的综合分析 ‎11、12‎ 一、选择题(本题共10小题，每小题7分，共70分，每小题至少有一个选项正确，把正确选项前的字母填在题后的括号内)‎ ‎1．(2012年高考上海单科)在光电效应实验中，用单色光照射某种金属表面，有光电子逸出，则光电子的最大初动能取决于入射光的(　　)‎ A．频率 B．强度 C．照射时间 D．光子数目 解析：由Ek＝hν－W0可知选项A正确．‎ 答案：A ‎2．入射光照到某金属表面发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，则下列说法中正确的是(　　)‎ A．从光照射到金属表面上到金属发射出光电子之间的时间间隔将明显增加 B．逸出的光电子的最大初动能减小 C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少 D．有可能不发生光电效应 解析：光电效应瞬时(10－9s)发生，与光强无关，A错；能否发生光电效应，只决定于入射光的频率是否大于极限频率，与光强无关，D错；光电子的最大初动能只与入射光频率有关，入射光频率不变，最大初动能不变，B错；光电子数目多少与入射光强度有关，可理解为一个光子能打出一个光电子，光强减弱，逸出的光电子数目减少，C对．‎ 答案：C ‎3．用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率ν变化的Ekν图象，已知钨的逸出功是3.28 eV，锌的逸出功是3.34 eV，若将二者的图线画在同一个Ekν坐标系中，如图所示中用实线表示钨，虚线表示锌，则正确反映这一过程的是(　　)‎ 解析：依据光电效应方程Ek＝hν－W0可知，Ekν 图线的斜率代表普朗克常量h，因此钨和锌的Ekν图线应该平行．图线的横截距代表极限频率νc，而νc＝，因此钨的νc小些．综上所述，A图正确．‎ 答案：A ‎4．(2011年高考上海单科)用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措施是(　　)‎ A．改用频率更小的紫外线照射 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：金属发生光电效应必须使光的频率大于极限频率，X射线的频率大于紫外线的频率．‎ 答案：B ‎5．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hνc C．入射光的频率为2νc时，产生的光电子的最大初动能为E D．入射光的频率为时，产生的光电子的最大初动能为 解析：由图并结合Ek＝hν－W0得Ek＝hν－E.‎ 故逸出功W0＝E，故选项A对；当Ek＝0时，ν＝νc，故E＝hνc，故选项B对；ν＝2νc时，可得出Ek＝E，故选项C对；当入射光的频率为时，不发生光电效应，故选项D错．‎ 答案：ABC ‎6．如图所示是光电管的原理图，已知当有波长为λ0‎ 的光照射到阴极K上时，电路中有光电流，则(　　)‎ A．若换用波长为λ1(λ1＞λ0)的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流 B．若换用波长为λ2(λ2＜λ0)的光照射阴极K时，电路中一定有光电流 C．增加电路中电源电压，电路中光电流一定增大 D．若将电源极性反接，电路中一定没有光电流产生 解析：用波长为λ0的光照射阴极K，电路中有光电流，说明入射光的频率ν＝大于金属的极限频率，换用波长为λ1的光照射阴极K，因为λ1＞λ0，根据ν＝可知，波长为λ1的光的频率不一定大于金属的极限频率，因此不一定能发生光电效应现象，A错误；同理可以判断，B正确；光电流的大小与入射光的强度有关，在一定频率与强度的光照射下，光电流与电压之间的关系为：开始时，光电流随电压U的增加而增大，当U大到一定程度时，光电流达到饱和值，这时即使再增大U，在单位时间内也不可能有更多的光电子定向移动，光电流也就不会再增加，即饱和光电流是在一定频率与强度的光照射下的最大光电流，增大电源电压，若光电流达到饱和值，则光电流也不会增大，C错误；将电源极性反接，若光电子的最大初动能大于光电管两极间静电力做的功，电路中仍有光电流产生，D错误．‎ 答案：B ‎7．(2012年高考海南单科)产生光电效应时，关于逸出光电子的最大初动能Ek，下列说法正确的是(　　)‎ A．对于同种金属，Ek与照射光的强度无关 B．对于同种金属，Ek与照射光的波长成反比 C．对于同种金属，Ek与照射光的时间成正比 D．对于同种金属，Ek与照射光的频率成线性关系 E．对于不同种金属，若照射光频率不变，Ek与金属的逸出功成线性关系 解析：由Ek＝hν－W0知Ek与照射光的强度及照射时间无关，与ν成线性关系，故选项A、D正确，C错误．由Ek＝－W0可知Ek与λ不成反比，故选项B错误．在hν不变的情况下，Ek与W0成线性关系，故选项E正确．‎ 答案：ADE ‎8．在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图所示．则可判断出(　　)‎ A．甲光的频率大于乙光的频率 B．乙光的波长大于丙光的波长 C．乙光对应的截止频率大于丙光对应的截止频率 D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光对应的光电子最大初动能 解析：由图象知，甲、乙光对应的遏止电压相等，由eUc＝Ek和hν＝W0＋Ek得甲、乙光频率相等，A错误；丙光的频率大于乙光的频率，则丙光的波长小于乙光的波长，B正确；由hνc＝W0得甲、乙、丙光对应的截止频率相同，C错误；由光电效应方程知，甲光对应的光电子最大初动能小于丙光对应的光电子最大初动能，D错误．‎ 答案：B ‎9．研究光电效应的电路如图(甲)所示．用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流．图(乙)中光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图象中，正确的是(　　)‎ 解析：频率相同，逸出功相同，由hν＝W0＋Ek知最大初动能相同，又由Ek＝eUc可知它们的遏止电压相同，故可排除选项A、B；强光对应的光子数多，光电流大，故C正确，D错误．‎ 答案：C ‎10．下表给出了一些金属材料的逸出功.‎ 材料 铯 钙 镁 铍 钛 逸出功(×10－19J)‎ ‎3.0‎ ‎4.3‎ ‎5.9‎ ‎6.2‎ ‎6.6‎ 现用波长为400 nm的单色光照射上述材料，能产生光电效应的材料最多有几种(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3.0×‎108 m/s)(　　)‎ A．2种 B．3种 C．4种 D．5种 解析：要发生光电效应，则入射光的能量必须大于金属的逸出功，由题可算出波长为400 nm的光的能量为E＝hν＝h＝6.63×10－34×J＝4.97×10－19J，大于铯和钙的逸出功．所以A选项正确．‎ 答案：A 二、非选择题(本题共2小题，共30分，解答时应写出必要的文字说明、方程式和演算步骤，有数值计算的要注明单位)‎ ‎11．(15分)紫光在真空中的波长为4.5×10－‎7m，问：‎ ‎(1)紫光光子的能量是多少？‎ ‎(2)用它照射极限频率为νc＝4.62×1014Hz的金属钾能否产生光电效应？‎ ‎(3)若能产生，则光电子的最大初动能为多少？(h＝6.63×10－34 J·s)‎ 解析：(1)E＝hν＝h＝4.42×10－19 J ‎(2)ν＝≈6.67×1014Hz，因为ν＞νc，所以能产生光电效应．‎ ‎(3)光电子的最大初动能为Ek＝hν－W0＝h(ν－νc)≈1.36×10－19 J.‎ 答案：(1)4.42×10－19 J　(2)能 ‎(3)1.36×10－19 J ‎12．(15分)用功率P0＝1 W的光源，照射离光源r＝‎3 m处的某块金属的薄片，已知光源发出的是波长λ＝663 nm的单色光，试计算：‎ ‎(1)1 s内打到金属板‎1 m2‎面积上的光子数；‎ ‎(2)若取该金属原子半径r1＝0.5×10－‎10 m，则金属表面上每个原子平均需隔多少时间才能接收到一个光子？‎ 解析：(1)离光源r＝‎3 m处的金属板每m2面积上1 s内接收的光能 E0＝P0t/(4πr2)＝8.85×10－3 J 每个光子的能量E＝h＝3×10－19 J.‎ 所以，每秒接收的光子数 n＝＝2.95×1016个．‎ ‎(2)每个原子的截面积为 S1＝πr＝7.85×10－‎‎21 m2‎ 把金属板看成由原子密集排列组成的，则面积S1上接收的光的功率 P′＝8.85×10－3×7.85×10－21 W＝6.95×10－23 W 每两个光子落在原子上的时间间隔 Δt＝＝ s＝4 317 s.‎ 答案：(1)2.95×1016个　(2)4 317 s