2021届高考物理一轮复习12第1讲波粒二象性练习含解析

2021届高考物理一轮复习12第1讲波粒二象性练习含解析

第1讲 波粒二象性 考点一　光电效应规律 光电效应现象的理解 ‎【典例1】(多选)(2016·全国卷Ⅰ)现用一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。下列说法正确的是 (　　)‎ A.保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大 B.入射光的频率变高，饱和光电流变大 C.入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大 D.保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生 ‎【解析】选A、C。根据光电效应规律，保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，则饱和光电流变大，选项A正确。由爱因斯坦光电效应方程知，入射光的频率变高，产生的光电子最大初动能变大，而饱和光电流与入射光的频率和光强都有关，选项B错误，C正确。保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，当入射光的频率小于极限频率时，就不能发生光电效应，没有光电流产生，选项D错误。‎ 光电效应方程的应用 ‎【典例2】(2018·全国卷Ⅱ)用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10-19 J。已知普朗克常量为6.63×10-34 J·s，真空中的光速为3.00×‎108 m/s。能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为 (　　)‎ A.1×1014 Hz B.8×1014 Hz C.2×1015 Hz D.8×1015 Hz ‎【解析】选B。根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0，当ν最小时hν0=W0，代入数值可得ν0≈8×1014 Hz，选项B正确。‎ ‎1.光电效应的研究思路：‎ ‎(1)两条线索。‎ ‎(2)两条对应关系：‎ 7‎ ‎①光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大。‎ ‎②光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。‎ ‎2.深入理解三个关系：‎ ‎(1)爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0。‎ ‎(2)光电子的最大初动能Ek可以利用光电管用实验的方法测得，即Ek=eUc，其中Uc是遏止电压。‎ ‎(3)光电效应方程中的W0为逸出功，它与极限频率νc的关系是W0=hνc。‎ ‎【加固训练】‎ ‎　　(多选)(2019·湖南长沙一中模拟)用如图的装置研究光电效应现象，当用光子能量为2.5 eV的光照射到光电管上时，电流表G的读数为0.2 mA。移动变阻器的触点c，当电压表的示数大于或等于0.7 V时，电流表读数为0。则 ‎ (　　)‎ A.光电管阴极的逸出功为1.8 eV B.电键K断开后，没有电流流过电流表G C.光电子的最大初动能为0.7 eV D.改用能量为1.5 eV的光子照射，电流表G也有电流，但电流较小 ‎【解析】选A、C。该装置所加的电压为反向电压，当电压表的示数大于或等于0.7 V时，电流表示数为0，可知光电子的最大初动能为0.7 eV，根据光电效应方程Ekm=hν-W0，得W0=1.8 eV，A、C正确。电键K断开后，用光子能量为2.5 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，有光电子逸出，则有电流流过电流表，B错误。改用能量为1.5 eV的光子照射，由于光电子的能量小于逸出功，不能发生光电效应，无光电流，D错误。‎ 考点二　光电效应的图象分析 Ek-ν图象 ‎【典例3】用如图甲所示的装置研究光电效应现象。闭合开关S，用频率为ν的光照射光电管时发生了光电效应。图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能Ek 7‎ 与入射光频率ν的关系图象，图线与横轴的交点坐标为(a，0)，与纵轴的交点坐标为(0，-b)。下列说法正确的是 (　　)‎ A.普朗克常量为h=‎ B.断开开关S后，电流表G的示数不为零 C.仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大 D.保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表G的示数保持不变 ‎【解析】选B。由Ek=hν-W0，可知图线的斜率为普朗克常量，即h=，故A错误；断开开关S后，仍有光电子产生，所以电流表G的示数不为零，故B正确；只有增大入射光的频率，才能增大光电子的最大初动能，与光的强度无关，故C错误；保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，单个光子的能量增大，而光的强度不变，那么光子数一定减少，发射出的光电子数也减少，电流表G的示数要减小，故D错误。‎ I-U图象 ‎【典例4】(多选)(2020·长沙模拟)在图甲所示光电效应实验中，将a、b、c三种色光照射同一光电管后得到三条光电流与电压之间的关系曲线，如图乙所示。下列说法正确的是 (　　)‎ A.当开关S扳向2时，可得到图乙中U>0的图线 B.a光的频率低于b光的频率 7‎ C.a光的强度大于c光的强度 D.a光对应的光电子最大初动能大于c光的光电子最大初动能 ‎【解析】选B、C。开关S扳到1时，光电管两端电压为正向电压，可得到图乙中U>0的图线，S扳到2时，光电管两端电压为反向电压，可得到图乙中U<0的图线，A错误；同一光电管的逸出功W相同，而b光对应的遏止电压最大，由eUc=m=hν-W可知，b光的频率最高，B正确；由题图乙可知，a、c光对应的遏止电压相等，故a、c光的频率相同，由于a光对应的饱和光电流较大，说明a光的强度较大，C正确；由eUc=m可知，a、c光对应的遏止电压相等，对应的光电子最大初动能也相等，D错误。‎ Uc-ν图象 ‎【典例5】如图为密立根研究某金属的遏止电压Uc和入射光频率ν的关系图象，则下列说法正确的是 (　　)‎ A.图象的斜率为普朗克常量 B.该金属的截止频率约为5.5×1014 Hz C.由图象可得该金属的逸出功为0.5 eV D.由图象可知，光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系 ‎【解析】选D。根据光电效应方程得，Ekm=hν-W0，又Ekm=eUc，解得Uc=-，可知图线的斜率k=，故A项错误；当遏止电压为零时，入射光的频率等于金属的截止频率，大约为4.2×1014 Hz，故B项错误；图线的斜率k=，则逸出功W0=hν0=keν0=×4.2×1014 eV≈1.6 eV，故C项错误；由图象可知Uc与ν成一次函数关系，又Ekm=eUc，故光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系，故D项正确。‎ 7‎ 光电效应图象的分析 图象名称 图线形状 由图线直接(间接) ‎ 得到的物理量 最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线 ‎(1)极限频率：ν0‎ ‎(2)逸出功：‎ W0=|-E|=E ‎(3)普朗克常量：图线的斜率k=h 遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线 ‎(1)截止(极限)频率：ν0‎ ‎(2)遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大 ‎(3)普朗克常量：h=ke(k为斜率，e为电子电量)‎ 频率相同、光强不同时，光电流与电压的关系 ‎(1)遏止电压Uc ‎(2)饱和光电流Im(电流的最大值)‎ ‎(3)最大初动能Ekm=eUc 频率不同、光强相同时，光电流与电压的关系 ‎(1)遏止电压：Uc1、Uc2‎ ‎(2)饱和光电流：电流最大值 ‎(3)最大初动能：Ek1=eUc1，Ek2=eUc2‎ ‎【加固训练】‎ ‎　　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.乙光的频率大于丙光的频率 7‎ 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】选B。根据eUc=m=hν-W0，入射光的频率越高，对应的遏止电压Uc越大，甲光、乙光的遏止电压相等，所以甲光、乙光的频率相等，故A错误。丙光的遏止电压大于乙光的遏止电压，所以丙光的频率大于乙光的频率，则乙光的波长大于丙光的波长，故B正确，C错误。丙光的遏止电压大于甲光的遏止电压，所以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，故D错误。‎ 考点三　光的波粒二象性　物质波 ‎【典例6】(多选)实物粒子和光都具有波粒二象性，下列事实中突出体现波动性的是 (　　)‎ A.β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹 B.人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构 C.人们利用电子显微镜观测物质的微观结构 D.光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关 ‎【解析】选B、C。β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹，可以说明β射线是一种粒子，故A错误；人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构，慢中子衍射说明中子是一种波，故B正确；人们利用电子显微镜观测物质的微观结构，利用了电子束的德布罗意波长短，提高显微镜的分辨本领，说明电子是一种波，故C正确；光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，说明光是一种粒子，故D错误。‎ ‎1.对光的粒子性和波动性的理解：‎ 项目 内容 说明 光的 粒子性 ‎(1)当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子性 ‎(2)少量或个别光子容易显示出光的粒子性 粒子的含义是“不连续的”“一份一份的”，光的粒子即光子 光的 波动性 ‎(1)足够能量的光在传播时，表现出波动的性质 光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的，‎ 7‎ ‎(2)光是一种概率波，即光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可用波动规律来描述 光的波动性不同于宏观概念的波 波和粒子 的对立 与统一 宏观世界：波和粒子是相互对立的概念 微观世界：波和粒子是统一的。光子说并未否定波动性，光子能量E=hν=，其中，ν和λ就是描述波的两个物理量 ‎2.物质波：‎ 德布罗意波是概率波，衍射图样中的亮圆是电子落点概率大的地方，但概率的大小受波动规律的支配。‎ ‎【加固训练】‎ ‎　　下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是 (　　)‎ A.有的光是波，有的光是粒子 B.光子与电子是同样的一种粒子 C.光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著 D.大量光子的行为往往显示出粒子性 ‎【解析】选C。光既有波动性又有粒子性，故A项错误；光子不带电，没有静止质量，而电子带负电，有质量，故B项错误；光的波长越长，其波动性越显著，波长越短，其粒子性越显著，故C项正确；个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性，故D项错误。‎ 7‎