2021版高考物理一轮复习考点集训四十六第1节光电效应波粒二象性含解析

2021版高考物理一轮复习考点集训四十六第1节光电效应波粒二象性含解析

考点集训(四十六)　第1节　光电效应　波粒二象性 A组 ‎1．下列各种说法中错误的是(　　)‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ A．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说 B．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的照射时间太短 C．在光的单缝衍射实验中，狭缝越窄，光子动量的不确定量越大 D．任何一个运动物体都与一种波相对应，这就是物质波，物质波是概率波 ‎[解析] 普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说，选项A正确；一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的频率太小，选项B错误；在光的单缝衍射实验中，根据不确定关系Δp·Δx＝知狭缝越窄，光子动量的不确定量越大，选项C正确；任何一个运动物体都与一种波相对应，这就是物质波，物质波是概率波，选项D正确；此题选择错误的选项，故选B.‎ ‎[答案] B ‎2．下列各组现象能说明光具有波粒二象性的是(　　)‎ A．光的色散和光的干涉 B．光的干涉和光的衍射 C．泊松亮斑和光电效应 D．光的反射和光电效应 ‎[解析] 光的色散、干涉都说明光具有波动性，选项A错误；光的干涉和光的衍射都说明光具有波动性，选项B错误；泊松亮斑说明光具有波动性，光电效应现象说明光又具有粒子性．选项C正确；光的反射说明光具有类似于实物粒子的特性，光电效应现象说明光具有粒子性，故D错误．‎ ‎[答案] C ‎3．在中子衍射技术中，常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距相近．已知中子质量m＝1.6×10－27 kg，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，可以估算德布罗意波长λ＝1.82×10－10 m的热中子动能的数量级为(　　)‎ A．10－15 J B．10－19 J C．10－21 J D．10－34 J ‎[解析] 根据德布罗意波理论，中子动量p＝，中子动能Ek＝mv2＝，代入数据可估算出中子动能的数量级为10－21 J，C正确．‎ ‎[答案] C ‎4．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3×108 m/s，能使锌产生光电效应单色光的最低频率(　　)‎ A．1×1014 Hz B．8×1015 Hz C．2×1015 Hz D．8×1014 Hz ‎[解析] 根据光电效应方程Ek＝hν－W0＝h－W0，逸出功W0＝hν0，可知W0＝hν－Ek 5‎ ‎＝h－Ek，代入数据可知ν＝8×1014 Hz，故D正确．‎ ‎[答案] D ‎5．关于电子的运动规律，以下说法正确的是(　　)‎ A．电子如果表现出粒子性，则无法用轨迹来描述它们的运动，其运动遵循牛顿运动定律 B．电子如果表现出粒子性，则可以用轨迹来描述它们的运动，其运动遵循牛顿运动定律 C．电子如果表现出波动性，则无法用轨迹来描述它们的运动，空间分布的概率遵循波动规律 D．电子如果表现出波动性，则可以用轨迹来描述它们的运动，其运动遵循牛顿运动定律 ‎[解析] 电子运动对应的物质波是概率波．少量电子表现出粒子性，无法用轨迹描述其运动，也不遵循牛顿运动定律，A、B错误；大量电子表现出波动性，无法用轨迹描述其运动，可确定电子在某点附近出现的概率，且概率遵循波动规律，C正确，D错误．‎ ‎[答案] C ‎6．(多选)关于下列图象的解释正确的是(　　)‎ A．如图甲所示，由黑体的辐射强度与辐射光波长的关系可知，随温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长方向移动(已知T1＞T2)‎ B．如图乙所示，发生光电效应时，入射光越强，光电子的最大初动能也就越大 C．如图丙所示，金属的遏制电压Uc与入射光的频率ν的图象中，该直线的斜率为 D．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，如图丁所示，则可判断甲、乙、丙光的频率关系为ν甲＝ν乙＜ν丙 ‎[解析] 由图可知，随温度的升高，相同波长的光辐射强度都会增大，辐射强度的极大值向波长较小方向移动，故A错误；根据光电效应方程有Ekm＝hν－W0，可知光电子的最大初动能与光的强度无关，故B错误；根据光电效应方程有Ekm＝hν－W0，根据能量守恒定律得eUc＝Ekm，联立得eUc＝hν－W0，即Uc＝，可知该直线的斜率为，故C正确；根据eUc＝Ekm，由图知丙光的遏止电压大于甲光的遏止电压，所以甲光、乙光对应的光电子最大初动能小于丙光的光电子最大初动能，故D正确．‎ ‎[答案] CD ‎7．现用电子显微镜观测线度为d的某生物大分子的结构．为满足测量要求，将显微镜 5‎ 工作时电子的德布罗意波长设定为，其中n>1.已知普朗克常量h、电子质量m和电子电荷量e，电子的初速度不计，则显微镜工作时电子的加速电压应为(　　)‎ A. B. C. D. ‎[解析] 物质波的波长λ＝，则有＝，解得v＝，由动能定理可得eU＝mv2，解得U＝，故选项D正确．‎ ‎[答案] D B组 ‎8．(多选)如图，用某单色光照射光电管的阴极K.会发生光电效应．在阳极A和阴极K之间加上反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大加在光电管上的电压，直至电流表中电流恰为零，此时电压表的电压值U称为反向截止电压，现分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极，测得反向截止电压分别为U1和U2.设电子的质量为m、电荷量为e，则下列关系式正确的是(　　)‎ A．频率为ν1的光照射时，光电子的最大初速度为 B．普朗克常数h＝ C．阴极K金属的逸出功为W＝ D．阴极K金属的极限频率是ν0＝ ‎[解析] 光电子在电场中做减速运动，根据动能定理得：－eU1＝0－mv，则得光电子的最大初速度vm1＝，故A正确；根据爱因斯坦光电效应方程得：hν1＝eU1＋W；hν2＝eU2＋W，联立解得：h＝；W＝，故B错误，C正确；阴极K金属的极限频率ν0＝＝＝，代入普朗克常量的表达式，得：ν0＝，故D正确．‎ 5‎ ‎[答案] ACD ‎9．光具有波粒二象性，光子的能量为hν，其中频率ν表征波的特性．在爱因斯坦提出光子说之后，法国物理学家德布罗意提出了光子动量p与光波波长的关系为p＝.若某激光管以P＝60 W的功率发射波长λ＝6.63×10－7 m的光束．已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，真空中光速c＝3×108 m/s，求：‎ ‎(1)该管在1 s内发射出多少个光子？‎ ‎(2)若光束全部被某黑体表面吸收，那么该黑体表面所受到的光束对它的作用力F为多大？‎ ‎[解析] (1)设在时间Δt内发射出的光子数为n，光子频率为ν，每个光子的能量为hν，则PΔt＝nhν 又ν＝，则PΔt＝ 将Δt＝1 s代入上式，解得：n＝2×1020个 ‎(2)在时间Δt内激光管发射出的光子全部被黑体表面吸收，光子的末态总动量变为0，根据题中信息可知，n个光子的初态总动量为p0＝np＝n 根据动量定理可知FΔt＝0－(－p0)‎ 黑体表面对光子的作用力为 F＝＝ N＝2.0×10－7 N 根据牛顿第三定律，光子对黑体表面的作用力为2.0×10－7 N ‎10．如图所示，一光电管的阴极用极限波长λ0＝500 nm的钠制成．用波长λ＝300 nm的紫外线照射阴极，光电管阳极A和阴极K之间的电势差U＝2.1 V，饱和光电流的值(当阴极K发射的电子全部到达阳极A时，电路中的电流达到最大值，称为饱和光电流)I＝0.56 μA.‎ ‎(1)求每秒钟内由K极发射的光电子数目；‎ ‎(2)求电子到达A极时的最大动能；‎ ‎(3)如果电势差U不变，而照射光的强度增到原值的三倍，此时电子到达A极的最大动能是多大？(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，结果均保留2位有效数字)‎ ‎[解析] (1)设每秒内发射的电子数为n，‎ 则n＝＝＝3.5×1012(个)‎ ‎(2)由光电效应方程可知，光电子的最大初动能Ekm＝hν－W0＝h－h＝hc 在A、K间加电压U时，电子到达阳极时的动能为Ek，由动能定理Ek＝Ekm＋eU＝hc 5‎ ＋eU 代入数值得Ek＝6.0×10－19 J ‎(3)根据光电效应规律，光电子的最大初动能与入射光的强度无关；如果电压U不变，则电子到达A极的最大动能不会变，仍为6.0×10－19 J.‎ 5‎