高考物理一輪復習 考點規(guī)范練37 光電效應 波粒二象性（含解析）新人教版-新人教版高三物理試題

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1、考點規(guī)范練37　光電效應　波粒二象性 一、單項選擇題 1.1927年戴維孫和革末完成了電子衍射實驗,該實驗是榮獲諾貝爾獎的重大近代物理實驗之一。下圖是該實驗裝置的簡化圖,下列說法不正確的是(　　) A.亮條紋是電子到達概率大的地方 B.該實驗說明物質波理論是正確的 C.該實驗再次說明光子具有波動性 D.該實驗說明實物粒子具有波動性 答案:C 解析:亮條紋是電子到達概率大的地方,該實驗說明物質波理論是正確的,該實驗說明實物粒子具有波動性,不能說明光子具有波動性。 2.(2019·湖南益陽調研)關于下列物理史實與物理現(xiàn)象,說法正確的是(　　) A.光電效應現(xiàn)象由德國物理學家

2、赫茲發(fā)現(xiàn),愛因斯坦對其做出了正確的解釋 B.只有入射光的頻率低于截止頻率,才會發(fā)生光電效應 C.根據(jù)愛因斯坦的光電效應方程可知,光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比 D.光電效應現(xiàn)象證明光是一種波 答案:A 解析:1887年德國物理學家赫茲發(fā)現(xiàn)了光電效應現(xiàn)象,愛因斯坦對光電效應的實驗規(guī)律做出了正確的解釋,故A正確;每種金屬都有一個截止頻率,只有入射光的頻率大于等于截止頻率,才會發(fā)生光電效應,故B錯誤;由愛因斯坦的光電效應方程Ek=hν-W0知,光電子的最大初動能與入射光的頻率不成正比,故C錯誤;光電效應現(xiàn)象證明光具有粒子性,故D錯誤。 3.(2019·江西新余二模)在光電效應實驗

3、中,先后用頻率相同但光強不同的兩束光照射同一個光電管,若實驗a中的光強大于實驗b中的光強,實驗所得光電流I與光電管兩端所加電壓U間的關系曲線分別以a、b表示,則下列圖中可能正確的是(　　) 答案:A 解析:分析I-U圖像可知,光電流恰為零時,光電管兩端加的電壓為截止電壓,對應的光的頻率為截止頻率;入射光的頻率越高,對應的遏止電壓Uc越大,由于入射光的頻率沒有變,故遏止電壓相同,即圖線與橫軸的交點相同。由于a光的光強大于b光的光強,所以a光的飽和電流大于b光的飽和電流,故A正確,B、C、D錯誤。 4.下表列出了幾種不同物體在某種速度下的德布羅意波的波長和頻率為1 MHz的無線電波的波長

4、,由表中數(shù)據(jù)可知(　　) 對象 質量/kg 速度/(m·s-1) 波長/m 彈子球 2.0×10-2 1.0×10-2 3.3×10-30 電子(100 eV) 9.1×10-31 6.0×106 1.2×10-10 無線電波(1 MHz) 3.0×108 3.0×102 ①要檢測彈子球的波動性幾乎不可能?、跓o線電波通常情況下只能表現(xiàn)出波動性?、垭娮诱丈涞浇饘倬w上能觀察到它的波動性　④只有可見光才有波動性 A.①④ B.②④ C.①② D.①②③ 答案:D 解析:①彈子球的波長為3.3×10-30m,遠小于宏觀物質和微觀物質的尺寸,故要檢測彈子球的波

5、動性幾乎不可能,故①正確;②無線電波的波長為3.0×102m,大于普通物體的尺寸,很容易發(fā)生衍射,故通常情況下只能表現(xiàn)出波動性,故②正確;③高速射出的電子的波長為1.2×10-10m,與原子的尺寸相接近,故電子通過金屬晶體后能夠發(fā)生衍射現(xiàn)象,故③正確;④根據(jù)德布羅意的物質波理論,電磁波和實物粒子都具有波粒二象性,故④錯誤;所以正確選項為D。 5.現(xiàn)有a、b、c三束單色光,其波長關系為λa∶λb∶λc=1∶2∶3。當用a光束照射某種金屬板時能發(fā)生光電效應,飛出的光電子最大初動能為Ek,若改用b光束照射該金屬板,飛出的光電子最大初動能為13Ek,當改用c光束照射該金屬板時(　　) A.能發(fā)生光

6、電效應,飛出的光電子最大初動能為16Ek B.能發(fā)生光電效應,飛出的光電子最大初動能為19Ek C.能發(fā)生光電效應,飛出的光電子最大初動能為112Ek D.由于c光束光子能量較小,該金屬板不會發(fā)生光電效應 答案:B 解析:對a光,由光電效應方程有?cλa-W0=Ek,對b光有?c2λa-W0=13Ek,由以上兩式可得?cλa=43Ek,則W0=13Ek。當改用c光束照射該金屬板時,有?c3λa-W0=Ek'得Ek'=19Ek,故B正確。 6.用如圖甲所示的電路研究光電效應中光電流與照射光的強弱、頻率等的關系,A、K兩極間的電壓大小可調,電源的正負極也可以對調。分別用a、b、c三束單

7、色光照射,調節(jié)A、K間的電壓U,得到光電流I與電壓U的關系如圖乙所示。由圖可知(　　) A.單色光a和c的頻率相同,但a更強些 B.單色光a和c的頻率相同,但a更弱些 C.單色光b的頻率小于a的頻率 D.改變電源的極性不可能有光電流產生 答案:A 解析:由題圖乙可知,單色光a、c的遏止電壓相同,根據(jù)光電效應方程可知,單色光a和c的頻率相同,但a產生的光電流大,說明a光的強度大,選項A正確,B錯誤;單色光b的遏止電壓大于單色光a、c的遏止電壓,所以單色光b的頻率大于a的頻率,選項C錯誤;光的頻率不變,改變電源的極性,只要所加反向電壓沒達到遏止電壓,可能有光電流產生,選項D錯誤。

8、 二、多項選擇題 7.(2019春·江蘇啟東校級期中)利用金屬晶格(大小約10-10 m)作為障礙物觀察電子的衍射圖樣,方法是讓電子通過電場加速,然后讓電子束照射到金屬晶格上,從而得到電子的衍射圖樣。已知電子質量為m、電荷量為e、初速度為零,加速電壓為U,普朗克常量為h,則下列說法正確的是(　　) A.該實驗說明電子具有波動性 B.實驗中電子束的德布羅意波長為λ=?2meU C.加速電壓U越大,電子的衍射現(xiàn)象越不明顯 D.若用相同動能的質子代替電子,衍射現(xiàn)象將更加明顯 答案:ABC 解析:實驗得到了電子的衍射圖樣,說明電子這種實物粒子發(fā)生了衍射,說明電子具有波動性,故A正確;由動

9、能定理可得,eU=12mv2-0,電子加速后的速度v=2eUm,電子德布羅意波的波長λ=?2meU,故B正確;由λ=?2meU可知,加速電壓U越大,波長越短,衍射現(xiàn)象越不明顯,故C正確;物體動能與動量的關系是p=2mEk,由于質子的質量遠大于電子的質量,所以動能相同的質子的動量遠大于電子的動量,由λ=?p可知,相同動能的質子的德布羅意波的波長遠小于電子德布羅意波的波長,因此相同動能的質子代替電子,衍射現(xiàn)象將更加不明顯,故D錯誤。 8.在X射線管中,由陰極發(fā)射的電子(不計初速度)被加速后打到陽極,會產生包括X射線在內的各種能量的光子,其中光子能量的最大值等于電子的動能。已知陽極與陰極之間的電勢

10、差U、普朗克常量h、電子電荷量e和光速c,則可知該X射線管發(fā)出的X射線的(　　) A.最短波長為?ceU B.最長波長為?ceU C.最小頻率為eU? D.最大頻率為eU? 答案:AD 解析:根據(jù)動能定理eU=12mv2、光速與波長和頻率的關系公式c=λν、光子能量E=hν,依題意有eU≥E,則可得λ≥?ceU,ν≤eU?,所以A、D正確。 9.頻率為ν的光照射某金屬時,產生光電子的最大初動能為Ek,則(　　) A.若改用頻率為2ν的光照射,該金屬產生光電子的最大初動能為2Ek B.若改用頻率為2ν的光照射,該金屬產生光電子的最大初動能為Ek+hν C.若改用頻率為12ν的

11、光照射,該金屬產生光電子的最大初動能為Ek+12hν D.若改用頻率為12ν的光照射,該金屬可能不發(fā)生光電效應 答案:BD 解析:由愛因斯坦光電效應方程hν=W0+Ek,用頻率為2ν的光照射時有h·2ν=W0+Ek',聯(lián)立得Ek'=Ek+hν,所以A錯誤,B正確;若改用頻率為12ν的光照射,可能發(fā)生光電效應,也可能不發(fā)生光電效應,若發(fā)生,則h·12ν=W0+Ek″,可得Ek″=Ek-12hν,所以C錯誤,D正確。 10.右圖為用光照射鋅板產生光電效應的裝置示意圖。光電子的最大初動能用Ek表示、入射光的強度用C表示、入射光的波長用λ表示、入射光的照射時間用t表示、入射光的頻率用ν表示。則

12、下列說法正確的是(　　) A.Ek與C無關 B.Ek與λ成反比 C.Ek與t成正比 D.Ek與ν成線性關系 答案:AD 解析:由Ek=hν-W0知,Ek與照射光的強度及照射時間無關,與ν成線性關系,A、D正確,C錯誤;由Ek=?cλ-W0可知,Ek與λ并不成反比關系,B錯誤。 11.(2019·廣東模擬)2009年諾貝爾物理學獎得主威拉德·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原理。如圖所示電路可研究光電效應規(guī)律。圖中標有A和K的為光電管,其中A為陽極,K為陰極。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

13、光電管兩端的電壓?，F(xiàn)接通電源,用光子能量為10.5 eV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6.0 V?，F(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4.5 eV B.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12 eV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9.5 eV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 答案:AC 解析:電流計的讀數(shù)恰好為零,此時電壓表的示數(shù)為6.0

14、V,知光電子的最大初動能為6.0eV。根據(jù)光電效應方程知,W0=hν-Ek=10.5eV-6.0eV=4.5eV,故A正確。光電子的最大初動能與入射光的強度無關,與入射光的頻率有關。所以增大入射光的強度,電流計的讀數(shù)仍為零,故B錯誤。若用光子能量為12eV的光照射陰極K,根據(jù)光電效應方程可知,光電子的最大初動能一定變大,故C正確。若用光子能量為9.5eV的光照射陰極K,根據(jù)光電效應方程可知,光電子的最大初動能一定減小,同時把滑片P向左移動少許,電流計的讀數(shù)可能仍然為零,故D錯誤。 12.右圖是光控繼電器的示意圖,K是光電管的陰極。下列說法正確的是(　　) A.圖中a端應是電源的正極

15、B.只要有光照射K,銜鐵就被電磁鐵吸引 C.只要照射K的光足夠強,銜鐵就被電磁鐵吸引 D.只有照射K的光頻率足夠大,銜鐵才被電磁鐵吸引 答案:AD 解析:電路中要產生電流,則a端接電源的正極,使從陰極K中逸出的光電子在光電管中加速,放大器的作用是將光電管中產生的電流放大,使鐵芯磁化,將銜鐵吸住,A正確;根據(jù)光電效應方程知,能否發(fā)生光電效應由金屬的逸出功和入射光的頻率決定,與入射光的強弱無關,故B、C錯誤,D正確。 13.如圖所示,真空中金屬板M上方存在一垂直紙面向里的矩形有界勻強磁場,邊界ON到M板的距離為d。用頻率為ν的紫外線照射M板(接地),只要磁感應強度不大于B0,就有電子越過

16、邊界ON。已知電子的電荷量為e,質量為m,普朗克常量為h。以下說法正確的是(　　) A.若增強紫外線,單位時間從M板逸出的電子增多 B.若減弱紫外線,電子從M板逸出的最大初動能減小 C.從M板逸出電子的最大初動能為e2B02d22m D.該金屬的逸出功為hν-e2B02d28m 答案:AD 解析:增強照射光,即單位時間射到M板的光子數(shù)增多,則單位時間內逸出的光電子數(shù)增多,A正確;根據(jù)光電效應方程Ek=hν-W0,可知光電子的最大初動能與照射光的強弱無關,B錯誤;由題意可知,磁感應強度為B0時,沿水平方向向左射出的電子運動軌跡會與ON相切,即r=d2,結合evB0=mv2r和Ek

17、=12mv2,聯(lián)立可得Ek=e2B02d28m,逸出功W0=hν-e2B02d28m,C錯誤,D正確。 14.(2019·安徽安慶模擬)某實驗小組用圖甲所示電路研究a、b兩種單色光的光電效應現(xiàn)象,通過實驗得到兩種光的光電流I與電壓U的關系如圖乙所示,由圖可知(　　) A.兩種光的頻率νa>νb B.金屬K對兩種光的逸出功Wa>Wb C.光電子的最大初動能Eka

18、身決定,與光的頻率無關,故B錯誤;由題圖可得b光照射光電管時反向截止電壓大,其逸出的光電子最大初動能大,故C正確;b光的頻率大,光子能量大,若a光可以讓處于基態(tài)的氫原子電離,則b光一定也可以,故D正確。 15.(2019·浙江期中)用如圖所示的光電管研究光電效應的規(guī)律。先分別用a、b、c三束單色光照射甲圖中的光電管陰極K,閉合開關S,并調節(jié)滑動變阻器的滑片位置,使電流計A的示數(shù)達到最大值,分別為Ia、Ib、Ic,讀數(shù)大小Ic>Ia>Ib;然后分別用a、b、c三束單色光照射乙圖中的相同光電管陰極K,調節(jié)滑動變阻器的滑片位置,使電流計A的示數(shù)恰好為零,記錄三種情況下電壓表的示數(shù)分別為Ua、Ub、

19、Uc,讀數(shù)大小Ua>Ub=Uc,以下判斷正確的是(　　) A.三種光的頻率一定大于陰極K的極限頻率 B.c光的強度一定大于b光的強度 C.a光的頻率一定大于b光的頻率 D.a光照射光電管陰極K逸出光電子的動能一定大于b光照射逸出光電子的動能 答案:ABC 解析:三種光都能發(fā)生光電效應,由光電效應的條件可知,三種光的頻率一定大于陰極K的極限頻率,故A正確;最大光電流Ic>Ia>Ib,由于最大光電流僅僅與光的強度有關,可知c光的強度一定大于b光的強度,故B正確;反向截止電壓Ua>Ub=Uc,結合動能定理eUc=12mvm2可知,a光打出的光電子的最大初動能最大,由光電效應方程可知,a光的頻率一定大于b光的頻率,故C正確;結合C的分析可知,a光照射光電管陰極K逸出光電子的最大初動能一定大于b光照射逸出光電子的最大初動能,但a光照射光電管陰極K逸出光電子的動能不一定大于b光照射逸出光電子的動能,故D錯誤。