第16章　近代物理 第1讲　光电效应　波粒二象性--2027全国版高考物理第一轮(含答案)

2027全国版高考物理第一轮
第1讲　光电效应　波粒二象性
基础对点练
题组一　黑体辐射及实验规律
1.下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图像中,符合黑体辐射规律的是(　　)
2.普朗克常量h=6.626×10-34 J·s,光速为c,电子质量为me,则在国际单位制下的单位是(　　)
A.J/s B.m
C.J·m D.m/s
题组二　光电效应规律的理解及应用
3.(2026江苏无锡模拟)如图所示,把一块锌板连接在验电器上,并使锌板带负电,验电器指针张开。用紫外线灯照射锌板,则(　　)
A.指针张角变小的过程中有电子离开锌板
B.锌板所带的电荷量一直变大
C.改用红光照射,指针张角也会变化
D.用其他金属板替换锌板,一定会发生光电效应
4.(2025广东广州模拟)研究光电效应的实验装置如图所示,光电管的阴极K用某种金属制成。闭合开关S,用某种单色光照射阴极K时,微安表有示数。若只减弱该单色光的强度,则下列说法正确的是(　　)
A.微安表的示数变大
B.该金属的逸出功变小
C.逸出的光电子的最大初动能不变
D.从光照射到金属表面到有光电子逸出的时间明显增加
题组三　光电效应中常见的图像问题
5.(2025云南保山模拟)某实验小组用同一光电管完成了光电效应实验,得到了光电流与对应电压之间的关系图像,如图所示。下列说法正确的是(　　)
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.甲光的强度大于丙光的强度
D.甲光和丙光产生的光电子的最大初动能不相等
6.(2026江苏徐州检测)如图所示,分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究,其逸出功的大小关系为W1题组四　光的波粒二象性与物质波
7.(2024湖南卷)量子技术是当前物理学应用研究的热点,下列关于量子论的说法正确的是(　　)
A.普朗克认为黑体辐射的能量是连续的
B.光电效应实验中,红光照射可以让电子从某金属表面逸出,若改用紫光照射也可以让电子从该金属表面逸出
C.康普顿研究石墨对X射线散射时,发现散射后仅有波长小于原波长的射线成分
D.德布罗意认为质子具有波动性,而电子不具有波动性
8.(2025北京海淀模拟)在量子世界中,一个物体可以同时处在多个位置;所有物体都具有“波粒二象性”,粒子既具有粒子的性质,也具有波动的性质;两个处于“纠缠态”的粒子,即使相距遥远也具有“心电感应”,一个发生变化,另一个会瞬时发生相应改变。正是由于量子具有这些不同于宏观物理世界的奇妙特性,才构成了量子通信安全的基石。在量子保密通信中,由于量子不可分割、不可克隆和测不准的特性,所以一旦存在窃听就必然会被发送者察觉并规避。通过阅读以上材料可知(　　)
A.电磁波是量子化的
B.量子不具有波粒二象性
C.可以准确测定量子的位置
D.量子相互独立互不干扰
综合提升练
9.(多选)(2026浙江温州模拟)研究光电效应时,用不同波长的光照射某金属,产生光电子的最大初动能Ekm与入射光波长λ的关系如图所示。大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁,产生的光子中仅有一种能引发该金属发生光电效应。已知氢原子各能级关系为En=,其中E1为基态能级值,能级数n=1,2,3,…,真空中光速为c,则(　　)
A.普朗克常量为
B.λ=时,光电子的最大初动能为E0
C.E0与氢原子基态能量E1的关系满足D.氢原子由n=3能级向n=2能级跃迁时发出的光子能使该金属发生光电效应
10.(2025山东聊城模拟)如图甲所示,分别用单色光a、b照射光电管的阴极K,其光电流I随光电管两端电压U的变化规律如图乙所示。下列说法正确的是(　　)
A.a光的频率大于b光的频率
B.真空中a光传播的速度大于b光传播的速度
C.a光光子的动量小于b光光子的动量
D.两种光经过同一障碍物,b光更容易发生明显衍射
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11.(2025山东济宁模拟)某兴趣小组设计了一种光电烟雾报警器,其结构和原理如图所示。光源向外发射某一特定频率的光,发生火情时有烟雾进入报警器内,会使部分光改变传播方向,绕过挡板进入光电管从而发生光电效应,于是有电流输入报警系统,电流大于I0就会触发报警系统报警。某次实验中,当滑动变阻器的滑片P处于图示位置,烟雾浓度增大到n时恰好报警。假设烟雾浓度越大,单位时间内光电管接收到的光子数越多。下列说法正确的是(　　)
A.光线绕过挡板进入光电管利用了光的折射
B.为提高光电烟雾报警器的灵敏度,可以将滑片P向右移动少许
C.仅将电源的正负极反接,在烟雾浓度为n时也可能触发报警
D.报警器恰好报警时,将滑片P向右移动后,警报有可能会被解除
答案：
1.A　解析 黑体辐射的特点是随着温度升高,一方面,各种波长的辐射强度都有增加,另一方面,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。故选A。
2.B　解析 根据可得它们的单位为=m,故选B。
3.A　解析 用紫外线灯照射锌板时,锌板发生光电效应,逸出电子,验电器所带负电荷逐渐被中和,因此验电器所带电荷量减小,故验电器指针张角逐渐减小直至闭合,此时负电荷被完全中和,继续用紫外线照射锌板,验电器开始带上正电,随着照射时间的增加,锌板逸出的电子增加,锌板所带正电荷增加,所带电荷量增加,验电器张角逐渐增大,故A正确,B错误;紫光的频率大于红光的频率,根据光电效应产生的条件,入射光的频率必须大于金属的截止频率才能发生光电效应,可知频率大的光照射金属能够发生光电效应时,频率小的光不一定可以使该金属发生光电效应,若不能发生光电效应,则验电器指针的张角不会发生变化,故C、D错误。
4.C　解析 减弱该单色光的强度,单位时间内入射光的光子数目减少,从金属表面逸出的光电子数目将减少,微安表的示数变小,故A错误;金属的逸出功由金属本身决定,所以保持不变,故B错误;根据光电效应方程Ek=hν-W0,因为入射光的频率不变,可知光电子的最大初动能不变,故C正确;发生光电效应时,光电子的逸出几乎是瞬时的,与光照强度无关,故D错误。
5.C　解析 根据eUc=Ek=hν-W0,入射光的频率越高,对应的遏止电压Uc越大,甲光的遏止电压小于乙光的,所以甲光的频率小于乙光的频率,故A错误;丙光的遏止电压小于乙光的遏止电压,所以丙光的频率小于乙光的频率,则乙光的波长小于丙光的波长,故B错误;由于甲光的饱和电流大于丙光的饱和电流,两光频率相等,所以甲光的强度大于丙光的强度,故C正确;甲光的遏止电压等于丙光的遏止电压,由Ekm=e U遏可知,甲光产生的光电子最大初动能等于丙光产生的光电子最大初动能,故D错误。
6.A　解析 由光电效应方程有mv2=hν-W0,光电子到达A极过程,由动能定理得eU=Ekm-mv2,所以光电子到达A极时动能的最大值为Ekm=eU+hν-W0,由此可知,Ekm-U图像的斜率为e,纵截距为hν-W0,由题知W1hν-W2,可见用材料1和2进行光电效应实验得到的Ekm-U图线相互平行,且用材料2进行光电效应实验得到的Ekm-U图像的纵轴截距较小。故选A。
7.B　解析 普朗克认为黑体辐射的能量是量子化的,故A错误;入射光的频率大于或等于金属的截止频率就能产生光电效应,紫光的频率大于红光的频率,红光能让该金属产生光电效应,则紫光也能让该金属产生光电效应,故B正确;石墨对X射线的散射过程遵循动量守恒,光子和电子碰撞后,电子获得一定的动量,光子动量变小,根据λ=可知光子的波长变长,故C错误;德布罗意认为实物粒子也具有波动性,故D错误。
8.A　解析 电磁波是一份份的能量,所以电磁波是量子化的,同时也具有波粒二象性,故A正确,B错误;微观的粒子与光子都具有波粒二象性,不能准确测定量子的位置,故C错误;由题干可知,两个处于“纠缠态”的粒子,即使相距遥远也具有“心电感应”,一个发生变化,另一个会瞬时发生相应改变,故D错误。故选A。
9.BC　解析 根据题意可知,由爱因斯坦光电效应方程有Ekm=hν-W0,又因为ν=,可得Ekm=h-W0,结合图像可知W0=E0,当λ=λ0时,Ekm=0,则有h=,故A错误;当λ=时,代入Ekm=h-W0,解得Ekm=E0,故B正确;氢原子基态能量为E1,则n=3能级氢原子能量为,n=2能级氢原子能量为,由题可知n=3能级向基态跃迁产生的光子能够引发光电效应,n=2能级向基态跃迁和n=3能级向n=2能级跃迁产生的光子不能引发光电效应,则10.C　解析 由题图乙可知b光的遏止电压大于a光的遏止电压,根据eUc=hν-W0,可知b光的频率大于a光的频率,A错误;a、b光在真空中传播的速度相等,B错误;根据λ=可知a光的波长大于b光的波长,根据p=可知a光光子的动量小于b光光子的动量,C正确;a光的波长长,相同条件下,两种光经过同一障碍物,a光更容易发生明显衍射,D错误。
11.B　解析 光电烟雾报警器利用了烟雾对光的散射,是光的反射原理,故A错误;将滑片P向右移动少许,可增加光电管的正向电压,从而增大光电流,提高光电烟雾报警器的灵敏度,故B正确,D错误;若正负极反接,光电感两端接反向电压,光电流会减小或消失,在烟雾浓度为n时无法触发报警系统,故C错误。
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