高中物理人教版能力提升练习 选修3-5 第17章　波粒二象性 Word版含解析

1.如图,用导线将验电器与某种金属板连接,用弧光照射金属板,验电器指针发生明显偏转,在这个过程中 (　　)
A.金属板上的电子转移到验电器上
B.金属板上的光子转移到验电器上
C.金属板上的光电子转移到验电器上
D.验电器上的电子转移到金属板上
【解析】选D。因为发生光电效应时,金属板失去电子带正电,用验电器与金属板接触,则验电器也带正电。验电器带正电,所以验电器上的电子转移到金属板上。故A、B、C错误,D正确。
【补偿训练】
　　某单色光照射某金属时不能产生光电效应,下列措施中可能使该金属产生光电效应的是 (　　)
A.延长光照时间
B.增大光的强度
C.换用频率较低的光照射
D.换用波长较短的光照射
【解析】选D。要使该金属产生光电效应,可以增大入射光的频率(或减短入射光的波长),延长作用时间,增大光的强度都不会使金属发生光电效应,故A、B、C错误,D正确。
2.(2020·南宁模拟)用一束单色光照射A、B两种金属,若照射A得到光电子的最大初动能比照射B得到光电子的最大初动能大。则 (　　)
A.若增大光照强度,则光电子的最大初动能增大
B.金属A的逸出功比金属B逸出功大
C.金属A的截止频率比金属B的截止频率低
D.得到的光电子在真空中运动的速度为光速
【解析】选C。根据光电效应方程Ekm=hν-W0=hν-hν0和照射A得到光电子的最大初动能比照射B得到光电子的最大初动能大,可知金属A的逸出功比金属B的逸出功小,金属A的截止频率比金属B的截止频率低,增大光照强度,单色光的频率不变,则光子的最大初动能不变,得到的光电子在真空中的速度小于光速,故C正确,A、B、D错误。
3.某激光器能发射波长为λ的激光,发射功率为P,c表示光速,h表示普朗克常量,则激光器每秒发射的光子数为 (　　)
A.　　　　B.　　　　C.　　　　D.λPhc
【解题指南】求出每个光子的能量,每秒内发出的光子数与每个光子能量的乘积是激光器每秒做的功,每个光子的能量E=hν=h。
【解析】选A。每个光子的能量为:E=hν=h,
设每秒(t=1 s)激光器发出的光子数是n,
则:Pt=nE,
即:P=nh,
得:n=。故A正确,B、C、D错误。
4.(2019·潍坊模拟)科学家在对阴极射线的研究中发现了电子,使人们对微观世界的认识进入了一个新的时代,电子的发现是19世纪末物理学史上的三大发现之一。在X射线管中,由阴极发射的电子被加速后打到阳极(不计电子的初速度),会产生包括X光在内的各种能量的光子,其中光子能量的最大值等于电子的动能。已知阳极与阴极之间的电势差U、普朗克常数h、电子电量e和光速c,则可知该X射线管发出的X光的 (　　)
A.最短波长为 B.最长波长为h
C.最小频率为 D.最大频率为
【解析】选D。由阴极发射的电子被加速后打到阳极时电子的动能Ek=eU,由题意可知光子能量的最大值等于电子的动能,故能量最大的光子的能量为E=Ek=eU,而光子的能量E=hν=h,显然光子的能量越大,光的波长越短,故该X射线管发出的X光有最短波长,且有E=h=eU,故最短波长为λ=;当波长最短时,光的频率最大,故最大频率ν===;故A、B、C错误;D正确。
5.(多选)(2017·海南高考)三束单色光1、2和3的波长分别为λ1、λ2和λ3(λ1>λ2>λ3)。分别用这三束光照射同一种金属。已知用光束2照射时,恰能产生光电子。下列说法正确的是 (　　)
A.用光束1照射时,不能产生光电子
B.用光束3照射时,不能产生光电子
C.用光束2照射时,光越强,单位时间内产生的光电子数目越多
D.用光束2照射时,光越强,产生的光电子的最大初动能越大
【解析】选A、C。依据波长与频率的关系:λ=,因λ1>λ2>λ3,那么ν1<ν2<ν3;由于用光束2照射时,恰能产生光电子,因此用光束1照射时,不能产生光电子,而用光束3照射时,一定能产生光电子,故A正确,B错误;用光束2照射时,光越强,单位时间内产生的光电子数目越多,而由光电效应方程:Ekm=hν-W,可知,光电子的最大初动能与光的强弱无关,故C正确,D错误。
6.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Ek-ν图象,若将二者的图线画在同一个Ek-ν坐标系中,如图所示,实线表示钨,虚线表示锌,则由图可知 (　　)
A.锌的逸出功比钨的逸出功大
B.两者的图线可能不平行
C.图线在横轴的截距等于逸出功
D.光电子最大初动能还和入射光的强度有关
【解析】选A。根据光电效应方程知,Ekm=hν-W0,可知图线的斜率表示普朗克常量h,图线斜率相同,横轴截距表示金属的极限频率,虚线表示锌,则锌的极限频率较大,可知锌的逸出功较大,故A正确、B错误;根据光电效应方程可知,图线的横轴截距表示金属的极限频率,故C错误;根据光电效应方程知,Ekm=hν-W0,可知光电子的最大初动能与入射光的强度无关。故D错误。
7. (多选)用如图所示的装置研究光电效应现象,当用光子能量为3 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2.3 eV
B.电键K断开后,电流表G示数不为0
C.光电子的最大初动能为0.7 eV
D.改用能量为2 eV的光子照射,电流表G也有电流,但电流较小
【解析】选A、B、C。该装置所加的电压为反向电压,发现当电压表的示数大于或等于0.7 V时,电流表示数为0,知道光电子的最大初动能为0.7 eV,根据光电效应方程Ekm=hν-W0,W0=3 eV-0.7 eV=2.3 eV,故A、C正确;电键K断开后,用光子能量为3 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,故B正确;改用能量为2 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,故D错误。
8. (2020·柳州模拟)如图所示,在光电效应实验中,用A、B、C三束光分别照射同一装置中的相同光电管,得到三条不同的光电流与电压之间的关系曲线,根据这组曲线作出的下列判断,正确的是 (　　)
A.用A光照射光电管时对应的截止频率最大
B.用C光照射光电管时对应的光电子的最大初动能最大
C.若用强度相同的A、B光照射该光电管,则单位时间内逸出的光电子数相等
D.A、C光比较,A光的强度大
【解析】选D。同一光电管的逸出功W0相同,则截止频率:νc=相同,故A错误;B光对应的遏止电压最大,由:eUc=m=hν-W0,可知B光的频率最高,B光对应光电子的最大初动能最大,故B错误;由于A、B两光的频率不同,则照射时产生光电子最大初动能不同,用强度相同的光照射,单位时间内逸出的光电子数不相等,故C错误;A、C光的遏止电压相等,由:eUc=m=hν-W0,可知A、C光的频率相等,由于A光照射产生的饱和电流较大,则A光的强度大于C光,故D正确。
9.(2017·北京高考)2017年年初,我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置,发出了波长在100 nm(1 nm=10-9 m)附近连续可调的世界上首个最强的极紫外激光脉冲,大连光源因其光子的能量大、密度高,可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子,但又不会把分子打碎。据此判断,能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h=6.6×10-34 J·s,真空光速c=3×108 m/s)
(　　)
A.10-21 J B.10-18 J C.10-15 J D.10-12 J
【解析】选B。能够电离一个分子的能量即为一个极紫外波段的光子所具有的能量,E=hν=h=6.6×10-34× J≈2×10-18 J,B选项正确。
10.(2019·北京高考)光电管是一种利用光照射产生电流的装置,当入射光照在管中金属板上时,可能形成光电流。表中给出了6次实验的结果。
组
次
入射光子
的能量/eV
相对
光强
光电流
大小/mA
逸出光电子的
最大动能/eV
第
一
组
1
2
3
4.0
4.0
4.0
弱
中
强
29
43
60
0.9
0.9
0.9
第
二
组
4
5
6
6.0
6.0
6.0
弱
中
强
27
40
55
2.9
2.9
2.9
由表中数据得出的论断中不正确的是 (　　)
A.两组实验采用了不同频率的入射光
B.两组实验所用的金属板材质不同
C.若入射光子的能量为5.0 eV,逸出光电子的最大动能为1.9 eV
D.若入射光子的能量为5.0 eV,相对光强越强,光电流越大
【解析】选B。由光电效应可知电子最大初动能Ekm和入射光频率ν以及逸出功W0的关系满足Ekm=hν-W0①,题中数据表添加一项逸出功后,如表所示,根据表格可知,不同频率光入射逸出功相同,由此可以判断是同一种金属材料,选项B错误,符合题中错误选项要求;入射光子能量不同,所以频率不同,选项A正确;根据①式可知若入射光子能量为5.0 eV,则逸出电子最大动能为1.9 eV;只要能够发生光电效应,相对光强越强,光电流越大,选项C、D正确。
组
次
入射光子
的能量/eV
相对
光强
光电流
大小
/mA
逸出光电
子的最大
动能/eV
逸出功
W/eV
第
一
组
1
2
3
4.0
4.0
4.0
弱
中
强
29
43
60
0.9
0.9
0.9
3.1
3.1
3.1
第
二
组
4
5
6
6.0
6.0
6.0
弱
中
强
27
40
55
2.9
2.9
2.9
3.1
3.1
3.1
11.用图示装置研究光电效应现象,光电管阴极K与滑动变阻器的中心抽头c相连,当滑动头P从a移到c的过程中,光电流始终为零。为了产生光电流,可采取的措施是 (　　)
A.增大入射光的强度 B.增大入射光的频率
C.把P向a移动 D.把P从c向b移动
【解析】选B。能否产生光电效应与入射光的强度无关,增大入射光的强度,仍不能产生光电流,故A错误。增大入射光的频率,当入射光的频率大于金属的极限频率时,产生光电效应,金属有光电子发出,电路中能产生光电流,故B正确。把P向a移动,P点电势大于c点的电势,光电管加上正向电压,但不能产生光电效应,没有光电流形成,故C错误。把P从c向b移动,光电管加反向电压,不能产生光电效应,没有光电流形成,故D错误。
12.如图甲所示是研究光电效应规律的电路。用波长λ的光照射光电管的阴极K,实验测得流过G表的电流I与AK之间的电势差UAK满足如图乙所示规律,普朗克常量为h,从图中可得 (　　)
A.该阴极材料的极限频率为
B.该阴极材料的逸出功为U0e
C.光电管每秒钟产生的光电子数为I0e
D.光电管产生的光电子的最大初动能为U0e
【解题指南】根据乙图得出遏止电压的大小,结合动能定理求出光电子的最大初动能。光电子的最大初动能与逸出功不一定相等,根据饱和电流的大小,求出光电管每秒钟产生的光电子数。
【解析】选D。由乙图可知,遏止电压为U0,根据动能定理可知,光电子的最大初动能Ekm=eU0,光电子的最大初动能与逸出功不相等,即逸出功不等于eU0,则材料的极限频率ν0≠,故A、B错误,D正确;由图可知,饱和电流为I0,则电流达到饱和时,光电管每秒产生的光电子数n==,故C错误。
13.(多选)(2019·南昌模拟)10.5 eV的光照射阴极K,电流计中有示数,若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动,电流计的读数逐渐减小,当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零,读出此时电压表的示数为6.0 V;现保持滑片P位置不变,以下判断正确的是 (　　)
A.光电管阴极材料的逸出功为4.5 eV
B.若增大入射光的强度,电流计的读数为零
C.若用光子能量为12 eV的光照射阴极K,光电子的最大初动能一定变大
D.若用光子能量为9.5 eV的光照射阴极K,同时把滑片P向左移动少许,电流计的读数一定不为零
【解题指南】解答本题需明确以下两点:
(1)该装置所加的电压为反向电压,当电压表的示数等于6.0 V时,电流计示数为0,知道光电子的最大初动能为6.0 eV,根据光电效应方程Ekm=hν-W0,求出逸出功。
(2)改用光子能量为12 eV和9.5 eV的光照射,通过光电效应方程,结合遏止电压判断电路中是否有电流。
【解析】选A、B、C。该装置所加的电压为反向电压,当电压表的示数等于6.0 V时,电流计示数为0,知道光电子的最大初动能为6.0 eV,根据光电效应方程Ekm=hν-W0,W0=10.5 eV-6.0 eV=4.5 eV,故A正确;保持滑片P位置不变,增大光的强度时仍然发生了光电效应,但光电子的最大初动能不变,所以不会有电流流过电流计,故B正确;若用光子能量为12 eV的光照射阴极K,入射光的频率增大,根据光电效应方程可知,光电子的最大初动能一定增大,故C正确;改用光子能量为9.5 eV的光照射,入射光的频率减小,根据光电效应方程可知,光电子的最大初动能一定减小,此时的额定电压小于6 V,若把滑片P向左移动少许时,电子仍然可能不能到达A极,所以电流计的读数可能为零,故D错误。
14.如图甲所示,合上开关,用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极K,发现电流表读数不为零。调节滑动变阻器,发现当电压表读数小于0.60 V时,电流表读数仍不为零;当电压表读数大于或等于0.60 V时,电流表读数为零。把电路改为图乙,当电压表读数为2 V时,则逸出功及电子到达阳极时的最大动能为
(　　)
A.1.5 eV　0.6 eV B.1.9 eV　2.6 eV
C.1.7 eV　1.9 eV D.3.1 eV　4.5 eV
【解题指南】甲图中所加的电压为反向电压,结合遏止电压求出光电子的最大初动能,根据光电效应方程求出逸出功。乙图中所加的电压为正向电压,根据动能定理求出电子到达阳极的最大动能。
【解析】选B。甲图中所加的电压为反向电压,根据题意可知,遏止电压为0.60 eV,根据Ekm=eUc知,光电子的最大初动能Ekm=0.60 eV,根据光电效应方程Ekm=hν-W0得,逸出功W0=hν-Ekm=2.5 eV-0.60 eV=1.9 eV。乙图中所加的电压为正向电压,根据动能定理得,eU=Ekm′-Ekm,解得电子到达阳极的最大动能Ekm′=eU+Ekm=2 eV+
0.6 eV=2.6 eV,故B正确,A、C、D错误。
15. (多选)某同学采用如图所示的实验装置来研究光电效应现象。当用某单色光照射光电管的阴极K时,会发生光电效应现象。闭合开关S,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电压,直至电流计中电流恰为零,此时电压表的电压值U称为遏止电压,根据遏止电压,可以计算出光电子的最大初动能Ek。现分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极,测量到遏止电压分别为U1和U2,设电子质量为m、电荷量为e,则下列关系式中正确的是
(　　)
A.用频率为ν1的光照射时,光电子的最大初速度v=B.阴极K金属的逸出功W0=hν1-eU1
C.阴极K金属的极限频率νc=
D.普朗克常量h=
【解析】选A、B。用频率为ν的光照射时,光电子在电场中做减速运动,根据动能定理得-eU1=0-mv2,则得光电子的最大初速度v=,故A正确;根据爱因斯坦光电效应方程得hν1=eU1+W0 ①
hν2=eU2+W0 ②
由①得:金属的逸出功W0=hν1-eU1。联立①②得h=,故B正确,D错误;阴极K金属的极限频率νc==,故C错误。