上海市南汇中学2019-2020学年高中物理沪科版选修3-5：波和粒子 章末综合复习题（含解析）

波和粒子
1．用一定频率的入射光照射锌板来研究光电效应，如图，则
A．任意光照射锌板都有光电子逸出
B．入射光越强，单位时间内逸出的光电子数目一定越多
C．电子吸收光子的能量，需要积累能量的时间
D．若发生光电效应，入射光频率越高，光电子的初动能越大
2．关于光电效应，有如下几种陈述，其中正确的是（ ）
A．金属电子的逸出功与入射光的频率成正比
B．光电流的强度与入射光的强度无关
C．用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的初动能要大
D．对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于这个波长，才能产生光电效应
3．关于光电效应，下列说法正确的是(　　)
A．动能最大的光电子的动能与入射光的频率成正比
B．光子本身所具有的能量取决于光子本身的频率
C．光电子的动能越大，光电子形成的电流强度就越大
D．用紫光照射某金属发生光电效应，用绿光照射该金属一定不发生光电效应
4．关于光电效应，下列说法正确的是(　　)
A．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多
B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应
C．截止频率越大的金属材料逸出功越大
D．从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小
5．如图甲所示，在光电效应实验中，某同学用相同频率的单色光分别照射阴极材料为锌和铜的两个不同的光电管，结果都能发生光电效应.图乙为其中一个光电管的遏止电压Uc随入射光频率ν变化的关系图象.对于这两个光电管，下列判断正确的是(　　)
A．因为材料不同，逸出功不同，所以遏止电压Uc不同
B．光电子的最大初动能不同
C．因为光强不确定，所以单位时间逸出的光电子数可能相同，饱和光电流也可能相同
D．两个光电管的Uc－ν图象的斜率可能不同
6．如图，用某单色光照射光电管的阴板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，现分别用频率为和的单色光照射阴极，测得反向截止电压分别为和.设电子的质量为m、电荷量为e，则下列关系式正确的是
A．频率为的光照射时，光电子的最大初速度为
B．普朗克常数
C．阴极K金属的逸出功为
D．阴极K金属的极限频率是
7．“不经历风雨怎么见彩虹”，彩虹的产生原因是光的色散，如图所示为太阳光射到空气中的小水珠发生色散形成彩虹的光路示意图，a、b为两种折射出的单色光．以下说法正确的是
A．a光光子能量大于b光光子能量
B．在水珠中a光的传播速度大于b光的传播速度
C．用同一双缝干清装置看到的a光干涉条纹间距比b光宽
D．如果b光能使某金属发生光电效应，则a光也一定能使该金属发生光电效应
8．关于近代物理学，下列图象在描述现象中，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v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v甲=v乙＜v丙
9．下列有关黑体的说法，正确的有
A．黑体并不向外辐射电磁波
B．普朗克提出能量子假说能够很好的解释黑体辐射规律
C．温度升高，各种波长的辐射强度都减小
D．温度升高，黑体辐射强度极大值向波长较短的方向移动
10．某金属发生光电效应时，光电子的最大初动能Ek与入射光波长的倒数间的关系如图所示。已知h为普朗克常量，c为真空中的光速，e为元电荷，由图象可知，下列说法正确的是（　　）
A．该金属的逸出功为-E
B．入射光的波长小于λ0时会发生光电效应现象
C．普朗克常量和光速的乘积hc＝Eλ0
D．用波长为的光照射该金属时，其遏止电压为
11．法国科学家拉普拉斯曾说过：“认识一位巨人的研究方法对于科学的进步并不比发现本身有更少的用处……”。在物理学的重大发现中科学家们创造出了许多物理学方法，如观察、实验、建立模型、物理类比和物理假说等方法。其中物理假说，是根据一定的科学事实和科学理论对研究的问题提出假说性的看法或说明，例如麦克斯韦的电磁场理论、分子动理论等假说，请你再举出两个物理假说的例子________________________；___________________________。
12．当每个具有5.0eV的光子束射入金属表面后，从金属表面逸出的电子具有最大初动能是1.5eV，为了使这种金属产生光电效应，入射光子的最低能量是______，为了使从金属表面逸出的电子具有的最大初动能加倍，入射光子的能量是______．
13．光电效应是光具有粒子性的有力证据．如图所示，是测定最大初动能和阴极材料的逸出功的实验装置．当开关S断开时，用光子能量为3.11eV的一束光照射阴极K，发现电流表读数不为零．合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于1.21V时，电流表读数不为零；当电压表读数大于或等于1.21V时，电流表读数为零．从上述实验数据可知，此时光电子的最大初动能为____eV，该该阴极材料的逸出功为_________eV．
14．如图是光电管及其工作原理图，它是应用_______的原理制成的光电原件，实际应用中，为了使频率范围更广的入射光照射到阴极K时，电路里都会产生电流，应该选用下表中_______材料做阴极。
15．已知锌发生光电效应的逸出功等于W=3.3eV，求
（1）锌发生光电效应的的极限频率应该多少？
（2）若照射锌板的入射光的光子能量为5eV，那么从锌板放出的光电子的最大初动能为多少．（普朗克常数取h=6.6×10-34J s 1 eV=1.60×10-19J ）
16．用波长为λ的光照射金属的表面，当遏止电压取某个值时，光电流便被截止；当光的波长改变为原波长的后，已查明使电流截止的遏止电压必须增大到原值的η倍，试计算原入射光的波长λ．(已知该金属的逸出功为W0)
17．如图所示，阴极材料由铝制成，已知铝的逸出功为W0，现用波长为λ的光照射铝的表面，使之产生光电效应，已知电子的电量为e，普朗克常量为h，真空中光速为c．求：
(1)光电子的最大初动能；
(2)电压表示数至少为多大时电流表示数才为零；
(3)若射出的具有最大初动能的光电子与一静止的电子发生正碰，则碰撞中两电子电势能增加的最大值是多少？
18．如图所示是研究光电效应实验的装置简图。在抽成真空的玻璃管内，K为阴极（用金属铯制成）发生光电效应的逸出功为1.9eV，A为阳极。当a、b间不接任何电源，用频率为v（高于铯的极限频率）的单色光照射阴极K时，会发现电流表指针有偏转；若在a、b间接入直流电源，a接正极，b接负极，并使a、b间的电压从零开始逐渐增大，发现当电压表的示数增大到1.1V时，电流表的示数刚好减小到零（电流表和电压表的零刻度都在表盘中央，已知普朗克常量）求：
（ⅰ）a、b间未接直流电源时，通过电流表的电流方向；
（ⅱ）当电流表的示数刚好减小到零时，从阴极K发出的光电子的最大初动能是多少焦耳？这时入射的单色光波长是多少？
（ⅲ）若将a接负极，b接正极，电压表的示数为2.5v时，光电子到达阳极的最大动能是多少电子伏？
参考答案
1．D
【解析】
【详解】
AC．只有当入射光的频率大于金属的极限频率时，才会产生光电效应，才会有光电子逸出，而电子吸收光子的能量不需要时间去积累能量，故AC错误；
B．只有在产生光电效应的前提下，入射光越强，单位时间内逸出的光电子数目一定越多，故B错误；
D．根据光电效应方程EKm=hγ-W0可知，若发生光电效应，入射光频率越高，光电子的最大初动能越大，故D正确。
2．D
【解析】
【详解】
A．根据W0=hv0知，金属的逸出功由金属的极限频率决定，与入射光的频率无关．故A错误．
B．光的强度影响单位时间内发出光电子的数目，即影响光电流的大小．故B错误．
C．有的不可见光的频率比可见光的频率大，有的不可见光的频率比可见光的频率小，用频率比可见光的频率小的光照射金属比用可见光照射同种金属产生的光电子的初动能要小，故C错误；
D．对任何一种金属，都有一个“最大波长”，入射光的波长必须小于这个波长才能产生光电效应．故D正确．
3．B
【解析】
【详解】
A. 根据光电效应方程Ekm=hv-W0知，动能最大的光电子的动能随入射光的频率增大而增大，但非成正比，选项A错误；
B. 根据E=hv可知光子本身所具有的能量取决于光子本身的频率，选项B正确；
C.单位时间逸出光电子的个数越多，则光电子形成的电流强度就越大，与光电子的动能无关，选项C错误；
D. 紫光的频率大于绿光的频率，用紫光照射某金属发生光电效应，但是用绿光照射该金属不一定不发生光电效应，选项D错误；
4．C
【解析】
【详解】
A.在光电效应中，光电子数目与光强有关，入射光的光强一定时，当频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越少，故A错误。
B.光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，与入射光的照射的时间无关，故B错误。
C.逸出功W=hν0，知截止频率越大，逸出功越大，故C正确。
D.根据光电效应方程Ekm=hv-W0知，则从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功不一定越小，故D错误。
5．ABC
【解析】
【详解】
AB.根据光电效应方程Ekm＝hν－W0和eUc＝Ekm得，单色光的频率相同，金属的逸出功不同，则光电子的最大初动能不同，遏止电压也不同，选项A、B正确；
C.虽然光的频率相同，但光强不确定，所以单位时间逸出的光电子数可能相同，而饱和光电流也可能相同，C正确；
D.因为 ，知Uc－ν图线的斜率为 ，即只与h和e有关，为常数，D错误.
6．ACD
【解析】
【详解】
A、光电子在电场中做减速运动，根据动能定理得：﹣eU1＝0m，则得光电子的最大初速度vm1．故A正确；
BC、根据爱因斯坦光电效应方程得：h＝eU1+W；h＝eU2+W，联立解得：h W．故B错误，C正确；
D、阴极K金属的极限频率0，代入普朗克常量的表达式，得：，故D正确．
7．BC
【解析】
【分析】
根据光线进入水珠折射时折射角的大小关系，可分析折射率的大小，可确定出光的频率关系，由光子的能量，可知，光子的能量与光的频率成正比．由分析光在雨滴中传播速度的大小，确定出波长的关系，就可判断出光干涉条纹间距大小．根据产生光电效应的条件分析光电效应现象．
【详解】
AB．根据光路图知，太阳光进入水珠时b光的偏折程度大，则b光的折射率大于a光的折射率．由，光的在水珠中的速度小，则光频率较大，由光子的能量可知，光子的能量与光的频率成正比，所以光线的光子能量较大，故A错误，B正确；
C．折射率小，则频率小，波长大，知a光的波长大于b光的波长，根据干涉条纹的间距公式知，a光干涉条纹的间距大于b光干涉条纹的间距，故C正确；
D．产生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，故可知若b光能使金属发生光电效应，则a光不一定能使该金属发生光电效应，故D错误．
【点睛】
解决本题的突破口在于根据光的偏折程度比较出折射率的大小，掌握折射率、频率、临界角、波长等大小关系，并记住这些关系．
8．CD
【解析】
【分析】
随温度的升高，相同波长的光辐射强度和辐射强度的极大值都发生变化，根据甲图即可知其变化情况；发生光电效应时，根据光电效应方程和能量守恒定律可解。
【详解】
A．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；
B．根据光电效应方程有：，可知光电子的最大初动能与光的强度无关，故B错误；
C．根据光电效应方程有 ，根据能量守恒定律得：，
联立得：eUC=hv﹣W0，
即： ，
可知，该直线的斜率为，故C正确；
D．根据，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。
【点睛】
本题主要考查了原子物理中的黑体辐射和光电效应现象，较为简单。
9．BD
【解析】
【详解】
A．如果一个物体能够吸收照射到它上面的全部辐射而无反射，这种物体就叫做黑体；黑体可以辐射出任何频率的电磁波，选项A错误.
B．普朗克借助于能量子假说，完美的解释了黑体辐射规律，破除了“能量连续变化”的传统观念，故B正确．
CD．当黑体温度升高时，辐射的各个频率的部分的强度均变大，同时辐射强度极大值向波长较短的方向移动，选项C错误，D正确．
10．BC
【解析】
【详解】
A.该金属的逸出功为E．故A错误；
B.如果所示，λ0为截止波长，入射光的波长小于λ0时会发生光电效应现象。故B正确；
C.该金属的逸出功为E＝hγ0=，解得：hc＝Eλ0．故C正确；
D.根据eU0＝Ekm，Ekm＝hγ﹣E= ，解得：遏止电压U0=．故D错误；
11．爱因斯坦光子说光的本性等
【解析】
【详解】
物理假说，是根据一定的科学事实和科学理论对研究的问题提出假说性的看法或说明，例如光的光子说、光的本性．
12．3.5eV6.5eV
【解析】
【详解】
由从金属表面逸出的电子具有最大的初动能是1.5eV．而入射光的能量为5.0eV．则该金属的逸出功为3.5eV．而不论入射光的能量如何变化，逸出功却不变．所以恰好发生光电效应时，入射光的能量最低为3.5eV．为了使从金属表面逸出的电子具有的最大初动能加倍，根据光电效应方程可知；则入射光子的能量是；
【点睛】
金属的逸出功是不变的，且逸出功是电子逃逸出来所克服引力做功的最小值，注意掌握光电效应方程的应用．
13．1.21 1.90
【解析】
【详解】
由题意可知，遏止电压Uc=1.21V，则光电子的最大初动能Ekm=eUc=1.21eV．根据光电效应方程得，Ekm=hv-W0，解得逸出功W0=hv-Ekm=3.11-1.21eV=1.90eV．
14．光电效应， 铯
【解析】
【详解】
光电管是应用光电效应的原理制成的光电原件，实际应用中，为了使频率范围更广的入射光照射到阴极K时，电路里都会产生电流，应该选用极限频率较小的，即极限波长较大的金属材料，即选用下表中铯材料做阴极。
15．（1）8×1014Hz（2）1.7eV
【解析】
【分析】
【详解】
（1）根据解得
（2）根据，则从锌板放出的光电子的最大初动能为Ekm=5 eV -3.3 eV =1.7eV.
16．
【解析】
【详解】
由题意，结合光电效应方程，及γ＝，当用波长为λ的光照射金属的表面，则有：
h?W0＝eU0
当光的波长改为原波长的1/n后，则有：h?W0＝e?ηU0；
解得：λ= ；
17．(1) (2) (3)
【解析】
试题分析：(1)由爱因斯坦光电效应方程知最大初动能Ek＝h－W0 (3分)
（2）当电流表示数为零时，反向截止电压为，
电压表示数至少为(2分)
解得：(1分)
(3)要使电势能最大，即二者为完全非弹性碰撞，设碰前为v，碰后二者共速为v′.则：
mv2＝h－W0① (1分)
mv＋0＝2mv′ ② (2分)
mv2＋0＝E电＋2mv′2 ③ (2分)
由①②③解得：E电＝( h－W0) (1分)
考点：爱因斯坦光电效应方程 完全非弹性碰撞 能量守恒定律 定律守恒定律
18．（1）从下向上；（2）1.76×10-19J；4.14×10-7m（3）3.6eV
【解析】
【详解】
（1）单色光照射阴极K，K发射出光电子，光电子由K向A定向移动，光电流由A向K．所以通过电流表的电流从下向上．
（2）根据动能定理得：光电子的最大初动能EKm=eUc=1.1eV=1.76×10-19J．
由光电效应方程：EK=-W0，得λ=4.14×10-7m
（3）若将a接负极，b接正极，则所加的电压为正向电压，若电压表的示数为2.5V时，光电子到达阳极的最大动能是 .
【点睛】
本题考查光电效应规律的应用能力，涉及两个过程：一个产生光电效应的过程；一个是电子在电场中加速或减速运动的过程，注意正向电压还是反向电压．