上海市中原中学2019-2020学年高中物理沪科版选修3-5：波和粒子 单元复习题（含解析）

波和粒子
1．关于光电效应的叙述，下列说法中正确的是(　　)
A．光电流的强度与入射光的强度无关
B．用频率相同的紫外线照射不同金属时产生的光电子的最大初动能相同
C．某种光照射某金属时不产生光电效应，换用频率较小的光照射时可能产生光电效应
D．某种光照射某金属时不产生光电效应，换用极限频率较小的金属时可能产生光电效应
2．如图所示，N为钨板，M为金属网，它们分别和电池两极相连，各电池的极性和电动势已在图中标出.钨的逸出功为4.5eV.现分别用能量不同的光子照射钨板（各光子的能量已在图上标出）.那么，下列图中有光电子到达金属网的是（ ）
A．①②③ B．②③④ C．②③ D．③④
3．由a、b两种单色光组成的细光束A0以45°的入射角从某种介质时问空气时，光路则图所示，关于这两种单色光，下列说法中正确的是（）
A．从该介质射向空气时，a光发生全反射时的临界角一定大于45°
B．该介质对b光的折射率一定大于
C．用a光和b光分别做双缝干涉实验，若实验条件相同，则b光在屏上形成的明条纹的间距比a光小
D．若用a光照射某金属板能发生光电效应，则用b光照射该金属板也可能发生光电效应
4．已知能使某金属产生光电效应的截止频率为v0，则（ ）
A．当用频率为2v0的单色光照射该金属时，一定能产生光电子
B．当用频率为2v0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hv0
C．当照射光的频率v大于v0时，若v增大，则逸出功增大
D．当照射光的频率v大于v0时，若v增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍
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正电压Uc随入射光频率v变化的关系图像.对于这两个光电管，下列判断正确的是（ ）
A．遏止电压Uc一定不同
B．光电子的最大初动能一定不同
C．饱和光电流一定不同
D．Uc-v图像的斜率一定不同
6．某物理研究小组利用图中所示电路研究金属的遏止电压U与入射光频率v的关系。滑片处在图中位置时，电流表中有电流通过。关于该实验下列说法正确的是（ ）
A．图中A端为直流电源正极
B．图中B端为直流电源正极
C．若要使电流表中电流为0，滑片应向左移动
D．若要使电流表中电流为0，滑片应向右移动
7．当用一束紫外线照射连接着原来不带电的验电器金属球的锌板时，发生了光电效应，这时发生的现象是（ ）
A．验电器内的金属箔带正电
B．有电子从锌板上飞出来
C．有正离子从锌板上飞出来
D．锌板吸收空气中的正离子
8．关于康普顿效应，下列说法中正确的是（ ）
A．石墨对X射线散射时，部分射线的波长变长
B．康普顿效应仅出现在石墨对X射线的散射中
C．康普顿效应证明了光的粒子性
D．康普顿效应进一步表明了光子具有动量
9．在光电效应实验中，两个实验小组分别在各自的实验室，约定用相同频率的单色光分别照射锌和银的表面，结果都能发生光电效应，如图1，并记录相关数据。对于这两组实验，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．饱和光电流一定不同
C．光电子的最大初动能不同
D．分别用不同频率的光照射之后绘制Uc-ν图像（ν为照射光频率，图2为其中一小组绘制的图像），图像的斜率可能不同
10．关于光电效应，下列说法正确的是
A．发生光电效应时间越长，光电子的最大初动能就越大
B．入射光的频率低于极限频率就不能发生光电效应
C．光电子的最大初动能与入射光频率成正比
D．光电子的最大初动能与入射光的强度无关
11．真空中有不带电的金属铂板和钾板，其极限波长分别为λ和λ2，用波长为λ(λ1＜λ＜λ2)的单色光持续照射两板面，则带上正电的金属板是______( 选填"铂板"或"钾板")。已知真空中光速为c，普朗克常量为h，从金属板表面飞出的电子的最大初动能为_______
12．爱因斯坦为解释光电效应现象提出了___________说，光电效应现象说明光具有___________性。
13．如图1是研究某光电管发生光电效应的电路图,当用频率为的光照射金属K时,通过调节光电管两端电压U,测量对应的光电流,绘制了如图2的I-U图象．当用频率为的光照射金属K时,光电子的最大初动能=________________．已知电子所带电荷量为e,图象中、及普朗克常量h均为已知量．
14．如图所示为研究光电效应中金属的遏止电压Uc与入射光率v关系的电路图.当入射光的频率为v1时,电压表示数为U1,电流表中示数刚好为零,现将入射光的频率增大到v2,为了测定遏止电压,滑动变阻器的滑片P应向______(选填“a”或“b”)端移动,测得此时电压表的示数为U2,已知电子的电量为e,由此算出普朗克常量h___(用题中字母表示)

15．铝的逸出功是4.2eV，现在将波长200nm的光照射铝的表面．已知h=6.6710-34 J·s求：
（1）光电子的最大初动能；（2）遏制电压；（3）铝的截止频率．
16．某真空光电管的金属阴极的逸出功是4.0×10－19J，某种单色光的能量恰好等于这种金属的逸出功.
(1)求这种单色光的频率；
(2)在光电管的阳极和阴极间加30V的加速电压，用这种单色光照射光电管的阴极，光电子到达阳极时的动能有多大？
17．氢原子的能级如图所示。原子从能级n=3向n=1跃迁所放出的 光子，正好使某种金属材料产生光电效应。有一群处于n=4能级的氢原子向较低能级跃迁时所发出的光照射该金属。普朗克常h=6.63×10?34 Js，求：
(1)氢原子向较低能级跃迁时共能发出几种频率的光；
(2)该金属的逸出功和截止频率；（以 Hz 为单位保留两位有效数字）
(3)产生光电子最大初动能的最大值。(以 eV 为单位)。
18．美国物理学家密立根用精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量，这项工作成了爱因斯坦方程式在很小误差范围内的直接实验证据。密立根的实验目的是：测量金属的遏止电压Uc。入射光频率v，由此计算普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程式的正确性。如图所示，是根据某次实验作出的Uc－v图像，电子的电荷量e=1.6×10－19C。试根据图像和题目中的已知条件：
(1)写出爱因斯坦光电效应方程（用Ekm、h、v、W0表示）；
(2)由图像求出这种金属的截止频率vc；
(3)若图像的斜率为k，写出普朗克常量的表达式，并根据图像中的数据求出普朗克常量h。以上均保留两位有效数字。
参考答案
1．D
【解析】
【详解】
A．光电流的大小只与入射光的强度有关，即入射光的强度越大，光电流强度越大，A错误；
B．不同金属的逸出功不一样，根据光电效应方程，用频率相同的紫外线照射不同金属时，产生的光电子的最大初动能不相同，B错误；
C．照射某金属时不发生光电效应，说明这种光的频率小于该金属的极限频率，换用频率较小的光照射时更不可能产生光电效应，C错误；
D．某种光照射某金属时不产生光电效应，换用极限频率较小的金属时，入射光频率可能大于该极限频率，有可能产生光电效应，D正确；
2．C
【解析】
由光电效应方程知，若有光电效应发生，入射光的频率必须大于金属的极限频率，①错，②③④发生光电效应；②所加电压为正向电压，只要有光电子逸出，电子就能到达M板，②可以；③④所加电压为反向电压，由爱因斯坦的光电效应方程知，入射光的能量为8eV时，逸出的光电子的最大初动能为3．5eV，反向电压必须小于3．5eV才有光电子到达M板，故③可以，④不能．由上分析知C正确．
3．B
【解析】
根据全反射的条件，入射角大于或等于临界角，条纹间距与波长有关，光电效应与频率有关．
【详解】
当入射角等于临界角时恰好发生全反射，本题没说是恰好发生全反射，A错误；由 知当临界角为45°时，折射率 ，由图知a没发生全反射，所以a的折射率一定小于，B正确；波长越长：条纹间距越大、折射率越小，由图知a的折射率小于b的，所以a光形成的条纹间距较大，C错误；由C知a的波长比b长，频率比b小，所以b能发生光电效应时a不一定，D错误；故选B
【点评】
本题考查内同较多，全反射、干涉条纹、光电效应，在学习中要多读多记．
4．AB
【解析】
【详解】
A．因为某金属产生光电效应的极限频率为v0，则存在W=hv0，故当用频率为2v0的单色光照射该金属时，一定能产生光电子，A正确；
B．且此时所产生的光电子的最大初动能为Ek=2hv0－W= hv0，B正确；
C．逸出功是电子从材料表面逸出所需的最小能量，它不随光照频率的变化而变化，C错误；
D．根据爱因斯坦的光电效应方程得Ek=hv－W，可见，当v增大一倍，则光电子的最大初动能并不能增大一倍，D错误。
5．AB
【解析】
【详解】
A．根据光电效应方程有 Ekm=hγ-W0；根据能量守恒定律得：eUC=Ekm；联立得：eUC=hv-W0即，可知，入射光的频率相同，逸出功W0不同，则遏止电压UC也不同．故A正确；
B．根据光电效应方程Ekm=hγ-W0得，相同的频率，不同的逸出功，则光电子的最大初动能也不同．故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，故C错误；
D．由，可知，Uc-γ图象的斜率 k=为常数，所以两个光电管的Uc-v图象的斜率一定相同，故D错误．
6．BD
【解析】AB：要研究金属的遏止电压U与入射光频率v的关系时，光电管两端应加反向电压，则阴极K应对应电源的正极，即图中B端为直流电源正极。故A项错误，B项正确。
CD：滑片处在图中位置时，电流表中有电流通过，继续增加反向电压才能使光电流为零，则滑片应向右移动。故C项错误，D项正确。
点睛：在光电效应中，电子吸收能量变成光电子在没有电压的情况下会在光电管中自由扩散从而形成光电流。当加速电压U增加到一定值时，阴极K射出的光电子全部到达阳，光电流达到饱和值；随着反向电压越来越大，单位时间内到达阳极A的光电子数就越来越少，光电流也就越来越小，加到光电流为零时的电压就叫遏制电压，它使具有最大初速度的光电子也不能到达阳极。
7．AB
【解析】
【分析】
【详解】
发生光电效应，则电子从锌板上逃逸出来，使得验电器内部带上了正电荷，故AB正确
8．ACD
【解析】
【详解】
A. 在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，则动量减小，根据，知波长增大，故A正确；
B. 康普顿效应不是仅出现在石墨对X射线的散射中，故B错误；
C. 康普顿效应揭示了光具有粒子性，故C正确；
D. 康普顿效应进一步表明了光子具有动量，故D正确
9．AC
【解析】
【分析】
根据光电效应方程和得出遏止电压与入射光频率的关系式，从而进行判断；
【详解】
A、根据光电效应方程和得出，相同频率，不同逸出功，则遏止电压也不同，故A正确；
B、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，而饱和光电流不一定相同，故B错误；
C、根据光电效应方程得，相同的频率，不同的逸出功，则光电子的最大初动能也不同，故C正确；
D、因为，知图线的斜率等于，从图象上可以得出斜率的大小，已知电子电量，可以求出斜率与普朗克常量有关，即图像的斜率相同，故D错误。
【点睛】
解决本题的关键掌握光电效应方程，以及知道遏止电压与最大初动能之间的关系，注意图象斜率的含义。
10．BD
【解析】
【详解】
AD．发生光电效应时，光电子的最大初动能与光的频率有关，与光强无关，选项A错误，D正确；
B．根据光电效应的规律，当入射光的频率低于极限频率就不能发生光电效应，选项B正确；
C．光电子的最大初动能随入射光频率增大而增大，选项C错误；
11．钾板
【解析】
【分析】
将光电效应和电容器、带电粒子在电场中的运动联系起来．解决本题时可用排除法：根据λ1＜λ＜λ2可知，该光不能使铂发生光电效应
【详解】
由公式，由于(λ1＜λ＜λ2)，所以单色光的频率大于钾板的极限频率而小于铂板的极限频率，所以单色光照在两板面时，钾板能发生光电效应，所以钾板带正电，
由爱因斯坦光电效应方程：
12．光子 粒子
【解析】
【分析】
根据物理学史和常识解答，记住著名物理学家的主要贡献即可。
【详解】
爱因斯坦为解释光电效应现象提出了光子说，电效应现象说明光具有粒子性。
【点睛】
本题考查物理学史，是常识性问题，对于物理学上重大发现、发明、著名理论要加强记忆。
13．
【解析】
【分析】
装置所加的电压为反向电压，发现当电压表的示数等于Uc时，电流表示数为0，知道光电子点的最大初动能，根据光电效应方程EKm=hv-W0，求出逸出功．最后由光电效应方程求出光电子的最大初动能；
【详解】
由图2可知，当该装置所加的电压为反向电压，当电压是Uc时，电流表示数为0，知道光电子点的最大初动能为：Ekm=e?Uc，根据光电效应方程EKm=hv-W0，则：W0=hv-eUc．
当用频率为2ν的光照射金属K时，Ek=2hv-W0=hv+eUc
14．b
【解析】
【详解】
入射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，遏止电压增大，测遏制电压时，应使滑动变阻器的滑片P向b端移动．由光电效应规律可知：；；联立解得．
15．（1） (2) (3)
【解析】
(1)根据光电效应方程有：

(2)由可得:
.
(3)由知
，
16．(1)6.0×1014Hz　(2)4.8×10－18J
【解析】
试题分析：根据求出单色光的频率，根据动能定理求出光电子到达阳极时的动能大小．
（1）该单色光的频率即为光电管阴极金属的极限频率.该单色光光子能量，所以.
（2）到达阳极时电子的动能即为加速电压所做的功.
17．(1)氢原子向较低能级跃迁时共能发出6种频率的光；(2)该金属的逸出功12.09eV和截止频率2.9×1015Hz；(3)产生光电子最大初动能的最大值0.66eV。
【解析】
【详解】
(1)一群处于 n = 4 能级的氢原子向较低能级跃迁时，能产生的光子对应的跃迁分别是：n = 4 向 n = 3的跃迁；n = 4 向n = 2 的跃迁；n = 4 向n = 1 的跃迁；n = 3 向n = 2 的跃迁；n = 3 向 n = 1的跃迁；n = 2 向n = 1 的跃迁，即共能发出6种频率的光。
(2)原子从能级 n = 3 向 n = 1 跃迁所放出的光子的能量为 13.6 ? 1.51 = 12.09eV，当光子能量 等于逸出功时，恰好发生光电效应，所以逸出功W0 = 12.09eV。
根据方程可知，Ekm = hγ ? W0，当Ekm = 0 时，入射光的频率为截止频率，则有：
(3)而 n = 4 跃迁到 n = 1 辐射的光子能量最大，为? 0.85 + 13.6eV = 12.75eV， 根据光电效应方程知，光电子的最大初动能Ekm = hγ ? W0 = 12.75 ? 12.09eV = 0.66eV。
18．(1)；(2)；(3)。
【解析】
【详解】
（1）光电效应方程：
（2）由图像可知，当UC=0时，该金属的截止频率：
（3）由光电效应方程：
可得
即：
。