上海市丰华高中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．关于光子说对光电效应的解释，下列说法正确的是
A．只要光的频率高于金属的极限频率，光的亮度无论强弱，均能使金属发生光电效应
B．电子吸收光子的能量后一定能从金属表面逸出，成为光电子
C．光电效应现象说明了光具有波动性
D．无论入射光频率大小如何，延长光照时间，总能使金属发生光电效应
2．如图所示，电路中所有元件完好，光照射到阴极上时，灵敏电流计中没有电流通过，其原因可能是（　　）
A．入射光太弱 B．入射光波长太短
C．光照时间短 D．电源正负极接反
3．下列物理学史中正确的是
A．法拉第曾经详尽地研究过单摆的振动，确定了计算单摆周期的公式
B．自然界存在两种电荷，库仑命名其为正电荷和负电荷
C．汤姆孙从实验中发现了电子衍射现象，从而说明实物粒子也具有波动性
D．麦克斯韦建立经典电磁场理论，并首先捕捉到了电磁波
4．2019年5月20日是第20个“世界计量日”，当日，第26届国际计量大会通过的关于国际单位制（SI）基本单位变革的决议生效实施。第26届国际度量衡大会上，重新定义了千克。新定义以普朗克常数为基准，从而使1千克脱离了实际物体。其中h是普朗克常量，关于h的单位，用国际单位制的基本单位表示，正确的是
A．J?s B．J/s
C．kg·m2/s D．Kg·m2·s3
5．用不同频率的光照射金属表面而产生光电效应，可得到光电子的最大初动能Ek随入射光的频率v变化的Ek﹣v图象。由于金属的活泼性不同，金属的逸出功也不同，越活泼的金属逸出功越小，故而不同金属的Ek﹣v图象也有所不同。若将碱金属中的锂和钠的Ek﹣v图象画在同一坐标系中，实线表示锂的图象，虚线表示钠的图象，则下图能正确反映这一过程的是（　　）
A．B．C． D．
6．研究光电效应 规律的实验装置如图所示，以频率为v的光照射光电管阴极K时，有光电子产生。由于光电管间加的是反向电压(即极比极电势高)，光电子从阴极发射后将向阳极做减速运动。光电流由图中电流计测出，反向电压由电压表测出，当电流计的示数恰好为零时，电压表的示数称为反向遏止电压。若改变入射光的频率，遏止电压也会改变，在下列关于遏止电压与入射光频率的关系图像中正确的是( )
A．B．C．D．
7．光电效应实验中，下列表述正确的是( )
A．光照时间越长光电流越大
B．入射光足够强就可以有光电流
C．遏止电压与入射光的频率有关
D．入射光频率大于极限频率才能产生光电子
8．产生光电效应时，关于逸出光电子的最大初动能，下列说法中正确的是
A．对于同种金属，与照射光的强度无关
B．对于同种金属，与光照射的时间成正比
C．对于同种金属，与照射光的频率成线性关系
D．对于不同种金属，若照射光频率不变，与金属的逸出功成线性关系
9．如图所示，绝缘固定擦得很亮的金属板A水平放置，其下水平放置接地的铜板B。两板间距为d ，两板面积均为S，正对面积为S'，且S'A．带电液滴带负电
B．增大正对面积为S'或增大两板间距d，带电液滴仍然处于静止状态
C．其他条件不变，若改用紫色光源照射金属板A上表面时间t秒后，液滴一定将向上运动
D．其他条件不变，若改用光强更大的黄光源照射金属板A上表面时间1秒后，液滴一定将向上运动
10．如图甲所示是研究光电效应规律的实验电路。用波长为λ1的单色光a照射阴极K，反复调节滑动变阻器，灵敏电流计的指针都不发生偏转；改用波长为λ2的单色光b照射K，调节滑动变阻器，测得流过灵敏电流计的电流I与AK之间的电势差UAK满足如图乙所示规律。则（　　）
A．λ1＞λ2
B．增加a光的照射强度一定能使电流计的指针发生偏转
C．如果只增加b光的照射强度，则图象与横轴交点不变
D．如果只改变阴极K的材料，则图象与横轴交点不变
11．某金属在一束绿光照射下，刚好能产生光电效应，如增大绿光入射强度，则逸出的光电子数将_____，逸出电子的最大初动能将_______；如改用一束强度相同的紫光照射，逸出的电子的最大初动能将________．
12．用甲、乙两种光做光电效应实验，发现光电流与电压的关系如图所示，由图可知，两种光的频率_____（填“<”，“>”或“=”），______（选填“甲”或“乙”）光的强度大．已知普朗克常量为，被照射金属的逸出功为，则甲光对应的遏止电压为______．（频率用，元电荷用e表示）
13．图甲为观测光电效应的实验装置示意图已知实验中测得某种金属的遏止电压与入射光频率v之间的关系如图乙所示，则根据图象可知，普朗克常量______该金属的逸出______；如果实验中入射光的频率为，则产生的光电子的最大初动能______已知电子的电荷量为．
14．铝的逸出功为W0=6.72×10﹣19J，用波长λ=200nm的光照射不带电的铝箔，发生光电效应，此时铝箔表面带 （选填“正”或“负”）电．若用铝箔制作光电管，普朗克常量h=6.63×10﹣34J?s，则它的遏止电压为 V （结果保留二位有效数字）．
15．已知氢原子的基态能量为，量子数为n的激发态的能量为．现有一群氢原子处于n=3的能级，在向低能级跃迁过程中，其中从n=2能级向n=1能级跃迁辐射出的光照射某金属的表面恰能发生光电效应，求该金属的极限频率和能从该金属表面逸出的光电子的最大初动能．
16．一光电管的阴极用极限波长λ0=5000×10-8m的钠制成，用波长λ=3000×10-8 m的紫外线照射阴极，光电管阳极A和阴极K之间的电势差U=2.1V，光电流的饱和值I=0.56μA。
(1) 求每秒内由K极发射的电子数；
(2) 已知爱因斯坦的光电方程为：EKm=hc()，求电子到达A极时的最大动能；
(3) 如果电势差U不变，而照射光的强度增到原值的3倍，此时电子到达A极时的最大动能是多大？(普朗克常量h=6.63×10-34J﹒s，电子电量e=1.60×10-19C，真空中的光速c=3.00×108m/s)
17．某同学采用如图所示的实验电路研究光电效应，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，此时电压表的示数U称为反向遏止电压．根据反向遏止电压，可以计算出光电子的最大初动能．现分别用ν1和ν2的单色光照射阴极，测量到反向遏止电压分别为U1和U2，设电子的比荷为e/m，求：
(1)阴极K所用金属的极限频率；
(2)用题目中所给条件表示普朗克常量h.
18．用金属钠作阴极的光电管，如图所示连入电路，已知能使电路中有光电流的最大波长为λ0，若用波长为λ(λ＜λ0)的紫外线照射阴极，求：(已知电子质量为m，电量为e，普朗克常量为h，光速为c.)
(1)阴极所释放光电子的最大初动能为多少?
(2)要使光电管中的光电流为0，滑片C应向左移还是向右移？当O、C间的电压U1为多大时，电流表中的电流为零？
参考答案
1．A
【解析】
A. 根据光电效应方程
Ekm=hv-W0
入射光的频率越大，光电子的最大初动能越大，与入射光的强度无关。故A正确。
B. 根据发生光电效应的条件，任何一种金属都有一个极限频率，低于这个频率的光不能使它发生光电效应。故B错误。
C. 光电效应现象说明了光具有粒子性，并不是波动性。故C错误。
D.入射光频率必须大于极限频率，否则无法发生光电效应，故D错误。
2．D
【解析】
当入射光的波长小于金属的极限波长时，金属能产生光电效应。当光电管上加上反向电压时，灵敏电流计中可能没有电流通过。结合光电效应的条件分析。
【详解】
AC.能否发生光电效应与入射光的强弱、照射时间长短无关。故A、C不符合题意。
BD.光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过，可能未发生光电效应，即入射光的波长太长，也可能是发生了光电效应，由于所加的电压为反向电压，光电子不能到达阳极。故B不符合题意，D符合题意。
【点睛】
解决本题的关键掌握光电效应的条件，即入射光的频率大于金属的极限频率，与入射光的强弱、光照时间无关。
3．C
【解析】
A.惠更斯曾经详尽地研究过单摆的振动，确定了计算单摆周期的公式，故选项A不符合题意；
B.自然界存在两种电荷，富兰克林命名其为正电荷和负电荷，故选项B不符合题意；
C.汤姆孙从实验中发现了电子衍射现象，从而说明实物粒子也具有波动性，故选项C符合题意；
D.麦克斯韦建立经典电磁场理论，赫兹首先捕捉到了电磁波，故选项D不符合题意。
4．C
【解析】
AB．J不是国际单位制的基本单位，故AB错误；
CD．根据E=hv解得：
则 h的单位是
故C正确，D错误。
5．A
【解析】
【详解】
AB.根据光电效应方程知，Ekm＝hv﹣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，由于锂与钠比较，钠更活泼，则钠的逸出功小，则钠的极限频率较小，钠为实线，故A符合题意B不符合题意。
CD.根据光电效应方程知，Ekm＝hv﹣W0，可知图线的斜率表示普朗克常量h，图线斜率相同，故CD不符合题意。
6．C
【解析】
【分析】
由题意可知考查光电效应规律，根据光电效应方程、动能定理分析可得。
【详解】
由爱因斯坦光电效应方程可得
电子在电场力下做匀减速直线运动，由动能定理可得
联立可得
由表达式可知为一次函数图像，且纵载距为负值，因此C正确，ABD错误。
【点睛】
从爱因斯坦光电效应方程、动能定理入手，写出 的表达式，分析函数性质（一次函数、纵截距）可得正确选项。
7．CD
【解析】
【详解】
A．光电流的大小只与光强有关，与光照时间无关，故选项A错误；
B．要想发生光电效应必须要有足够大的入射光的频率，选项B错误；
C．根据， 可知，选项C正确；
D．入射光频率大于极限频率才能发生光电效应，产生光电子，选项D正确．
8．ACD
【解析】
【详解】
AB.根据爱因斯坦光电效应方程 ，对于同种金属来说入射光的频率越大，光电子的最大初动能也越大；与入射光的强度以及光照时间无关，故A正确，B错误
C.从公式可以看出Ek与照射光的频率成线性关系，故C正确
D. 根据爱因斯坦光电效应方程，对于不同种金属，若照射光频率不变，Ek与金属的逸出功成线性关系，故D正确
9．AD
【解析】
【详解】
A.板发生光电效应，电子“跑走”极板剩余正电荷，、?板间形成方向向下的?匀强电场，由液滴处于静止状态可知
故带电液滴带负电，故选项A符合题意；
B.增大正对面积，根据
可知将变大，根据
可知将变小，根据
可知电场强度减小，带电液滴受到电场力减小，故带电液滴将向下运动，故选项B不符合题意；
C.光电效应产生的电子个数与光子个数有关，由于无法确定紫光光源在单位时间产生的光子个数与黄光灯源的对比，故无法判断，故选项C不符合题意；
D.改用光强更大的黄光源照射金属板上表面，不存在漏电的情况下，板的正电荷将越积越多，、?板间电压也将越来越大，液滴受到的电场力也将大于重力而向上运动，故选项D符合题意。
10．AC
【解析】
【详解】
A.用波长为λ1的单色光a照射阴极K，反复调节滑动变阻器，灵敏电流计的指针都不发生偏转，说明单色光a不能发生光电效应现象，单色光b可以发生光电效应现象，发生光电效应现象的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，故a光的频率低，波长长，故λ1＞λ2，故A正确；
B.增加a光的照射强度不能发生光电效应现象，电流计指针不偏转，故B错误；
C.只增加b光的照射强度，则饱和光电流增加，图象与纵轴交点变大，由eUC＝hν﹣W可知图象与横轴交点不变，故C正确；
D.图象与横轴交点表示遏止电压，改变阴极K的材料，则改变了极限频率，改变了逸出功W，根据爱因斯坦光电效应方程结合动能定理可知，eUC＝hν﹣W，遏止电压变化，则图象与横轴交点变化，故D错误。
11．增多 不变 增大
【解析】
某金属在一束绿光的照射下，发生了光电效应，增大绿光的强度，单位时间内发出的光电子数目增多，根据光电效应方程知，最大初动能Ekm=hv-W0，可知入射光的强度不会影响光电子的最大初动能，故最大初动能不变；改用紫光后频率增大，由上分析知最大初动能将增大．
12．=；甲；
【解析】
根据eUc=hv0=hv?W0，由于Uc相同，因此两种光的频率相等，
根据光的强度越强，则光电子数目越多，对应的光电流越大，即可判定甲光的强度较大；
由光电效应方程Ekm=hv?W0，
可知，电子的最大初动能Ekm=hv?W0；
那么甲光对应的遏止电压为Uc=；
13．、、
【解析】
试题分析：由图象可知，，知图线的斜率，那么普朗克常量．当遏止电压为零时，最大初动能为零，则入射光的能量等于逸出功，所以；如果实验中入射光的频率为（），根据光电效应方程．
考点：考查了光电效应方程
【名师点睛】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．本题考察知识点简单，但是学生在学习中要牢记公式以及物理量之间的关系，同时注意计算的准确性．
14． 正　 2.0
【解析】
（1）根据光电效应现象可知，光照射不带电的铝箔，电子从铝箔中逸出来，根据电荷守恒定律，则铝箔表面带正电；
（2）根据爱因斯坦光电效应方程得：光电子的最大初动能为：
,
根据动能定理得到，遏止电压：；
故答案为正，2.0．
15．（1） （2）
【解析】试题分析：根据即可求解极限频率；根据爱因斯坦光电效应方程，结合能级差公式，求解光电子的最大初动能。
（1）该金属的逸出功为：
根据逸出功公式： ，可得极限频率为：
（2）氢原子从n=3能级向n=1能级跃迁辐射出的光子能量最大，此时从金属表面逸出的光电子的最大初动能为Ekm
则有：
最大初动能为： =
点睛：本题主要考查了爱因斯坦光电效应方程，注意入射光的频率大于或等于极限频率才能发生光电效应，当发生光电效应时，入射光的频率越高，则光电子的最大初动能越大。
16．(1) 3.5×1012 (2) 6.01×10-19J (3) 最大动能不变
【解析】试题分析：根据饱和电流的大小，结合求出每秒内由K极发射的光电子数目．根据光电效应方程求出光电子的最大初动能，结合动能定理求出电子到达A极时的最大动能；入射光的强度影响单位时间内发出光电子的数目，不影响光电子的最大初动能。
（1）每秒钟内由K极发射的光电子数：，代入数据解得：
（2）阴极K金属的逸出功：
根据动能定理：
代入数据解得：
（3）入射光强度增到原来的三倍，但光子的能量不变，光电管阳极A和阴极K之间的电势差不变，则到达A 极时最大动能不变，仍为6.0×10-19J.
点睛：本题主要考查了光电效应，决本题的关键掌握光电效应方程，以及知道光的强度影响单位时间内发出光电子的数目。
17．（1） ．（2） ．
【解析】（1）由于阳极A和阴极K之间所加电压为反向电压，根据动能定理．
?eU′1＝0?mv12，
?eU2＝0?mv22
根据光电效应方程
mv12＝hv1?W0
mv22＝hv2?W0
其中W0=hv0
解以上各式得
（2）由以上各式得，
eU1=hv1-W0，eU2=hv2-W0
解得h=．
点睛: 解决本题的关键掌握光电效应方程以及遏止电压与最大初动能的关系，并能灵活运用．
18．（1） ；
（2）滑片C应向左移； ．
【解析】（1）逸出功： ?????????????????????????
由爱因斯坦光电效应方程EK=hγ-W0??????????????????
则光电子最大初动能EK=hγ-W0= ；??
（2）①向左移动，且到O点左侧；???????????????
使得eU1≥mvm2时，就不能形成光电流了，即