第30讲　光电效应　波粒二象性-高三物理二轮复习题.doc

第30讲光电效应波粒二象性时间:40分钟1.(多选)光电效应实验中,下列表述正确的是()A.光照时间越长,则光电流越大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时一定能产生光电子2.(多选)已知某金属发生光电效应的截止频率为c,则()A.当用频率为2c的单色光照射该金属时,一定能产生光电子B.当用频率为2c的单色光照射该金属时,所产生的光电子的最大初动能为hcC.当照射光的频率大于c时,若增大,则逸出功增大D.当照射光的频率大于c时,若增大一倍,则光电子的最大初动能也增大一倍3.用电子做双缝干涉实验,如图K30-1所示的三幅图分别为100个、3000个、7000个左右的电子通过双缝后在胶片上出现的干涉图样.该实验表明()图K30-1A.电子具有波动性,不具有粒子性B.电子具有粒子性,不具有波动性C.电子既有波动性又有粒子性D.电子到达胶片上不同位置的概率相同图K30-24.(多选)用同一光电管研究a、b两种单色光产生的光电效应,得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图K30-2所示,则这两种光()A.照射该光电管时,a光使其逸出的光电子的最大初动能大B.从同种玻璃射入空气发生全反射时,a光的临界角大C.通过同一装置发生双缝干涉时,a光的相邻条纹间距大D.通过同一玻璃三棱镜时,a光的偏折程度大5.(多选)已知钙和钾的截止频率分别为7.731014 Hz和5.441014 Hz,在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应,比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子,钾逸出的光电子具有较大的()A.波长B.频率C.能量D.动量6.某光源发出的光由不同波长的光组成,不同波长的光的强度如图K30-3所示,表中给出了一些材料的极限波长,用该光源发出的光照射表中材料,则()图K30-3材料钠铜铂极限波长(nm)541268196A.仅钠能产生光电子B.仅钠、铜能产生光电子C.仅铜、铂能产生光电子D.都能产生光电子7.绿色植物在光合作用中,每放出1个氧分子要吸收8个波长为6.8810-7 m的光量子,而每放出1 mol氧气的同时会储存469 kJ的能量,则绿色植物的能量转换效率为(普朗克常量h=6.6310-34 Js)()A.79%B.56%C.34%D.9%8. (多选)甲、乙两种金属发生光电效应时,光电子的最大初动能与入射光频率间的关系分别如图K30-4中的a、b所示.下列判断正确的是()图K30-4A.图线a与b不一定平行B.图线a与b的斜率是定值,与入射光和金属材料均无关C.乙金属的极限频率大于甲金属的极限频率D.甲、乙两种金属发生光电效应时,若光电子的最大初动能相同,则甲金属的入射光频率大图K30-59.(多选)如图K30-5所示为研究光电效应规律的实验电路,电源的两个电极分别与接线柱c、d连接.用一定频率的单色光b照射光电管阴极时,灵敏电流计G的指针会发生偏转,而用另一频率的单色光a照射时,灵敏电流计G的指针不偏转.下列说法正确的是()A.电源正极可能与c接线柱连接B.a光的频率一定大于b光的频率C.用a光照射光电管时,可能发生了光电效应D.若灵敏电流计的指针发生偏转,则电流方向一定是fGe图K30-610.(多选)图K30-6为研究光电效应的实验装置示意图,闭合开关,滑片P处于滑动变阻器中央位置,当一束单色光照到此装置的阴极K时,电流计有示数.下列说法正确的是()A.若仅增大该单色光的照射强度,则光电子的最大初动能增大,电流表示数也增大B.无论增大照射光的频率还是增加照射光的强度,金属的逸出功都不变C.保持照射光的频率不变,当照射光的强度减弱时,发射光电子的时间将明显增加D.若滑动变阻器滑片左移,则电压表示数减小,电流表示数增大图K30-711.以往我们认识的光电效应是单光子光电效应,即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出.强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识,用强激光照射金属,由于其光子密度极大,一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能,从而形成多光子光电效应,这已被实验证实.光电效应实验装置示意图如图K30-7所示.用频率为的普通光源照射阴极K,没有发生光电效应,换用同样频率为的强激光照射阴极K,则发生了光电效应;此时,若加上反向电压U,即将阴极K接电源正极,阳极A接电源负极,在K、A之间就形成了使光电子减速的电场.逐渐增大U,光电流会逐渐减小;当光电流恰好减小到零时,所加反向电压U可能是(其中W为逸出功,h为普朗克常量,e为电子电荷量)()A.U=he-WeB.U=2he-WeC.U=2h-WD.U=5h2e-We12.(多选)利用金属晶格(大小约10-10 m)作为障碍物观察电子的衍射图样,方法是让电子束通过电场加速后,照射到金属晶格上,从而得到电子的衍射图样.已知电子质量为m,电荷量为e,初速度为0,加速电压为U,普朗克常量为h.下列说法中正确的是()A.该实验说明了电子具有波动性B.实验中电子束的德布罗意波长为=h2meUC.加速电压U越大,电子的衍射现象越明显D.若用相同动能的质子替代电子,衍射现象将更加明显13.某同学用如图甲所示的电路研究光电效应中电子发射的情况与光照强度、光的频率等物理量之间的关系.阴极K和阳极A是密封在真空玻璃中的两个电极,K在受到光照射时能够发射光电子.K、A之间的电压大小可以调节,电源极性也可以对调.当分别用a、b、c三束不同的光照射阴极K时,得到的I-U关系分别如图乙中a、b、c三条曲线所示.下列关于三束光的频率、三束光的强度E大小关系的判断正确的是()图K30-8A.a>b>c,Ea>Eb>EcB.a>b>c,Ea=Ec<EbC.b>a=c,Ea>Eb>EcD.a<b<c,Ea<Eb<Ec14.(多选)研究光电效应规律的实验装置示意图如图K30-9所示,以频率为的光照射光电管阴极K时,有光电子产生.由于K、A极间加的是反向电压,光电子从阴极K发射后将向阳极A做减速运动.光电流i由图中电流计G测出,反向电压U由电压表V测出.当G的示数恰好为零时,V的示数被称为遏止电压Uc,如图K30-10所示的描述光电效应实验规律的图像中正确的是()图K30-9图K30-1015.(多选)2009年诺贝尔物理学奖得主威拉德博伊尔和乔治史密斯主要成就是发明了电荷耦合器件(CCD)图像传感器.他们的发明利用了爱因斯坦的光电效应原理.如图K30-11所示电路可研究光电效应规律.图中标有A和K的为光电管,其中A为阳极,K为阴极.理想电流计可检测通过光电管的电流,理想电压表用来指示光电管两端的电压.现接通电源,用光子能量为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()图K30-11A.光电管阴极材料的逸出功为4.5 eVB.若增大入射光的强度,电流计的读数不为零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零1.CD解析 光电流的大小只与单位时间流过导线横截面的光电子数目有关,而与光照时间的长短无关,选项A错误;无论光照强度多大,光照时间多长,只要入射光的频率小于极限频率就不能产生光电效应,故选项B错误;遏止电压满足关系式eUc=h-W0,与入射光的频率有关,超过极限频率的入射光频率越高,所产生的光电子的最大初动能就越大,则遏止电压越大,故选项C正确;无论光照强度多小,光照时间多短,只要入射光的频率大于极限频率就能产生光电效应,故选项D正确.2.AB解析 该金属的截止频率为c,则逸出功W0=hc,逸出功由金属自身的性质决定,与照射光的频率无关,C错误;根据光电效应的实验规律可知A正确;由光电效应方程Ek=h-W0,逸出功W0=hc可知,B正确,D错误.3.C解析 实验表明少量电子表现为粒子性,大量电子表现为波动性,故电子既有波动性又有粒子性,C正确.4.BC解析 由图像可知,b光照射时的遏止电压Uc2大于a光照射时的遏止电压Uc1,因为eUc=Ek,所以b光照射时光电子的最大初动能大,且b>a,b<a,A错误;根据双缝干涉条纹间距x=Ld可知,a光波长长,相邻条纹间距大,C正确;b光折射率大于a光折射率,所以a光的偏折程度小,在同一介质中发生全反射的临界角大,B正确,D错误.5.BCD解析 爱因斯坦光电效应方程为Ek=h-W0,又逸出功W0=hc,联立得Ek=h-hc,由于钙的截止频率比钾的截止频率大,故从钾表面逸出的光电子最大初动能较大,由p=2mEk可知,钾逸出的光电子的动量较大,由=hp可知,钾逸出的光电子的波长较小,则频率较大,故A错误,B、C、D正确.6.D解析 根据光电效应的实验规律可知,只要光源的波长小于某金属的极限波长,就有光电子逸出,该光源发出的光的最小波长小于100 nm,小于钠、铜、铂的极限波长,故都能产生光电子,D正确.7.C解析 根据“每放出1个氧分子需吸收8个波长为6.8810-7 m的光量子”可知绿色植物释放1 mol氧气吸收的光量子数目为N=16.0210238=4.81024,那么消耗的光量子总能量W=Nhc=4.810246.6310-3431086.8810-7 J=1.4103 kJ,因此,绿色植物的能量转换效率为=4691.4103100%=34%,C正确.8.BC解析 根据光电效应方程Ek=h-W0=h-hc知,图线的斜率表示普朗克常量,因此图线a与b一定平行,且两斜率是固定值,与入射光和金属材料均无关,故A错误,B正确;横轴截距表示光电子最大初动能为零时的入射光频率,此时的频率等于金属的极限频率,由图可知乙金属的极限频率大于甲金属的极限频率,故C正确;纵轴截距的绝对值就是逸出功的数值,乙金属的逸出功大于甲金属的逸出功,由光电效应方程Ek=h-W0知,发生光电效应时,若光电子的最大初动能相同,则甲金属的入射光频率小,故D错误.9.AC解析 由于电源的接法未知,所以有两种情况:当c接负极而d接正极时,用某种频率的单色光b照射光电管阴极K,电流计G的指针发生偏转,可知b光频率大于金属的极限频率,而用另一频率的单色光a照射光电管阴极K时,电流计G的指针不发生偏转,可知a光的频率小于金属的极限频率,所以b光的频率大于a光的频率;当c接正极而d接负极时,用某种频率的单色光b照射光电管阴极K,电流计G的指针发生偏转,可知b光照射产生的光电子能到达d端,而用另一频率的单色光a照射光电管阴极K时,电流计G的指针不发生偏转,有两种可能的情况,一是a光的频率小于金属的极限频率,不能产生光电子,二是a光产生的光电子不能到达d端,所以b光照射产生的光电子的最大初动能大,b光的频率大于a光的频率,故A、C正确.由以上的分析可知,不能判断出用a光照射光电管时能否发生光电效应,但b光的频率一定大于a光的频率,故B错误.电流的方向与负电荷定向移动的方向相反,若灵敏电流计的指针发生偏转,则电流方向一定是eGf,故D错误.10.BD解析 若仅增大该单色光的照射强度,由于每个光子的能量不变,因此光电子的最大初动能不变,但单位时间内逸出的光电子数增多,所以光电流增大,故选项A错误;逸出功由金属材料自身决定,与照射光的频率和强度无关,故选项B正确;光电效应的发生是瞬时的,不需要时间积累,只要照射光的频率大于金属的极限频率即可,故选项C错误;若滑动变阻器滑片左移,则电压表示数减小,因为电压是反向电压,所以电压减小时,光电子更容易到达A极,电流计示数增大,故选项D正确.11.B解析 以从阴极K逸出的且具有最大初动能的光电子为研究对象,由动能定理得-Ue=0-Ek,由光电效应方程得nh=Ek+W(n=2,3,4,),联立解得U=nhe-We(n=2,3,4,),故选项B正确.12.AB解析 能得到电子的衍射图样,说明电子具有波动性,A正确;由德布罗意波长公式=hp及动量p=2mEk=2meU,可得=h2meU,B正确;由=h2meU可知,加速电压越大,则电子的波长越小,衍射现象就越不明显,C错误;用相同动能的质子替代电子,质子的波长更小,衍射现象与电子相比更不明显,D错误.13.C解析 由图像可知,a的饱和电流最大,因此a光束照射时单位时间内产生的光电子数最多,光强最大,而c光的强度最小,b光的强度介于其中,即Ea>Eb>Ec;当光电流为零时,光电管两端加的电压为遏止电压,根据eU=h-W,入射光的频率越高,对应的遏止电压U越大,a、c两光的遏止电压相等,所以a、c两光的频率相等,而b光的频率大,即b>a=c,故C正确.14.ACD解析 当反向电压U与入射光频率一定时,光电流i与光强成正比,A正确;频率为的入射光照射阴极所发射出的光电子的最大初动能为Ek=h-W0,而遏止电压Uc与最大初动能的关系为eUc=Ek,所以遏止电压Uc与入射光频率的关系是eUc=h-W0,其函数图像不过原点,B错误;当光强与入射光频率一定时,单位时间内单位面积上逸出的光电子数及其最大初动能是一定的,所形成的光电流会随反向电压的增大而减小,C正确;根据光电效应的瞬时性规律,D正确.15.AC解析 由电路图可知,图中所加电压为反向减速电压,根据题意可知,遏止电压为6 V,由Ek=h-W0=eUc得W0=4.5 eV,选项A正确;当电压达到遏止电压时,所有光电子都不能到达A极,无论光强如何变化,电流计的读数仍为零,选项B错误;若光子能量增大,根据光电效应方程可知,光电子的最大初动能一定变大,选项C正确;若用光子能量为9.5 eV的光照射阴极K,则遏止电压为5 V,滑片P向左移动少许,电流计的读数可能仍为零,选项D错误.