高考物理一轮总复习第15章近代物理课时规范练42光电效应波粒二象性.docx

课时规范练42光电效应波粒二象性基础对点练1.(光子能量的计算)激光在“焊接”视网膜的眼科手术中有着广泛的应用。在一次手术中,所用激光的波长=6.6×10-7 m,每个激光脉冲的能量E=1.5×10-2 J。已知普朗克常量h=6.6×10-34 J·s,光速c=3×108 m/s,则每个脉冲中的光子数目是()A.3×1016B.3×1012C.5×1016D.5×10122.(光的波粒二象性)(2023河北唐山模拟)用很弱的光做双缝干涉实险,把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在,下图是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片,这些照片说明()A.光只有粒子性没有波动性B.光只有波动性没有粒子性C.少量光子的运动显示波动性,大量光子的运动显示粒子性D.少量光子的运动显示粒子性,大量光子的运动显示波动性3.(多选)(光电效应和康普顿效应)关于光电效应和康普顿效应的规律,下列说法正确的是()A.光电效应中,金属板向外发射的光电子又可以叫作光子B.用光照射金属不能发生光电效应是因为该入射光的频率小于金属的截止频率C.对于同种金属而言,遏止电压与入射光的频率无关D.石墨对X射线散射时,部分X射线的散射光波长会变长,这个现象称为康普顿效应4.(光电效应)(2022山东淄博期末)紫外光电管是利用光电效应原理对油库等重要场所进行火灾报警的装置,其工作电路如图所示,其中A为阳极,K为阴极,只有当明火中的紫外线照射到K极时,电压表才有示数且启动报警装置。已知太阳光中的紫外线频率主要在7.5×10149.5×1014 Hz,而明火中的紫外线频率主要在1.1×10151.5×1015 Hz,下列说法正确的是()A.为避免太阳光中紫外线干扰,K极材料的截止频率应大于1.5×1015 HzB.只有明火照射到K极的时间足够长,电压表才会有示数C.电源左边接正极有利于提高报警装置的灵敏度D.电压表的正接线柱与C相连5.(光电效应的理解)如图所示,当开关S断开时,用光子能量为3.5 eV的一束光照射阴极K,发现电流表读数不为零。闭合开关,调节滑动变阻器,发现当电压表读数小于1.5 V时,电流表读数仍不为零,当电压表读数大于或等于1.5 V时,电流表读数为零。由此可知阴极材料的逸出功为()A.1.5 eVB.2.0 eVC.3.5 eVD.5.0 eV6.(光电效应的图像)图甲为某实验小组探究光电效应规律的实验装置,使用a、b、c三束单色光在同一光电管中实验,得到光电流与对应电压之间的关系图像如图乙所示,下列说法正确的是()A.a光频率最大,c光频率最小B.a光与c光为同种色光,但a光强度大C.a光波长小于b光波长D.a光与c光照射同一金属,逸出光电子的初动能都相等素养综合练7.“测温枪”(学名“红外线辐射测温仪”)具有响应快、非接触和操作方便等优点。它是根据黑体辐射规律设计出来的,能将接收到的人体热辐射转换成温度显示。若人体温度升高,则人体热辐射强度I及其极大值对应的波长的变化情况是()A.I增大,增大B.I增大,减小C.I减小,增大D.I减小,减小8.用金属铷为阴极的光电管,观测光电效应现象,实验装置示意图如图甲所示,实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率之间的关系如图乙所示,图线与横轴交点的横坐标为5.15×1014 Hz。已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s。则下列说法正确的是()A.欲测遏止电压,应选择电源左端为正极B.当电源左端为正极时,滑动变阻器的滑片向右滑动,电流表的示数持续增大C.增大照射光的强度,产生的光电子的最大初动能一定增大D.如果实验中入射光的频率=7.00×1014 Hz,则产生的光电子的最大初动能Ek=1.2×10-19 J9.某兴趣小组用如图甲所示的电路探究光电效应的规律。根据实验数据,小刚同学作出了光电子的最大初动能与入射光频率的关系图线如图乙所示,小娜同学作出了遏止电压与入射光频率的关系图线如图丙所示。已知光电子的电荷量为e,则下列说法正确的是()A.如果图乙、图丙中研究的是同一金属的光电效应规律,则a=ceB.如果研究不同金属光电效应的规律,在图乙中将得到经过(b,0)点的一系列直线C.如果研究不同金属光电效应的规律,在图丙中将得到一系列平行的倾斜直线D.普朗克常量h=ab=dce10.如图甲所示,这是某学校科技活动小组设计的光电烟雾探测器,当有烟雾进入探测器时,来自光源S的光会被烟雾散射进入光电管C,如图乙所示。烟雾浓度越大,进入光电管C中的光就越强,光射到光电管中的钠表面时会产生光电流,当光电流大于10-8 A时,便会触发报警系统报警。已知钠的截止频率为6.0×1014 Hz,光速c=3.0×108 m/s,元电荷e=1.6×10-19 C。下列说法正确的是()A.要使探测器正常工作,光源S发出的光的波长不能小于5.0×10-7 mB.探测器正常工作时,提高光源发出光的频率,就能让报警器在烟雾浓度较低时报警C.光电管C中能发生光电效应是因为光发生了全反射D.当报警器报警时,钠表面每秒释放的光电子数最少是6.25×101011.图甲为利用光电管研究光电效应的电路图,其中光电管阴极K的材料是钾,钾的逸出功为W0=3.6×10-19 J。图乙为实验中用某一频率的光照射光电管时,测量得到的光电管伏安特性曲线,当U=-2.5 V时,光电流刚好截止。已知h=6.6×10-34 J·s,e=1.6×10-19 C。求:(1)本次实验入射光的频率。(2)当U'=2.5 V时,光电子到达阳极A的最大动能。答案：课时规范练42光电效应波粒二象性1.C解析:每个光子的能量为E0=h=hc,每个激光脉冲的能量为E,则每个脉冲中的光子数目n=EE0,代入数据,解得n=5×1016,故A、B、D错误,C正确。2.D解析:光具有波粒二象性,这些照片说明少量光子的运动显示粒子性,大量光子的运动显示波动性,故D正确。3.BD解析:金属板向外发射的电子叫光电子,光子是光量子的简称,A错误;用光照射金属不能发生光电效应是因为该入射光的频率小于金属的截止频率,B正确;根据光电效应方程h=W0+eUc可知,对于同种金属而言(逸出功一样),入射光的频率越大,遏止电压也越大,即遏止电压与入射光的频率有关,C错误;在石墨对X射线散射时,部分X射线的散射光波长会变长的现象称为康普顿效应,康普顿效应说明光具有粒子性,D正确。4.D解析:太阳光中的紫外线频率主要在7.5×10149.5×1014Hz,根据光电效应条件可知,为避免太阳光中的紫外线干扰,K极材料的截止频率应大于9.5×1014Hz,故A错误;电压表有没有示数与明火的照射时间无关,与明火中紫外线的频率有关,故B错误;电源左边接正极时,光电管上被施加反向电压,发生光电效应时到达阳极的光电子数减少,会降低报警装置的灵敏度,可知电源右边接正极,则电压表的正接线柱与C相连,故D正确,C错误。5.B解析:根据题意此时光电子的最大初动能Ekm=eUc=1.5eV,根据爱因斯坦光电效应方程有W0=h-Ekm=3.5eV-1.5eV=2.0eV,故B正确。6.B解析:根据爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0和动能定理eUc=Ek可得eUc=h-W0,入射光的频率越高,对应的遏止电压Uc越大,分析图像可知,a、c光的遏止电压比b光的遏止电压小,则a、c光的频率小于b光的频率,故A错误;a光与c光的遏止电压相等,则a光与c光的频率相等,所以a光与c光为同种色光,但a光的饱和光电流大,则a光内含有的光子个数多,即a光的强度大于c光的强度,故B正确;由于a光的频率小于b光的频率,根据频率和波长的关系c=f可知,a光的波长大于b光的波长,故C错误;a光与c光的频率相等,根据爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0可知,a光与c光照射同一金属,a光产生的光电子的最大初动能等于c光产生的光电子的最大初动能,但并不是逸出光电子的初动能都相等,故D错误。7.B解析:温度升高,人体热辐射强度I要变大,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,故选项B正确。8.D解析:要测遏止电压,电源应反接,则电源左端为负极,故选项A错误;当电源左端为正极时,在滑动变阻器的滑片从图示位置向右滑动的过程中,电压增大,光电流增大,当电流达到饱和值,不再增大,即电流表的示数先增大后不变,故选项B错误;光电子的最大初动能与入射光的频率和金属的逸出功有关,与入射光的强度无关,故选项C错误;根据图像可知,铷的截止频率c=5.15×1014Hz,根据hc=W0,可求出该金属的逸出功大小W0=6.63×10-34×5.15×1014J=3.41×10-19J,根据光电效应方程Ekm=h-W0,当入射光的频率为=7.00×1014Hz时,最大初动能为Ekm=6.63×10-34×7.0×1014-3.41×10-19J=1.2×10-19J,故选项D正确。9.C解析:如果题图乙、丙中研究的是同一金属的光电效应规律,则由题图乙可得该金属的逸出功W0=a,由题图丙可得该金属的逸出功W0=ec,故有a=ec,A错误;如果研究不同金属光电效应的规律,则根据Ekm=h-W0可判断不同的金属W0不同,故当Ekm=0时,对应的不同,故在题图乙中得不到经过(b,0)点的一系列直线,B错误;如果研究不同金属光电效应的规律,则根据eUc=h-W0可判断直线的斜率k=e,故在题图丙中将得到一系列平行的倾斜直线,C正确;由题图乙可得普朗克常量h=k=ab,由题图丙可得,直线斜率k=cd=e,所以h=ab=ecd,故D错误。10.D解析:根据=c=5.0×10-7m,可知要使探测器正常工作,光源S发出的光的波长不能大于5.0×10-7m,A错误;探测器正常工作时,要想使报警器在烟雾浓度较低时报警,应提高光源发光的强度,B错误;光电管C中能发生光电效应是因为光发生了散射,进入C,且入射光的频率超过了截止频率,C错误;当报警器报警时,根据n=Ite=10-81.6×10-19=6.25×1010,可知每秒内电路通过的电荷数为6.25×1010,因此钠表面每秒释放的光电子数最少是6.25×1010,D正确。11.答案:(1)1.2×1015 Hz(2)8.0×10-19 J解析:(1)由图像可知反向遏止电压为Uc=2.5V,根据爱因斯坦光电效应方程Ekm=h-W0且eUc=Ekm联立解得=1.2×1015Hz。(2)光电子由K运动到A过程,由动能定理有eU'=Ekm'-Ekm解得Ekm'=2eUc=8.0×10-19J。