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1、 專題50 光電效應(yīng) 波粒二象性 1．（多選）某半導(dǎo)體激光器發(fā)射波長(zhǎng)為1.5×10-6m，功率為5.0×10-3W的連續(xù)激光。已知可見(jiàn)光波長(zhǎng)的數(shù)量級(jí)為10-7m，普朗克常量h＝6.63×10-34J·s，該激光器發(fā)出的是： （ ） A．是紫外線 B．是紅外線 C．光子能量約為1.3×10-18J D．光子數(shù)約為每秒3.8×1016個(gè) 【答案】BD 【名師點(diǎn)睛】解決本題的關(guān)鍵熟悉電磁波譜中波長(zhǎng)的大小關(guān)系，以及掌握光子能量與波長(zhǎng)的大小關(guān)系。 2．（多選）研究光電效應(yīng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，以頻率為v的光照射光電管電極K時(shí)，有光電子產(chǎn)

2、生。光電管K、A極間所加的電壓U可由圖中的電壓表測(cè)出，光電流I由圖中電流計(jì)測(cè)出，下列關(guān)于光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律的說(shuō)法中，正確的是： （ ） A．降低入射光的頻率有可能光電管電極K上無(wú)光電子放出 B．當(dāng)滑片P位于P′右端時(shí),電極K、A間所加電壓使從電極K發(fā)出的光電子加速 C．保持入射光頻率不變，當(dāng)增大入射光光強(qiáng)時(shí)，圖中電流計(jì)示數(shù)不變 D．保持入射光頻率、光強(qiáng)不變，若只增大光電管K、A極間所加的加速電壓，光電流會(huì)趨于一個(gè)飽和值 【答案】AD 【名師點(diǎn)睛】本題考查了光電效應(yīng)的應(yīng)用，涉及到的知識(shí)點(diǎn)也較多，要仔細(xì)分析，注意理解光電子在電場(chǎng)中加速還是減速是解題的關(guān)鍵 3

3、．（多選）黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律如圖所示，由圖可知： （ ） A．隨溫度升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加 B．隨溫度降低，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加 C．隨溫度升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng) D．隨溫度降低，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較長(zhǎng)的方向移動(dòng) 【答案】ACD 【解析】由圖可知，隨著溫度的升高，各種波動(dòng)的輻射強(qiáng)度都有增加，且隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)．故A、C、D正確，B錯(cuò)誤。 【名師點(diǎn)睛】根據(jù)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律圖分析輻射強(qiáng)度與溫度的關(guān)系，以及輻射確定的極大值隨著溫度變化的關(guān)系。 4．（多選）已知鈣和鉀的截止頻率分別為和z，

4、在某種單色光的照射下兩種金屬均發(fā)生光電效應(yīng)，比較它們表面逸出的具有最大初動(dòng)能的光電子，鉀逸出的光電子具有較大的： （ ） A．波長(zhǎng) B．頻率 C．能量 D．動(dòng)量 【答案】BCD 【解析】根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程得：Ek=hγ-W0，又 W0=hγc；聯(lián)立得：Ek=hγ-hγc，據(jù)題鈣的截止頻率比鉀的截止頻率大，由上式可知：從鉀表面逸出的光電子最大初動(dòng)能較大，由，可知鉀光電子的動(dòng)量較大，根據(jù)可知，波長(zhǎng)較小，則頻率較大．故A錯(cuò)誤，BCD正確．故選BCD． 【名師點(diǎn)睛】解決本題的關(guān)鍵要掌握光電效應(yīng)方程Ek=

5、hγ-W0，明確光電子的動(dòng)量與動(dòng)能的關(guān)系、物質(zhì)波的波長(zhǎng)與動(dòng)量的關(guān)系. 5．已知鋅的逸出功為3.34eV，用某單色紫外線照射鋅板時(shí)，逸出光電子的最大速度為106m/s，求該紫外線在水中傳播時(shí)的波長(zhǎng)λ（電子質(zhì)量me=9.11×10-31kg，普朗克常量h=6.63×10-34J?s，1eV=1.60×10-19J， 水的折射率n = 1.33） 【答案】 【名師點(diǎn)睛】明確愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)的內(nèi)容和正確應(yīng)用光電效應(yīng)方程。光子說(shuō)、光電效應(yīng)方程、能量守恒定律，比較簡(jiǎn)單，但是在運(yùn)算中容易出錯(cuò)。 1．關(guān)于光電效應(yīng)的說(shuō)法正確的是： （ ） A．光電子的最大初動(dòng)能與入射光頻率

6、成正比 B．逸出功與入射光的頻率有關(guān) C．某金屬在一束紫外光照射下發(fā)生光電效應(yīng)，若改用一束強(qiáng)度更弱的紫外光照射，也一定會(huì)產(chǎn)生光電效應(yīng) D．在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，若加大正向電壓，則飽和光電流也增大。 【答案】C 【解析】根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程可知，光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率增大而增大，選項(xiàng)A錯(cuò)誤； 逸出功只于金屬本身決定，但是與入射光的頻率無(wú)關(guān)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；發(fā)生光電效應(yīng)只于入射光的頻率有關(guān)，而與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，某金屬在一束紫外光照射下發(fā)生光電效應(yīng)，若改用一束強(qiáng)度更弱的紫外光照射，也一定會(huì)產(chǎn)生光電效應(yīng)，選項(xiàng)C正確；在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，飽和電流與光強(qiáng)有關(guān)，故光強(qiáng)不變，若加大正向電壓，則

7、飽和光電流不變，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 【名師點(diǎn)睛】此題是對(duì)光電效應(yīng)的考查；要知道光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于金屬的極限頻率，與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)；最大初動(dòng)能隨入射光的頻率增大而增大；飽和光電流大小與入射光的強(qiáng)度成正比. 2．（多選）如圖是某金屬在光的照射下，光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖象，由圖象可知： （ ） A．該金屬的逸出功等于E B．該金屬的逸出功等于hν0 C．入射光的頻率為2ν0時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為2E D．該圖線的斜率表示普朗克常量 【答案】ABD 【名師點(diǎn)睛】解決本題的關(guān)鍵掌握光電效應(yīng)方程Ekm=hv-W0，能夠結(jié)合

8、圖線得出逸出功的大小和普朗克常量，能靈活運(yùn)用光電效應(yīng)方程。 3．（多選）美國(guó)物理學(xué)家密立根利用圖甲所示的電路研究金屬的遏止電壓與入射光頻率的關(guān)系，描繪出圖乙中的圖像，由此算出普朗克常量h。電子電量用e表示，下列說(shuō)法正確的是： （ ） A．入射光的頻率增大，為了測(cè)遏止電壓，則滑動(dòng)變阻器的滑片P應(yīng)向M端移動(dòng) B．增大入射光的強(qiáng)度，光電子的最大初動(dòng)能也增大 C．由圖像可知，這種金屬的截止頻率為 D．由圖像可求普朗克常量表達(dá)式為 【答案】CD 【解析】入射光的頻率增大，光電子的最大初動(dòng)能增大，則遏止電壓增大，測(cè)遏制電壓時(shí)，應(yīng)使滑動(dòng)變阻器的滑片P向N端移動(dòng)，故A錯(cuò)誤

9、；根據(jù)光電效應(yīng)方程知，光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，故B錯(cuò)誤；根據(jù)，解得，圖線的斜率，則，當(dāng)遏止電壓為零時(shí)，，故C、D正確。 【名師點(diǎn)睛】入射光的頻率增大，光電子的最大初動(dòng)能增大，遏止電壓增大．根據(jù)光電效應(yīng)方程得出的關(guān)系式，通過(guò)關(guān)系式得出斜率、截距表示的含義。 4．（多選）如圖所示是用光照射某種金屬時(shí)逸出的光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的變化圖線（直線與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)4.27，與縱軸交點(diǎn)坐標(biāo)0.5）。由圖可知： （ ） A．該金屬的截止頻率為4.27 x 1014Hz B．該金屬的截止頻率為5.5 x 1014Hz C．該圖線的斜率表示普朗克常量 D

10、．該金屬的逸出功為0.5 eV 【答案】AC 【名師點(diǎn)睛】解決本題的關(guān)鍵掌握光電效應(yīng)方程，以及知道逸出功與極限頻率的關(guān)系，結(jié)合數(shù)學(xué)知識(shí)即可進(jìn)行求解． 5．已知鋅板的極限波長(zhǎng)λ0＝372 nm.今用處于n＝2激發(fā)態(tài)的氫原子發(fā)出的光照射鋅板，已知?dú)湓幽芗?jí)公式En＝E1，E1＝－13.6 eV，電子質(zhì)量me＝9.1×10－31 kg，問(wèn)： (1)氫原子發(fā)出光子的能量多大； (2)鋅板發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能是多少； (3)具有最大初動(dòng)能的電子對(duì)應(yīng)的德布羅意波長(zhǎng)多大． 【答案】(1)1.632×10－18 J　(2)1.097×10－18 J(3)4.7×10－10 m

11、 【解析】 (1)氫原子n＝2能級(jí)的能量值 E2＝E1＝－3.4 eV 發(fā)出光子的能量 hν＝E2－E1＝10.2 eV＝1.632×10－18 J. (2)鋅板的逸出功 W＝＝J＝5.35×10－19 J 由光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W＝1.632×10－18 J－5.35×10－19 J＝1.097×10－18 J. (3)由動(dòng)能與動(dòng)量的關(guān)系Ek＝，得電子動(dòng)量 pe＝＝kg·m/s＝1.41×10－24 kg·m/s 由德布羅意關(guān)系λ＝得λ＝4.7×10－10 m. 【名師點(diǎn)睛】正確掌握光電效應(yīng)方程以及德布羅意關(guān)系是解決本題的關(guān)鍵 1．【2017·新課標(biāo)Ⅲ卷】（多

12、選）在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照射到同種金屬上，測(cè)得相應(yīng)的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子的最大初動(dòng)能分別為Eka和Ekb。h為普朗克常量。下列說(shuō)法正確的是： （ ） A．若νa>νb，則一定有Uaνb，則一定有Eka>Ekb C．若Uaνb，則一定有hνa–Eka>hνb–Ekb 【答案】BC 【名師點(diǎn)睛】本題主要考查光電效應(yīng)。發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于金屬的極限頻率，光的強(qiáng)弱只影響單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出光電子的數(shù)目；光電子的最大初動(dòng)能和遏止電壓由照射光的頻率和金

13、屬的逸出功決定；逸出功由金屬本身決定，與光的頻率無(wú)關(guān)。 2．【2017·北京卷】2017年年初，我國(guó)研制的“大連光源”——極紫外自由電子激光裝置，發(fā)出了波長(zhǎng)在100 nm（1 nm=10–9 m）附近連續(xù)可調(diào)的世界上最強(qiáng)的極紫外激光脈沖。大連光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技術(shù)、霧霾治理等領(lǐng)域的研究中發(fā)揮重要作用。 一個(gè)處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個(gè)分子，但又不會(huì)把分子打碎。據(jù)此判斷，能夠電離一個(gè)分子的能量約為（取普朗克常量h=6.6×10–34 J·s，真空光速c=3×108 m/s）： （ ） A．10–21 J

14、B．10–18 J C．10–15 J D．10–12 J 【答案】B 【解析】一個(gè)處于極紫外波段的光子的能量約為，由題意可知，光子的能量應(yīng)比電離一個(gè)分子的能量稍大，因此數(shù)量級(jí)應(yīng)相同，故選B。 【名師點(diǎn)睛】根據(jù)題意可知光子的能量足以電離一個(gè)分子，因此該光子的能量應(yīng)比該分子的電離能大，同時(shí)又不能把分子打碎，因此兩者能量具有相同的數(shù)量級(jí)，不能大太多。 3．【2016·全國(guó)新課標(biāo)Ⅰ卷】（多選）現(xiàn)用某一光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)用某一頻率的光入射時(shí)，有光電流產(chǎn)生。下列說(shuō)法正確的是： （ ） A．保持入射光的頻率不變，入射光的光強(qiáng)變

15、大，飽和光電流變大 B．入射光的頻率變高，飽和光電流變大 C．入射光的頻率變高，光電子的最大初動(dòng)能變大 D．保持入射光的光強(qiáng)不變，不斷減小入射光的頻率，始終有光電流產(chǎn)生 E．遏止電壓的大小與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的光強(qiáng)無(wú)關(guān) 【答案】ACE 【名師點(diǎn)睛】本題主要考查光電效應(yīng)。發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于金屬的極限頻率，光的強(qiáng)弱只影響單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出光電子的數(shù)目；本題涉及的光電效應(yīng)知識(shí)較多，很多結(jié)論都是識(shí)記的，注意把握現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)，明確其間的聯(lián)系與區(qū)別；平時(shí)積累物理知識(shí)。 4．【2015·江蘇·12C（1）】（多選）波粒二象性時(shí)微觀世界的基本特征，以下說(shuō)法正確的有：

16、 （ ） A．光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光的粒子性 B．熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說(shuō)明中子具有波動(dòng)性 C．黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律可用光的波動(dòng)性解釋 D．動(dòng)能相等的質(zhì)子和電子，它們的德布羅意波也相等 【答案】AB 【解析】 光電效應(yīng)說(shuō)明光的粒子性，所以A正確；熱中子在晶體上產(chǎn)生衍射圖樣，即運(yùn)動(dòng)的實(shí)物粒子具有波的特性，即說(shuō)明中子具有波動(dòng)性，所以B正確；黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律說(shuō)明電磁輻射具有量子化，即黑體輻射是不連續(xù)的、一份一份的，所以黑體輻射用光的粒子性解釋，即C錯(cuò)誤；根據(jù)的德布羅意波長(zhǎng)公式，，又質(zhì)子的質(zhì)量大于電子的質(zhì)量，所以動(dòng)能相等的質(zhì)子和電子，質(zhì)子的德布羅意波較短，所以D錯(cuò)誤。 【方法技巧】 本題主要是識(shí)記，光電效應(yīng)黑體輻射以及物質(zhì)波等，理解光的波粒二象性。 5．【2015·上?！?0】用很弱的光做單縫衍射實(shí)驗(yàn)，改變曝光時(shí)間，在膠片上出現(xiàn)的圖像如圖所示，該實(shí)驗(yàn)表明： （ ） A．光的本質(zhì)是波 B．光的本質(zhì)是粒子 C．光的能量在膠片上分布不均勻 D．光到達(dá)膠片上不同位置的概率相同 【答案】C 【名師點(diǎn)睛】 本題考查光的波粒二象性，意在考查考生對(duì)教材內(nèi)容的掌握情況。只要能簡(jiǎn)要運(yùn)用教材相關(guān)知識(shí)點(diǎn)分析一些現(xiàn)象就行，屬于容易題。 9