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考點規(guī)范練37　光電效應(yīng)　波粒二象性 一、單項選擇題 1.1927年戴維遜和革末完成了電子衍射實驗,該實驗是榮獲諾貝爾獎的重大近代物理實驗之一。下圖是該實驗裝置的簡化圖,下列說法不正確的是(　　) A.亮條紋是電子到達(dá)概率大的地方 B.該實驗說明物質(zhì)波理論是正確的 C.該實驗再次說明光子具有波動性 D.該實驗說明實物粒子具有波動性 答案C 解析亮條紋是電子到達(dá)概率大的地方,該實驗說明物質(zhì)波理論是正確的,該實驗說明實物粒子具有波動性,不能說明光子具有波動性。 2.在光電效應(yīng)實驗中,用單色光照射某種金屬表面,有光電子逸出。光電子的最大初動能取決于入射光的(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　　 A.頻率 B.強弱 C.照射時間 D.光子數(shù)目 答案A 解析由愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0可知,Ek只與頻率ν和逸出功W0有關(guān),故選項B、C、D錯誤,選項A正確。 3.用不同頻率的紫外線分別照射鎢和鋅的表面而產(chǎn)生光電效應(yīng),可得到光電子最大初動能Ek隨入射光頻率ν變化的Ek-ν圖像,已知鎢的逸出功是3.28 eV,鋅的逸出功是3.34 eV,若將二者的圖線畫在同一個Ek-ν圖像中,如圖所示,用實線表示鎢的Ek-ν圖像,虛線表示鋅的Ek-ν圖像,則正確反映這一過程的是(　　) 答案A 解析依據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0可知,Ek-ν圖線的斜率代表普朗克常量h,因此鎢和鋅的Ek-ν圖線應(yīng)該平行。圖線在橫軸的截距代表極限頻率ν0,而ν0=W0h,因此鎢的極限頻率ν0小些。綜上所述,A圖正確。 4.下表列出了幾種不同物體在某種速度下的德布羅意波的波長和頻率為1 MHz的無線電波的波長,由表中數(shù)據(jù)可知(　　) 對象 質(zhì)量/kg 速度/(ms-1) 波長/m 彈子球 2.010-2 1.010-2 3.310-30 電子(100 eV) 9.110-31 5.0106 1.210-10 無線電波(1 MHz) 3.0106 3.0102 ①要檢測彈子球的波動性幾乎不可能　②無線電波通常情況下只能表現(xiàn)出波動性?、垭娮诱丈涞浇饘倬w上能觀察到它的波動性?、苤挥锌梢姽獠庞胁▌有? 　　　　　　　　　　　　　　　　　 A.①④ B.②④ C.①② D.①②③ 答案D 解析①彈子球的波長為3.310-30m,遠(yuǎn)小于宏觀物質(zhì)和微觀物質(zhì)的尺寸,故要檢測彈子球的波動性幾乎不可能,故①正確;②無線電波的波長為3.0102m,大于普通物體的尺寸,很容易發(fā)生衍射,故通常情況下只能表現(xiàn)出波動性,故②正確;③高速射出的電子的波長為1.210-10m,與原子的尺寸相接近,故電子通過金屬晶體后能夠發(fā)生衍射現(xiàn)象,故③正確;④根據(jù)德布羅意的物質(zhì)波理論,電磁波和實物粒子都具有波粒二象性,故④錯誤;所以正確選項為D。 5.現(xiàn)有a、b、c三束單色光,其波長關(guān)系為λa∶λb∶λc=1∶2∶3。當(dāng)用a光束照射某種金屬板時能發(fā)生光電效應(yīng),飛出的光電子最大動能為Ek,若改用b光束照射該金屬板,飛出的光電子最大動能為13Ek,當(dāng)改用c光束照射該金屬板時(　　) A.能發(fā)生光電效應(yīng),飛出的光電子最大動能為16Ek B.能發(fā)生光電效應(yīng),飛出的光電子最大動能為19Ek C.能發(fā)生光電效應(yīng),飛出的光電子最大動能為112Ek D.由于c光束光子能量較小,該金屬板不會發(fā)生光電效應(yīng) 答案B 解析對a光,由光電效應(yīng)方程有hcλa-W=Ek,對b光有hc2λa-W=13Ek,由以上兩式可得hcλa=43Ek,則W=13Ek。當(dāng)改用c光束照射該金屬板時,有hc3λa-W=Ek得Ek=19Ek,故B正確。 6.用如圖甲所示的電路研究光電效應(yīng)中光電流與照射光的強弱、頻率等的關(guān)系,A、K兩極間的電壓大小可調(diào),電源的正負(fù)極也可以對調(diào)。分別用a、b、c三束單色光照射,調(diào)節(jié)A、K間的電壓U,得到光電流I與電壓U的關(guān)系如圖乙所示。由圖可知(　　) A.單色光a和c的頻率相同,但a更強些 B.單色光a和c的頻率相同,但a更弱些 C.單色光b的頻率小于a的頻率 D.改變電源的極性不可能有光電流產(chǎn)生 答案A 解析由題圖乙可知,單色光a、c的遏止電壓相同,根據(jù)光電效應(yīng)方程可知,單色光a和c的頻率相同,但a產(chǎn)生的光電流大,說明a光的強度大,選項A正確,B錯誤;單色光b的遏止電壓大于單色光a、c的遏止電壓,所以單色光b的頻率大于a的頻率,選項C錯誤;光的頻率不變,改變電源的極性,只要所加反向電壓沒達(dá)到遏止電壓,可能有光電流產(chǎn)生,選項D錯誤。 二、多項選擇題 7.物理學(xué)家做了一個有趣的實驗:在雙縫干涉實驗中,在光屏處放上照相底片,若減弱光的強度,使光子只能一個一個地通過狹縫。實驗結(jié)果表明,如果曝光時間不太長,底片上只能出現(xiàn)一些不規(guī)則的點;如果曝光時間足夠長,底片上就會出現(xiàn)規(guī)則的干涉條紋。對這個實驗結(jié)果的認(rèn)識,下列正確的是(　　) A.曝光時間不長時,光的能量太小,底片上的條紋看不清楚,故出現(xiàn)不規(guī)則的點 B.單個光子的運動沒有確定的軌道 C.干涉條紋中明亮的部分是光子到達(dá)機會較多的地方 D.只有大量光子的行為才表現(xiàn)出波動性 答案BCD 解析單個光子通過雙縫后的落點無法預(yù)測,大量光子的落點出現(xiàn)一定的規(guī)律性,落在某些區(qū)域的可能性較大,這些區(qū)域正是波通過雙縫后發(fā)生干涉時振幅加強的區(qū)域。光具有波粒二象性,少數(shù)光子的行為表現(xiàn)為粒子性,大量光子的行為表現(xiàn)為波動性。所以正確選項為B、C、D。 8.在X射線管中,由陰極發(fā)射的電子(不計初速度)被加速后打到陽極,會產(chǎn)生包括X光在內(nèi)的各種能量的光子,其中光子能量的最大值等于電子的動能。已知陽極與陰極之間的電勢差U、普朗克常量h、電子電荷量e和光速c,則可知該X射線管發(fā)出的X光的(　　) A.最短波長為hceU B.最長波長為cheU C.最小頻率為eUh D.最大頻率為eUh 答案AD 解析根據(jù)動能定理eU=12mv2、光速與波長和頻率的關(guān)系公式c=λν、光子能量E=hν,依題意有eU≥E,則可得λ≥hceU,ν≤eUh,所以A、D正確。 9.頻率為ν的光照射某金屬時,產(chǎn)生光電子的最大初動能為Ekm,則(　　) A.若改用頻率為2ν的光照射,該金屬產(chǎn)生光電子的最大初動能為2Ekm B.若改用頻率為2ν的光照射,該金屬產(chǎn)生光電子的最大初動能為Ekm+hν C.若改用頻率為12ν的光照射,該金屬產(chǎn)生光電子的最大初動能為Ekm+12hν D.若改用頻率為12ν的光照射,該金屬可能不發(fā)生光電效應(yīng) 答案BD 解析由愛因斯坦光電效應(yīng)方程hν=W+Ekm,用頻率為2ν的光照射時h2ν=W+Ekm,聯(lián)立得Ekm=Ekm+hν,所以A錯誤,B正確;若改用頻率為12ν的光照射,可能發(fā)生光電效應(yīng),也可能不發(fā)生光電效應(yīng),若發(fā)生,則h12ν=W+Ekm″,可得Ekm″=Ekm-12hν,所以C錯誤,D正確。 10.下圖為用光照射鋅板產(chǎn)生光電效應(yīng)的裝置示意圖。光電子的最大初動能用Ek表示、入射光的強度用C表示、入射光的波長用λ表示、入射光的照射時間用t表示、入射光的頻率用ν表示。則下列說法正確的是(　　) A.Ek與C無關(guān) B.Ek與λ成反比 C.Ek與t成正比 D.Ek與ν成線性關(guān)系 答案AD 解析由Ek=hν-W0知,Ek與照射光的強度及照射時間無關(guān),與ν成線性關(guān)系,A、D正確,C錯誤;由Ek=hcλ-W0可知,Ek與λ并不成反比關(guān)系,B錯誤。 11.某半導(dǎo)體激光器發(fā)射波長為1.510-6 m、功率為5.010-3 W的連續(xù)激光。已知可見光波長的數(shù)量級為10-7 m,普朗克常量h=6.6310-34 Js,則該激光器發(fā)出的(　　) A.是紫外線 B.是紅外線 C.光子能量約為1.310-18 J D.光子數(shù)約為每秒3.81016個 答案BD 解析由于該激光器發(fā)出的光波波長比可見光還要長,所以發(fā)出的是紅外線,A錯誤,B正確;光子能量E=hν=hcλ=1.310-19J,C錯誤;每秒發(fā)射的光子數(shù)n=P1E=3.81016,D正確。 12.下圖是光控繼電器的示意圖,K是光電管的陰極。下列說法正確的是(　　) A.圖中a端應(yīng)是電源的正極 B.只要有光照射K,銜鐵就被電磁鐵吸引 C.只要照射K的光足夠強,銜鐵就被電磁鐵吸引 D.只有照射K的光頻率足夠大,銜鐵才被電磁鐵吸引 答案AD 解析電路中要產(chǎn)生電流,則a端接電源的正極,使從陰極K中逸出的光電子在光電管中加速,放大器的作用是將光電管中產(chǎn)生的電流放大,使鐵芯磁化,將銜鐵吸住,A正確;根據(jù)光電效應(yīng)方程知,能否發(fā)生光電效應(yīng)由金屬的逸出功和入射光的頻率決定,與入射光的強弱無關(guān),故B、C錯誤,D正確。 13.如圖所示,真空中金屬板M上方存在一垂直紙面向里的矩形有界勻強磁場,邊界ON到M板的距離為d。用頻率為ν的紫外線照射M板(接地),只要磁感應(yīng)強度不大于B0,就有電子越過邊界ON。已知電子的電荷量為e,質(zhì)量為m,普朗克常量為h。以下說法正確的是(　　) A.若增強紫外線,單位時間從M板逸出的電子增多 B.若減弱紫外線,電子從M板逸出的最大初動能減小 C.從M板逸出電子的最大初動能為e2B02d22m D.該金屬的逸出功為hν-e2B02d28m 答案AD 解析增強照射光,即單位時間射到M板的光子數(shù)增多,則單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)增加,A正確;根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0,可知光電子的最大初動能與照射光的強弱無關(guān),B錯誤;由題意可知,磁感應(yīng)強度為B0時,沿水平方向向左射出的電子運動軌跡會與ON相切,即r=d2,結(jié)合qvB0=mv2r和Ek=12mv2,聯(lián)立可得Ek=e2B02d28m,逸出功W0=hν-e2B02d28m,C錯誤,D正確。 14.下圖是某金屬在光的照射下產(chǎn)生的光電子的最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖像。由圖像可知(　　) 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,產(chǎn)生的光電子的最大初動能為E D.由該圖像可得出普朗克常量h=ν0E 答案ABC 解析由愛因斯坦的光電效應(yīng)方程可知,Ek=hν-W,對應(yīng)圖線可得該金屬的逸出功W=E=hν0,A、B均正確;若入射光的頻率為2ν0,則產(chǎn)生的光電子的最大初動能Ek=2hν0-W=hν0=E,故C正確;由E=hν0可得h=Eν0,D錯誤。 15.研究光電效應(yīng)規(guī)律的實驗裝置如圖所示,以頻率為ν的光照射光電管電極K時,有光電子產(chǎn)生。光電管K、A極間所加的電壓U可由圖中的電壓表測出,光電流I由圖中電流計測出,下列關(guān)于光電效應(yīng)實驗規(guī)律的說法正確的是(　　) A.降低入射光的頻率光電管電極K上有可能無光電子放出 B.當(dāng)滑片P位于P右端時,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)增大入射光光強時,圖中電流計示數(shù)不變 D.保持入射光頻率、光強不變,若只增大光電管K、A極間所加的加速電壓,光電流會趨于一個飽和值 答案AD 解析降低入射光的頻率,有可能不發(fā)生光電效應(yīng),則光電管電極K上無光電子放出,故A正確。當(dāng)滑片P位于P右端時,電極K、A間所加電壓,使從電極K發(fā)出的光電子減速,故B錯誤。保持入射光頻率不變,當(dāng)增大入射光光強時,電流計示數(shù)增大,故C錯誤。保持入射光頻率、光強不變,若只增大光電管K、A極間所加的加速電壓,光電流會達(dá)到最大值,即趨于一個飽和值,故D正確。