考點(diǎn)規(guī)范練37　光電效應(yīng)　波粒二象性 一、單項(xiàng)選擇題 1.1927年戴維孫和革末完成了電子衍射實(shí)驗(yàn),該實(shí)驗(yàn)是榮獲諾貝爾獎(jiǎng)的重大近代物理實(shí)驗(yàn)之一。下圖是該實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)說明物質(zhì)波理論是正確的 C.該實(shí)驗(yàn)再次說明光子具有波動(dòng)性 D.該實(shí)驗(yàn)說明實(shí)物粒子具有波動(dòng)性 答案:C 解析:亮條紋是電子到達(dá)概率大的地方,該實(shí)驗(yàn)說明物質(zhì)波理論是正確的,該實(shí)驗(yàn)說明實(shí)物粒子具有波動(dòng)性,不能說明光子具有波動(dòng)性。 2.(2019·湖南益陽調(diào)研)關(guān)于下列物理史實(shí)與物理現(xiàn)象,說法正確的是(　　) A.光電效應(yīng)現(xiàn)象由德國物理學(xué)家赫茲發(fā)現(xiàn),愛因斯坦對(duì)其做出了正確的解釋 B.只有入射光的頻率低于截止頻率,才會(huì)發(fā)生光電效應(yīng) C.根據(jù)愛因斯坦的光電效應(yīng)方程可知,光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比 D.光電效應(yīng)現(xiàn)象證明光是一種波 答案:A 解析:1887年德國物理學(xué)家赫茲發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)現(xiàn)象,愛因斯坦對(duì)光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律做出了正確的解釋,故A正確;每種金屬都有一個(gè)截止頻率,只有入射光的頻率大于等于截止頻率,才會(huì)發(fā)生光電效應(yīng),故B錯(cuò)誤;由愛因斯坦的光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0知,光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率不成正比,故C錯(cuò)誤;光電效應(yīng)現(xiàn)象證明光具有粒子性,故D錯(cuò)誤。 3.(2019·江西新余二模)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,先后用頻率相同但光強(qiáng)不同的兩束光照射同一個(gè)光電管,若實(shí)驗(yàn)a中的光強(qiáng)大于實(shí)驗(yàn)b中的光強(qiáng),實(shí)驗(yàn)所得光電流I與光電管兩端所加電壓U間的關(guān)系曲線分別以a、b表示,則下列圖中可能正確的是(　　) 答案:A 解析:分析I-U圖像可知,光電流恰為零時(shí),光電管兩端加的電壓為截止電壓,對(duì)應(yīng)的光的頻率為截止頻率;入射光的頻率越高,對(duì)應(yīng)的遏止電壓Uc越大,由于入射光的頻率沒有變,故遏止電壓相同,即圖線與橫軸的交點(diǎn)相同。由于a光的光強(qiáng)大于b光的光強(qiáng),所以a光的飽和電流大于b光的飽和電流,故A正確,B、C、D錯(cuò)誤。 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(duì)象 質(zhì)量/kg 速度/(m·s-1) 波長/m 彈子球 2.0×10-2 1.0×10-2 3.3×10-30 電子(100 eV) 9.1×10-31 6.0×106 1.2×10-10 無線電波(1 MHz) 3.0×108 3.0×102 ①要檢測彈子球的波動(dòng)性幾乎不可能?、跓o線電波通常情況下只能表現(xiàn)出波動(dòng)性　③電子照射到金屬晶體上能觀察到它的波動(dòng)性?、苤挥锌梢姽獠庞胁▌?dòng)性 A.①④ B.②④ C.①② D.①②③ 答案:D 解析:①彈子球的波長為3.3×10-30m,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(dòng)性幾乎不可能,故①正確;②無線電波的波長為3.0×102m,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(dòng)性,故②正確;③高速射出的電子的波長為1.2×10-10m,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(shí)物粒子都具有波粒二象性,故④錯(cuò)誤;所以正確選項(xiàng)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(shí)能發(fā)生光電效應(yīng),飛出的光電子最大初動(dòng)能為Ek,若改用b光束照射該金屬板,飛出的光電子最大初動(dòng)能為13Ek,當(dāng)改用c光束照射該金屬板時(shí)(　　) A.能發(fā)生光電效應(yīng),飛出的光電子最大初動(dòng)能為16Ek B.能發(fā)生光電效應(yīng),飛出的光電子最大初動(dòng)能為19Ek C.能發(fā)生光電效應(yīng),飛出的光電子最大初動(dòng)能為112Ek D.由于c光束光子能量較小,該金屬板不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng) 答案:B 解析:對(duì)a光,由光電效應(yīng)方程有?cλa-W0=Ek,對(duì)b光有?c2λa-W0=13Ek,由以上兩式可得?cλa=43Ek,則W0=13Ek。當(dāng)改用c光束照射該金屬板時(shí),有?c3λa-W0=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(qiáng)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(duì)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(qiáng)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(qiáng)度大,選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)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(xiàng)C錯(cuò)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(xiàng)D錯(cuò)誤。 二、多項(xiàng)選擇題 7.(2019春·江蘇啟東校級(jí)期中)利用金屬晶格(大小約10-10 m)作為障礙物觀察電子的衍射圖樣,方法是讓電子通過電場加速,然后讓電子束照射到金屬晶格上,從而得到電子的衍射圖樣。已知電子質(zhì)量為m、電荷量為e、初速度為零,加速電壓為U,普朗克常量為h,則下列說法正確的是(　　) A.該實(shí)驗(yàn)說明電子具有波動(dòng)性 B.實(shí)驗(yàn)中電子束的德布羅意波長為λ=?2meU C.加速電壓U越大,電子的衍射現(xiàn)象越不明顯 D.若用相同動(dòng)能的質(zhì)子代替電子,衍射現(xiàn)象將更加明顯 答案:ABC 解析:實(shí)驗(yàn)得到了電子的衍射圖樣,說明電子這種實(shí)物粒子發(fā)生了衍射,說明電子具有波動(dòng)性,故A正確;由動(dòng)能定理可得,eU=12mv2-0,電子加速后的速度v=2eUm,電子德布羅意波的波長λ=?2meU,故B正確;由λ=?2meU可知,加速電壓U越大,波長越短,衍射現(xiàn)象越不明顯,故C正確;物體動(dòng)能與動(dòng)量的關(guān)系是p=2mEk,由于質(zhì)子的質(zhì)量遠(yuǎn)大于電子的質(zhì)量,所以動(dòng)能相同的質(zhì)子的動(dòng)量遠(yuǎn)大于電子的動(dòng)量,由λ=?p可知,相同動(dòng)能的質(zhì)子的德布羅意波的波長遠(yuǎn)小于電子德布羅意波的波長,因此相同動(dòng)能的質(zhì)子代替電子,衍射現(xiàn)象將更加不明顯,故D錯(cuò)誤。 8.在X射線管中,由陰極發(fā)射的電子(不計(jì)初速度)被加速后打到陽極,會(huì)產(chǎn)生包括X射線在內(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(dòng)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射線的(　　) A.最短波長為?ceU B.最長波長為?ceU C.最小頻率為eU? D.最大頻率為eU? 答案:AD 解析:根據(jù)動(dòng)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≥?ceU,ν≤eU?,所以A、D正確。 9.頻率為ν的光照射某金屬時(shí),產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能為Ek,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(dòng)能為2Ek 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(dòng)能為Ek+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(dòng)能為Ek+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=W0+Ek,用頻率為2ν的光照射時(shí)有h·2ν=W0+Ek',聯(lián)立得Ek'=Ek+hν,所以A錯(cuò)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h·12ν=W0+Ek″,可得Ek″=Ek-12hν,所以C錯(cuò)誤,D正確。 10.右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(dòng)能用Ek表示、入射光的強(qiáng)度用C表示、入射光的波長用λ表示、入射光的照射時(shí)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(qiáng)度及照射時(shí)間無關(guān),與ν成線性關(guān)系,A、D正確,C錯(cuò)誤;由Ek=?cλ-W0可知,Ek與λ并不成反比關(guān)系,B錯(cuò)誤。 11.(2019·廣東模擬)2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主威拉德·博伊爾和喬治·史密斯主要成就是發(fā)明了電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器。他們的發(fā)明利用了愛因斯坦的光電效應(yīng)原理。如圖所示電路可研究光電效應(yīng)規(guī)律。圖中標(biāo)有A和K的為光電管,其中A為陽極,K為陰極。理想電流計(jì)可檢測通過光電管的電流,理想電壓表用來指示光電管兩端的電壓?，F(xiàn)接通電源,用光子能量為10.5 eV的光照射陰極K,電流計(jì)中有示數(shù),若將滑動(dòng)變阻器的滑片P緩慢向右滑動(dòng),電流計(jì)的讀數(shù)逐漸減小,當(dāng)滑至某一位置時(shí)電流計(jì)的讀數(shù)恰好為零,讀出此時(shí)電壓表的示數(shù)為6.0 V?，F(xiàn)保持滑片P位置不變,以下判斷正確的是(　　) A.光電管陰極材料的逸出功為4.5 eV B.若增大入射光的強(qiáng)度,電流計(jì)的讀數(shù)不為零 C.若用光子能量為12 eV的光照射陰極K,光電子的最大初動(dòng)能一定變大 D.若用光子能量為9.5 eV的光照射陰極K,同時(shí)把滑片P向左移動(dòng)少許,電流計(jì)的讀數(shù)一定不為零 答案:AC 解析:電流計(jì)的讀數(shù)恰好為零,此時(shí)電壓表的示數(shù)為6.0V,知光電子的最大初動(dòng)能為6.0eV。根據(jù)光電效應(yīng)方程知,W0=hν-Ek=10.5eV-6.0eV=4.5eV,故A正確。光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān),與入射光的頻率有關(guān)。所以增大入射光的強(qiáng)度,電流計(jì)的讀數(shù)仍為零,故B錯(cuò)誤。若用光子能量為12eV的光照射陰極K,根據(jù)光電效應(yīng)方程可知,光電子的最大初動(dòng)能一定變大,故C正確。若用光子能量為9.5eV的光照射陰極K,根據(jù)光電效應(yīng)方程可知,光電子的最大初動(dòng)能一定減小,同時(shí)把滑片P向左移動(dòng)少許,電流計(jì)的讀數(shù)可能仍然為零,故D錯(cuò)誤。 12.右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(qiáng),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(qiáng)弱無關(guān),故B、C錯(cuò)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)紫外線,單位時(shí)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(dòng)能減小 C.從M板逸出電子的最大初動(dòng)能為e2B02d22m D.該金屬的逸出功為hν-e2B02d28m 答案:AD 解析:增強(qiáng)照射光,即單位時(shí)間射到M板的光子數(shù)增多,則單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)增多,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(dòng)能與照射光的強(qiáng)弱無關(guān),B錯(cuò)誤;由題意可知,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0時(shí),沿水平方向向左射出的電子運(yùn)動(dòng)軌跡會(huì)與ON相切,即r=d2,結(jié)合evB0=mv2r和Ek=12mv2,聯(lián)立可得Ek=e2B02d28m,逸出功W0=hν-e2B02d28m,C錯(cuò)誤,D正確。 14.(2019·安徽安慶模擬)某實(shí)驗(yàn)小組用圖甲所示電路研究a、b兩種單色光的光電效應(yīng)現(xiàn)象,通過實(shí)驗(yàn)得到兩種光的光電流I與電壓U的關(guān)系如圖乙所示,由圖可知(　　) A.兩種光的頻率νa>νb B.金屬K對(duì)兩種光的逸出功Wa>Wb C.光電子的最大初動(dòng)能Eka<Ekb D.若a光可以讓處于基態(tài)的氫原子電離,則b光一定也可以 答案:CD 解析:由光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0=Uce,由題圖可得b光照射光電管時(shí)反向截止電壓大,其頻率大,即νa<νb,故A錯(cuò)誤;金屬的逸出功由金屬本身決定,與光的頻率無關(guān),故B錯(cuò)誤;由題圖可得b光照射光電管時(shí)反向截止電壓大,其逸出的光電子最大初動(dòng)能大,故C正確;b光的頻率大,光子能量大,若a光可以讓處于基態(tài)的氫原子電離,則b光一定也可以,故D正確。 15.(2019·浙江期中)用如圖所示的光電管研究光電效應(yīng)的規(guī)律。先分別用a、b、c三束單色光照射甲圖中的光電管陰極K,閉合開關(guān)S,并調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片位置,使電流計(jì)A的示數(shù)達(dá)到最大值,分別為Ia、Ib、Ic,讀數(shù)大小Ic>Ia>Ib;然后分別用a、b、c三束單色光照射乙圖中的相同光電管陰極K,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片位置,使電流計(jì)A的示數(shù)恰好為零,記錄三種情況下電壓表的示數(shù)分別為Ua、Ub、Uc,讀數(shù)大小Ua>Ub=Uc,以下判斷正確的是(　　) A.三種光的頻率一定大于陰極K的極限頻率 B.c光的強(qiáng)度一定大于b光的強(qiáng)度 C.a光的頻率一定大于b光的頻率 D.a光照射光電管陰極K逸出光電子的動(dòng)能一定大于b光照射逸出光電子的動(dòng)能 答案:ABC 解析:三種光都能發(fā)生光電效應(yīng),由光電效應(yīng)的條件可知,三種光的頻率一定大于陰極K的極限頻率,故A正確;最大光電流Ic>Ia>Ib,由于最大光電流僅僅與光的強(qiáng)度有關(guān),可知c光的強(qiáng)度一定大于b光的強(qiáng)度,故B正確;反向截止電壓Ua>Ub=Uc,結(jié)合動(dòng)能定理eUc=12mvm2可知,a光打出的光電子的最大初動(dòng)能最大,由光電效應(yīng)方程可知,a光的頻率一定大于b光的頻率,故C正確;結(jié)合C的分析可知,a光照射光電管陰極K逸出光電子的最大初動(dòng)能一定大于b光照射逸出光電子的最大初動(dòng)能,但a光照射光電管陰極K逸出光電子的動(dòng)能不一定大于b光照射逸出光電子的動(dòng)能,故D錯(cuò)誤。