2019-2020年高考物理总复习 2波粒二象性考题演练（含解析）（选修3-5）.doc

2019-2020年高考物理总复习 2波粒二象性考题演练（含解析）（选修3-5）1.(xx江苏高考)已知钙和钾的截止频率分别为7.731014Hz和5.441014Hz,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,钙逸出的光电子具有较大的()A.波长B.频率C.能量D.动量【解析】选A。根据爱因斯坦光电效应方程：Ekm=h-h0,因为钙的0大,所以能量Ekm小,频率小,波长大,B、C项错误,A项正确;根据物质波波长=,所以钙逸出的光电子动量小,D项错误。2.(xx上海高考)在光电效应的实验结果中,与光的波动理论不矛盾的是()A.光电效应是瞬时发生的B.所有金属都存在极限频率C.光电流随着入射光增强而变大D.入射光频率越大,光电子最大初动能越大【解析】选C。光电效应产生的时间极短,电子吸收光的能量是瞬间完成的,而不像波动理论所预计的那样可以逐渐叠加,A错误。光电效应中所有金属都存在极限频率,当入射光的频率低于极限频率时不能发生光电效应。光的波动理论认为不管光的频率如何,只要光足够强,电子都可以获得足够能量从而逸出表面,不应存在极限频率,B错误。光电效应中入射光越强,光电流越大,这与光的波动理论不矛盾,C正确。光电效应中入射光的频率越大,光电子的最大初动能越大,光的波动理论认为光强越大,电子可获得更多的能量,光电子的最大初动能越大,D错误。3.(多选)(xx海南高考)在光电效应实验中,用同一种单色光,先后照射锌和银的表面,都能产生光电效应。对于这两个过程,下列四个物理量中,一定不同的是()A.遏止电压B.饱和光电流C.光电子的最大初动能D.逸出功【解题指南】解答此题应注意以下两点：(1)理解金属的逸出功、光电子的最大初动能和遏止电压的关系。(2)理解饱和光电流与光照强度的关系。【解析】选A、C、D。不同金属的逸出功W0不同,所以用同一种单色光照射锌和银的表面,光电子逸出后最大初动能Ek=h-W0也不同,C、D均正确;遏止电压满足eUc=Ek,所以遏止电压也不同,A正确;饱和光电流的大小与光照强度有关,只要光照强度相同,光电效应产生的饱和光电流就相同,B错误。4.(xx西安模拟)如图所示,已知用光子能量为2.82eV的紫光照射光电管中的金属涂层时,毫安表的指针发生了偏转,若将电路中的滑动变阻器的滑片P向右移动到某一位置时,毫安表的读数恰好减小到零,电压表读数为1V,则该金属涂层的逸出功约为()A.2.910-19JB.6.110-19JC.1.610-19JD.4.510-19J【解析】选A。若将电路中的滑动变阻器的滑片P向右移动到某一位置时,毫安表的读数恰好减小到零,知所加的电压为反向电压,即最大初动能的光电子都不能到达另一端,过程中电场力做功为Ue=mv2,根据光电效应方程可得W=E-mv2,U=1V,e=1.610-19C,联立可得：W=2.910-19J,A正确。5.(多选)(xx临川模拟)xx年是“世界物理年”,100年前的1905年是爱因斯坦的“奇迹”之年,这一年他先后发表了三篇具有划时代意义的论文,其中关于光量子的理论成功地解释了光电效应现象,关于光电效应,下列说法正确的是()A.当入射光的频率低于极限频率时,不能发生光电效应B.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比C.光电子的最大初动能与入射光的强度成正比D.某单色光照射一金属时不发生光电效应,改用波长较短的光照射该金属时可能发生光电效应【解析】选A、D。当入射光的频率低于极限频率时,不能发生光电效应,故A正确。根据光电效应方程Ek=h-W0可知,光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系,不是正比关系,故B错误。光电子的最大初动能与入射光的强度无关,故C错误。某单色光照射一金属时不能发生光电效应,改用波长较短的光,根据=知频率增大,可能发生光电效应,故D正确。6.(多选)(xx沈阳模拟)研究光电效应规律的实验装置如图所示,以频率为的光照射光电管电极K时,有光电子产生。光电管K、A极间所加的电压U可由图中的电压表测出,光电流I由图中电流计测出,下列关于光电效应实验规律的说法中,正确的是()A.降低入射光的频率有可能光电管电极K上无光电子放出B.当滑片P位于P右端时,电极K、A间所加电压使从电极K发出的光电子加速C.保持入射光频率不变,当增大入射光光强时,图中电流计示数不变D.保持入射光频率、光强不变,若只增大光电管K、A极间所加的加速电压,光电流会趋于一个饱和值E.调整滑片P、P的位置,可使光电子从K极发射后向A极做减速运动,当电流计的示数恰为零时,电压表的示数称为反向截止电压【解析】选A、D、E。降低入射光的频率,当入射光的频率低于金属的极限频率时不发生光电效应,A对;当滑片P位于P右端时,电极K、A间所加电压为反向电压,此电压使光电子减速,B错;保持入射光频率不变,当增大入射光光强时,光电流增加,图中电流计示数变大,C错;保持入射光频率、光强不变,若增加光电管K、A间所加电压,光电流会趋于一个饱和值,这个电流就是饱和光电流,D对;E所叙述的过程满足Ek=eU,E项对。7.(1)爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖。某种金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率的关系如图所示,其中0为极限频率。从图中可以确定的是()A.逸出功与有关B.Ekm与入射光强度成正比C.当0时,会逸出光电子D.图中直线的斜率与普朗克常量有关(2)在光电效应实验中,某金属的截止频率相应的波长为0,该金属的逸出功为。若用波长为(0)的单色光做实验,则其遏止电压为。已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h。【解析】(1)选D。金属的逸出功与入射光的频率无关,只与极限频率0有关,A错;光电子的最大初动能与入射光强度无关,与入射光的频率和金属的逸出功有关,B错;当入射光的频率小于极限频率,不能发生光电效应现象,C错;据光电效应方程Ek=h-W0可知,图像的斜率即为普朗克常量,D对。(2)由W0=h0=h,又eU=Ek,且Ek=h-W0,=,所以U=(-)=。答案：(1)D(2)h8.(1)研究光电效应的电路如图所示,用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K),钠极板发射出的光电子被阳极A吸收,在电路中形成光电流。下列光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图像中,正确的是()(2)钠金属中的电子吸收光子的能量,从金属表面逸出,这就是光电子。光电子从金属表面逸出的过程中,其动量的大小(选填“增大”“减小”或“不变”),原因是 。【解析】(1)选C。由爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0和动能定理-eUc=0-Ek可得Uc=-,遏止电压Uc与入射光的频率有关,与光强无关。由发生光电效应的规律可知,光电流与光的强度有关,光越强,光电流越强,所以选项C正确。(2)钠金属中的电子吸收光子的能量,从金属表面逸出,由于光电子在从金属表面逸出的过程中,要受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功),所以在光电子从金属表面逸出的过程中,其动量减小。答案：(1)C(2)减小光电子从金属表面逸出的过程中要受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功)9.(1)(多选)(xx海南高考)产生光电效应时,关于逸出光电子的最大初动能Ek,下列说法正确的是()A.对于同种金属,Ek与照射光的强度无关B.对于同种金属,Ek与照射光的波长成反比C.对于同种金属,Ek与光照射的时间成正比D.对于同种金属,Ek与照射光的频率成线性关系E.对于不同种金属,若照射光频率不变,Ek与金属的逸出功成线性关系(2)美国物理学家密立根用精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量,这项工作成了爱因斯坦方程式在很小误差范围内的直接实验证据。密立根的实验目的是测量金属的遏止电压Uc与入射光频率,由此计算普朗克常量h,并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较,以检验爱因斯坦光电效应方程式的正确性。如图所示是根据某次实验作出的Uc-图像,电子的电荷量为1.610-19C。试根据图像求：这种金属的截止频率c。普朗克常量h。【解析】(1)选A、D、E。由爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0可知,Ek与入射光的强度无关,选项A正确;Ek与入射光的频率成线性关系,与波长不是成反比的关系,选项B错误、D正确;由于电子一次性吸收光子的全部能量,Ek与光照射的时间无关,选项C错误;对于不同金属,若照射光的频率不变,由光电效应方程可知,Ek与金属的逸出功成线性关系,选项E正确。(2)由爱因斯坦光电效应方程h=W+Ek得h=hc+eUc,变形得Uc=(-c)。由题图可知,Uc=0对应的频率即为截止频率c,得c=4.271014Hz图线的斜率=3.9310-15Vs,代入电子电量计算得h=6.3010-34Js答案：(1)A、D、E(2)4.271014Hz6.3010-34Js10.(1)如图甲,合上开关,用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极K,发现电流表读数不为零。调节滑动变阻器,发现当电压表读数小于0.60 V时,电流表读数仍不为零,当电压表读数大于或等于0.60 V时,电流表读数为零。把电路改为图乙,当电压表读数为2 V时,则逸出功及电子到达阳极时的最大动能为()A.1.5 eV0.6 eVB.1.7 eV1.9 eVC.1.9 eV2.6 eVD.3.1 eV4.5 eV(2)如图所示的实验电路,当用黄光照射光电管中的碱金属涂层时,毫安表的指针发生了偏转。若将电路中的滑动变阻器的滑片P向右移动到某一位置时,毫安表的读数恰好减小到零,此时电压表读数为U。若此时增加黄光照射的强度,则毫安表(选填“有”或“无”)示数。若改用蓝光照射光电管中的金属涂层,则毫安表(选填“有”或“无”)示数。【解析】(1)选C。用光子能量h=2.5 eV的光照射阴极,电流表读数不为零,则能发生光电效应,当电压表读数大于或等于0.60 V时,电流表读数为零,则电子不能到达阳极,由动能定理-eU=0-m知,最大初动能Ek=eU=0.6eV,由光电效应方程h=Ek+W0知W0=1.9eV,对题图乙当电压表读数为2V时,电子到达阳极的最大动能Ek=Ek+eU=0.6eV+2 eV=2.6eV。故C正确。(2)由图知光电管上所加电压为反向电压,增加黄光的强度时,光电子的最大初动能不变,故光电子仍然不会到达阳极A,毫安表无示数。若改用蓝光照射光电管中的金属涂层,产生的光电子的最大初动能变大,光电子可以到达阳极,毫安表有示数。答案：(1)C(2)无有11.(1)在光电效应实验中,飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光),如图所示。则可判断出()A.甲光的频率大于乙光的频率B.乙光的波长大于丙光的波长C.乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D.甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能(2)如图甲所示是研究光电效应规律的光电管。用波长=0.50m的绿光照射阴极K,实验测得流过表电流I与AK之间电势差UAK满足如图乙所示规律,h取6.6310-34Js。结合图像,求：(结果保留两位有效数字)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极K时的最大动能。该阴极材料的极限波长。【解析】(1)选B。由图像知甲光、乙光对应的遏止电压Uc2相等,且小于丙光对应的遏止电压Uc1,所以甲光和乙光对应的光电子最大初动能相等且小于丙光的光电子最大初动能,故D项错误;根据爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0知甲光和乙光的频率相等,且小于丙光的频率,故A错误、B正确;而截止频率是由金属决定的,与入射光无关,故C错误。(2)光电流达到饱和时,阴极发射的光电子全部到达阳极A,阴极每秒钟发射的光电子的个数n=4.01012(个)光电子的最大初动能为：Ekm=eU0=1.610-19C0.6V=9.610-20J设阴极材料的极限波长为0,根据爱因斯坦光电效应方程Ekm=h-h代入数据得0=0.6610-6m答案：(1)B(2)4.01012个9.610-20J0.6610-6m12.图示是研究光电管产生的电流的电路图,A、K是光电管的两个电极,已知该光电管阴极的极限频率为0。现将频率为(大于0)的光照射在阴极上,则：(1)是阴极,阴极材料的逸出功等于。(2)加在A、K间的正向电压为U时,到达阳极的光电子的最大动能为,将A、K间的正向电压从零开始逐渐增加,电流表的示数的变化情况是。(3)为了阻止光电子到达阳极,在A、K间应加上U反=的反向电压。(4)下列方法一定能够增加饱和光电流的是()A.照射光频率不变,增加光强B.照射光强度不变,增加光的频率C.增加A、K电极间的电压D.减小A、K电极间的电压【解析】(1)被光照射的金属将有光电子逸出,故K是阴极,逸出功与极限频率的关系为W0=h0。(2)根据光电效应方程可知,逸出的光电子的最大初动能为h-h0,经过电场加速获得的能量为eU,所以到达阳极的光电子的最大动能为h-h0+eU,随着电压增加,单位时间内到达阳极的光电子数量将逐渐增多,但当从阴极逸出的所有光电子都到达阳极时,再增大电压,也不可能使单位时间内到达阳极的光电子数量增多。所以,电流表的示数先是逐渐增大,直至保持不变。(3)从阴极逸出的光电子在到达阳极的过程中将被减速,被电场消耗的动能为eUc,如果h-h0=eUc,就将没有光电子能够到达阳极,所以Uc=。(4)要增加单位时间内从阴极逸出的光电子的数量,就需要增加照射光单位时间内入射光子的个数,所以只有A正确。答案：(1)Kh0(2)h-h0+eU逐渐增大,直至保持不变(3)(4)A【总结提升】应用光电效应方程时的注意事项(1)每种金属都有一个截止频率,光频率大于这个截止频率才能发生光电效应。(2)截止频率是发生光电效应的最小频率,对应着光的极限波长和金属的逸出功,即h0=h=W0。(3)应用光电效应方程Ek=h-W0时,注意能量单位电子伏和焦耳的换算(1eV=1.610-19J)。(4)作为能量守恒的一种表达式可以定性理解方程h=W0+mv2的意义：即入射光子的能量一部分相当于转换在金属的逸出功上,剩余部分转化为光电子的动能。对某种金属来说W0为定值,因而光子频率决定了能否发生光电效应及光电子的初动能大小。每个光子的一份能量h与一个光电子的动能mv2对应。