2023版高三一輪總復(fù)習(xí)物理（新教材新高考）課時(shí)分層作業(yè)36光電效應(yīng)波粒二象性

課時(shí)分層作業(yè)(三十六)1．(2021·河北卷)普朗克常量h＝6.626×10－34J·s，光速為c，電子質(zhì)量為me，則eq\f(h,mec)在國際單位制下的單位是()A．J/sB．mC．J·mD．m/sB[解法一：由題意可知mec本質(zhì)是一個(gè)動量，所以eq\f(h,mec)＝eq\f(h,p)，而由波粒二象性有λ＝eq\f(h,p)，由此可知eq\f(h,mec)在國際單位制下的單位是m，故A、C、D錯誤，B正確。解法二：eq\f(h,mec)的單位是eq\f(J·s,kg·m·s－1)＝eq\f(N·m·s,kg·m·s－1)＝eq\f(kg·m·s－2·m·s,kg·m·s－1)＝m，故A、C、D錯誤，B正確。]2．電子顯微鏡的最高分辨率高達(dá)0.2nm(波長越短，分辨率越高)，如果有人制造出質(zhì)子顯微鏡，在加速到相同的速度情況下，質(zhì)子顯微鏡的最高分辨率將()A．小于0.2nmB．大于0.2nmC．等于0.2nmD．以上說法均不正確A[質(zhì)子的質(zhì)量大于電子的質(zhì)量，對于相同速度的質(zhì)子和電子，質(zhì)子比電子動量大，根據(jù)德布羅意波長公式λ＝eq\f(h,p)可知，質(zhì)子的德布羅意波長小，分辨率高，其最高分辨率將小于0.2nm，故A正確，B、C、D錯誤。]3．已知鈣和銣的截止頻率分別為7.73×1014Hz和5.16×1014Hz，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能的光電子，鈣逸出的光電子具有較大的()A．波長B．頻率C．能量D．動量A[根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0＝hν－h(huán)νc可知，鈣的νc大，所以從鈣表面逸出的光電子的最大初動能Ekm較小，由p＝eq\r(2mEkm)知，鈣逸出的光電子的動量較小，根據(jù)λ＝eq\f(h,p)可知波長較大，頻率較小，B、C、D錯誤，A正確。]4．在研究光電效應(yīng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中，用頻率為ν的單色光照射光電管，測得遏止電壓為U，則下列說法中正確的是()A．若僅增大該單色光的強(qiáng)度，則遏止電壓一定大于UB．若改用頻率為2ν的單色光照射，則遏止電壓一定大于2UC．若改用頻率為2ν的單色光照射，則飽和光電流一定變?yōu)樵瓉淼?倍D．若改用頻率為0.5ν的單色光照射，則一定不可能產(chǎn)生光電子B[根據(jù)光電效應(yīng)的規(guī)律得出：eU＝hν－W0，故若僅增大該單色光的強(qiáng)度，則遏止電壓不變，仍為U，故A錯誤；根據(jù)光電效應(yīng)的規(guī)律得出：eU＝hν－W0，若改用頻率為2ν的單色光照射，則遏止電壓一定大于2U，故B正確；光電效應(yīng)中，一個(gè)光子激發(fā)出一個(gè)光電子，當(dāng)照射光的強(qiáng)度變?yōu)樵瓉淼?倍，單位時(shí)間內(nèi)射向陰極的光子數(shù)變?yōu)樵瓉淼?倍，激發(fā)出的光電子數(shù)變?yōu)樵瓉淼?倍，電路中的光電流變?yōu)樵瓉淼?倍，若改用頻率為2ν的單色光照射，飽和光電流不一定變?yōu)樵瓉淼?倍，故C錯誤；改用頻率為0.5ν的單色光照射時(shí)，若0.5ν大于金屬的極限頻率，則能發(fā)生光電效應(yīng)，產(chǎn)生光電子，故D錯誤。故選B。]5．(多選)某興趣小組用如圖甲所示的電路探究光電效應(yīng)的規(guī)律。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，小剛同學(xué)作出了光電子的最大初動能與入射光頻率的關(guān)系圖線如圖乙所示，小娜同學(xué)作出了遏止電壓與入射光頻率的關(guān)系圖線如圖丙所示。已知光電子的電荷量為e，則下列說法正確的是()甲乙丙A．如果圖乙、圖丙中研究的是同一金屬的光電效應(yīng)規(guī)律，則a＝eq\f(c,e)B．如果研究不同金屬光電效應(yīng)的規(guī)律，在圖乙中將得到經(jīng)過(b,0)點(diǎn)的一系列直線C．如果研究不同金屬光電效應(yīng)的規(guī)律，在圖丙中將得到一系列平行的傾斜直線D．普朗克常量h＝eq\f(a,b)＝eq\f(ce,d)CD[根據(jù)愛因斯坦的光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，在題圖乙中有a＝W0，b＝νc，斜率為普朗克常量h＝eq\f(a,b)，對于遏止電壓有Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)，在題圖丙中有d＝νc，c＝eq\f(W0,e)，斜率k＝eq\f(c,d)＝eq\f(h,e)。結(jié)合兩個(gè)圖線可得：h＝eq\f(a,b)＝eq\f(ce,d)，故D正確；如果題圖乙、丙中研究的是同一金屬的光電效應(yīng)規(guī)律，則逸出功相同，W0＝a＝ce，故A錯誤；普朗克常量為定值，如果研究不同金屬光電效應(yīng)的規(guī)律，在題圖乙、丙中得到的將是一系列平行的傾斜直線，故B錯誤，C正確。]6．(2021·合肥模擬)用光子能量為5.0eV的一束光照射陰極P，如圖所示，當(dāng)開關(guān)K斷開時(shí)，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零。合上開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于1.60V時(shí)，電流表讀數(shù)仍不為零；當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于1.60V時(shí)，電流表讀數(shù)為零，由此可知陰極材料的逸出功為()A．1.6eVB．2.2eVC．3.0eVD．3.4eVD[設(shè)用光子能量為5.0eV的光照射時(shí)光電子的最大初動能為Ekm，當(dāng)反向電壓達(dá)到U＝1.60V以后，電流表讀數(shù)為零，因此Ekm＝eU＝1.60eV。根據(jù)光電效應(yīng)方程有Ekm＝hν－W0，陰極材料的逸出功為W0＝hν－Ekm＝3.40eV，D正確。]7．光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，用波長為λ0的單色光A照射某金屬板時(shí)，剛好有光電子從金屬表面逸出。當(dāng)波長為eq\f(λ0,2)的單色光B照射該金屬板時(shí)，光電子的最大初動能為________，A、B兩種光子的動量之比為________。(已知普朗克常量為h、光速為c)[解析]逸出功W0＝hνc＝eq\f(hc,λ0)根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0＝eq\f(2hc,λ0)－eq\f(hc,λ0)＝eq\f(hc,λ0)再由p＝eq\f(h,λ)，可得eq\f(pA,pB)＝eq\f(\f(h,λA),\f(h,λB))＝1∶2。[答案]eq\f(hc,λ0)1∶28．如圖所示，陰極K用極限波長λ0＝0.66μm的金屬銫制成，用波長λ＝0.50μm的綠光照射陰極K并調(diào)整兩個(gè)極板間的電壓，當(dāng)A板電壓比陰極高出2.5V時(shí)，光電流達(dá)到飽和，電流表示數(shù)為0.80μA，求：(1)每秒鐘陰極發(fā)射的光電子數(shù)為多少？(2)光電子飛出陰極時(shí)的最大初動能為多大？(3)如果把照射陰極的綠光的光強(qiáng)增大為原來的2倍，每秒鐘陰極發(fā)射的光電子數(shù)是多少？光電子的最大初動能是多少？[解析](1)光電流達(dá)到飽和時(shí)，陰極發(fā)射的光電子全部到達(dá)陽極A，陰極每秒鐘發(fā)射的光電子的個(gè)數(shù)n＝eq\f(Imt,e)＝5.0×1012。(2)根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程，光電子的最大初動能為eq\f(1,2)mveq\o\al(2,m)＝hν－W0＝heq\f(c,λ)－h(huán)eq\f(c,λ0)＝hceq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,λ)－\f(1,λ0)))＝6.63×10－34×3×108eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,0.5×10－6)－\f(1,0.66×10－6)))J＝9.6×10－20J。(3)如果照射光的頻率不變，光強(qiáng)加倍，根據(jù)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律，陰極每秒發(fā)射的光電子數(shù)n′＝2n＝2×5.0×1012＝1.0×1013，光電子的最大初動能仍然是9.6×10－20J。[答案](1)5.0×1012(2)9.6×10－20J(3)1.0×10139.6×10－20J9．從1907年起，美國物理學(xué)家密立根開始以精湛的技術(shù)測量光電效應(yīng)中幾個(gè)重要的物理量。他通過如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置測量某金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν，作出Uc-ν的圖像如圖乙所示，由此算出普朗克常量h，并與普朗克根據(jù)黑體輻射測出的h相比較，以檢驗(yàn)愛因斯坦光電效應(yīng)方程的正確性。已知電子的電荷量e，則下列普朗克常量h的表達(dá)式正確的是()甲乙A．h＝eq\f(eUc2－Uc1,ν2－ν1) B．h＝eq\f(Uc2－Uc1,eν2－ν1)C．h＝eq\f(ν2－ν1,eUc2－Uc1) D．h＝eq\f(eν2－ν1,Uc2－Uc1)A[根據(jù)愛因斯坦光效應(yīng)方程Ek＝hν－W0及動能定理eUc＝Ek，得Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)，所以圖像的斜率k＝eq\f(Uc2－Uc1,ν2－ν1)＝eq\f(h,e)，得h＝eq\f(eUc2－Uc1,ν2－ν1)，故選項(xiàng)A正確。]10.(2021·德州模擬)如圖所示，有一束單色光入射到極限頻率為ν0的金屬板K上，具有最大初動能的某出射電子，沿垂直于平行板電容器極板的方向，從左側(cè)極板上的小孔入射到兩極板間的勻強(qiáng)電場后，到達(dá)右側(cè)極板時(shí)速度剛好為零。已知電容器的電容為C，帶電荷量為Q，極板間距為d，普朗克常量為h，電子電荷量的絕對值為e，不計(jì)電子的重力。關(guān)于電容器右側(cè)極板的帶電情況和入射光的頻率ν，以下判斷正確的是()A．帶正電，ν0＋eq\f(Qe,Ch) B．帶正電，ν0＋eq\f(Qe,Chd)C．帶負(fù)電，ν0＋eq\f(Qe,Ch) D．帶負(fù)電，ν0＋eq\f(Qe,Chd)C[因?yàn)楣怆娮訋ж?fù)電，而到達(dá)右板時(shí)速度為零，說明右板帶負(fù)電，選項(xiàng)A、B錯誤；根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程和動能定理有hν0＝W0，Ek＝hν－W0，Ek＝eq\f(Q,C)e，聯(lián)立解得C正確。]11．一個(gè)德布羅意波波長為λ1的中子和另一個(gè)德布羅意波波長為λ2的氘核同向正碰后結(jié)合成一個(gè)氚核，該氚核的德布羅意波波長為()A．eq\f(λ1λ2,λ1＋λ2)B．eq\f(λ1λ2,λ1－λ2)C．eq\f(λ1＋λ2,2)D．eq\f(λ1－λ2,2)A[中子的動量p1＝eq\f(h,λ1)，氘核的動量p2＝eq\f(h,λ2)，同向正碰后形成的氚核的動量p3＝p2＋p1，所以氚核的德布羅意波波長λ3＝eq\f(h,p3)＝eq\f(λ1λ2,λ1＋λ2)，A項(xiàng)正確。]12．1905年，愛因斯坦把普朗克的量子化概念進(jìn)一步推廣，成功地解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象，提出了光子說。在給出與光電效應(yīng)有關(guān)的四個(gè)圖像中，下列說法正確的是()光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)電流與電壓的關(guān)系圖1圖2eq\a\al(金屬的遏止電壓U,與入射光頻率的關(guān)系)eq\a\aL(光電子最大初動能Ek,與入射光頻率ν的關(guān)系)圖3圖4A．圖1中，當(dāng)紫外線照射鋅板時(shí)，發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，說明鋅板帶正電，驗(yàn)電器帶負(fù)電B．圖2中，從光電流與電壓的關(guān)系圖像中可以看出，電壓相同時(shí)，光照越強(qiáng)，光電流越大，說明遏止電壓和光的強(qiáng)度有關(guān)C．圖3中，若僅知道電子電荷量e和截止頻率νc，可求得普朗克常量hD．圖4中，由光電子最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖像可知該金屬的逸出功為E或hνcD[當(dāng)紫外線照射鋅板時(shí)，發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，說明發(fā)生光電效應(yīng)，鋅板帶正電，所以驗(yàn)電器也帶正電，A項(xiàng)錯誤；題圖2中，從光電流與電壓的關(guān)系圖像中可以看出，電壓相同時(shí)，光照越強(qiáng)，光電流越大，說明飽和光電流與光的強(qiáng)度有關(guān)，不能說明遏止電壓和光的強(qiáng)度有關(guān)，B項(xiàng)錯誤；根據(jù)Ek＝hν－W0＝eUc，解得Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)，當(dāng)Uc＝0時(shí)頻率為截止頻率νc，則有eq\f(h,e)νc－eq\f(W0,e)＝0，解得h＝eq\f(W0,νc)，由于不知道逸出功，故僅知道電子電荷量e和截止頻率νc，無法求出普朗克常量h，C項(xiàng)錯誤；根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W，當(dāng)ν＝0時(shí)Ek＝－W0，由圖像知縱軸截距－E，所以W0＝E，即該金屬的逸出功為E，圖線與ν軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)是νc，則該金屬的逸出功為hνc，D項(xiàng)正確。]13．小宇同學(xué)參加學(xué)?？萍技文耆A，設(shè)計(jì)了一個(gè)光電煙霧探測器，如圖所示，S為光源，發(fā)出一束光，當(dāng)有煙霧進(jìn)入探測器時(shí)，來自S的光會被煙霧散射進(jìn)入光電管C，當(dāng)光射到光電管中的鈉表面(鈉的極限頻率為6.00×1014Hz)時(shí)，會產(chǎn)生光電子，當(dāng)光電流大于10－8A時(shí)，便會觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警。已知元電荷e＝1.6×10－19CA．要使該探測器正常工作，光源S發(fā)出的光波波長不能大于0.5μmB．若光源S發(fā)出的光波能使光電管發(fā)生光電效應(yīng)，則光源越強(qiáng)，光電煙霧探測器探測到的光電子數(shù)越多C．光束遇到煙霧發(fā)生散射是一種折射現(xiàn)象D．若5%射向光電管C的光子會產(chǎn)生光電子，當(dāng)報(bào)警器報(bào)警時(shí)，每秒射向鈉表面的光子數(shù)最少是1.25×1012個(gè)C[根據(jù)W0＝hν0＝heq\f(c,λ)，光源S發(fā)出的光波最大波長λmax＝eq\f(c,ν0)＝eq\f(3×108,6.00×1014)m＝5×10－7m＝0.5μm，即要使該探測器正常工作，光源S發(fā)出的光波波長不能大于0.5μm，A項(xiàng)正確；光源S發(fā)出的光波能使光電管發(fā)生光電效應(yīng)，那么光源越強(qiáng)，被煙霧散射進(jìn)入光電管C的光越多，越容易探測到煙霧，即光電煙霧探測器探測到光電子數(shù)越多，B項(xiàng)正確；光束遇到煙霧發(fā)生散射是一種反射現(xiàn)象，C項(xiàng)錯誤；光電流等于10－8A時(shí)，每秒產(chǎn)生的光電子的個(gè)數(shù)n＝eq\f(It,e)＝eq\f(10－8×1,1.6×10－19)＝6.2