2024高考物理一輪復習第十五章波粒二象性原子結(jié)構(gòu)原子核第1講波粒二象性練習含解析魯科版

PAGE8-第1講波粒二象性考點一光電效應(yīng)規(guī)律光電效應(yīng)現(xiàn)象的理解【典例1】(多選)(2024·黃岡模擬)如圖所示為探討光電效應(yīng)規(guī)律的試驗電路,電源的兩個電極分別與接線柱c、d連接。用肯定頻率的單色光a照耀光電管時,靈敏電流計G的指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn),而用另一頻率的單色光b照耀該光電管時,靈敏電流計G的指針不偏轉(zhuǎn)。下列說法正確的是 ()A.a光的頻率肯定大于b光的頻率B.電源正極可能與c接線柱連接C.用b光照耀光電管時,肯定沒有發(fā)生光電效應(yīng)D.若靈敏電流計的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),則電流方向肯定是e→G→f【解析】選A、B、D。由于電源的接法不知道,所以有兩種狀況:(1)c接負極,d接正極。用肯定頻率的單色光a照耀光電管陰極K,電流計G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),知a光頻率大于金屬的極限頻率。用另一頻率的單色光b照耀光電管陰極K時,電流計G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn),知b光的頻率小于金屬的極限頻率,所以a光的頻率肯定大于b光的頻率。(2)c接正極,d接負極。用肯定頻率的單色光a照耀光電管陰極K,電流計G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),知a光產(chǎn)生的光電子能到達負極d端。用另一頻率的單色光b照耀光電管陰極K時,電流計G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn),知b光產(chǎn)生的光電子不能到達負極d端,所以a光產(chǎn)生的光電子的最大初動能大,所以a光的頻率肯定大于b光的頻率,故選項A、B正確;由以上的分析可知,不能推斷出用b光照耀光電管時,肯定沒有發(fā)生光電效應(yīng),故選項C錯誤;電流的方向與負電荷定向移動的方向相反,若靈敏電流計G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),則電流方向肯定是e→G→f,故選項D正確。光電效應(yīng)方程的應(yīng)用【典例2】(2024·全國卷Ⅱ)用波長為300nm的光照耀鋅板,電子逸出鋅板表面的最大初動能為1.28×10-19J。已知普朗克常量為6.63×10-34J·s,真空中的光速為3.00×108m/s。能使鋅產(chǎn)生光電效應(yīng)的單色光的最低頻率約為 ()A.1×1014Hz B.8×1014HzC.2×1015Hz D.8×1015Hz【解析】選B。依據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0,當ν最小時hν0=W0,代入數(shù)值可得ν0≈8×1014Hz,選項B正確。1.光電效應(yīng)的探討思路:(1)兩條線索。(2)兩條對應(yīng)關(guān)系:①光強大→光子數(shù)目多→放射光電子多→光電流大。②光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動能大。2.深化理解三個關(guān)系:(1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0。(2)光電子的最大初動能Ek可以利用光電管用試驗的方法測得,即Ek=eUc,其中Uc是遏止電壓。(3)光電效應(yīng)方程中的W0為逸出功,它與極限頻率νc的關(guān)系是W0=hνc。【加固訓練】(多選)(2024·長沙模擬)用如圖的裝置探討光電效應(yīng)現(xiàn)象,當用光子能量為2.5eV的光照耀到光電管上時,電流表G的讀數(shù)為0.2mA。移動變阻器的觸點c,當電壓表的示數(shù)大于或等于0.7V時,電流表讀數(shù)為0。則 ()A.光電管陰極的逸出功為1.8eVB.電鍵K斷開后,沒有電流流過電流表GC.光電子的最大初動能為0.7eVD.改用能量為1.5eV的光子照耀,電流表G也有電流,但電流較小【解析】選A、C。該裝置所加的電壓為反向電壓,當電壓表的示數(shù)大于或等于0.7V時,電流表示數(shù)為0,可知光電子的最大初動能為0.7eV,依據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm=hν-W0,得W0=1.8eV,A、C正確。電鍵K斷開后,用光子能量為2.5eV的光照耀到光電管上時發(fā)生了光電效應(yīng),有光電子逸出,則有電流流過電流表,B錯誤。改用能量為1.5eV的光子照耀,由于光電子的能量小于逸出功,不能發(fā)生光電效應(yīng),無光電流,D錯誤?？键c二光電效應(yīng)的圖象分析Ek-ν圖象【典例3】用如圖甲所示的裝置探討光電效應(yīng)現(xiàn)象。閉合開關(guān)S,用頻率為ν的光照耀光電管時發(fā)生了光電效應(yīng)。圖乙是該光電管發(fā)生光電效應(yīng)時間電子的最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖象,圖線與橫軸的交點坐標為(a,0),與縱軸的交點坐標為(0,-b)。下列說法正確的是 ()A.普朗克常量為h=aB.斷開開關(guān)S后,電流表G的示數(shù)不為零C.僅增加照耀光的強度,光電子的最大初動能將增大D.保持照耀光強度不變,僅提高照耀光頻率,電流表G的示數(shù)保持不變【解析】選B。由Ek=hν-W0,可知圖線的斜率為普朗克常量,即h=ba,故A錯誤;斷開開關(guān)S后,仍有光電子產(chǎn)生,所以電流表G的示數(shù)不為零,故B正確;只有增大入射光的頻率,才能增大光電子的最大初動能,與光的強度無關(guān),故C錯誤;保持照耀光強度不變,僅提高照耀光頻率,單個光子的能量增大,而光的強度不變,那么光子數(shù)肯定削減,放射出的光電子數(shù)也削減,電流表G的示數(shù)要減小,故DI-U圖象【典例4】(多選)(2024·長沙模擬)在圖甲所示光電效應(yīng)試驗中,將a、b、c三種色光照耀同一光電管后得到三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線,如圖乙所示。下列說法正確的是 ()A.當開關(guān)S扳向2時,可得到圖乙中U>0的圖線B.a光的頻率低于b光的頻率C.a光的強度大于c光的強度D.a光對應(yīng)的光電子最大初動能大于c光的光電子最大初動能【解析】選B、C。開關(guān)S扳到1時,光電管兩端電壓為正向電壓,可得到圖乙中U>0的圖線,S扳到2時,光電管兩端電壓為反向電壓,可得到圖乙中U<0的圖線,A錯誤;同一光電管的逸出功W相同,而b光對應(yīng)的遏止電壓最大,由eUc=12m=hν-W可知,b光的頻率最高,B正確;由題圖乙可知,a、c光對應(yīng)的遏止電壓相等,故a、c光的頻率相同,由于a光對應(yīng)的飽和光電流較大,說明a光的強度較大,C正確;由eUc=12mvm2可知,a、c光對應(yīng)的遏止電壓相等,Uc-ν圖象【典例5】如圖為密立根探討某金屬的遏止電壓Uc和入射光頻率ν的關(guān)系圖象,則下列說法正確的是 ()A.圖象的斜率為普朗克常量B.該金屬的截止頻率約為5.5×1014HzC.由圖象可得該金屬的逸出功為0.5eVD.由圖象可知,光電子的最大初動能與入射光的頻率成一次函數(shù)關(guān)系【解析】選D。依據(jù)光電效應(yīng)方程得,Ekm=hν-W0,又Ekm=eUc,解得Uc=hνe-W0e,可知圖線的斜率k=he,故A項錯誤;當遏止電壓為零時,入射光的頻率等于金屬的截止頻率,大約為4.2×1014Hz,故B項錯誤;圖線的斜率k=he,則逸出功keν0=0.5(5.5-4.2)×1014×4.2×1014eV≈1.6eV,故C項錯誤;由圖象可知Uc與光電效應(yīng)圖象的分析圖象名稱圖線形態(tài)由圖線干脆(間接)得到的物理量最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線(1)極限頻率:ν0(2)逸出功:W0=|-E|=E(3)普朗克常量:圖線的斜率k=h遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖線(1)截止(極限)頻率:ν0(2)遏止電壓Uc:隨入射光頻率的增大而增大(3)普朗克常量:h=ke(k為斜率,e為電子電量)頻率相同、光強不同時,光電流與電壓的關(guān)系(1)遏止電壓Uc(2)飽和光電流Im(電流的最大值)(3)最大初動能Ekm=eUc頻率不同、光強相同時,光電流與電壓的關(guān)系(1)遏止電壓:Uc1、Uc2(2)飽和光電流:電流最大值(3)最大初動能:Ek1=eUc1,Ek2=eUc2【加固訓練】在光電效應(yīng)試驗中,飛飛同學用同一光電管在不同試驗條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線(甲光、乙光、丙光),如圖所示。則可推斷出()A.甲光的頻率大于乙光的頻率B.乙光的波長大于丙光的波長C.乙光的頻率大于丙光的頻率D.甲光對應(yīng)的光電子最大初動能大于丙光對應(yīng)的光電子最大初動能【解析】選B。依據(jù)eUc=12mvm2=hν-W0,入射光的頻率越高,對應(yīng)的遏止電壓Uc越大,甲光、乙光的遏止電壓相等,所以甲光、乙光的頻率相等,故A錯誤。丙光的遏止電壓大于乙光的遏止電壓,所以丙光的頻率大于乙光的頻率,則乙光的波長大于丙光的波長,故B正確,C錯誤。丙光的遏止電壓大于甲光的遏止電壓,所以甲光對應(yīng)的光電子最大初動能小于丙光對應(yīng)的光電子最大初動能,考點三光的波粒二象性物質(zhì)波【典例6】(多選)實物粒子和光都具有波粒二象性,下列事實中突出體現(xiàn)波動性的是 ()A.β射線在云室中穿過會留下清楚的徑跡B.人們利用慢中子衍射來探討晶體的結(jié)構(gòu)C.人們利用電子顯微鏡觀測物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)D.光電效應(yīng)試驗中,光電子的最大初動能與入射光的頻率有關(guān),與入射光的強度無關(guān)【解析】選B、C。β射線在云室中穿過會留下清楚的徑跡,可以說明β射線是一種粒子,故A錯誤;人們利用慢中子衍射來探討晶體的結(jié)構(gòu),慢中子衍射說明中子是一種波,故B正確;人們利用電子顯微鏡觀測物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu),利用了電子束的德布羅意波長短,提高顯微鏡的辨別本事,說明電子是一種波,故C正確;光電效應(yīng)試驗中,光電子的最大初動能與入射光的頻率有關(guān),與入射光的強度無關(guān),說明光是一種粒子,故D錯誤。1.對光的粒子性和波動性的理解:項目內(nèi)容說明光的粒子性(1)當光同物質(zhì)發(fā)生作用時,這種作用是“一份一份”進行的,表現(xiàn)出粒子性(2)少量或個別光子簡單顯示出光的粒子性粒子的含義是“不連續(xù)的”“一份一份的”,光的粒子即光子光的波動性(1)足夠能量的光在傳播時,表現(xiàn)出波動的性質(zhì)(2)光是一種概率波,即光子在空間各點出現(xiàn)的可能性大小(概率)可用波動規(guī)律來描述光的波動性是光子本身的一種屬性,不是光子之間相互作用產(chǎn)生的,光的波動性不同于宏觀概念的波波和粒子的對立與統(tǒng)一宏觀世界:波和粒子是相互對立的概念微觀世界:波和粒子是統(tǒng)一的。光子說并未否定波動性,光子能量E=hν=hcλ,其中,ν和λ2.物質(zhì)波:德布羅意波是概率波,衍射圖樣中的亮圓是電子落點概率大的地方,但概率的大小受波動規(guī)律的支配?！炯庸逃柧殹肯铝杏嘘P(guān)光的波粒二象性的說法中,正確的