第十五章　近代物理初步第1講　光電效應(yīng)　波粒二象性一、選擇題(本題共10小題，1～6題為單選，7～10題為多選)1．(2021·河南高三月考)關(guān)于光的波粒二象性，下列說法中不正確的是(　C　)A．波粒二象性指光有時(shí)表現(xiàn)為波動(dòng)性，有時(shí)表現(xiàn)為粒子性B．光的頻率越高，粒子性越明顯C．能量越大的光子其波動(dòng)性越顯著D．光的波粒二象性應(yīng)理解為：在某種場(chǎng)合下光的粒子性表現(xiàn)明顯，在另外某種場(chǎng)合下的光的波動(dòng)性表現(xiàn)明顯[解析]　波粒二象性指光有時(shí)表現(xiàn)出的粒子性明顯，有時(shí)表現(xiàn)出的波動(dòng)性較明顯，或者說在某種場(chǎng)合下光的粒子性表現(xiàn)明顯，在另外某種場(chǎng)合下，光的波動(dòng)性表現(xiàn)明顯，故A、D正確不符合題意；光的頻率越高，能量越大，粒子性相對(duì)波動(dòng)性越明顯，B正確不符合題意，C錯(cuò)誤符合題意。2．(2022·江西高三月考)對(duì)黑體的認(rèn)識(shí)，下列說法正確的是(　D　)A．黑體不僅能吸收電磁波，也能反射電磁波B．黑體是黑色的且其自身輻射電磁波C．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布除了與溫度有關(guān)，還與材料的種類及其表面狀況有關(guān)D．黑體是一種理想化模型，實(shí)際物體沒有絕對(duì)黑體[解析]　黑體吸收電磁波而不發(fā)生反射，黑體自身向外輻射電磁波，不一定是黑色的，故A、B錯(cuò)誤；黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān)，與材料的種類及其表面狀況無關(guān)，故C錯(cuò)誤；任何物體都會(huì)反射電磁波，只吸收不反射電磁波的物體實(shí)際是不存在的，黑體是一種理想化的模型，故D正確。3．(2021·陜西西安工業(yè)大學(xué)附中高三模擬)康普頓效應(yīng)揭示了光既有能量也有動(dòng)量。如圖所示為X射線中的光子與晶體中的電子在碰撞前、后的示意圖。則碰撞后(　C　)A．光子的動(dòng)量大小不變 B．光子的速度減小C．光子的波長(zhǎng)變長(zhǎng) D．電子的動(dòng)量增加了[解析]　光子和電子碰撞動(dòng)量守恒，則光子的動(dòng)量會(huì)減小，由λ＝，可知光子的波長(zhǎng)變長(zhǎng)，故C正確，A錯(cuò)誤；由光速不變?cè)砜芍?，光子的速度不變，故B錯(cuò)誤；由動(dòng)量守恒定律結(jié)合題意可知，電子的動(dòng)量增加量小于，故D錯(cuò)誤。4．(2022·陜西高三月考)某光源發(fā)出的光由不同波長(zhǎng)的光組成，不同波長(zhǎng)光的強(qiáng)度如圖所示，表中給出了三種材料的極限波長(zhǎng)，用該光源發(fā)出的光照射。表中材料(　D　) 材料鈉銅鉑極限波長(zhǎng)(nm)541268196A．僅鈉能產(chǎn)生光電子B．僅鈉、銅能產(chǎn)生光電子C．僅銅、鉑能產(chǎn)生光電子D．都能產(chǎn)生光電子[解析]　根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知，只有入射光頻率大于極限頻率才能發(fā)生光電效應(yīng)，根據(jù)波長(zhǎng)、波速和頻率的關(guān)系c＝λf可知，只要光源的波長(zhǎng)小于某金屬的極限波長(zhǎng)，就有光電子逸出，該光源發(fā)出的光的波長(zhǎng)都有小于鈉、銅、鉑三種金屬的極限波長(zhǎng)，都能產(chǎn)生光電子，故選D。5．(2021·全國(guó)高三專題練習(xí))如圖所示，在驗(yàn)電器上安裝一個(gè)銅網(wǎng)，使其帶電，驗(yàn)電器金屬箔張開一定角度。用紫外線照射銅網(wǎng)，驗(yàn)電器金屬箔的張角保持不變。再將一塊鋅板放置在該銅網(wǎng)后面一定距離處，用同一紫外線照射鋅板時(shí)，發(fā)現(xiàn)金屬箔張開角度減小。下列相關(guān)說法中正確的是(　B　)A．增加紫外線的強(qiáng)度照射銅網(wǎng)，金屬箔張角將變大B．紫外線的頻率大于金屬鋅的截止頻率C．銅網(wǎng)帶負(fù)電D．改用紫光照射鋅板，驗(yàn)電器的金屬箔張角也一定減小[解析]　根據(jù)用紫外線照射銅網(wǎng)，驗(yàn)電器金屬箔的張角保持不變，知此時(shí)不發(fā)生光電效應(yīng)，增加紫外線的強(qiáng)度照射銅網(wǎng)，也不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，所以金箔張角不變，故A錯(cuò)誤；再將一塊鋅板放置在該銅網(wǎng)后面一定距離處，用同一紫外線照射鋅板時(shí)，發(fā)現(xiàn)金屬箔張開角度減小，說明此時(shí)發(fā)生光電效應(yīng)，從鋅板逸出的光電子跑到銅網(wǎng)上，導(dǎo)致其電荷量減小，由此可知，銅網(wǎng)帶正電，故C錯(cuò)誤；只有紫外線的頻率大于金屬鋅的截止頻率，才會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，故B正確；根據(jù)光電效應(yīng)產(chǎn)生條件，當(dāng)改用紫光照射，由于紫光頻率小于紫外線，因此可能不發(fā)生光電效應(yīng)，所以驗(yàn)電器金屬箔張角不一定減小，故D錯(cuò)誤。6．(2021·山東省聊城一中一模)某實(shí)驗(yàn)小組要測(cè)量金屬鋁的逸出功，經(jīng)討論設(shè)計(jì)出如圖所示實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)方法是：把鋁板平放在桌面上，刻度尺緊挨著鋁板垂直桌面放置，靈敏度足夠高的熒光板與鋁板平行，并使整個(gè)裝置處于垂直紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中；讓波長(zhǎng)為λ的單色光持續(xù)照射鋁板表面，將熒光板向下移動(dòng)，發(fā)現(xiàn)熒光板與鋁板距離為d時(shí)，熒光板上剛好出現(xiàn)輝光．已知普朗克常量為h，光在真空中傳播速度為c，電子電量為e，質(zhì)量為m.下列說法正確的是(　A　)A．金屬鋁的逸出功為－B．從鋁板逸出的光電子最大初動(dòng)能為C．將熒光板繼續(xù)向下移動(dòng)，移動(dòng)過程中熒光板上的輝光強(qiáng)度可能保持不變D．將熒光板繼續(xù)向下移動(dòng)到某一位置，并增大入射光波長(zhǎng)，板上的輝光強(qiáng)度一定增強(qiáng)[解析]　電子在磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)電子平行鋁板表面向左以最大速度飛出時(shí)，運(yùn)動(dòng)半徑為，如圖所示：根據(jù)洛倫茲力提供向心力，qνmB＝m，電子的最大初動(dòng)能：mν＝，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知，mν＝hν－W，其中ν＝，聯(lián)立解得金屬鋁的逸出功：W＝h－，故A正確，B錯(cuò)誤；將熒光板繼續(xù)向下移動(dòng)，到達(dá)熒光板上的光電子增加，輝光強(qiáng)度增強(qiáng)，故C錯(cuò)誤；增大入射光波長(zhǎng)，則減小了入射光的頻率，根據(jù)光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件可知，如果入射光的頻率小于金屬鋁極限頻率，則不能發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，板上的輝光消失，故D錯(cuò)誤。故選A。6．(此題放在本講不合適，更換新題見上題)據(jù)悉，我國(guó)第四代反應(yīng)堆—釷基熔鹽堆能源系統(tǒng)(TMSR)研究已獲重要突破。該反應(yīng)堆以釷為核燃料，釷俘獲一個(gè)中子后經(jīng)過若干次β衰變轉(zhuǎn)化為鈾；鈾的一種典型裂變產(chǎn)物是鋇和氪，同時(shí)釋放巨大能量。下列說法正確的是(　B　)A．釷核Th有90個(gè)中子，142個(gè)質(zhì)子B．鈾核裂變的核反應(yīng)方程為U＋n→Ba＋Kr＋3nC．放射性元素衰變的快慢與核內(nèi)部自身因素?zé)o關(guān)，由原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件決定D．重核分裂成中等大小的核，核子的比結(jié)合能減小[解析]　原子核常用X表示，A表示核的質(zhì)量數(shù)，Z表示核的電荷數(shù)，所以釷核Th有90個(gè)質(zhì)子，142個(gè)中子，故A錯(cuò)誤；鈾核裂變的核反應(yīng)方程為U＋n→Ba＋Kr＋3n，核裂變方程遵循質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，故B正確；放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部自身因素決定的，與原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件無關(guān)，故C錯(cuò)誤；比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，如果使較重的核分裂成中等大小的核，或者把較小的核合并成中等大小的核，核的比結(jié)合能均會(huì)增大，故D錯(cuò)誤。故選B。7．(2022·山西高三月考)關(guān)于對(duì)普朗克能量子假說的認(rèn)識(shí)，下列說法正確的是(　BC　)A．振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一能量值εB．帶電微粒輻射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍C．能量子與電磁波的頻率成正比D．這一假說與現(xiàn)實(shí)世界相矛盾，因而是錯(cuò)誤的[解析]　由普朗克能量子假說可知帶電微粒輻射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍，A、D錯(cuò)誤，B正確；能量子ε＝hν，與電磁波的頻率ν成正比，C正確。8．(2022·福建高三月考)2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主威拉德·博伊爾和喬治·史密斯的主要成就是發(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K為陰極，A為陽(yáng)極。理想電流計(jì)可檢測(cè)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11.5 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；現(xiàn)保持滑片P位置不變，以下判斷正確的是(　AB　)A．光電管陰極K射出的光電子是具有瞬時(shí)性的B．光電管陰極材料的逸出功為5.5 eVC．若增大入射光的強(qiáng)度，電流計(jì)的讀數(shù)不為零D．若用光子能量為10.5 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)一定仍為零[解析]　光電管陰極K中的電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時(shí)間，所以光電子具有瞬時(shí)性，故A正確；由題意可知此時(shí)遏止電壓為Uc＝6.0 V，設(shè)光電管陰極材料的逸出功為W，則根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程可得11.5 eV－W＝eUc，解得W＝5.5 eV，故B正確；在入射光頻率不變且A、K兩端電壓達(dá)到遏制電壓時(shí)，無論怎樣增大入射光強(qiáng)度，都不會(huì)有光電子到達(dá)陽(yáng)極，電流計(jì)的讀數(shù)都為零，故C錯(cuò)誤；若用光子能量為10.5 eV的光照射陰極K，則此時(shí)遏止電壓變?yōu)? V，同時(shí)把滑片P向左移動(dòng)少許，若此時(shí)A、K兩端電壓小于5 V，則電流計(jì)的讀數(shù)將不為零，故D錯(cuò)誤。9．(2021·全國(guó)高三專題練習(xí))1907年起，美國(guó)物理學(xué)家密里根開始以精湛的技術(shù)測(cè)量光電效應(yīng)中幾個(gè)重要的物理量，檢驗(yàn)愛因斯坦光電效應(yīng)方程的正確性。按照密里根的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)得到了某金屬的Uc和ν的幾組數(shù)據(jù)，并作出如圖所示的圖線，電子的電荷量大小為e＝1.6×10－19 C。由圖線可知(　ACD　)A．該金屬的截止頻率約為4.27×1014 HzB．該金屬的逸出功約為0.48 eVC．可以求得普朗克常量h約為6.24×10－34 J·sD．若用波長(zhǎng)為500 nm的紫光照射該金屬，能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)[解析]　根據(jù)光電效應(yīng)方程可知Ekm＝hν－W0，而eUc＝Ekm，解得Uc＝ν－，由圖像可知該金屬的截止頻率約為4.27×1014 Hz，選項(xiàng)A正確；由圖像可知當(dāng)Uc＝0時(shí)，W0＝hνc，由圖像可知＝，解得h≈6.24×10－34J·s，W0≈1.67 eV，選項(xiàng)C正確，B錯(cuò)誤；根據(jù)E＝＝ J＝2.34 eV>1.67 eV，則用波長(zhǎng)為500 nm的紫光照射該金屬，能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，選項(xiàng)D正確。10．(2022·廣西南寧高三模擬)新冠疫情期間，常用測(cè)溫槍測(cè)量體溫。測(cè)溫槍通過紅外線照射到溫度傳感器，發(fā)生光電效應(yīng)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，計(jì)算出溫度數(shù)據(jù)。已知人的體溫正常時(shí)能輻射波長(zhǎng)為10 μm的紅外線，如圖甲所示，用該紅外線照射光電管的陰極K時(shí)，電路中有光電流產(chǎn)生，得到電流隨電壓變化的圖像如圖乙所示，已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，電子的電量e＝1.6×10－19 C，光速c＝3× 108 m/s，則下列說法中正確的是(　BD　)A．將圖甲的電源反接，一定不會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)B．波長(zhǎng)10 μm的紅外線在真空中的頻率為3×1013 HzC．由圖乙數(shù)據(jù)可知光電子的最大初動(dòng)能為2 eVD．若人體溫度升高，則輻射紅外線的強(qiáng)度增強(qiáng)，光電管轉(zhuǎn)換成的光電流增大[解析]　將圖甲的電源反接，光電管兩端電壓不一定達(dá)到遏止電壓，也可能會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)，A錯(cuò)誤；根據(jù)c＝λf，可計(jì)算得到波長(zhǎng)10 μm的紅外線在真空中的頻率為3×1013 Hz，B正確；由圖乙可知該光電管的遏制電壓為0.02 V，故光電子的最大初動(dòng)能為0.02 eV，C錯(cuò)誤；若人體溫度升高，則輻射紅外線的強(qiáng)度增強(qiáng)，光電管轉(zhuǎn)換成的光電流增強(qiáng)，D正確。二、非選擇題11．(2022·煙臺(tái)高三月考)如圖所示為證實(shí)電子波存在的實(shí)驗(yàn)裝置，從F上出來的熱電子可認(rèn)為初速度為零，所加的加速電壓U＝104 V，電子質(zhì)量為m＝9.1×10－31 kg，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，電子被加速后通過小孔K1和K2后入射到薄的金箔上，發(fā)生衍射作用，結(jié)果在照相底片上形成同心圓明暗條紋，試計(jì)算(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)(1)電子經(jīng)加速后獲得的速度；(2)電子的德布羅意波長(zhǎng)。[答案]　(1)6.0×107 m/s　(2)1.0×10－11 m[解析]　(1)電子加速過程，根據(jù)動(dòng)能定理有eU＝mv2，解得v＝，代入數(shù)據(jù)得v≈6×107 m/s。(2)根據(jù)動(dòng)能和動(dòng)量的定義式有Ek＝mv2＝＝，由德布羅意公式λ＝，聯(lián)立解得λ＝，代入數(shù)據(jù)得λ≈1.0×10－11 m。12．(2022·江蘇南通模擬)我國(guó)自行研制的一種大型激光器，能發(fā)出頻率為ν、功率為P0的高純度和高亮度激光。如圖所示，光電管的陰極K用某金屬制成，閉合開關(guān)S，當(dāng)該激光射向陰極，產(chǎn)生了光電流。移動(dòng)變阻器的滑片P，當(dāng)光電流恰為零時(shí)，電壓表的示數(shù)為Uc，已知普朗克常量為h，電子電荷量為e，真空中的光速為c。求：(1)激光器發(fā)出的光子的動(dòng)量p；(2)光電管陰極K的截止頻率νc。[答案]　(1)　(2)ν－[解析]　本題考查光子的動(dòng)量和光電效應(yīng)方程的應(yīng)用。(1)由p＝，λ＝，解得p＝。(2)由eUc＝Ekm，又Ekm＝hν－W0，且W0＝hνc，解得νc＝ν－。

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