2024年高考物理第一輪復習講義：第十五章 第1講 光電效應 波粒二象性

這是一份2024年高考物理第一輪復習講義：第十五章 第1講 光電效應 波粒二象性，共7頁。
 【A級——夯實基礎】 1．(2020·江蘇卷)“測溫槍”(學名“紅外線輻射測溫儀”)具有響應快、非接觸和操作方便等優(yōu)點。它是根據黑體輻射規(guī)律設計出來的，能將接收到的人體熱輻射轉換成溫度顯示。若人體溫度升高，則人體熱輻射強度I及其極大值對應的波長λ的變化情況是(　　)A．I增大，λ增大　　　　 B．I增大，λ減小C．I減小，λ增大    D．I減小，λ減小解析：若人體溫度升高，則人體的熱輻射強度I變大，由ε＝hν可知對應的頻率變大，由c＝λν知對應的波長變小，選項B正確。答案：B2．(2022·北京西城區(qū)模擬)被譽為“中國天眼”的世界最大單口徑射電望遠鏡(簡稱FAST)坐落在貴州省平塘縣，用來接收來自宇宙深處的電磁波。“中國天眼”的存在，使得深空通信能力延伸至太陽系外緣行星，對探索宇宙的起源和地外文明具有重要意義。如果為天眼配備一部發(fā)射功率為百萬瓦級(106 W)的發(fā)射機，其發(fā)射的無線電波波長為126厘米，那么該發(fā)射機每秒鐘發(fā)射的光子數量的數量級約為(取真空光速c＝3×108 m/s，普朗克常量h＝6．6×10－34 J·s)(　　)A．1023   B．1027C．1031    D．1035解析：設發(fā)射機每秒鐘發(fā)射的光子數量為n，則t0時間內發(fā)射光子的總能量為E＝nt0ε，由ε＝hν和ν＝得E＝nt0h，則有nt0h＝Pt0，代入數據，最終可得n的數量級約為1031，故C正確。答案：C3．利用光電管研究光電效應的實驗電路圖如圖所示，用頻率為ν的可見光照射陰極K，電流表中有電流通過，則(　　)A．改用紫外線照射K，電流表中沒有電流通過B．只增加該可見光的強度，電流表中通過的電流將變大C．若將滑動變阻器的滑片滑到A端，電流表中一定無電流通過D．若將滑動變阻器的滑片向B端滑動，電流表示數一定變化解析：用頻率為ν的可見光照射陰極K，能發(fā)生光電效應，則該可見光的頻率大于陰極材料的極限頻率，紫外線的頻率大于可見光的頻率，故用紫外線照射K，也一定能發(fā)生光電效應，電流表中有電流通過，A錯誤；只增加可見光的強度，單位時間內逸出金屬表面的光電子數增多，電流表中通過的電流將變大，B正確；滑動變阻器的滑片滑到A端，光電管兩端的電壓為零，但光電子有初動能，故電流表中仍有電流通過，C錯誤；滑動變阻器的滑片向B端滑動時，若電流已達到飽和電流，則電流表示數可能不變，D錯誤。答案：B4．用波長為300 nm的光照射鋅板，電子逸出鋅板表面的最大初動能為1．28×10－19 J。已知普朗克常量為6．63×10－34 J·s，真空中的光速為3．00×108 m·s－1。能使鋅產生光電效應的單色光的最低頻率約為(　　)A．1×1014 Hz　　　　　   B．8×1014 HzC．2×1015 Hz    D．8×1015 Hz解析：設單色光的最低頻率為ν0，由愛因斯坦光電效應方程得Ek＝hν－W，0＝hν0－W，又ν＝，整理得ν0＝－，代入數據解得ν0≈8×1014 Hz。答案：B5．關于物質的波粒二象性，下列說法錯誤的是(　　)A．光的波長越短，光子的能量越大，光的粒子性越明顯B．不僅光子具有波粒二象性，一切運動的微粒都具有波粒二象性C．光電效應現象揭示了光的粒子性D．實物的運動有特定的軌道，所以實物不具有波粒二象性解析：根據ν＝可知光的波長越短，則頻率越大，根據ε＝hν可知光能量越大，光的粒子性越顯著，A正確；波粒二象性是微觀世界特有的規(guī)律，一切運動的微粒都具有波粒二象性，B正確；光電效應現象說明光具有粒子性，C正確；由德布羅意理論知，宏觀物體的德布羅意波的波長太小，很難觀察到波動性，但仍具有波粒二象性，D錯誤。答案：D6．下列說法正確的是(　　)A．鈾核發(fā)生α衰變時，釋放出α粒子和一定的能量，目前核電站就是利用鈾核發(fā)生α衰變時釋放的能量B．如果利用紫光照射某種金屬可以發(fā)生光電效應，改用紅光一定不能發(fā)生光電效應C．氫原子由較高能級躍遷到較低能級時，會吸收一定頻率的光子D．機械波和電磁波都具有干涉、衍射的特性解析：α衰變時放出的能量比較小，目前核電站利用的是鈾核發(fā)生裂變時釋放的能量，故A錯誤；用紫光照射某種金屬可以發(fā)生光電效應，可知紫光的頻率大于金屬的極限頻率，紅光的頻率小于紫光的頻率，但紅光的頻率不一定小于金屬的極限頻率，則用紅光照射可能發(fā)生光電效應，故B錯誤；氫原子的核外電子由較高能級躍遷到較低能級時，能量減小，要釋放一定頻率的光子，故C錯誤；干涉與衍射都是波特有的性質，機械波和電磁波都具有干涉、衍射的特性，故D正確。答案：D7．如圖所示，電路中所有元件完好，但光照射到光電管上，靈敏電流計中沒有電流通過，其原因可能是(　　)①入射光太弱　②入射光波長太長　③光照時間短　④電源正、負極接反A．①②　　        B．③④　       　C．①③　　      　D．②④解析：入射光波長太長，入射光的頻率低于截止頻率時，不能發(fā)生光電效應；電路中電源反接，對光電管加了反向電壓，若該電壓超過了遏止電壓，也沒有光電流產生，故D正確。答案：D【B級——能力提升】8．美國物理學家密立根利用如圖甲所示的電路研究金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關系，描繪出如圖乙所示的圖像，并由此算出了普朗克常量h。電子電荷量用e表示。下列說法正確的是(　　)A．入射光的頻率增大，測遏止電壓時，應使滑動變阻器的滑片P向M端移動B．增大入射光的強度，光電子的最大初動能也增大C．由圖像可知，這種金屬截止頻率為νcD．由圖像可求得普朗克常量的表達式為h＝解析：入射光的頻率增大，光電子的最大初動能增大，遏止電壓增大，根據光電效應方程得出的關系式，通過關系式得出斜率、截距表示的含義。入射光的頻率增大，光電子的最大初動能增大，則遏止電壓增大，測遏止電壓時，應使滑動變阻器的滑片P向N端移動，A錯誤；根據光電效應方程Ekm＝hν－W0知，光電子的最大初動能與入射光的強度無關，B錯誤；根據Ekm＝hν－W0＝eUc，解得Uc＝－，圖線的斜率k＝＝，則h＝，當遏止電壓為零時，ν＝νc，C正確，D錯誤。答案：C9．人眼對綠光最為敏感，正常人的眼睛接收到波長為530 nm 的綠光時，只要所接收到的功率不低于2.3×10－18 W，眼睛就能察覺。已知普朗克常量為6.63×10－34 J·s，光速為3×108 m/s，人眼能察覺到綠光時，每秒至少接收到的綠光光子數為(　　)A．6             B．60           C．600    D．6 000解析：綠光光子能量ε＝hν＝h≈3．8×10－19 J，所以每秒內最少接收光子數n＝＝≈6，B、C、D錯誤，A正確。答案：A10．(2021·浙江卷)已知普朗克常量h＝6．63×10－34 J·s，電子的質量為9．11×10－31 kg。一個電子和一滴直徑約為4 μm的油滴具有相同動能，則電子與油滴的德布羅意波長之比的數量級為(　　)A．10－8           B．106          C．108    D．1016解析：利用Ek＝mv2和p＝mv，得到p＝，由于德布羅意波長的公式為λ＝，則＝＝，由于兩者的動能相等，且m油滴＝π()3ρ，則＝＝，數量級約為＝108，故選C。答案：C11．某光源發(fā)出的光由不同波長的光組成，不同波長的光的強度如圖所示，表中給出了一些材料的極限波長，用該光源發(fā)出的光照射表中材料(　　) 材料鈉銅鉑極限波長(nm)541268196A．僅鈉能產生光電子   B．僅鈉、銅能產生光電子C．僅銅、鉑能產生光電子    D．都能產生光電子解析：根據愛因斯坦光電效應方程可知，只要光源的波長小于某金屬的極限波長，就有光電子逸出，該光源發(fā)出的光的波長有的小于100 nm，小于鈉、銅、鉑三個的極限波長，都能產生光電子，故D正確，A、B、C錯誤。答案：D12．(2019·北京卷)光電管是一種利用光照射產生電流的裝置，當入射光照在管中金屬板上時，可能形成光電流。表中給出了6次實驗的結果。組次入射光子的能量/eV相對光強光電流大小/mA逸出光電子的最大動能/eV第一組1234．04．04．0弱中強2943600．90．90．9第二組4566．06．06．0弱中強2740552．92．92．9由表中數據得出的論斷中不正確的是(　　)A．兩組實驗采用了不同頻率的入射光B．兩組實驗所用的金屬板材質不同C．若入射光子的能量為5．0 eV，逸出光電子的最大動能為1．9 eVD．若入射光子的能量為5．0 eV，相對光強越強，光電流越大解析：由于光子的能量ε＝hν，又入射光子的能量不同，故入射光子的頻率不同，A項正確；由愛因斯坦光電效應方程hν＝W＋Ek，可求出兩組實驗的逸出功均為3．1 eV，故兩組實驗所用的金屬板材質相同，B項錯誤；由hν＝W＋Ek，逸出功W＝3．1 eV可知，若入射光子能量為5．0 eV，則逸出光電子的最大動能為1．9 eV，C項正確；相對光強越強，單位時間內射出的光子數越多，單位時間內逸出的光電子數越多，形成的光電流越大，D項正確。答案：B13．以往我們認識的光電效應是單光子光電效應，即一個電子在極短時間內只能吸收到一個光子而從金屬表面逸出。強激光的出現豐富了人們對于光電效應的認識，用強激光照射金屬，由于其光子密度極大，一個電子在極短時間內吸收多個光子成為可能，從而形成多光子光電效應，這已被實驗證實。光電效應實驗裝置示意圖如圖所示。用頻率為ν的普通光源照射陰極K，沒有發(fā)生光電效應，換用同樣頻率為ν的強激光照射陰極K，則發(fā)生了光電效應；此時，若加上反向電壓U，即將陰極K接電源正極，陽極A接電源負極，在K、A之間就形成了使光電子減速的電場。逐漸增大U，光電流會逐漸減?。划敼怆娏髑『脺p小到零時，所加反向電壓U可能是下列選項中的(其中W為逸出功，h為普朗克常量，e為電子電荷量)(　　)A．U＝－　　　　　　　 B．U＝－C．U＝2hν－W    D．U＝－解析：以從陰極K逸出的且具有最大初動能的光電子為研究對象，由動能定理得－Ue＝0－mvm2①由光電效應方程得nhν＝mvm2＋W(n＝2，3，4，…)②由①②式解得U＝－(n＝2，3，4，…)，故選項B正確。答案：B14．如圖所示是一個研究光電效應的電路圖。下列敘述中正確的是(　　)A．只調換電源的極性，移動滑片P，當電流表示數為零時，電壓表示數為遏止電壓Uc的數值B．保持光照條件不變，滑片P向右滑動的過程中，電流表示數將一直增大C．不改變光束顏色和電路，增大入射光束強度，電流表示數不變D．陰極K需要預熱，光束照射后需要一定的時間才會有光電流解析：只調換電源的極性，移動滑片P，電場力對電子做負功，當電流表示數為零時，則有eU＝mvm2，那么電壓表示數為遏止電壓Uc的數值，A正確；當其他條件不變，P向右滑動時，加在光電管兩端的電壓增加，光電子運動得更快，由I＝得電流表示數變大，若電流達到飽和電流，則電流表示數不會增大，B錯誤；只增大入射光束強度時，單位時間內光電子數變多，電流表示數變大，C錯誤；光電效應的發(fā)生是瞬時的，陰極K不需要預熱，D錯誤。答案：A