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1波粒二象性一、选择题(其中1－7题，只有一个选项正确，8－11题有多个选项正确)1．(2014·上海)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光具有波粒二象性，既具有波动性又具有粒子性，光电效应证实了光的粒子性．因为光子的能量是一份一份的，不能积累，所以光电效应具有瞬时性，这与光的波动性矛盾，A项错误；同理，因为光子的能量不能积累，所以只有当光子的频率大于金属的极限频率时，才会发生光电效应，B项错误；光强增大时，光子数量和能量都增大，所以光电流会增大，这与波动性无关，C项正确；一个光电子只能吸收一个光子，所以入射光的频率增大，光电子吸收的能量变大，所以最大初动能变大，D项错误．答案C设置目的考查光电效应、光的波粒二象性2．(2014·江苏)已知钙和钾的截止频率分别为7.73×1014Hz和5.44×1014Hz，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(1)根据爱因斯坦光电效应方程，得Ekm＝hν－W0，又W0＝hνc，联立得Ekm＝hν－hνc，据题“钙的截止频率比钾的截止频率大”，由上式可知：从钙表面逸出的光电子最大初动能较小，由p＝2mEk，可知该光电子的动量较小，根据λ＝hp可知，波长较大，则频率较小，A选项正确，B、C、D选项错误．答案A设置目的考查爱因斯坦光电效应方程、截止频率、物质波、动量3.(2015·山西山大附中测试)如图所示是光电管的原理图，已知当有波长为λ0的光照到阴极K上时，电路中有光电流，则()A．若换用波长为λ1(λ1λ0)的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流B．若换用波长为λ2(λ2λ0)的光照射阴极K时，电路中一定有光电流C．增加电路中电源电压，电路中光电流一定增大2D．若将电源极性反接，电路中一定没有光电流产生解析用波长为λ0的光照射阴极K，电路中有光电流，说明入射光的频率ν＝cλ0大于金属的极限频率，换用波长为λ1的光照射阴极K，因为λ1λ0，根据ν＝cλ可知，波长为λ1的光的频率不一定大于金属的极限频率，因此不一定能发生光电效应现象，A项错误；同理可以判断，B项正确；光电流的大小与入射光的强度有关，在一定频率与强度的光照射下，光电流与电压之间的关系为：开始时，光电流随电压U的增加而增大，当U增大到一定程度时，光电流达到饱和值，这时即使再增大U，在单位时间内也不可能有更多的光电子定向移动，光电流也就不会再增加，即饱和光电流是在一定频率与强度的光照射下的最大光电流，增大电源电压，若光电流达到饱和值，则光电流也不会增大，C项错误；将电源极性反接，若光电子的最大初动能大于光电管两极间电场力做的功，电路中仍有光电流产生，D项错误．答案B4．(2015·河北联考)利用光子说对光电效应的解释，下列说法正确的是()A．金属表面的一个电子只能吸收一个光子B．电子吸收光子后一定能从金属表面逸出，成为光电子C．金属表面的一个电子吸收若干个光子，积累了足够的能量才能从金属表面逸出D．无论光子能量大小如何，电子吸收光子并积累了能量后，总能逸出，成为光电子解析根据光子说，金属的一个电子只能吸收一个光子，若所吸收的光子频率大于金属的极限频率，电子逸出金属表面，成为光电子，且光子的吸收是瞬时的，不需要时间的积累，若所吸收的光子能量小于逸出功(光子频率小于金属的极限频率)，则电子不能逸出金属表面，不能成为光电子，故A项正确，B、C、D项错误．答案A5．(2016·北京海淀区)现用电子显微镜观测线度为d的某生物大分子的结构．为满足测量要求，将显微镜工作时电子的德布罗意波长设定为d/n，其中n＞1.已知普朗克恒量h、电子质量m和电子电荷量e，不计电子的初速度，则显微镜工作时电子的加速电压为()A．n2h2/med2B．(md2h2/n2e2)1/2C．d2h2/2men2D．n2h2/2med2解析首先，由动能定理可得eU＝mv2/2，又由德布罗意公式可得λ＝h/mv＝d/n，联立以上两式，即可求出显微镜工作时电子的加速电压U＝n2h2/2med2.答案D设置目的考查动能定理、德布罗意公式6．(2013·江苏)如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等，则它们的________也相等．A．速度B．动能3C．动量D．总能量解析根据德布罗意波长公式λ＝hp，一个电子的德布罗意波长和一个中子的波长相等，则动量p亦相等．由Ek＝p22m，知B、A、D项错误．答案C7．(2016·浙江杭州)用红光照射某一光电管发生光电效应时，测得光电子的最大初动能为E1，光电流强度为I1；若改用光的强度与上述相等的紫光照射该光电管时，测得光电子的最大初动能为E2，光电流强度为I2，则()A．E2＞E1，I2＜I1B．E2＞E1，I2＝I1C．E2＜E1，I2＞I1D．E2＜E1，I2＝I1解析紫光的频率大于红光频率，由Ekm＝hν－W0可知E2E1，光电效应中的“光电流的强度”指的是光电流的饱和值，其值与入射光的强度成正比，其意指同种单色光照射相比较，入射光的强度增大，即为入射光的个数增多，打出的光电子增多．因而光电流增大，才有光电流的强度与入射光的强度成正比．然而若是两种不同频率的强度相同的入射光，必有题中的紫光的光子个数小于红光个数，单位时间内逸出的光电子数就少，故有I2I1.答案A设置目的考查光电效应方程、光电流的影响因素8．(2015·新课标全国Ⅱ)实物粒子和光都具有波粒二象性，下列事实中突出体现波动性的是()A．电子束通过双缝实验后可以形成干涉图样B．β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹C．人们利用中子衍射来研究晶体的结构D．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构E．光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关解析电子束通过双缝实验后可以形成干涉图样，可以说明电子具有波动性，故A项正确；β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹，可以说明β射线是一种粒子，故B项错误；人们利用中子衍射来研究晶体的结构，中子衍射说明中子具有波动性，故C项正确；人们利用电子显微镜观测物质的微观结构，利用了电子的干涉现象，说明电子具有波动性，故D项正确；光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，说明光是一种粒子，故E项错误．答案ACD考点波粒二象性9．(2014·海南)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，都能发生4光电效应．对于这两个过程，下列四个物理过程中，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．逸出功解析同一束光照射不同的金属，一定相同的是入射光的光子能量，不同的金属，逸出功不同，根据光电效应方程Ekm＝hν－W0知，最大初动能不同，则遏止电压不同；同一束光照射，光中的光子数目相等，所以饱和光电流是相同的．答案ACD设置目的考查不同的金属逸出功不同，以及掌握光电效应方程Ekm＝hν－W010．光电效应实验中，下列表述正确的是()A．光照时间越长光电流越大B．入射光足够强就可以有光电流C．遏止电压与入射光的频率有关D．入射光频率大于极限频率才能产生光电子解析光电流的大小只与单位时间流过单位面积的光电子数目有关，而与光照时间的长短无关，选项A错误；无论光强多强，光照时间多长，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应，故选项B错误；遏止电压即反向截止电压，eU＝hν－W0，与入射光的频率有关，超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大．则遏止电压越大，故选项C正确；无论光强多弱，光照时间多短，只要光的频率大于极限频率就能产生光电效应，故选项D正确．答案CD设置目的考查影响光电流、遏止电压的因素11．(2015·天津六校联考)如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点坐标4.27，与纵轴交点坐标0.5)．由图可知()A．该金属的截止频率为4.27×1014HzB．该金属的截止频率为5.5×1014HzC．该图线的斜率表示普朗克常量D．该金属的逸出功为0.5eV解析图线在横轴上的截距为截止频率，A项正确，B项错误；由光电效应方程Ekm＝hν－W0，可知图线的斜率为普朗克常量，C项正确；金属的逸出功为：5W0＝hν0＝6.626×10－34×4.27×10141.6×10－19eV＝1.77eV，D项错误．答案AC二、非选择题12．在光电效应实验中，某金属的截止频率相应的波长为λ0，该金属的逸出功为________．若用波长为λ(λ＜λ0)的单色光做该实验，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.解析由光电效应方程hν＝W0＋Ekm知，Ekm＝hcλ－W0，得W0＝hcλ0；由eUc＝hcλ－W0＝hcλ－hcλ0，解得Uc＝hceλλ0(λ0－λ)．答案hcλ0hceλλ0(λ0－λ)设置目的考查光电效应、遏止电压13．在实验室的一个密闭暗箱内，依次放置小灯泡(紧靠暗箱左壁)、烟熏黑的玻璃、狭缝、针尖、感光胶片(紧靠暗箱右壁)，如图所示．小灯泡发出的光通过熏黑的玻璃后变得十分微弱，经三月曝光，感光胶片上“针尖造影”的周围，才出现非常清晰的衍射条纹．测量结果表明，每秒到达胶片的“光能量”为5×10－13J．已知有效光波波长为500nm，暗箱长度为1.2m，设光子依次通过狭缝，普朗克恒量6.63×10－34J·s，求：(1)每秒到达胶片的光子数；(2)光束中“两相邻光子”先、后到达胶片的时间及其平均距离；(3)第(2)问的结果，能否支持光是“概率波”？请简要说明理由．解析(1)设每秒到达胶片的“光能量”、光子的能量分别为E0、E，则依据已知条件、光子说等可得每秒到达胶片的光子数n＝E0E＝E0hν＝E0λhc，代入已知数据，可得n＝1.25×106个．(2)光子“依次”到达胶片，亦即狭缝仅容光子一个一个的通过．已知暗箱长度为L＝1.2m，不难求出光束中两相邻光子先后到达胶片的时间Δt＝Ln＝9.6×10－7s；以及两相邻光子的平均距离Δs＝c·Δt＝2.88×102m.(3)分析第(2)问的结果，Δs≫L，可知在熏黑的玻璃“右侧”不可能同时有两个运动的光子，表明衍射条纹绝不是光子相互作用产生的，而是不同时刻到达胶片的许多光子、各自独立作6用的积累效果．在胶片的衍射明纹、暗纹区，则分别表明光子到达该处的“机会”较大、较小，亦即光是一种“概率波”．答案(1)1.25×106个(2)9.6×10－7s2.88×102m(3)是，理由见解析设置目的考查物理建模与综合分析问题的能力学法指导此实验既可说明少量光子的行为显示粒子性(较短时间胶片上分布散乱亮点)，而大量光子的行为显示波动性(三月时间则产生明显衍射条纹)；又可说明光是由光子组成的，光波是一种概率波．