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-1-波粒二象性(45分钟100分)一、选择题(本题共9小题,每小题6分,共54分,1～6题为单选题,7～9题为多选题)1.(2020·开封模拟)以“拓展亚欧光电市场,打造丝路光电核心区”为宗旨的第七届亚欧光电展于2019年4月19日至21日在新疆国际会展中心举办。关于光电效应现象,以下说法正确的是()A.极限频率越大的金属材料逸出功越小B.只要光照射的时间足够长,任何金属都能产生光电效应C.从金属表面出来的光电子的最大初动能与入射光的频率成正比D.若发生了光电效应且入射光的频率一定时,光强越强,单位时间内逸出的光电子数就越多【解析】选D。根据W0=hνc知,极限频率越大的金属材料逸出功越大,A错误。发生光电效应的条件是入射光的频率大于极限频率,与入射光照射的时间无关,B错误。根据光电效应方程Ekm=hν-W0知,最大初动能与入射光的频率成一次函数关系,不是正比关系,C错误。光的强度影响的是单位时间发出的光电子数目,若发生了光电效应且入射光的频率一定时,光强越强,单位时间内逸出的光电子数就越多,D正确。2.(2019·济南模拟)如图所示为用某金属研究光电效应规律得到的光电流随电压变化关系的图象,用单色光1和单色光2分别照射该金属时,逸出的光电子的最大初动能分别为Ek1和Ek2,普朗克常量为h,则下列说法正确的是()A.Ek1Ek2B.单色光1的频率比单色光2的频率高C.增大单色光1的强度,其遏止电压会增大D.单色光1和单色光2的频率之差为-2-【解析】选D。由于Ek1=e|Uc1|,Ek2=e|Uc2|,所以Ek1Ek2,选项A错误;由Ek=hν-W0可知,单色光1的频率比单色光2的频率低,选项B错误;只增大照射光的强度,光电子的最大初动能不变,因此遏止电压不变,选项C错误;Ek1=hν1-W0,Ek2=hν2-W0,得ν1-ν2=,选项D正确。3.用图示装置研究光电效应现象,阴极K与滑动变阻器的中心触头c相连,当滑片P移到c点时,光电流为零。为了产生光电流,可采取的措施是()A.增大入射光的频率B.把P向a移动C.把P向b移动D.增大入射光的强度【解析】选A。当滑片P移到c点时,光电流为零,没有发生光电效应,只有入射光的频率大于金属的极限频率时,才能产生光电效应,电路中才能产生光电流,所以增大入射光的频率可以产生光电流,故选A。4.(2020·白城模拟)在光电效应实验中,分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上,测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub,光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb,h为普朗克常量。下列说法正确的是()A.若νaνb,则一定有UaUbB.若νaνb,则一定有EkaEkbC.若UaUb,则一定有EkaEkbD.若νaνb,则一定有hνa-Ekahνb-Ekb【解析】选B。根据光电效应方程Ekm=hν-W0知,νaνb,逸出功相同,则EkaEkb,又Ekm=eUc,则UaUb,A错误,B正确。根据Ekm=eUc知,若UaUb,则一定有EkaEkb,C错误。逸出功W0=hν-Ekm,由于金属的逸出功相同,则有:hνa-Eka=hνb-Ekb,故D错误。【加固训练】用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应,可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率ν变化的Ek-ν图象。已知钨的逸出功是3.28eV,锌的逸出功是3.34eV,若将-3-二者的图线画在同一个Ek-ν坐标系中,用实线表示钨、虚线表示锌,则正确反映这一过程的图是()【解析】选A。依据光电效应方程Ek=hν-W0可知,Ek-ν图线的斜率代表普朗克常量h,因此钨和锌的Ek-ν图线应该平行。图线的横轴截距代表截止频率ν0,而ν0=,因此钨的截止频率小些,综上所述,A图正确。5.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.若增大电路中电源电压,电路中光电流一定增大B.若将电源极性反接,电路中一定没有光电流产生C.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D.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【解析】选D。光电流的强度与入射光的强度有关,当光增强时,光电子数目会增加,增大电路中电源电压,光电流可能会增大,当达到饱和光电流后,再增大电压,则光电流不会增大,选项A错误;将电路中电源的极性反接,电子受到电场阻力,到达A极的电子数目会减少,则电路中电流会减小,甚至没有电流,选项B错误;若换用波长为λ1(λ1λ0)的光,其频率有可能大于极限频率,电路中可能有光电流,选项C错误;若换用波长为λ2(λ2λ0)的光,其频率一定大于极限频率,电路中一定有光电流,选项D正确。6.从1907年起,美国物理学家密立根开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量。他通过如图甲所示的实验装置测量某金属的遏止电压Uc与入射光频率ν,作出Uc-ν的图象如图乙所示,由此算出普朗克常量h,并与普朗克根据黑体辐射测出的h相比较,以检验爱因斯坦-4-光电效应方程的正确性。已知电子的电荷量e,则下列普朗克常量h的表达式正确的是()A.h=B.h=C.h=D.h=【解析】选A。根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0及动能定理eUc=Ek,得Uc=ν-,所以图象的斜率k==,得h=,故选项A正确。7.下列说法中正确的是()A.光的波粒二象性学说,就是由牛顿的微粒说和惠更斯的波动说组成的B.光的波粒二象性彻底推翻了麦克斯韦的光的电磁说C.光子说并没有否定光的电磁说,在光子能量公式ε=hν中,频率ν表示波的特征,ε表示粒子的特征D.光波不同于宏观概念中那种连续的波,它是表明大量光子运动规律的一种概率波【解析】选C、D。爱因斯坦的“光子说”与惠更斯的波动说揭示了光具有波粒二象性,A错误;麦克斯韦根据他的电磁理论,认为光是一种电磁波,而赫兹证实了电磁波的存在,电磁波传播速度跟光速相同。光子说并没有否定光的电磁说,在光子能量公式ε=hν中,频率ν表示波的特征,ε表示粒子的特征,B错误,C正确;光波不同于宏观概念中那种连续的波,它是表明大量光子运动规律的一种概率波,D正确。8.(2019·唐山模拟)用如图所示的装置演示光电效应现象。当用某种频率的光照射到光电管上时,电流表G的读数为i。则下列说法不正确的是()-5-A.若将电源的正负极性反转,则电流表G示数一定变为0B.若将开关S断开,也一定会有电流流过电流表GC.若将变阻器的滑片由c点向b端略微移动一些,则这一过程中电流表示数一定会减小一些D.若换用频率更高的光照射到光电管上,电流表G的读数一定比原来大【解析】选A、C、D。将电源的正负极性反转,为反向电压,但由于光电子射出时有一定动能,所以仍可能有电子通过,形成电流,A错误;因为发生了光电效应,即使断开开关,也会有光电子到达阳极,并且电流表、电压表组成闭合回路,仍能形成电流,B正确;变阻器的滑片由c点向b端略微移动一些,正向电压减小,但可能移动后电流仍饱和,则移动过程中,电流表示数不变,C错误;换用频率更高的光照射到光电管上,由于光强未知,所以电流表读数无法确定,D错误。9.如图所示为光电管的工作电路图,分别用波长为λ0、λ1、λ2的单色光做实验,已知λ2λ0λ1。当开关闭合后,用波长为λ0的单色光照射光电管的阴极K时,电流表有示数。下列说法正确的是()A.光电管阴极材料的逸出功与入射光无关B.若用波长为λ1的单色光进行实验,则电流表的示数一定为零C.若仅增大电源的电动势,则电流表的示数一定增大D.若仅将电源的正负极对调,则电流表的示数可能为零【解析】选A、D。光电管阴极材料的逸出功只与材料有关,而与入射光的频率、入射光的强度无关,A正确;用波长为λ0的光照射阴极K时,电路中有光电流,可知波长为λ0的光照射阴极K时,发生了光电效应;若用波长为λ1(λ1λ0)的光照射阴极K,虽然入射光的频率变小,但仍可能大于阴极的极限频率,仍可能发生光电效应,因此电流表的示数可能不为零,B错误;当达到饱和电流后,仅增大电路中电源的电动势,光电管两端电压增大,电流表的示数不再增大,C错-6-误;将电路中电源的正负极对调,光电子做减速运动,若电子到达不了阳极,则此时电流表的示数为零,D正确。二、实验题(16分)10.图甲是研究光电效应现象的装置。某同学用该装置探究遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系,得到图乙Uc-ν图象。图甲中电源__________端为正极(选填“左”或“右”)。该装置阴极K的逸出功为__________J。已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s(结果保留三位有效数字)。【解析】因为是研究遏止电压Uc的装置,所以所加电压应为反向电压,阻止光电子到达A极板形成光电流,所以A极板接电源负极,K极板接电源正极,电源右端为正极;根据图象乙可知,当频率为5.1×1014Hz时,所需遏止电压为零,说明此时对应频率为截止频率νc,所以逸出功:W0=hνc=6.63×10-34×5.1×1014J=3.38×10-19J答案:右3.38×10-1911.(10分)某同学采用如图所示的实验装置来研究光电效应现象。当用某一频率的光照射光电管的阴极K时,会发生光电效应现象,电流计中有电流通过。闭合电键S,在阳极A和阴极K之间加上反向电压,通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压,直至电流计中电流恰好为零,此时电压表的电压值称为反向截止电压。现用频率为ν的绿光照射阴极,测量到反向截止电压为U,设电子电量为e,普朗克常量为h,则下列说法中不正确的是()-7-A.逸出的光电子的最大初动能为eUB.阴极K的逸出功W0=hν-eUC.若改用紫光照射,则光电子的最大初动能一定增大D.若改用紫光照射,则阴极K的逸出功一定增大【解析】选D。由于反向截止电压为U,电子逸出后,根据动能定理可得eU=Ek,即逸出的电子的最大初动能为eU,A正确;根据公式hν=W0+Ek可得,阴极K的逸出功W0=hν-Ek,由于eU=Ek,则逸出功W0=hν-eU,B正确;由于紫光的频率大于绿光的频率,逸出功不变,根据公式hν=W0+Ek可得改用紫光照射,光电子的最大初动能Ek一定增加,C正确;由于金属的逸出功由金属本身决定,与照射光的频率无关,所以改用紫光照射,则阴极K的逸出功不变,D错误。12.(20分)可利用如图1所示的电路研究光电效应中电子的发射情况与光照的强弱、光的频率等物理量间的关系。K、A是密封在真空玻璃管中的两个电极,K受到光照时能够发射电子。K与A之间的电压大小可以调整,电源的正负极也可以对调。(1)a.电源按图1所示的方式连接,且将滑动变阻器中的滑片置于中央位置附近。试判断:光电管中从K发射出的电子由K向A的运动是加速运动还是减速运动?b.现有一电子从K极板逸出,初动能忽略不计,已知电子的电荷量为e,电子经电压U加速后到达A极板。求电子到达A极板时的动能EkA。(2)在图1装置中,通过改变电源的正、负极,以及移动变阻器的滑片,可以获得电流表示数与电压表示数U之间的关系,如图2所示,图中Uc叫遏止电压。实验表明,对于一定频率的光,无论光的强弱如何,遏止电压都是一样的。请写出光电效应方程,并对“一定频率的光,无论光的强弱如何,遏止电压都是一样的”作出解释。-8-(3)美国物理学家密立根为了检验爱因斯坦光电效应方程的正确性,设计实验并测量了某金属的遏止电压Uc与入射光的频率ν。根据他的方法获得的实验数据绘制成如图3所示的图线。已知电子的电荷量e=1.6×10-19C,求普朗克常量h。(将运算结果保留1位有效数字。)【解析】(1)a.根据电源的正负极和电路可知A极板的电势高于K极板,则光电子可加速运动;b.电子由初速度为零加速,由动能定理得:EkA=eU(2)爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0遏止电压对应为具有最大初动能的光电子由K极板运动到A极板动能减为0,根据动能定理有:Ek=eUc联立以上各式得:Uc=ν-可见,对于确定的金属来说,一定频率的光,无论光的强弱如何,遏止电压都是一