2023版高三一轮总复习物理（新教材新高考）课时分层作业36光电效应波粒二象性

课时分层作业(三十六)1．(2021·河北卷)普朗克常量h＝6.626×10－34J·s，光速为c，电子质量为me，则eq\f(h,mec)在国际单位制下的单位是()A．J/sB．mC．J·mD．m/sB[解法一：由题意可知mec本质是一个动量，所以eq\f(h,mec)＝eq\f(h,p)，而由波粒二象性有λ＝eq\f(h,p)，由此可知eq\f(h,mec)在国际单位制下的单位是m，故A、C、D错误，B正确。解法二：eq\f(h,mec)的单位是eq\f(J·s,kg·m·s－1)＝eq\f(N·m·s,kg·m·s－1)＝eq\f(kg·m·s－2·m·s,kg·m·s－1)＝m，故A、C、D错误，B正确。]2．电子显微镜的最高分辨率高达0.2nm(波长越短，分辨率越高)，如果有人制造出质子显微镜，在加速到相同的速度情况下，质子显微镜的最高分辨率将()A．小于0.2nmB．大于0.2nmC．等于0.2nmD．以上说法均不正确A[质子的质量大于电子的质量，对于相同速度的质子和电子，质子比电子动量大，根据德布罗意波长公式λ＝eq\f(h,p)可知，质子的德布罗意波长小，分辨率高，其最高分辨率将小于0.2nm，故A正确，B、C、D错误。]3．已知钙和铷的截止频率分别为7.73×1014Hz和5.16×1014Hz，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A[根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0＝hν－hνc可知，钙的νc大，所以从钙表面逸出的光电子的最大初动能Ekm较小，由p＝eq\r(2mEkm)知，钙逸出的光电子的动量较小，根据λ＝eq\f(h,p)可知波长较大，频率较小，B、C、D错误，A正确。]4．在研究光电效应规律的实验中，用频率为ν的单色光照射光电管，测得遏止电压为U，则下列说法中正确的是()A．若仅增大该单色光的强度，则遏止电压一定大于UB．若改用频率为2ν的单色光照射，则遏止电压一定大于2UC．若改用频率为2ν的单色光照射，则饱和光电流一定变为原来的2倍D．若改用频率为0.5ν的单色光照射，则一定不可能产生光电子B[根据光电效应的规律得出：eU＝hν－W0，故若仅增大该单色光的强度，则遏止电压不变，仍为U，故A错误；根据光电效应的规律得出：eU＝hν－W0，若改用频率为2ν的单色光照射，则遏止电压一定大于2U，故B正确；光电效应中，一个光子激发出一个光电子，当照射光的强度变为原来的2倍，单位时间内射向阴极的光子数变为原来的2倍，激发出的光电子数变为原来的2倍，电路中的光电流变为原来的2倍，若改用频率为2ν的单色光照射，饱和光电流不一定变为原来的2倍，故C错误；改用频率为0.5ν的单色光照射时，若0.5ν大于金属的极限频率，则能发生光电效应，产生光电子，故D错误。故选B。]5．(多选)某兴趣小组用如图甲所示的电路探究光电效应的规律。根据实验数据，小刚同学作出了光电子的最大初动能与入射光频率的关系图线如图乙所示，小娜同学作出了遏止电压与入射光频率的关系图线如图丙所示。已知光电子的电荷量为e，则下列说法正确的是()甲乙丙A．如果图乙、图丙中研究的是同一金属的光电效应规律，则a＝eq\f(c,e)B．如果研究不同金属光电效应的规律，在图乙中将得到经过(b,0)点的一系列直线C．如果研究不同金属光电效应的规律，在图丙中将得到一系列平行的倾斜直线D．普朗克常量h＝eq\f(a,b)＝eq\f(ce,d)CD[根据爱因斯坦的光电效应方程Ek＝hν－W0，在题图乙中有a＝W0，b＝νc，斜率为普朗克常量h＝eq\f(a,b)，对于遏止电压有Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)，在题图丙中有d＝νc，c＝eq\f(W0,e)，斜率k＝eq\f(c,d)＝eq\f(h,e)。结合两个图线可得：h＝eq\f(a,b)＝eq\f(ce,d)，故D正确；如果题图乙、丙中研究的是同一金属的光电效应规律，则逸出功相同，W0＝a＝ce，故A错误；普朗克常量为定值，如果研究不同金属光电效应的规律，在题图乙、丙中得到的将是一系列平行的倾斜直线，故B错误，C正确。]6．(2021·合肥模拟)用光子能量为5.0eV的一束光照射阴极P，如图所示，当开关K断开时，发现电流表读数不为零。合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于1.60V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于1.60V时，电流表读数为零，由此可知阴极材料的逸出功为()A．1.6eVB．2.2eVC．3.0eVD．3.4eVD[设用光子能量为5.0eV的光照射时光电子的最大初动能为Ekm，当反向电压达到U＝1.60V以后，电流表读数为零，因此Ekm＝eU＝1.60eV。根据光电效应方程有Ekm＝hν－W0，阴极材料的逸出功为W0＝hν－Ekm＝3.40eV，D正确。]7．光电效应实验中，用波长为λ0的单色光A照射某金属板时，刚好有光电子从金属表面逸出。当波长为eq\f(λ0,2)的单色光B照射该金属板时，光电子的最大初动能为________，A、B两种光子的动量之比为________。(已知普朗克常量为h、光速为c)[解析]逸出功W0＝hνc＝eq\f(hc,λ0)根据爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W0＝eq\f(2hc,λ0)－eq\f(hc,λ0)＝eq\f(hc,λ0)再由p＝eq\f(h,λ)，可得eq\f(pA,pB)＝eq\f(\f(h,λA),\f(h,λB))＝1∶2。[答案]eq\f(hc,λ0)1∶28．如图所示，阴极K用极限波长λ0＝0.66μm的金属铯制成，用波长λ＝0.50μm的绿光照射阴极K并调整两个极板间的电压，当A板电压比阴极高出2.5V时，光电流达到饱和，电流表示数为0.80μA，求：(1)每秒钟阴极发射的光电子数为多少？(2)光电子飞出阴极时的最大初动能为多大？(3)如果把照射阴极的绿光的光强增大为原来的2倍，每秒钟阴极发射的光电子数是多少？光电子的最大初动能是多少？[解析](1)光电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部到达阳极A，阴极每秒钟发射的光电子的个数n＝eq\f(Imt,e)＝5.0×1012。(2)根据爱因斯坦光电效应方程，光电子的最大初动能为eq\f(1,2)mveq\o\al(2,m)＝hν－W0＝heq\f(c,λ)－heq\f(c,λ0)＝hceq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,λ)－\f(1,λ0)))＝6.63×10－34×3×108eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,0.5×10－6)－\f(1,0.66×10－6)))J＝9.6×10－20J。(3)如果照射光的频率不变，光强加倍，根据光电效应实验规律，阴极每秒发射的光电子数n′＝2n＝2×5.0×1012＝1.0×1013，光电子的最大初动能仍然是9.6×10－20J。[答案](1)5.0×1012(2)9.6×10－20J(3)1.0×10139.6×10－20J9．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Uc­ν的图像如图乙所示，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()甲乙A．h＝eq\f(eUc2－Uc1,ν2－ν1) B．h＝eq\f(Uc2－Uc1,eν2－ν1)C．h＝eq\f(ν2－ν1,eUc2－Uc1) D．h＝eq\f(eν2－ν1,Uc2－Uc1)A[根据爱因斯坦光效应方程Ek＝hν－W0及动能定理eUc＝Ek，得Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)，所以图像的斜率k＝eq\f(Uc2－Uc1,ν2－ν1)＝eq\f(h,e)，得h＝eq\f(eUc2－Uc1,ν2－ν1)，故选项A正确。]10.(2021·德州模拟)如图所示，有一束单色光入射到极限频率为ν0的金属板K上，具有最大初动能的某出射电子，沿垂直于平行板电容器极板的方向，从左侧极板上的小孔入射到两极板间的匀强电场后，到达右侧极板时速度刚好为零。已知电容器的电容为C，带电荷量为Q，极板间距为d，普朗克常量为h，电子电荷量的绝对值为e，不计电子的重力。关于电容器右侧极板的带电情况和入射光的频率ν，以下判断正确的是()A．带正电，ν0＋eq\f(Qe,Ch) B．带正电，ν0＋eq\f(Qe,Chd)C．带负电，ν0＋eq\f(Qe,Ch) D．带负电，ν0＋eq\f(Qe,Chd)C[因为光电子带负电，而到达右板时速度为零，说明右板带负电，选项A、B错误；根据爱因斯坦光电效应方程和动能定理有hν0＝W0，Ek＝hν－W0，Ek＝eq\f(Q,C)e，联立解得C正确。]11．一个德布罗意波波长为λ1的中子和另一个德布罗意波波长为λ2的氘核同向正碰后结合成一个氚核，该氚核的德布罗意波波长为()A．eq\f(λ1λ2,λ1＋λ2)B．eq\f(λ1λ2,λ1－λ2)C．eq\f(λ1＋λ2,2)D．eq\f(λ1－λ2,2)A[中子的动量p1＝eq\f(h,λ1)，氘核的动量p2＝eq\f(h,λ2)，同向正碰后形成的氚核的动量p3＝p2＋p1，所以氚核的德布罗意波波长λ3＝eq\f(h,p3)＝eq\f(λ1λ2,λ1＋λ2)，A项正确。]12．1905年，爱因斯坦把普朗克的量子化概念进一步推广，成功地解释了光电效应现象，提出了光子说。在给出与光电效应有关的四个图像中，下列说法正确的是()光电效应实验电流与电压的关系图1图2eq\a\al(金属的遏止电压U,与入射光频率的关系)eq\a\aL(光电子最大初动能Ek,与入射光频率ν的关系)图3图4A．图1中，当紫外线照射锌板时，发现验电器指针发生了偏转，说明锌板带正电，验电器带负电B．图2中，从光电流与电压的关系图像中可以看出，电压相同时，光照越强，光电流越大，说明遏止电压和光的强度有关C．图3中，若仅知道电子电荷量e和截止频率νc，可求得普朗克常量hD．图4中，由光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像可知该金属的逸出功为E或hνcD[当紫外线照射锌板时，发现验电器指针发生了偏转，说明发生光电效应，锌板带正电，所以验电器也带正电，A项错误；题图2中，从光电流与电压的关系图像中可以看出，电压相同时，光照越强，光电流越大，说明饱和光电流与光的强度有关，不能说明遏止电压和光的强度有关，B项错误；根据Ek＝hν－W0＝eUc，解得Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)，当Uc＝0时频率为截止频率νc，则有eq\f(h,e)νc－eq\f(W0,e)＝0，解得h＝eq\f(W0,νc)，由于不知道逸出功，故仅知道电子电荷量e和截止频率νc，无法求出普朗克常量h，C项错误；根据光电效应方程Ek＝hν－W，当ν＝0时Ek＝－W0，由图像知纵轴截距－E，所以W0＝E，即该金属的逸出功为E，图线与ν轴交点的横坐标是νc，则该金属的逸出功为hνc，D项正确。]13．小宇同学参加学校科技嘉年华，设计了一个光电烟雾探测器，如图所示，S为光源，发出一束光，当有烟雾进入探测器时，来自S的光会被烟雾散射进入光电管C，当光射到光电管中的钠表面(钠的极限频率为6.00×1014Hz)时，会产生光电子，当光电流大于10－8A时，便会触发报警系统报警。已知元电荷e＝1.6×10－19CA．要使该探测器正常工作，光源S发出的光波波长不能大于0.5μmB．若光源S发出的光波能使光电管发生光电效应，则光源越强，光电烟雾探测器探测到的光电子数越多C．光束遇到烟雾发生散射是一种折射现象D．若5%射向光电管C的光子会产生光电子，当报警器报警时，每秒射向钠表面的光子数最少是1.25×1012个C[根据W0＝hν0＝heq\f(c,λ)，光源S发出的光波最大波长λmax＝eq\f(c,ν0)＝eq\f(3×108,6.00×1014)m＝5×10－7m＝0.5μm，即要使该探测器正常工作，光源S发出的光波波长不能大于0.5μm，A项正确；光源S发出的光波能使光电管发生光电效应，那么光源越强，被烟雾散射进入光电管C的光越多，越容易探测到烟雾，即光电烟雾探测器探测到光电子数越多，B项正确；光束遇到烟雾发生散射是一种反射现象，C项错误；光电流等于10－8A时，每秒产生的光电子的个数n＝eq\f(It,e)＝eq\f(10－8×1,1.6×10－19)＝6.2