课时跟踪检测(四十五)　光电效应 波粒二象性

课时跟踪检测(四十五)光电效应波粒二象性1．(2022·江苏高考)上海光源通过电子－光子散射使光子能量增加，光子能量增加后()A．频率减小 B．波长减小C．动量减小 D．速度减小解析：选B根据E＝hν可知光子的能量增加后，光子的频率增加，又根据λ＝eq\f(c,ν)，可知光子波长减小，故A错误，B正确；根据p＝eq\f(h,λ)，可知光子的动量增加；又因为光子质量不变，根据p＝mv可知光子速度增加，故C、D错误。2．(2021·浙江1月选考)2020年12月我国科学家在量子计算领域取得了重大成果，构建了一台76个光子100个模式的量子计算机“九章”，它处理“高斯玻色取样”的速度比目前最快的超级计算机“富岳”快一百万亿倍。关于量子，下列说法正确的是()A．是计算机运算的一种程序B．表示运算速度的一个单位C．表示微观世界的不连续性观念D．类似于质子、中子的微观粒子解析：选C量子是微观世界中的不连续的观念，并不是类似质子、中子等微观粒子，也不是运算程序或运算速度，选项A、B、D错误，选项C正确。3．普朗克在研究黑体辐射的基础上，提出了量子理论。下列关于黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是()解析：选D由于黑体辐射强度峰值随温度的升高向短波段移动，所以符合黑体辐射实验规律的是图D。4．以下说法正确的是()A．康普顿效应说明光具有波动性B．爱因斯坦指出“光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的”C．光表现出波动性时，就不具有粒子性了；光表现出粒子性时，就不再具有波动性了D．只有运动着的微观粒子才有物质波，对于宏观物体，不论其是否运动，都没有相对应的物质波解析：选B康普顿效应说明光具有粒子性，故A错误；爱因斯坦认为，光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，故B正确；光具有波粒二象性，当光表现出波动性时，仍具有粒子性，光表现出粒子性时，也仍具有波动性，故C错误；只要是运动着的物体，不论是宏观物体还是微观粒子，都有相应的波与之对应，这就是物质波，故D错误。5.美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，用X光对静止的电子进行照射，照射后电子获得速度的同时，X光的运动方向也会发生相应的改变。如图是X射线的散射示意图，下列说法中正确的是()A．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把部分动量转移给电子，因此光子散射后频率变大B．康普顿效应揭示了光的粒子性，表明光子除了具有能量之外还具有动量C．X光散射后与散射前相比，速度将会变小D．散射后的光子虽然改变原来的运动方向，但频率保持不变解析：选B在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把部分动量转移给电子，因此光子散射后能量减小，频率变小，A错误；康普顿效应揭示了光的粒子性，表明光子除了具有能量之外还具有动量，B正确；X光散射后与散射前相比速度不变，均为c，C错误；散射后的光子改变原来的运动方向，能量减小，则频率减小，D错误。6．在光电效应实验中，两种不同波长的紫外线a和b以不同的强度分别照射同一块金属表面，两者都有光电子逸出。已知a光的波长和强度分别为λa＝200nm、Ia＝200W/m2；b光的波长和强度分别为λb＝300nm、Ib＝100W/m2。下列说法正确的是()A．a光照射时金属的逸出功比b光照射时大B．a光照射时需要的遏止电压比b光照射时小C．a光照射时产生的饱和光电流与b光照射时相同D．a光照射时光电子的最大初动能比b光照射时大解析：选D金属的逸出功仅与金属本身有关，与入射光的频率和强度无关，故用不同的光照射同一块金属表面，金属的逸出功相同，故A错误；由Ek＝eUc可知，遏止电压Uc与光电子的最大初动能成正比，由Ek＝hν－W0＝heq\f(c,λ)－W0，因为λa＜λb，所以a光照射时光电子的最大初动能比b光照射时大，a光照射时需要的遏止电压比b光照射时大，故B错误，D正确；光电效应中，饱和光电流的大小与光照强度成正比，故a光照射时产生的饱和光电流比b光照射时大，故C错误。7．(2022·全国乙卷)一点光源以113W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6×10－7m的光，在离点光源距离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为3×1014个。普朗克常量为h＝6.63×10－34J·s。R约为()A．1×102m B．3×102mC．6×102m D．9×102m解析：选B一个光子的能量为E＝hν，ν为光的频率，光的波长与频率关系为c＝λν。光源每秒发出的光子的个数为n＝eq\f(P,hν)＝eq\f(Pλ,hc)，P为光源的功率，光子以球面波的形式传播，那么以光源为原点的球面上的光子数相同，距光源的距离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为3×1014个，那么此处的球面的表面积为S＝4πR2，则eq\f(n,S)＝3×1014，联立以上各式解得R≈3×102m。8．(2021·浙江6月选考)已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，电子的质量为9.11×10－31kg，一个电子和一滴直径约为4μm的油滴具有相同动能，则电子与油滴的德布罗意波长之比的数量级为()A．10－8 B．106C．108 D．1016解析：选C根据德布罗意波长公式λ＝eq\f(h,p)，p＝eq\r(2mEk)，解得λ＝eq\f(h,\r(2mEk))，由题意可知，电子与油滴的动能相同，则其波长与质量的二次方根成反比，所以有eq\f(λ电,λ油)＝eq\f(\r(m油),\r(m电))，m油＝ρ·eq\f(1,6)πd3＝0.8×103×eq\f(1,6)×3.14×(4×10－6)3kg＝2.7×10－14kg，代入数据解得eq\f(λ电,λ油)＝eq\r(\f(2.7×10－14,9.11×10－31))≈1.7×108，故C正确，A、B、D错误。9.(多选)如图所示的实验中，分别用波长为λ1、λ2的单色光照射光电管的阴极K，测得相应的遏止电压分别为U1、U2。设电子的质量为m、所带的电荷量为e，真空中的光速为c，极限波长为λ0，下列说法正确的是()A．用波长为λ2的光照射时，光电子的最大初动能为eU2B．用波长为λ2的光照射时，光电子的最大初动能为eq\f(eU1－U2λ1,λ2－λ1)－eq\f(eU1－U2λ0,λ2－λ1)C．普朗克常量等于eq\f(eU1－U2λ1λ2,cλ2－λ1)D．阴极K金属的极限频率为eq\f(λ0,c)解析：选AC根据光电效应方程，则有Ekm＝eq\f(hc,λ2)－W0＝eU2，故A正确，B错误；又hν1＝eU1＋W0，hν2＝eU2＋W0，联立解得h＝eq\f(eU1－U2,ν1－ν2)＝eq\f(eλ1λ2U1－U2,cλ2－λ1)，故C正确；阴极K金属的极限频率ν0＝eq\f(c,λ0)，故D错误。10.如图所示，当一束一定强度某一频率的黄光照射到光电管阴极K上时，此时滑片P处于A、B中点，电流表中有电流通过，则()A．若将滑动触头P向B端移动，电流表读数有可能不变B．若将滑动触头P向A端移动，电流表读数一定增大C．若用红外线照射阴极K，电流表中一定没有电流通过D．若用一束强度相同的紫外线照射阴极K，电流表读数不变解析：选A所加的电压为正向电压，使光电子加速到达阳极，则电流表中有电流流过，且可能为饱和电流，当滑片向B端移动时，电流表读数有可能不变；当滑片向A端移动时，所加电压减小，则光电流可能减小，也可能不变，故A正确，B错误；若用红外线照射阴极K，因红外线频率小于黄光的频率，但是不一定不能发生光电效应，电流表不一定没有电流，故C错误；若用一束强度相同的紫外线照射阴极K，因紫外线的频率大于黄光的频率，则光子数目减少，电流表读数减小，故D错误。11．(多选)对于钠和钙两种金属，其遏止电压Uc与入射光频率ν的关系如图所示。用h、e分别表示普朗克常量和电子电荷量，则()A．钠的逸出功小于钙的逸出功B．图中直线的斜率为eq\f(h,e)C．在得到这两条直线时，必须保证入射光的强度相同D．若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较高解析：选AB根据光电效应方程得：Ek＝hν－W0＝hν－hν0，又Ek＝eUc，解得：Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)＝eq\f(h,e)ν－eq\f(hν0,e)。当遏止电压为0时，对应的频率为金属的极限频率，结合题图可知钠的极限频率小于钙的极限频率，则钠的逸出功小于钙的逸出功，故A正确；由Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(hν0,e)知，Uc-ν图线的斜率k＝eq\f(h,e)，故B正确；由Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(hν0,e)知，图线的特点与光的强度无关，故C错误；钠的逸出功小，结合Ekm＝hν－W0可知，若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较低，故D错误。12．光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流。表中给出了6次实验的结果。组次入射光子的能量/eV相对光强光电流大小/mA逸出光电子的最大动能/eV第一组1234.04.04.0弱中强2943600.90.90.9第二组4566.06.06.0弱中强2740552.92.92.9由表中数据得出的论断中不正确的是()A．两组实验采用了不同频率的入射光B．两组实验所用的金属板材质不同C．若入射光子的能量为5.0eV，逸出光电子的最大动能为1.9eVD．若入射光子的能量为5.0eV，相对光强越强，光电流越大解析：选B由光子的能量E＝hν，可知若入射光子的能量不同，则入射光子的频率不同，A正确。由爱因斯坦光电效应方程hν＝W＋Ek，可求出两组实验的逸出功W均为3.1eV，故两组实验所用的金属板材质相同，B错误。由hν＝W＋Ek，W＝3.1eV，当hν＝5.0eV时，Ek＝1.9eV，C正确。相对光强越强，单位时间内射出的光子数越多，单位时间内逸出的光电子数越多，形成的光电流越大，D正确。本题选不正确的，故选B。13．用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示，实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，图线与横轴交点的横坐标为5.15×1014Hz。已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s。则下列说法中正确的是()A．欲测遏止电压，应选择电源左端为正极B．当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的示数持续增大C．增大照射光的强度，产生的光电子的最大初动能一定增大D．如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek＝1.2×10－19J解析：选D用题图甲所示的实验装置测量铷的遏止电压Uc与入射光频率ν，因此光电管左端应该是阳极，则电源左端为负极，故A错误；当电源左端为正极时，将滑动变阻器的滑片向右滑动的过程中，刚开始电压增大，光电流增大，当光电流达到饱和值，不再增大，即电流表读数的变化是先增大，后不变，故B错误；光电子的最大初动能与入射光的频率和金属的逸出功有关，与入射光的强度无关，故C错误；根据题图像可知，铷的截止频率νc＝5.15×1014Hz，根据hνc＝W0，则可求出该金属的逸出功大小，W0≈3.41×10－19J，根据光电效应方程Ek＝hν－W0，当入射光的频率为ν＝7.00×1014Hz时，则最大初动能为Ek≈1.2×10－19J，故D正确。14．(多选)研究光电效应现象的实验装置如图(a)所示，对调电源的正负极，用光强相同的黄光和蓝光照射光电管阴极K时，测得相应的遏止电压分别为U1和U2，产生的光电流I随光电管两端电压U的变化规律如图(b)所示，已知电子的质量为m，电荷量为e，黄光和蓝光的频率分别为ν1和ν2，且ν1<ν2。则下列判断正确的是()A．U1<U2B．图(b)中的乙线是对