2025高考物理步步高同步练习选修3第四章原子结构和波粒二象性第1节　普朗克黑体辐射理论含答案

2025高考物理步步高同步练习选修3第四章原子结构和波粒二象性第1节普朗克黑体辐射理论[学习目标要求]1.了解黑体和黑体辐射的概念，了解黑体辐射和实验规律。2.了解能量子的概念，了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点。一、黑体与黑体辐射1.黑体：某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。2.黑体辐射(1)定义：黑体虽然不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波，这样的辐射叫作黑体辐射。(2)黑体辐射特点：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关。3.黑体辐射的实验规律：黑体辐射的实验规律黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，如图所示。(1)随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加。(2)随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。【判一判】(1)只有高温物体才能辐射电磁波。(×)(2)能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体。(√)(3)温度越高，黑体辐射电磁波的强度越大。(√)二、能量子1.定义：组成黑体的振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。2.表达式：ε＝hν。其中ν是带电微粒的振动频率，即带电微粒吸收或辐射电磁波的频率。h称为普朗克常量。h＝6.62607015×10－34J·s。3.能量的量子化：微观粒子的能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的。【判一判】(1)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。(√)(2)能量子的能量不是任意的，其大小与电磁波的频率成正比。(√)探究1黑体及黑体辐射的理解1.一般物体与黑体的比较热辐射特点吸收、反射特点一般物体辐射电磁波的情况与温度、材料的种类及表面状况有关既吸收又反射，其能力与材料的种类及入射波长等因素有关黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关完全吸收各种入射电磁波，不反射2.黑体辐射的实验规律(1)温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值。(2)随着温度的升高①各种波长的辐射强度都有增加；②辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。【例1】关于黑体及黑体辐射，下列说法正确的是()A.黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的B.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布与温度、材料的种类及表面状况都无关D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个带小孔的空腔就近似为一个黑体答案D解析有些黑体自身辐射电磁波，看起来还会很明亮，所以黑体不一定是黑的，故选项A错误；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，与材料的种类及表面状况无关，故选项B、C错误；电磁波最终不能从空腔射出，因此这个带小孔的空腔就近似为一个黑体，故选项D正确。【针对训练1】(2021·辛集市一中高二月考)黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知，下列说法正确的是()A.随温度升高，各种波长的辐射强度都减小B.随温度降低，各种波长的辐射强度都增加C.随温度升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动D.随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动答案D解析随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。综上分析D正确，A、B、C错误。探究2能量子的理解和计算1.物体在发射或接收能量的时候，只能从某一状态“飞跃”地过渡到另一状态，而不可能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态。2.在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为：物体的运动是连续的，能量变化是连续的，不必考虑量子化；在研究微观粒子时必须考虑能量量子化。3.能量子的能量ε＝hν，其中h是普朗克常量，ν是带电微粒的振动频率，也即带电微粒吸收或辐射电磁波的频率。【例2】氦—氖激光器发出波长为633nm的激光，当激光器的输出功率为1mW时，每秒发出的能量子数为()A.2.2×1015 B.3.2×1015C.2.2×1014 D.3.2×1014答案B解析一个能量子的能量为ε＝hν＝heq\f(c,λ)激光器功率为1mW时，每秒发出的能量子数为n＝eq\f(Pt,ε)＝eq\f(Ptλ,hc)＝eq\f(1×10－3×1×633×10－9,6.63×10－34×3×108)(个)＝3.2×1015(个)。【针对训练2】对于带电微粒的辐射和吸收能量时的特点，以下说法错误的是()A.以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收B.辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍C.吸收的能量可以是连续的D.辐射和吸收的能量是量子化的答案C解析带电微粒辐射或吸收能量时是以最小能量值——能量子ε的整数倍或一份一份地辐射或吸收的，是不连续的。故选项A、B、D正确，C错误。1.(黑体和黑体辐射的理解)(2021·辽宁朝阳市模拟)“测温枪”(学名“红外线辐射测温仪”)具有响应快、非接触和操作方便等优点。它是根据黑体辐射规律设计出来的，能将接收到的人体热辐射转换成温度显示。为了得出黑体辐射公式，下列哪位科学家首先把能量子引入物理学()A.普朗克 B.瑞利C.爱因斯坦 D.波尔答案A解析1900年年底普朗克大胆假设能量只能是最小能量值的整数倍，这个最小能量值叫作能量子，并把能量子引入物理学。故选项A正确。2．(黑体和黑体辐射的理解)关于黑体与黑体辐射，下列说法正确的是()A．一般物体辐射电磁波的情况与温度无关，只与材料的种类及表面情况有关B．黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波，同时也能发生反射C．带电微粒辐射和吸收的能量，只能是某一最小能量值的整数倍D．黑体辐射随着温度的升高，各种波长的辐射强度都减小且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动答案C解析一般物体辐射电磁波的情况与温度有关，还与材料的种类及表面情况有关，但黑体辐射电磁波的情况只与温度有关，A错误；黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，B错误；根据能量子的概念，带电微粒辐射和吸收的能量，只能是某一最小能量值的整数倍，C正确；黑体辐射随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，D错误。3．(能量子的理解和计算)关于普朗克“能量量子化”的假设，下列说法正确的是()A．认为带电微粒辐射或吸收能量时，是连续的B．认为能量值是连续的C．认为微观粒子的能量是量子化的、连续的D．认为微观粒子的能量是分立的答案D解析普朗克的理论认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的，微观粒子的能量是量子化的，是分立的，故选项D正确。4.(能量子的理解和计算)硅光电池是将光辐射的能量转化为电能。若有N个波长为λ0的光子打在硅光电池极板上，这些光子的总能量为(h为普朗克常量，c为真空中的光速)()A.heq\f(c,λ0) B.Nheq\f(c,λ0)C.Nhλ0 D.2Nhλ0答案B解析一个光子的能量ε＝hν＝heq\f(c,λ0)，则N个光子的总能量E＝Nheq\f(c,λ0)，选项B正确。课时定时训练(限时20分钟)1.对黑体的认识，下列说法正确的是()A.黑体不仅能吸收电磁波，也能反射电磁波B.黑体是黑色的且其自身辐射电磁波C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除了与温度有关，还与材料的种类及其表面状况有关D.黑体是一种理想化模型，实际物体没有绝对黑体答案D解析黑体吸收电磁波而不发生反射，黑体自身向外辐射电磁波，不一定是黑色的，A、B错误；任何物体都会反射电磁波，只吸收不反射电磁波的物体实际是不存在的，黑体是一种理想化的模型，D正确；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，与材料的种类及其表面状况无关，C错误。2．下列叙述正确的是()A．高温物体才能辐射电磁波B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布与黑体温度无关D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波答案D解析根据热辐射的定义，A错误；根据热辐射和黑体辐射的特点知一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面状况有关，而黑体辐射只与黑体的温度有关，B、C错误；根据黑体的定义知D正确。3.下列描绘两种温度下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()答案A解析由黑体辐射实验规律知温度越高，辐射越强，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，A正确，B、C、D错误。4.已知某种单色光的波长为λ，在真空中光速为c，普朗克常量为h，则电磁波辐射的能量子ε的值为()A.heq\f(c,λ) B.eq\f(h,λ)C.eq\f(c,hλ) D.以上均不正确答案A5.影响黑体辐射强度的因素是()A.只有温度 B.只有波长C.与波长和温度都有关 D.与波长和温度都无关答案C解析黑体辐射强度与波长和温度都有关系，故C正确。6.2006年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化。他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点。下列与宇宙微波背景辐射黑体谱相关的说法错误的是()A.一切物体都在辐射电磁波B.一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C.黑体的热辐射实质上是电磁辐射D.普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说答案B解析根据热辐射的定义，A正确；根据热辐射和黑体辐射的特点知一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射强度按波长的分布情况只与黑体的温度有关，B错误；普朗克在研究黑体辐射时最早提出了能量子假说，他认为能量是一份一份的，每一份是一个能量子，黑体辐射本质上是电磁辐射，故C、D正确。7.经测量，人体表面辐射本领的最大值落在波长为94μm处，根据电磁辐射的理论得出，物体最强辐射的波长与物体的热力学温度的关系近似为Tλm＝2.90×10－2m·K由此估算人体表面的温度和辐射的能量子的值各是多少。答案36℃2.12×10－21J解析人体辐射的能量子的值为E＝heq\f(c,λ)＝6.63×10－34×eq\f(3×108,94×10－6)J＝2.12×10－21J，人体表面温度为T＝eq\f(2.90×10－2,94×10－6)K＝309K＝36℃。8.对应于3.4×10－19J的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少？(h＝6.63×10－34J·s)答案5.13×1014Hz5.85×10－7m解析根据公式ε＝hν和ν＝eq\f(c,λ)得ν＝eq\f(ε,h)＝eq\f(3.4×10－19,6.63×10－34)Hz＝5.13×1014Hzλ＝eq\f(c,ν)＝eq\f(3×108,5.13×1014)m＝5.85×10－7m。第2节光电效应[学习目标要求]1.知道光电效应现象，了解光电效应的实验规律。2.知道光电效应与电磁理论的矛盾。3.理解爱因斯坦光子说及对光电效应的解释，会用光电效应方程解决一些简单问题。一、光电效应的实验规律1.光电效应照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出。这个现象称为光电效应。2.光电子：光电效应中发射出来的电子。3.光电效应的实验规律(1)存在截止频率：当入射光的频率减小到某一数值νc时，光电流消失，这表明已经没有光电子了。νc称为截止频率或极限频率。这就是说，当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应。实验表明，不同金属的截止频率不同。换句话说，截止频率与金属自身的性质有关。(2)存在饱和电流：在光的频率不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大。这表明对于一定频率(颜色)的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。(3)存在遏止电压：使光电流减小到0的反向电压Uc称为遏止电压。遏止电压的存在意味着光电子具有一定的初速度。同一种金属对于一定频率的光，无论光的强弱如何，遏止电压都是一样的。(4)光电效应具有瞬时性：当频率超过截止频率νc时，无论入射光怎样微弱，照到金属时会立即产生光电流。精确测量表明产生电流的时间很快，即光电效应几乎是瞬时发生的。4.逸出功：使电子脱离某种金属所做功的最小值。不同金属的逸出功不同。【判一判】(1)任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应。(×)(2)金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关。(×)(3)入射光照射到金属表面上时，光电子几乎是瞬时发射的。(√)二、爱因斯坦的光子说与光电效应方程1.光的波动说的困难：按照光的波动说，当光照射到金属表面时，金属中的电子会从入射光中吸收能量，只有当能量积累到一定量时，电子才能从金属表面逃逸出来，这无法解释光电效应的实验现象。2.光子说：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，频率为ν的光的能量子为hν，这些能量子被称为光子。3.爱因斯坦的光电效应方程(1)表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0。(2)物理意义：金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量一部分用于克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能Ek。【判一判】(1)“光子”就是“光电子”的简称。(×)(2)光电子的最大初动能与入射光的频率成正比。(×)(3)入射光若能使某金属发生光电效应，则入射光的强度越大，照射出的光电子越多。(√)三、康普顿效应和光的波粒二象性1.康普顿效应(1)光的散射光子在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫作光的散射。(2)康普顿效应美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应。(3)康普顿效应的意义康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，深入揭示了光的粒子性的一面。(4)光子的动量①表达式：p＝eq\f(h,λ)。②说明：在康普顿效应中，当入射的光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，光子的动量变小。因此，有些光子散射后波长变大。2.光的波粒二象粒(1)光的干涉和衍射现象说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性。(2)光子的能量ε＝hν，光子的动量p＝eq\f(h,λ)。(3)光子既有粒子的特征，又有波的特征；即光具有波粒二象性。探究1光电效应现象及实验规律1.光电效应的实质：光现象eq\o(→,\s\up7(转化为))电现象。2.光电效应中的光包括不可见光和可见光。3.光电子：光电效应中发射出来的电子，其本质还是电子。4.能不能发生光电效应由入射光的频率决定，与入射光的强度无关。5.发生光电效应时，在光的频率不变的情况下，入射光越强，单位时间内发出的光电子数越多。6.光的强度与饱和电流：饱和电流与光强有关，与所加的正向电压大小无关。饱和电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的。对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和电流与入射光强度之间不是简单的正比关系。【例1】(2021·云南曲靖市高二月考)关于光电效应，下列说法正确的是()A.光电效应是原子核吸收光子向外释放电子的现象B.饱和光电流的强度与入射光的强度有关，且随入射光强度的增强而增强C.金属的逸出功与入射光的频率成正比D.用不可见光照射某金属，比用可见光照射同种金属产生的光电子的最大初动能大答案B解析光电效应是原子吸收光子向外释放电子的现象，A错误；饱和光电流的强度随入射光强度的增强而增强，B正确；逸出功与金属本身的特点有关，与外界因素无关，C错误；由于不可见光的频率有的比可见光大，有的比可见光小，由光电效应方程Ek＝hν－W0知产生光电子的最大初动能无法比较，D错误。探究2光电效应方程和图像■情境导入用如图所示的装置研究光电效应现象。用光子能量为2.75eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，电流表的示数不为零；移动滑动变阻器的滑片，发现当电压表的示数大于或等于1.7V时，电流表示数为0。(1)光电子的最大初动能是多少？遏止电压为多少？(2)光电管阴极的逸出功又是多少？(3)当滑片向a端滑动时，光电流变大还是变小？(4)当入射光的频率增大时，光电子最大初动能如何变化？遏止电压呢？答案(1)1.7eV1.7V(2)W0＝hν－Ek＝2.75eV－1.7eV＝1.05eV(3)变大(4)变大变大■归纳拓展1.三个关系(1)爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0。(2)光电子的最大初动能Ek可以利用光电管实验的方法测得，即Ek＝eUc，其中Uc是遏止电压，即光电流刚好为0时的反向电压。(3)光电效应方程中的W0为逸出功，它与极限频率νc的关系是W0＝hνc。

2.四类图像图像名称图线形状读取信息最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线①截止频率(极限频率)：横轴截距②逸出功：纵轴截距的绝对值W0＝|－E|＝E③普朗克常量：图线的斜率k＝h遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线①截止频率νc：横轴截距②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系①遏止电压Uc：横轴截距②饱和电流Im：电流的最大值③最大初动能：Ekm＝eUc颜色不同时，光电流与电压的关系①遏止电压Uc1、Uc2②饱和电流③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2【例2】(2021·黑龙江铁人中学高二期末)如图是某金属在光的照射下逸出的光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像，由图像可知()A.该金属的逸出功等于E－hν0B.该金属的逸出功等于hν0C.入射光的频率为2ν0时，逸出的光电子的最大初动能为2hν0D.当入射光的频率ν大于ν0时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍答案B解析根据Ek＝hν－W0得金属的截止频率等于ν0，纵轴截距的绝对值等于金属的逸出功，逸出功等于E，则E＝W0＝hν0，故B正确，A错误；根据Ek′＝2hν0－W0而E＝W0＝hν0，故Ek′＝hν0＝E，故C错误；根据光电效应方程Ek＝hν－W0可知，光电子的最大初动能与入射光的频率是线性关系，不是成正比，所以若ν增大一倍，则光电子的最大初动能不是增大一倍，故D错误。【例3】(2021·广东深圳市高二月考)如图所示，甲图为演示光电效应的实验装置；乙图为a、b、c三种光照射下得到的三条电流表与电压表读数之间的关系曲线。下列说法正确的是()A.a、b、c三种光的频率各不相同B.b、c两种光的光强可能相同C.若b光为绿光，a光可能是紫光D.图甲中的滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的读数可能增大答案D解析由光电效应方程及遏止电压与光的频率间的关系可得eUc＝Ek＝hν－W0，b、c两种光的遏止电压相同，故频率相同，a光的遏止电压较小，频率较低，A错误；光的频率不变时，最大光电流与光强成正比，对比乙图可知，b光较强，B错误；由以上分析可知，a光频率较低，若b光为绿光，a光不可能是紫光，C错误；图甲中的滑动变阻器的滑片向右滑动，增大光电管两端电压，且为正向电压，电流表的读数可能增大，但不会超过饱和光电流，D正确。【针对训练1】(2021·江苏星海实验中学高二期中)图甲是研究光电效应的电路图，图乙是用a、b、c光照射光电管得到的I－U图线，Uc1、Uc2表示遏止电压，下列说法正确的是()A.在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流一直会增大B.a光的频率大于b光的频率C.光电子的能量只与入射光的强弱有关，而与入射光的频率无关D.c光照射光电管发出光电子最大的初动能一定小于b光照射光电管发出光电子的最大初动能答案D解析随着所加电压的增大，电流增大，当达到饱和电流后，再增大电压电流也不会增大，A错误；光电流恰为零，此时光电管两端加的电压为遏止电压，对应的光的频率为截止频率，根据eUc＝Ek＝hν－W0知，入射光的频率越高，对应的遏止电压Uc越大。a光、c光的遏止电压相等，所以a光、c光的频率相等，而b光的遏止电压大，则频率大，B错误；根据光电效应方程可知Ek＝hν－W0，光电子的能量，即初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，C错误；根据光电效应方程可知Ek＝hν－W0，c光的频率小于b光的频率，当照射同种材料发生光电效应时，c光照射光电管发出光电子的最大初动能一定小于b光照射光电管发出光电子的最大初动能，D正确。探究3康普顿效应和光的波粒二象性1.光的散射：光在介质中与物质粒子相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫作光的散射。2.康普顿效应：美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应。3.用光子说解释康普顿效应康普顿认为X射线的光子不仅具有能量，也像其他粒子那样具有动量，X射线的光子与晶体中的电子碰撞时要遵守能量守恒定律和动量守恒定律，求解这些方程，可以得出散射光波长的变化量Δλ，理论结果与实验符合得很好。如图为X射线的光子与石墨中电子碰撞前后状态的示意图。4.光子的动量狭义相对论告诉我们，质量m和能量E有简单的对应关系：E＝mc2,一个光子的能量是hν，所以它的质量是m＝eq\f(hν,c2)，借用质子、电子等粒子动量的定义：动量＝质量×速度，可得光子的动量。5对光的波粒二象性的理解实验基础表现说明光的波动性干涉和衍射和衍射(1)光子在空间各点出现的可能性大小可用波动规律来描述(2)足够能量的光在传播时，表现出波的性质(1)光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的(2)光的波动性不同于宏观观念的波光的粒子性光电效应、康普顿效应(1)当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质(2)少量或个别光子容易显示出光的粒子性(1)粒子的含义是“不连续”“一份一份”的(2)光子不同于宏观观念的粒子【例4】康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也具有动量，如图给出了光子与静止电子碰撞后电子的运动方向，则碰撞后光子可能沿________(填“1”“2”或“3”)方向运动，并且波长________(填“不变”“变短”或“变长”)。答案1变长解析因为光子与电子碰撞过程中动量守恒，所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与光子碰撞前的方向一致，可见碰撞后光子的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，能量减少，由E＝hν知，频率变小，再根据c＝λν知，波长变长。【针对训练2】关于光的波粒二象性，下列理解正确的是()A．高频光是粒子，低频光是波B．大量的光子往往表现出波动性，个别光子往往表现出粒子性C．波粒二象性是光的属性，有时只表现为波动性，有时只表现为粒子性D．光在传播时是波，而与物质发生相互作用时转变成粒子答案B解析波粒二象性是光所具有的性质，在不同的情况下有不同的表现：大量的光子往往表现出波动性，个别光子往往表现出粒子性；光在传播过程中通常表现为波动性，在与物质发生相互作用时通常表现为粒子性，故选项B正确。1.(光电效应现象及实验规律)在利用光电管装置研究光电效应的实验中，使用某一频率的光照射光电管阴极时，有光电流产生。下列说法正确的是()A.光电效应揭示了光的粒子性B.在光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光频率成正比C.保持入射光的频率不变，不断减小入射光的强度，遏止电压将减小D.保持入射光的频率不变，增大入射光的强度，光电子的最大初动能一定变大答案A解析光电效应说明光具有粒子性，故A正确；根据光电效应方程Ek＝hν－W0知，光电子的最大初动能与入射光的频率不是正比关系，故B错误；由光电效应方程Ek＝hν－W0及Ek＝eUc，可知入射光频率不变，光电子的最大初动能不变，对应的遏止电压不变，故C错误；由光电效应方程Ek＝hν－W0知，入射光的频率不变，则对应的光电子最大初动能保持不变，故D错误。2.(光电效应方程和图像)(2021·浙江宁波市高二月考)如图甲所示是探究光电效应规律的实验电路，某同学用了强度不同的黄光和蓝光多次照射光电管测量产生的光电流与电压之间的关系，测得其中三条关系曲线分别如图乙中a、b、c所示，则可判断出()A.c光强度最强B.b光频率小于a、c光的频率C.a、c是黄光，a光更强D.b光的遏止电压小于a、c光的遏止电压答案C解析c光的饱和光电流最小，所以c光的强度最弱，a光的光强最强，A错误；b光的遏止电压最大，根据光电效应方程可得hν＝W0＋Ek＝W0＋Uce，所以b光的频率最大，a、c光的频率相同，则a、c是黄光，b光是蓝光，B、D错误，C正确。3.(康普顿效应和光的波粒二象性)关于光的波粒二象性，下列说法中正确的是()A.光子说完全否定了波动说B.光的波粒二象性是指光和经典的波与粒子很相似C.光的波动说和光子说都有其正确性，但又都是不完善的，都有不能解释的实验现象D.光的波粒二象性是指光要么具有波动性，要么具有粒子性，而不是同时具有波动性和粒子性答案C解析光子说的确立，没有完全否定了波动说，使人们对光的本性认识更完善，光既具有波动性，又同时具有粒子性，光具有波粒二象性，故A、D错误；光的波粒二象性，与宏观概念中的波不同，与微观概念中的粒子也不相同，故B错误；波动说和粒子说都有其正确性，但又都是不完善的，都有其不能解释的实验现象，故C正确。课时定时训练(限时35分钟)题组一光电效应现象及实验规律1.(2021·广东惠州市月考)当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，下列说法正确的是()A.从锌板中打出了光子B.有正离子从锌板逸出C.有电子从锌板逸出D.锌板带负电答案C解析发生光电效应是锌板中的电子吸收光子的能量而从锌板表面逸出，锌板由于缺少电子而带上正电。故选项C正确。2.关于光电效应，下列说法正确的是()A.极限频率越大的金属材料逸出功越大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.从金属表面逸出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小D.入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越少答案A解析根据逸出功和极限频率的关系可知W0＝hν0，极限频率ν0越大的金属材料逸出功W0越大，故A正确；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，故B错误；根据光电效应方程可知Ek＝hν－W0，光电子的最大初动能与入射光的频率和逸出功两个因素有关，光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功不一定越小，也可能是因为入射光的频率高的缘故，金属的逸出功是金属的固有属性，与是否发生光电效应无关，与入射光的频率无关，故C错误；发生光电效应的前提下，入射光的光强一定时，频率越高，光子数越少，单位时间内逸出的光电子数就越少，且题目中没有强调是否发生了光电效应，故D错误。3.(2021·江西南昌市月考)如图所示，是利用光电管产生光电流的电路，关于此电路，下列说法正确的是()A.a为电源的负极，b为电源的正极B.若用蓝光照射阴极K能观察到光电流，则用黄光也一定能观察到C.在光电管中电流方向是从K指向AD.若已知光电管中的电流大小，则可求出每秒从光电管阴极至少发射的光电子个数答案D解析电子从K极出来后向A极运动，受到向左的电场力，a为电源的正极，b为电源的负极，所以A错误；入射光频率必须大于极限频率才能产生光电效应，因为蓝光的频率大于黄光的频率，所以蓝光照射能发生光电效应，但是黄光不一定能，所以B错误；由于光电子从K飞向A，则在光电管中电流方向是从A指向K，所以C错误；由I＝eq\f(q,t)知，若已知光电管中的电流大小可求出每秒从光电管阴极至少发射的光电子个数，所以D正确。题组二光电效应方程和图像4.用频率为ν的单色光照射阴极K时，能发生光电效应。下面关于光电效应常见的四个图像说法正确的是()甲乙丙丁A.甲图表示光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的图像，斜率为普朗克常量的倒数eq\f(1,h)B.乙图表示颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系图像，强黄光的饱和光电流大，是因为照射时间长C.丙图表示颜色不同的光，光电流与电压的关系图像，蓝光的频率小，遏止电压大，最大初动能大D.丁图表示遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像，普朗克常量h即为图线的斜率k与电子电荷量e的乘积，即h＝ke答案D解析由爱因斯坦光电效应方程可知Ek＝hν－W0，即图像斜率为普朗克常量h，故A错误；颜色相同，强度不同的光照射同一金属，饱和光电流的强弱只与入射光的强度有关，与照射时间无关，故B错误；蓝光的频率比黄光大。当照射同一金属时，逸出功相同，由hν＝W0＋Ek，Ek＝Uce可知，蓝光的遏止电压大，最大初动能大，故C错误；由hν＝W0＋Ek.Ek＝Uce联立可知，遏止电压Uc与入射光频率ν的关系Uc＝eq\f(hν,e)－eq\f(W0,e)，即斜率为k＝eq\f(h,e)，所以h＝ke，故D正确。5.(2021·河北邯郸市一模)研究光电效应实验的电路如图所示，电源电动势为3V，内阻不计；用频率为6.4×1014Hz的光照射光电管阴极K，当滑动变阻器的滑片在最左侧时，微安表中的电流不为零；当滑动变阻器的滑片向右滑动使电压表的示数为0.5V时，微安表中的电流恰好为零。已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，电子的电荷量e＝1.6×10－19C，则阴极K的逸出功为()A.2.15eV B.2.65eVC.1.65eV D.0.5eV答案A解析频率为6.4×1014Hz的光子能量hν＝2.65eV，当电压表的示数为0.5V时，微安表中的电流恰好为零，说明光电子的最大初动能为0.5eV，由光电效应方程Ek＝hν－W0可知，阴极K的逸出功为2.15eV。故选项A正确。6.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逸出光电子的最大初动能/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，逸出光电子的最大初动能为1.9eVD.若入射光子的能量为5.0eV，相对光强越强，光电流越大答案B解析由题表格中数据可知，两组实验所用的入射光的能量不同，由公式E＝hν可知，两组实验中所用的入射光的频率不同，故A正确；设金属的逸出功为W0，由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可得，第一组实验：0.9eV＝4.0eV－W01，第二组实验：2.9eV＝6.0eV－W02，解得W01＝W02＝3.1eV，即两种材料的逸出功相同，故材料相同，故B错误；由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可得Ek＝(5.0－3.1)eV＝1.9eV，故C正确；由题表格中数据可知，入射光能量相同时，相对光强越强，光电流越大，故D正确。7.(2021·江苏南通市高二联考)如图所示，用频率为ν1和ν2的甲、乙两种光分别照射同一光电管，对应的遏止电压分别为U1和U2。已知ν1＜ν2，则()A.遏止电压U1＜U2B.用甲、乙光分别照射时，金属的截止频率不同C.增加乙光的强度，遏止电压U2变大D.滑动变阻器滑片P移至最左端，电流表示数为零答案A解析根据爱因斯坦光电效应方程和遏止电压与最大初动能的关系Ek＝hν－W0，－eUc＝0－Ek两式联立解得eUc＝hν－W0所以入射光频率越大，遏止电压越大，遏止电压与入射光的强度无关，故A正确，C错误；金属的截止频率与入射光无关，取决于金属本身，因甲、乙两种光分别照射同一光电管，所以金属的截止频率相同，故B错误；滑动变阻器滑片P移至最左端，所加的反向电压为零，因能发生光电效应，所以电流表示数不为零，故D错误。8.(2021·广东潮州市一模)在光电效应实验中，某实验小组用某种频率的单色光照射锌极(K极)，G表是电流表，下列说法错误的是()A.不管入射光频率多大，只要照射时间足够长，G表一定会有示数B.只有入射光频率大于某个值，才能使G表有示数C.当G表有示数时，调换电源的极性，可能使G表无示数D.当G表有示数时，滑片P端从图所示位置向右移动，G表的示数可能不变答案A解析发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，与入射光的强度无关，与照射时间无关，A错误，B正确；当G表有示数时，调换电源的极性，电场力对光电子做负功，光电子速度减小，可能到达不了A极，因此可能使G表无示数，C正确；当G表有示数时，如果已经达到饱和光电流，即使滑片P端从图所示位置向右移动，光电管的正向电压增大，到达A极的光电子数也不会增加，这时G表的示数是不变的，D正确。9.(2021·辽宁沈阳市一模)如图所示是研究光电效应的实验装置，c为滑动变阻器的中点。用某种单色光照射光电管，将滑动变阻器的滑片P移到中点处，此时电流表中有电流，则()A.将滑片P向a端移动，光电流将一直变大B.将滑片P向a端移动，光电子的最大初动能一定变大C.将滑片P向b端移动，光电流将一直变小D.将滑片P向b端移动，光电子的最大初动能一定变小答案C解析将滑片P向a端移动，光电管所加电压为正向电压，光电流增大到饱和光电流后，将不再增大，A错误；根据光电效应方程，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与光电管两端的电压无关，B、D错误；将滑片P向b端移动，光电管所加的电压为反向电压，所以光电流会一直减小，C正确。10.光电鼠标轻便舒适，深受使用者喜爱，光电鼠标中的一个重要元件是光电管，它的原理是光电效应。频率为ν