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考點規(guī)范練46　光電效應　波粒二象性
一、單項選擇題
1.康普頓效應揭示了光既有能量也有動量。下圖為X射線中的光子與晶體中的電子在碰撞前、后的示意圖。則碰撞后(　　)
A.光子的動量大小不變
B.光子的速度減小
C.光子的波長變長
D.電子的動量增加了
2.(2022·全國乙卷)一點光源以113 W的功率向周圍所有方向均勻地輻射波長約為6×10-7 m的光,在離點光源距離為R處每秒垂直通過每平方米的光子數(shù)為3×1014個。普朗克常量為h=6.63×10-34 J·s。R約為(　　)
A.1×102 m B.3×102 m
C.6×102 m D.9×102 m
3.光電管是一種利用光照產(chǎn)生電流的裝置,當入射光照在管中金屬板上時,可能形成光電流。表中給出了6次實驗的結果。
組 次 入射光子的能量/eV 相對光強 光電流大小/mA 逸出光電子的最大動能/eV
由表中數(shù)據(jù)得出的論斷不正確的是(　　)
A.兩組實驗采用了不同頻率的入射光
B.兩組實驗所用的金屬板材質(zhì)不同
C.若入射光子的能量為5.0 eV,逸出光電子的最大動能為1.9 eV
D.若入射光子的能量為5.0 eV,相對光強越強,光電流越大
4.在光電效應實驗中,先后用頻率相同但光強不同的兩束光照射同一個光電管,若實驗a中的光強大于實驗b中的光強,實驗所得光電流I與光電管兩端所加電壓U間的關系曲線分別以a、b表示,則下列圖像可能正確的是(　　)
5.用如圖甲所示的裝置研究光電效應現(xiàn)象。用頻率為ν的光照射光電管時發(fā)生了光電效應。圖乙是該光電管發(fā)生光電效應時光電子的最大初動能Ek與入射光頻率ν 的關系圖像,圖線與橫軸的交點坐標為(a,0),與縱軸的交點坐標為(0,-b),下列說法正確的是(　　)
A.普朗克常量為h=
B.僅增加照射光的強度,光電子的最大初動能將增大
C.保持照射光的強度不變,僅提高照射光頻率,電流表G的示數(shù)保持不變
D.保持照射光的強度不變,僅提高照射光頻率,電流表G的示數(shù)增大
二、多項選擇題
6.實物粒子和光都具有波粒二象性。下列事實中突出體現(xiàn)波動性的是(　　)
A.電子束通過雙縫實驗裝置后可以形成干涉圖樣
B.β射線在云室中穿過會留下清晰的徑跡
C.人們利用慢中子衍射來研究晶體的結構
D.人們利用電子顯微鏡觀測物質(zhì)的微觀結構
7.如圖所示,a、b間接輸出電壓恒為2 V的電源,用頻率為ν的單色光照射光電管的金屬板K,已知該金屬的逸出功為3.5 eV,普朗克常量用h表示,下列情形中能使電流表G指針偏轉的是(　　)
A.照射光子的能量hν=3 eV,a接電源正極
B.照射光子的能量hν=4 eV,a接電源正極
C.照射光子的能量hν=5 eV,a接電源負極
D.照射光子的能量hν=6 eV,a接電源負極
三、非選擇題
8.已知金屬銫的截止頻率對應的波長為λ0,現(xiàn)用波長為λ的光照射銫金屬表面,普朗克常量為h,真空中的光速為c,求:
(1)銫金屬的逸出功;
(2)發(fā)射光電子的最大初動能。
考點規(guī)范練46　光電效應　波粒二象性
1.C　解析:光子和電子碰撞,動量守恒,則光子的動量會減小,由λ=,可知光子的波長變長,故C正確,A錯誤。由光速不變原理可知,光子的速度不變,故B錯誤。由動量守恒定律結合題意可知,電子的動量增加量小于,故D錯誤。
2.B　解析:一個光子的能量為ε=hν,ν為光的頻率,光的波長與頻率的關系滿足c=λν,光源在時間t內(nèi)發(fā)出的光子的個數(shù)為n=,P為光源的功率。以光源為原點的球面上每平方米的光子數(shù)相同,半徑為R的球的表面積為S=4πR2,則t=1 s時有S= m2,聯(lián)立以上各式解得R約為3×102 m,故B正確。
3.B　解析:兩組實驗入射光的能量不同,由ε=hν可知,采用了不同頻率的入射光,A正確。根據(jù)愛因斯坦光電效應方程,金屬的逸出功W=hν-,代入實驗數(shù)據(jù)得兩組的逸出功相等,均等于3.1 eV,由W=hνc可知,兩組實驗所用的金屬板材質(zhì)相同,B錯誤。若入射光子的能量為5.0 eV,代入愛因斯坦光電效應方程,逸出光電子的最大動能為1.9 eV,C正確。若入射光子的能量為5.0 eV,發(fā)生光電效應,相對光強越強,光電子越多,光電流越大,D正確。
4.A　解析:分析I-U圖像可知,光電流恰為零時,光電管兩端加的電壓為遏止電壓,對應的光的頻率為截止頻率。入射光的頻率越高,對應的遏止電壓Uc越大,由于入射光的頻率相同,故遏止電壓相同,即圖線與橫軸的交點相同。由于a光的光強大于b光的光強,所以a光的飽和電流大于b光的飽和電流,故A正確,B、C、D錯誤。
5.A　解析:根據(jù)Ekm=hν-W0可得,圖線縱截距的絕對值等于金屬的逸出功,即金屬的逸出功等于b。當最大初動能為零時,入射光的頻率等于截止頻率,所以金屬的截止頻率為a,那么普朗克常量為h=,A正確。根據(jù)光電效應方程可知,光電子的最大初動能與照射光的頻率有關,與光的強度無關,B錯誤。若保持照射光的強度不變,僅提高照射光頻率,則光子數(shù)目減小,電流表G的示數(shù)會減小,C、D錯誤。
6.ACD　解析:電子束通過雙縫實驗裝置后可以形成干涉圖樣,說明電子是一種波,A正確。β射線在云室中穿過會留下清晰的徑跡,說明β射線是一種粒子,B錯誤。人們利用慢中子衍射來研究晶體的結構,中子衍射說明中子是一種波,C正確。人們利用電子顯微鏡觀測物質(zhì)的微觀結構,利用了電子束的衍射現(xiàn)象,說明電子束是一種波,D正確。
7.BD　解析:照射光子的能量hν=3 eV,小于金屬的逸出功,不能發(fā)生光電效應,即電流表G指針不會偏轉,選項A錯誤。a接電源正極,所加電壓為正向電壓,照射光子的能量hν=4 eV,大于金屬的逸出功,則能發(fā)生光電效應,電流表G指針會偏轉,選項B正確。照射光子的能量hν=5 eV,大于金屬的逸出功,則能發(fā)生光電效應,光電子的最大初動能為Ekm=(5-3.5) eV=1.5 eV;而a接電源負極,為反向電壓,Uc=2 V,因為Uce>Ekm,則光電子不能到達A板,電流表G指針不會偏轉,選項C錯誤。照射光子的能量hν=6 eV,大于金屬的逸出功,則能發(fā)生光電效應,光電子的最大初動能為Ekm=(6-3.5) eV=2.5 eV;而a接電源負極,為反向電壓,Uc=2 V,因為Uce8.解析:(1)由逸出功為W0=hν
而光的波速c=λ0ν
聯(lián)立可得W0=h。
(2)根據(jù)光電效應方程可知,光電子的最大初動能為Ekm=h-W0
聯(lián)立解得Ekm=h-h=hc。
答案:(1)　(2)hc
4

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