高考物理一輪復(fù)習(xí) 考點(diǎn)規(guī)范練37 光電效應(yīng) 波粒二象性(含解析)新人教版-新人教版高三物理試題

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高考物理一輪復(fù)習(xí) 考點(diǎn)規(guī)范練37 光電效應(yīng) 波粒二象性(含解析)新人教版-新人教版高三物理試題_第1頁(yè)
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1、考點(diǎn)規(guī)范練37 光電效應(yīng) 波粒二象性 一、單項(xiàng)選擇題 1.1927年戴維孫和革末完成了電子衍射實(shí)驗(yàn),該實(shí)驗(yàn)是榮獲諾貝爾獎(jiǎng)的重大近代物理實(shí)驗(yàn)之一。下圖是該實(shí)驗(yàn)裝置的簡(jiǎn)化圖,下列說(shuō)法不正確的是(  ) A.亮條紋是電子到達(dá)概率大的地方 B.該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明物質(zhì)波理論是正確的 C.該實(shí)驗(yàn)再次說(shuō)明光子具有波動(dòng)性 D.該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明實(shí)物粒子具有波動(dòng)性 答案:C 解析:亮條紋是電子到達(dá)概率大的地方,該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明物質(zhì)波理論是正確的,該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明實(shí)物粒子具有波動(dòng)性,不能說(shuō)明光子具有波動(dòng)性。 2.(2019·湖南益陽(yáng)調(diào)研)關(guān)于下列物理史實(shí)與物理現(xiàn)象,說(shuō)法正確的是(  ) A.光電效應(yīng)現(xiàn)象由德國(guó)物理學(xué)家

2、赫茲發(fā)現(xiàn),愛(ài)因斯坦對(duì)其做出了正確的解釋 B.只有入射光的頻率低于截止頻率,才會(huì)發(fā)生光電效應(yīng) C.根據(jù)愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程可知,光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比 D.光電效應(yīng)現(xiàn)象證明光是一種波 答案:A 解析:1887年德國(guó)物理學(xué)家赫茲發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)現(xiàn)象,愛(ài)因斯坦對(duì)光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律做出了正確的解釋,故A正確;每種金屬都有一個(gè)截止頻率,只有入射光的頻率大于等于截止頻率,才會(huì)發(fā)生光電效應(yīng),故B錯(cuò)誤;由愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0知,光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率不成正比,故C錯(cuò)誤;光電效應(yīng)現(xiàn)象證明光具有粒子性,故D錯(cuò)誤。 3.(2019·江西新余二模)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)

3、中,先后用頻率相同但光強(qiáng)不同的兩束光照射同一個(gè)光電管,若實(shí)驗(yàn)a中的光強(qiáng)大于實(shí)驗(yàn)b中的光強(qiáng),實(shí)驗(yàn)所得光電流I與光電管兩端所加電壓U間的關(guān)系曲線分別以a、b表示,則下列圖中可能正確的是(  ) 答案:A 解析:分析I-U圖像可知,光電流恰為零時(shí),光電管兩端加的電壓為截止電壓,對(duì)應(yīng)的光的頻率為截止頻率;入射光的頻率越高,對(duì)應(yīng)的遏止電壓Uc越大,由于入射光的頻率沒(méi)有變,故遏止電壓相同,即圖線與橫軸的交點(diǎn)相同。由于a光的光強(qiáng)大于b光的光強(qiáng),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(cuò)誤。 4.下表列出了幾種不同物體在某種速度下的德布羅意波的波長(zhǎng)和頻率為1 MHz的無(wú)線電波的波長(zhǎng)

4、,由表中數(shù)據(jù)可知(  ) 對(duì)象 質(zhì)量/kg 速度/(m·s-1) 波長(zhǎng)/m 彈子球 2.0×10-2 1.0×10-2 3.3×10-30 電子(100 eV) 9.1×10-31 6.0×106 1.2×10-10 無(wú)線電波(1 MHz) 3.0×108 3.0×102 ①要檢測(cè)彈子球的波動(dòng)性幾乎不可能?、跓o(wú)線電波通常情況下只能表現(xiàn)出波動(dòng)性 ③電子照射到金屬晶體上能觀察到它的波動(dòng)性?、苤挥锌梢?jiàn)光才有波動(dòng)性 A.①④ B.②④ C.①② D.①②③ 答案:D 解析:①?gòu)椬忧虻牟ㄩL(zhǎng)為3.3×10-30m,遠(yuǎn)小于宏觀物質(zhì)和微觀物質(zhì)的尺寸,故要檢測(cè)彈子球的波

5、動(dòng)性幾乎不可能,故①正確;②無(wú)線電波的波長(zhǎng)為3.0×102m,大于普通物體的尺寸,很容易發(fā)生衍射,故通常情況下只能表現(xiàn)出波動(dòng)性,故②正確;③高速射出的電子的波長(zhǎng)為1.2×10-10m,與原子的尺寸相接近,故電子通過(guò)金屬晶體后能夠發(fā)生衍射現(xiàn)象,故③正確;④根據(jù)德布羅意的物質(zhì)波理論,電磁波和實(shí)物粒子都具有波粒二象性,故④錯(cuò)誤;所以正確選項(xiàng)為D。 5.現(xiàn)有a、b、c三束單色光,其波長(zhǎng)關(guān)系為λa∶λb∶λc=1∶2∶3。當(dāng)用a光束照射某種金屬板時(shí)能發(fā)生光電效應(yīng),飛出的光電子最大初動(dòng)能為Ek,若改用b光束照射該金屬板,飛出的光電子最大初動(dòng)能為13Ek,當(dāng)改用c光束照射該金屬板時(shí)(  ) A.能發(fā)生光

6、電效應(yīng),飛出的光電子最大初動(dòng)能為16Ek B.能發(fā)生光電效應(yīng),飛出的光電子最大初動(dòng)能為19Ek C.能發(fā)生光電效應(yīng),飛出的光電子最大初動(dòng)能為112Ek D.由于c光束光子能量較小,該金屬板不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng) 答案:B 解析:對(duì)a光,由光電效應(yīng)方程有?cλa-W0=Ek,對(duì)b光有?c2λa-W0=13Ek,由以上兩式可得?cλa=43Ek,則W0=13Ek。當(dāng)改用c光束照射該金屬板時(shí),有?c3λa-W0=Ek'得Ek'=19Ek,故B正確。 6.用如圖甲所示的電路研究光電效應(yīng)中光電流與照射光的強(qiáng)弱、頻率等的關(guān)系,A、K兩極間的電壓大小可調(diào),電源的正負(fù)極也可以對(duì)調(diào)。分別用a、b、c三束單

7、色光照射,調(diào)節(jié)A、K間的電壓U,得到光電流I與電壓U的關(guān)系如圖乙所示。由圖可知(  ) A.單色光a和c的頻率相同,但a更強(qiáng)些 B.單色光a和c的頻率相同,但a更弱些 C.單色光b的頻率小于a的頻率 D.改變電源的極性不可能有光電流產(chǎn)生 答案:A 解析:由題圖乙可知,單色光a、c的遏止電壓相同,根據(jù)光電效應(yīng)方程可知,單色光a和c的頻率相同,但a產(chǎn)生的光電流大,說(shuō)明a光的強(qiáng)度大,選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;單色光b的遏止電壓大于單色光a、c的遏止電壓,所以單色光b的頻率大于a的頻率,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;光的頻率不變,改變電源的極性,只要所加反向電壓沒(méi)達(dá)到遏止電壓,可能有光電流產(chǎn)生,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。

8、 二、多項(xiàng)選擇題 7.(2019春·江蘇啟東校級(jí)期中)利用金屬晶格(大小約10-10 m)作為障礙物觀察電子的衍射圖樣,方法是讓電子通過(guò)電場(chǎng)加速,然后讓電子束照射到金屬晶格上,從而得到電子的衍射圖樣。已知電子質(zhì)量為m、電荷量為e、初速度為零,加速電壓為U,普朗克常量為h,則下列說(shuō)法正確的是(  ) A.該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明電子具有波動(dòng)性 B.實(shí)驗(yàn)中電子束的德布羅意波長(zhǎng)為λ=?2meU C.加速電壓U越大,電子的衍射現(xiàn)象越不明顯 D.若用相同動(dòng)能的質(zhì)子代替電子,衍射現(xiàn)象將更加明顯 答案:ABC 解析:實(shí)驗(yàn)得到了電子的衍射圖樣,說(shuō)明電子這種實(shí)物粒子發(fā)生了衍射,說(shuō)明電子具有波動(dòng)性,故A正確;由動(dòng)

9、能定理可得,eU=12mv2-0,電子加速后的速度v=2eUm,電子德布羅意波的波長(zhǎng)λ=?2meU,故B正確;由λ=?2meU可知,加速電壓U越大,波長(zhǎng)越短,衍射現(xiàn)象越不明顯,故C正確;物體動(dòng)能與動(dòng)量的關(guān)系是p=2mEk,由于質(zhì)子的質(zhì)量遠(yuǎn)大于電子的質(zhì)量,所以動(dòng)能相同的質(zhì)子的動(dòng)量遠(yuǎn)大于電子的動(dòng)量,由λ=?p可知,相同動(dòng)能的質(zhì)子的德布羅意波的波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于電子德布羅意波的波長(zhǎng),因此相同動(dòng)能的質(zhì)子代替電子,衍射現(xiàn)象將更加不明顯,故D錯(cuò)誤。 8.在X射線管中,由陰極發(fā)射的電子(不計(jì)初速度)被加速后打到陽(yáng)極,會(huì)產(chǎn)生包括X射線在內(nèi)的各種能量的光子,其中光子能量的最大值等于電子的動(dòng)能。已知陽(yáng)極與陰極之間的電勢(shì)

10、差U、普朗克常量h、電子電荷量e和光速c,則可知該X射線管發(fā)出的X射線的(  ) A.最短波長(zhǎng)為?ceU B.最長(zhǎng)波長(zhǎng)為?ceU C.最小頻率為eU? D.最大頻率為eU? 答案:AD 解析:根據(jù)動(dòng)能定理eU=12mv2、光速與波長(zhǎng)和頻率的關(guān)系公式c=λν、光子能量E=hν,依題意有eU≥E,則可得λ≥?ceU,ν≤eU?,所以A、D正確。 9.頻率為ν的光照射某金屬時(shí),產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能為Ek,則(  ) A.若改用頻率為2ν的光照射,該金屬產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能為2Ek B.若改用頻率為2ν的光照射,該金屬產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能為Ek+hν C.若改用頻率為12ν的

11、光照射,該金屬產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能為Ek+12hν D.若改用頻率為12ν的光照射,該金屬可能不發(fā)生光電效應(yīng) 答案:BD 解析:由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程hν=W0+Ek,用頻率為2ν的光照射時(shí)有h·2ν=W0+Ek',聯(lián)立得Ek'=Ek+hν,所以A錯(cuò)誤,B正確;若改用頻率為12ν的光照射,可能發(fā)生光電效應(yīng),也可能不發(fā)生光電效應(yīng),若發(fā)生,則h·12ν=W0+Ek″,可得Ek″=Ek-12hν,所以C錯(cuò)誤,D正確。 10.右圖為用光照射鋅板產(chǎn)生光電效應(yīng)的裝置示意圖。光電子的最大初動(dòng)能用Ek表示、入射光的強(qiáng)度用C表示、入射光的波長(zhǎng)用λ表示、入射光的照射時(shí)間用t表示、入射光的頻率用ν表示。則

12、下列說(shuō)法正確的是(  ) A.Ek與C無(wú)關(guān) B.Ek與λ成反比 C.Ek與t成正比 D.Ek與ν成線性關(guān)系 答案:AD 解析:由Ek=hν-W0知,Ek與照射光的強(qiáng)度及照射時(shí)間無(wú)關(guān),與ν成線性關(guān)系,A、D正確,C錯(cuò)誤;由Ek=?cλ-W0可知,Ek與λ并不成反比關(guān)系,B錯(cuò)誤。 11.(2019·廣東模擬)2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主威拉德·博伊爾和喬治·史密斯主要成就是發(fā)明了電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器。他們的發(fā)明利用了愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)原理。如圖所示電路可研究光電效應(yīng)規(guī)律。圖中標(biāo)有A和K的為光電管,其中A為陽(yáng)極,K為陰極。理想電流計(jì)可檢測(cè)通過(guò)光電管的電流,理想電壓表用來(lái)指示

13、光電管兩端的電壓?,F(xiàn)接通電源,用光子能量為10.5 eV的光照射陰極K,電流計(jì)中有示數(shù),若將滑動(dòng)變阻器的滑片P緩慢向右滑動(dòng),電流計(jì)的讀數(shù)逐漸減小,當(dāng)滑至某一位置時(shí)電流計(jì)的讀數(shù)恰好為零,讀出此時(shí)電壓表的示數(shù)為6.0 V?,F(xiàn)保持滑片P位置不變,以下判斷正確的是(  ) A.光電管陰極材料的逸出功為4.5 eV B.若增大入射光的強(qiáng)度,電流計(jì)的讀數(shù)不為零 C.若用光子能量為12 eV的光照射陰極K,光電子的最大初動(dòng)能一定變大 D.若用光子能量為9.5 eV的光照射陰極K,同時(shí)把滑片P向左移動(dòng)少許,電流計(jì)的讀數(shù)一定不為零 答案:AC 解析:電流計(jì)的讀數(shù)恰好為零,此時(shí)電壓表的示數(shù)為6.0

14、V,知光電子的最大初動(dòng)能為6.0eV。根據(jù)光電效應(yīng)方程知,W0=hν-Ek=10.5eV-6.0eV=4.5eV,故A正確。光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān),與入射光的頻率有關(guān)。所以增大入射光的強(qiáng)度,電流計(jì)的讀數(shù)仍為零,故B錯(cuò)誤。若用光子能量為12eV的光照射陰極K,根據(jù)光電效應(yīng)方程可知,光電子的最大初動(dòng)能一定變大,故C正確。若用光子能量為9.5eV的光照射陰極K,根據(jù)光電效應(yīng)方程可知,光電子的最大初動(dòng)能一定減小,同時(shí)把滑片P向左移動(dòng)少許,電流計(jì)的讀數(shù)可能仍然為零,故D錯(cuò)誤。 12.右圖是光控繼電器的示意圖,K是光電管的陰極。下列說(shuō)法正確的是(  ) A.圖中a端應(yīng)是電源的正極

15、B.只要有光照射K,銜鐵就被電磁鐵吸引 C.只要照射K的光足夠強(qiáng),銜鐵就被電磁鐵吸引 D.只有照射K的光頻率足夠大,銜鐵才被電磁鐵吸引 答案:AD 解析:電路中要產(chǎn)生電流,則a端接電源的正極,使從陰極K中逸出的光電子在光電管中加速,放大器的作用是將光電管中產(chǎn)生的電流放大,使鐵芯磁化,將銜鐵吸住,A正確;根據(jù)光電效應(yīng)方程知,能否發(fā)生光電效應(yīng)由金屬的逸出功和入射光的頻率決定,與入射光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān),故B、C錯(cuò)誤,D正確。 13.如圖所示,真空中金屬板M上方存在一垂直紙面向里的矩形有界勻強(qiáng)磁場(chǎng),邊界ON到M板的距離為d。用頻率為ν的紫外線照射M板(接地),只要磁感應(yīng)強(qiáng)度不大于B0,就有電子越過(guò)

16、邊界ON。已知電子的電荷量為e,質(zhì)量為m,普朗克常量為h。以下說(shuō)法正確的是(  ) A.若增強(qiáng)紫外線,單位時(shí)間從M板逸出的電子增多 B.若減弱紫外線,電子從M板逸出的最大初動(dòng)能減小 C.從M板逸出電子的最大初動(dòng)能為e2B02d22m D.該金屬的逸出功為hν-e2B02d28m 答案:AD 解析:增強(qiáng)照射光,即單位時(shí)間射到M板的光子數(shù)增多,則單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)增多,A正確;根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0,可知光電子的最大初動(dòng)能與照射光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān),B錯(cuò)誤;由題意可知,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0時(shí),沿水平方向向左射出的電子運(yùn)動(dòng)軌跡會(huì)與ON相切,即r=d2,結(jié)合evB0=mv2r和Ek

17、=12mv2,聯(lián)立可得Ek=e2B02d28m,逸出功W0=hν-e2B02d28m,C錯(cuò)誤,D正確。 14.(2019·安徽安慶模擬)某實(shí)驗(yàn)小組用圖甲所示電路研究a、b兩種單色光的光電效應(yīng)現(xiàn)象,通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到兩種光的光電流I與電壓U的關(guān)系如圖乙所示,由圖可知(  ) A.兩種光的頻率νa>νb B.金屬K對(duì)兩種光的逸出功Wa>Wb C.光電子的最大初動(dòng)能Eka

18、身決定,與光的頻率無(wú)關(guān),故B錯(cuò)誤;由題圖可得b光照射光電管時(shí)反向截止電壓大,其逸出的光電子最大初動(dòng)能大,故C正確;b光的頻率大,光子能量大,若a光可以讓處于基態(tài)的氫原子電離,則b光一定也可以,故D正確。 15.(2019·浙江期中)用如圖所示的光電管研究光電效應(yīng)的規(guī)律。先分別用a、b、c三束單色光照射甲圖中的光電管陰極K,閉合開(kāi)關(guān)S,并調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片位置,使電流計(jì)A的示數(shù)達(dá)到最大值,分別為Ia、Ib、Ic,讀數(shù)大小Ic>Ia>Ib;然后分別用a、b、c三束單色光照射乙圖中的相同光電管陰極K,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片位置,使電流計(jì)A的示數(shù)恰好為零,記錄三種情況下電壓表的示數(shù)分別為Ua、Ub、

19、Uc,讀數(shù)大小Ua>Ub=Uc,以下判斷正確的是(  ) A.三種光的頻率一定大于陰極K的極限頻率 B.c光的強(qiáng)度一定大于b光的強(qiáng)度 C.a光的頻率一定大于b光的頻率 D.a光照射光電管陰極K逸出光電子的動(dòng)能一定大于b光照射逸出光電子的動(dòng)能 答案:ABC 解析:三種光都能發(fā)生光電效應(yīng),由光電效應(yīng)的條件可知,三種光的頻率一定大于陰極K的極限頻率,故A正確;最大光電流Ic>Ia>Ib,由于最大光電流僅僅與光的強(qiáng)度有關(guān),可知c光的強(qiáng)度一定大于b光的強(qiáng)度,故B正確;反向截止電壓Ua>Ub=Uc,結(jié)合動(dòng)能定理eUc=12mvm2可知,a光打出的光電子的最大初動(dòng)能最大,由光電效應(yīng)方程可知,a光的頻率一定大于b光的頻率,故C正確;結(jié)合C的分析可知,a光照射光電管陰極K逸出光電子的最大初動(dòng)能一定大于b光照射逸出光電子的最大初動(dòng)能,但a光照射光電管陰極K逸出光電子的動(dòng)能不一定大于b光照射逸出光電子的動(dòng)能,故D錯(cuò)誤。

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