新教材适用2024版高考物理一轮总复习练案39第十五章近代物理初步第1讲光电效应波粒二象性

练案[39] 第十五章　近代物理初步

 第1讲　光电效应　波粒二象性

一、选择题(本题共11小题，1～7题为单选，8～11题为多选)

1．(2023·江西高三月考)对黑体的认识，下列说法正确的是( D )

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

[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，故A、B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，与材料的种类及其表面状况无关，故C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，故D正确。

2．(2023·山西高三月考)关于对普朗克能量子假说的认识，下列说法正确的是( B )

A．振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值ε

B．带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍

C．能量子与电磁波的波长成正比

D．这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的

[解析]由普朗克能量子假说可知带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍，A、D错误，B正确；能量子ε＝hν，与电磁波的频率ν成正比，C错误。

3．康普顿效应揭示了光既有能量也有动量。如图所示为X射线中的光子与晶体中的电子在碰撞前、后的示意图。则碰撞后( C )

A．光子的动量大小不变  B.光子的速度减小

C．光子的波长变长  D.电子的动量增加了

[解析]光子和电子碰撞动量守恒，则光子的动量会减小，由λ＝，可知光子的波长变长，故C正确，A错误；由光速不变原理可知，光子的速度不变，故B错误；由动量守恒定律结合题意可知，电子的动量增加量小于，故D错误。

4．(2023·济宁高三课时练习)如图所示，用绿光照射一光电管，能发生光电效应。欲使光电子从阴极逸出时的初动能增大，应该( B )

A．改用红光照射

B．改用紫光照射

C．增大光电管上的加速电压

D．增大绿光的强度

[解析]由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W，增加最大初动能，只需要入射光的频率变大。红光的频率比绿光小，不一定发生光电效应，即使发生了，光电子的最大初动能也变小，故A错误；紫光的频率比绿光的大，一定发生光电效应，光电子的最大初动能增大，故B正确；增大光电管的加速电压，不影响阴极逸出时的初动能，故C错误；增加绿光照射强度只是增大了光电流强度，故D错误。

5．(2023·河南高三开学考试)研究光电效应的实验中得到的光电流I与光电管两端电压U的关系图像如图所示。关于a、b、c三束单色光频率的大小关系，下列说法正确的是( A )

A．νa＝νb<νc  B.νa<νb<νc

C．νa＝νc＝νb  D.νa>νb>νc

[解析]同一种金属的逸出功W0相同，由图像可知UCc>UCa＝UCb，由光电效应方程eUC＝hν－W0可知νa＝νb<νc。故选A。

6．(2023·江苏南京高三开学考试)如图是研究光电效应的电路图，当用波长为λ0的光照射到阴极K上时，微安表μA中有电流通过，则( B )

A．若将该入射光强度减小一半，微安表中的电流可能为零

B．若增加光电管两端电压，微安表中的电流可能先增大后不变

C．若将电源极性反接，微安表中的电流一定为零

D．若换用波长为λ1(λ1>λ0)的光照射阴极K，微安表中的电流一定为零

[解析]入射光的强度只影响光电流的强弱，是否产生光电流只与入射光的频率有关，因此将该入射光强度减小一半，微安表中的电流不可能为零，故A错误；初始时电压增加，打到阳极板的光电子数可能变多，光电流可能会增加，当从阴极板射出的光电子都打到阳极板，光电流不会再增大，因此微安表中的电流可能先增大后不变，故B正确；将电源极性反接，若加在光电管上的电压小于遏止电压，电路中仍然有光电流产生，故C错误；波长为λ1(λ1>λ0)的光的频率有可能大于极限频率，电路中可能有光电流，故D错误。

7．(2023·江苏镇江高三开学考试)甲、乙两种单色光通过同一双缝干涉实验装置得到的干涉图样如图所示，下列说法正确的是( C )

A．同等条件下乙光比甲光衍射现象更明显

B．甲光光子的动量大于乙光

C．两束单色光照射同一种金属均有光电子逸出，甲光照射后逸出的光电子最大初动能较小

D．光强相同的甲乙两光，甲光单位时间内发射的光子数较少

[解析]由Δx＝λ，可知λ甲>λ乙，故同等条件下甲光比乙光衍射现象更明显，故A错误；由p＝，可知甲光光子的动量小于乙光，故B错误；由Ek＝h－W，可知两束单色光照射同一种金属均有光电子逸出，甲光照射后逸出的光电子最大初动能较小，故C正确；光强相同，单位时间内通过垂直于光的传播方向的平均光能相同，则由n＝＝，可知甲光单位时间内发射的光子数较多，故D错误。

8．(2023·遵义高三课时练习)对光电效应的理解正确的是　( BCD )

A．金属钠的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属

B．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应

C．发生光电效应时，入射光频率越大，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大

D．由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应，入射光的最低频率也不同

[解析]按照爱因斯坦的光子说，光子的能量由光的频率决定，与光强无关，入射光的频率越大，发生光电效应时产生的光电子的最大初动能越大；但要使电子离开金属，电子必须具有足够的动能，而电子增加动能只能来源于照射光的光子能量，且一个电子只能吸收一个光子，不能同时吸收多个光子，所以光子的能量小于某一数值时便不能产生光电效应现象；不同金属的逸出功不同，截止频率不同，则发生光电效应的入射光的最低频率不同，综上所述，则：金属钠的每个电子只可以吸收一个光子，且不需要累积过程，选项A错误；如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应，选项B正确；发生光电效应时，入射光频率越大，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大，选项C正确；由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应，入射光的最低频率也不同，选项D正确。

9．(2023·郑州高三检测)关于物质波，以下观点正确的是( ACD )

A．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

B．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

C．由于宏观物体的德布罗意波长太小，所以无法观察到它们的波动性

D．电子束照射到金属晶体上得到电子束的衍射图样，从而证实了德布罗意的假设是正确的

[解析]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，A正确，B错误；由于宏观物体的德布罗意波长太小，所以无法观察到它们的波动性，故C正确；电子束照射到金属晶体上得到了电子束的衍射图样，从而证实了德布罗意的假设是正确的，故D正确。

10．(2023·南宁高三检测)热辐射是指所有物体在一定的温度下都要向外辐射电磁波的现象，辐射强度是指垂直于电磁波传播方向上的单位面积上单位时间内所接收到的辐射能量。在研究某一黑体辐射的实验规律时，得到了四种温度下黑体辐射的强度与波长的关系如图。图中横轴表示电磁波的波长，纵轴表示某种波长电磁波的辐射强度，则由辐射强度图线可知，同一黑体在不同温度下( BD )

A．向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同

B．辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动

C．向外辐射的电磁波的总功率随温度升高而减小

D．向外辐射的电磁波的波长范围是相同的

[解析]对于同一黑体，从图中可以看出，温度越高，向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度越大，故A错误；从图中可以看出，辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动，故B正确；从图中可以看出，随着温度的升高，各个波长的辐射强度均变大，故向外辐射的电磁波的总功率随温度升高而增大，故C错误；黑体可以辐射出任何波长的电磁波，在不同温度下，向外辐射的电磁波的波长范围是相同的，故D正确。

11．(2023·云南省玉溪第一中学高三开学考试)如图是某金属在光的照射下产生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( AB )

A．该金属的逸出功等于E

B．普朗克常量等于

C．入射光的频率为2ν0时，产生的电子的最大初动能为2E

D．入射光的频率为时，产生的电子的最大初动能为

[解析]根据光电效应方程Ek＝hν－W，结合图像可知该金属的逸出功W＝E，A正确；该图像的斜率为普朗克常数，故h＝，B正确；由图像可知，当入射光的频率为2ν0时，产生的电子的最大初动能为E，C错误；当入射光的频率为时，小于极限频率，不会产生光电效应，D错误。

二、非选择题

12．(2023·烟台高三月考)如图所示为证实电子波存在的实验装置，从F上出来的热电子可认为初速度为零，所加的加速电压U＝104 V，电子质量为m＝9.1×10－31 kg，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，电子被加速后通过小孔K1和K2后入射到薄的金箔上，发生衍射作用，结果在照相底片上形成同心圆明暗条纹，试计算(结果保留一位有效数字)

(1)电子经加速后获得的速度；

(2)电子的德布罗意波长。

[答案]　(1)6×107 m/s　(2)1×10－11 m

解析：(1)电子加速过程，根据动能定理有eU＝mv2，

解得v＝，代入数据得v≈6×107 m/s。

(2)根据动能和动量的定义式有

Ek＝mv2＝＝，

由德布罗意公式λ＝，

联立解得λ＝，

代入数据得λ≈1×10－11 m。

13．(2023·江苏苏州模拟预测)某同学采用如图所示的实验装置来研究光电效应现象。当用某单色光照射光电管的阴极K时，会发生光电效应现象，闭合开关S，在阳极A和阴极K之间加上反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计中电流恰为零，此电压表的电压值U称为遏止电压，根据遏止电压，可以计算出光电子的最大初动能Ekm。现分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极，测量到遏止电压分别为U1和U2，设电子质量为m，电荷量为e，求：

(1)用频率为ν1的光照射时，光电子的最大初速度v；

(2)普朗克常数h；

(3)阴极K金属的极限频率νc。

[答案]　(1)　(2)

(3)

[解析](1)光电子在电场中做减速运动，根据动能定理可知eU1＝0－mv2，

可得v＝。

(2)根据光电效应方程有Ek＝hν－W0，

可得：W0＝hν1－eU1＝hν2－eU2，

联立解得：h＝。

(3)将h代入hνc＝W0，解得：νc＝。