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課時(shí)跟蹤檢測(三十八)　光電效應(yīng)　波粒二象性

1．(2020·江蘇高考)“測溫槍”(學(xué)名“紅外線輻射測溫儀”)具有響應(yīng)快、非接觸和操作方便等優(yōu)點(diǎn)。它是根據(jù)黑體輻射規(guī)律設(shè)計(jì)出來的，能將接收到的人體熱輻射轉(zhuǎn)換成溫度顯示出來。若人體溫度升高，則人體熱輻射強(qiáng)度I及其極大值對應(yīng)的波長λ的變化情況是(　　)
A．I增大，λ增大　　　　　 B．I增大，λ減小
C．I減小，λ增大 D．I減小，λ減小
解析：選B　根據(jù)黑體輻射規(guī)律，可知隨溫度升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都增大，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動(dòng)，故人體熱輻射強(qiáng)度I隨人體溫度的升高而增大，其極大值對應(yīng)的波長減小，B項(xiàng)正確。
2．人眼對綠光最為敏感，正常人的眼睛接收到波長為530 nm的綠光時(shí)，只要所接收到的功率不低于2.3×10－18 W，眼睛就能察覺。已知普朗克常量為6.63×10－34 J·s，光速為3×108 m/s，人眼能察覺到綠光時(shí)，每秒至少接收到的綠光光子數(shù)為(　　)
A．6 B．60
C．600 D．6 000
解析：選A　綠光光子能量E＝hν＝hcλ ≈3.8×10－19 J，所以每秒內(nèi)最少接收光子數(shù)n＝PtE ＝2.3×10－18×13.8×10－19 個(gè)≈6個(gè)，B、C、D錯(cuò)誤，A正確。
3．(2019·北京高考)光電管是一種利用光產(chǎn)生電流的裝置，當(dāng)入射光照在管中金屬板上時(shí)，可能形成光電流。表中給出了6次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。

由表中數(shù)據(jù)得出的論斷中不正確的是(　　)
A．兩組實(shí)驗(yàn)采用了不同頻率的入射光
B．兩組實(shí)驗(yàn)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(dòng)能為1.9 eV
D．若入射光子的能量為5.0 eV，相對光強(qiáng)越強(qiáng)，光電流越大
解析：選B　光子的能量E＝hν，入射光子的能量不同，故入射光子的頻率不同，A正確。由愛因斯坦的光電效應(yīng)方程hν＝W＋Ek，可求出兩組實(shí)驗(yàn)的逸出功W均為3.1 eV，故兩組實(shí)驗(yàn)所用的金屬板材質(zhì)相同，B錯(cuò)誤。由hν＝W＋Ek，W＝3.1 eV；當(dāng)hν＝5.0 eV時(shí)，Ek＝1.9 eV，C正確。光強(qiáng)越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)射出的光子數(shù)越多，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)越多，形成的光電流越大，D錯(cuò)誤。本題選不正確的，故選B。
4.如圖所示，在研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，保持P的位置不變，用單色光a照射陰極K，電流計(jì)G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；改用另一頻率的單色光b照射陰極K，電流計(jì)的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，那么(　　)
A．增加a的強(qiáng)度一定能使電流計(jì)的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)
B．用b照射時(shí)通過電流計(jì)的電流由d到c
C．只增加b的強(qiáng)度一定能使通過電流計(jì)的電流增大
D．a(chǎn)的波長一定小于b的波長
解析：選C　用單色光a照射陰極K，電流計(jì) 的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明a光的頻率小于陰極K的截止頻率，增加a的強(qiáng)度也無法使電流計(jì)的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，A錯(cuò)誤；電子通過電流計(jì)的運(yùn)動(dòng)方向從d到c，電流方向從c到d，B錯(cuò)誤；只增加b的強(qiáng)度可以使光電流增大，使通過電流計(jì)的電流增大，C正確；b光能使陰極K發(fā)生光電效應(yīng)，b光的頻率大于陰極K的截止頻率也就大于a光的頻率，b的波長一定小于a的波長，D錯(cuò)誤。
5．(多選)實(shí)物粒子和光都具有波粒二象性。下列事實(shí)中突出體現(xiàn)波動(dòng)性的是(　　)
A．電子束通過雙縫實(shí)驗(yàn)裝置后可以形成干涉圖樣
B．β射線在云室中穿過會(huì)留下清晰的徑跡
C．人們利用慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu)
D．人們利用電子顯微鏡觀測物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)
解析：選ACD　電子束通過雙縫實(shí)驗(yàn)裝置后可以形成干涉圖樣，說明電子是一種波，故A正確；β射線在云室中穿過會(huì)留下清晰的徑跡，可以說明β射線是一種粒子，故B錯(cuò)誤；人們利用慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu)，中子衍射說明中子是一種波，故C正確；人們利用電子顯微鏡觀測物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，利用了電子束的衍射現(xiàn)象，說明電子束是一種波，故D正確。
6．用如圖甲所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象。閉合開關(guān)S，用頻率為ν的光照射光電管時(shí)發(fā)生了光電效應(yīng)。圖乙是該光電管發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖象，圖線與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為(a，0)，與縱軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為(0，－b)。下列說法正確的是(　　)

A．普朗克常量為h＝ab
B．?dāng)嚅_開關(guān)S后，電流表G的示數(shù)不為零
C．僅增加照射光的強(qiáng)度，光電子的最大初動(dòng)能將增大
D．保持照射光強(qiáng)度不變，僅提高照射光頻率，電流表G的示數(shù)保持不變
解析：選B　由Ek＝hν－W0，可知圖線的斜率為普朗克常量，即h＝ba ，故A錯(cuò)誤；斷開開關(guān)S后，仍有光電子產(chǎn)生，所以電流表G的示數(shù)不為零，故B正確；只有增大入射光的頻率，才能增大光電子的最大初動(dòng)能，與光的強(qiáng)度無關(guān)，故C錯(cuò)誤；保持照射光強(qiáng)度不變，僅提高照射光頻率，單個(gè)光子的能量增大，而光的強(qiáng)度不變，那么光子數(shù)一定減少，發(fā)出的光電子數(shù)也減少，電流表G的示數(shù)要減小，故D錯(cuò)誤。
7.(多選)(2020·河南鄭州模擬)某金屬在光的照射下發(fā)生光電效應(yīng)，其遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖象如圖所示。則由圖象可知(　　)
A．該金屬的逸出功等于hν0
B．遏止電壓是確定的，與入射光的頻率無關(guān)
C．入射光的頻率為2ν0時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為hν0
D．入射光的頻率為3ν0時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為hν0
解析：選AC　當(dāng)遏止電壓為零時(shí)，最大初動(dòng)能為零，則入射光的能量等于逸出功，所以W0＝hν0，故選項(xiàng)A正確；根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0和－eUc＝0－Ekm得，Uc＝he ν－W0e ，可知當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí)，遏止電壓與入射光的頻率成線性關(guān)系，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；從圖象上可知，逸出功W0＝hν0，根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝h·2ν0－W0＝hν0，故選項(xiàng)C正確；Ek＝h·3ν0－W0＝2hν0，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
8．(2020·山東省臨沂模擬)用不同頻率的紫外線分別照射鎢和鋅的表面而產(chǎn)生光電效應(yīng)，可得到光電子最大初動(dòng)能Ek隨入射光頻率ν變化的Ek-ν圖象，已知鎢的逸出功是3.28 eV，鋅的逸出功是3.34 eV，若將二者的圖線畫在同一個(gè)Ek-ν圖象中，如圖所示，用實(shí)線表示鎢的Ek-ν圖象，虛線表示鋅的Ek-ν圖象，則正確反映這一過程的是(　　)

解析：選A　依據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，Ek-ν圖象的斜率代表普朗克常量h，因此鎢和鋅的Ek-ν圖象應(yīng)該平行。圖象在橫軸的截距代表截止頻率ν0，而ν0＝W0h ，因此鎢的截止頻率ν0小些。綜上所述，A正確。

9．以往我們認(rèn)識的光電效應(yīng)是單光子光電效應(yīng)，即一個(gè)電子在極短時(shí)間內(nèi)只能吸收到一個(gè)光子而從金屬表面逸出。強(qiáng)激光的出現(xiàn)豐富了人們對于光電效應(yīng)的認(rèn)識，用強(qiáng)激光照射金屬，由于其光子密度極大，一個(gè)電子在極短時(shí)間內(nèi)吸收多個(gè)光子成為可能，從而形成多光子光電效應(yīng)，這已被實(shí)驗(yàn)證實(shí)。光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖所示。用頻率為ν的普通光源照射陰極K，沒有發(fā)生光電效應(yīng)，換用同樣頻率ν的強(qiáng)激光照射陰極K，則發(fā)生了光電效應(yīng)；此時(shí)，若加上反向電壓U，即將陰極K接電源正極，陽極A接電源負(fù)極，在K、A之間就形成了使光電子減速的電場；逐漸增大U，光電流會(huì)逐漸減小；當(dāng)光電流恰好減小到零時(shí)，所加反向電壓U可能是下列的(其中W0為逸出功，h為普朗克常量，e為電子電荷量)(　　)

A．U＝hνe －W0e B．U＝2hνe －W0e
C．U＝2hν－W0 D．U＝5hν2e －W0e
解析：選B　同頻率的光照射K極，普通光不能使其發(fā)生光電效應(yīng)，而強(qiáng)激光能使其發(fā)生光電效應(yīng)，說明一個(gè)電子吸收了多個(gè)光子。設(shè)吸收的光子個(gè)數(shù)為n。光電子逸出的最大初動(dòng)能為Ek，由光電效應(yīng)方程知Ek＝nhν－W0(n≥2)①；光電子逸出后克服電場力做功，由動(dòng)能定理知Ek＝eU②，聯(lián)立上述兩式得U＝nhνe －W0e ，當(dāng)n＝2時(shí)，即為B選項(xiàng)，其他選項(xiàng)均不可能。
10．(多選)用光照射某種金屬時(shí)逸出的光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的變化圖象如圖所示(直線與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)4.27，與縱軸交點(diǎn)坐標(biāo)0.5)。由圖象可知(　　)

A．該金屬的截止頻率為4.27×1014 Hz
B．該金屬的截止頻率為5.5×1014 Hz
C．該圖象的斜率表示普朗克常量
D．該金屬的逸出功約為1.8 eV
解析：選ACD　由光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，題圖中橫軸的截距為該金屬的截止頻率，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；圖象的斜率表示普朗克常量h，C正確；該金屬的逸出功W0＝hν0＝6.63×10－34×4.27×1014 J≈1.8 eV，選項(xiàng)D正確。
11．研究光電效應(yīng)的電路圖如圖所示，則下列關(guān)于光電流與電壓的關(guān)系圖象正確的是(　　)


解析：選A　同一種光的頻率相等，根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，知最大初動(dòng)能相等，由Ek＝eUc，知遏止電壓相等，藍(lán)光的頻率大于黃光的頻率，則藍(lán)光的遏止電壓大于黃光的遏止電壓。光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)目越多，光電流越大。故A正確，B、C、D錯(cuò)誤。
12．(2020·河北唐山市模擬)用金屬銣為陰極的光電管觀測光電效應(yīng)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖甲所示，實(shí)驗(yàn)中測得銣的遏止電壓Uc與入射光頻率ν之間的關(guān)系如圖乙所示，圖線與橫軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)為5.15×1014 Hz。已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s。則下列說法正確的是(　　)

A．欲測遏止電壓，應(yīng)選擇電源左端為正極
B．當(dāng)電源左端為正極時(shí)，滑動(dòng)變阻器的滑片向右滑動(dòng)，電流表的示數(shù)持續(xù)增大
C．增大照射光的強(qiáng)度，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能一定增大
D．如果實(shí)驗(yàn)中入射光的頻率ν＝7.00×1014 Hz，則產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ek約為1.2×10－19 J
解析：選D　由題圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置測量銣的遏止電壓Uc，因光電管左端為陽極，則電源左端為負(fù)極，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；當(dāng)電源左端為正極時(shí)，滑動(dòng)變阻器的滑片向右滑動(dòng)的過程中，光電管兩端電壓增大，光電流增大，當(dāng)光電流達(dá)到飽和值，不再增大，即電流表讀數(shù)的變化是先增大后不變，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率和金屬的逸出功有關(guān)，與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；根據(jù)題圖乙可知，銣的截止頻率νc＝5.15×1014 Hz，根據(jù)hνc＝W0，則可求出該金屬的逸出功大小W0＝6.63×10－34×5.15×1014 J≈3.41×10－19 J，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，可知當(dāng)入射光的頻率為ν＝7.00×1014 Hz時(shí)，則光電子的最大初動(dòng)能為Ek＝6.63×10－34×7.00×1014 J－3.41×10－19 J≈1.2×10－19 J，故選項(xiàng)D正確。
13．從1907年起，美國物理學(xué)家密立根就開始以精湛的技術(shù)測量光電效應(yīng)中幾個(gè)重要的物理量。他通過如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置測量某金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν，作出如圖乙所示的Uc-ν圖象，由此算出普朗克常量h，并與普朗克根據(jù)黑體輻射測出的h相比較，以檢驗(yàn)愛因斯坦光電效應(yīng)方程的正確性。已知電子的電荷量為e，則下列普朗克常量h的表達(dá)式正確的是(　　)

A．h＝e（Uc2－Uc1）ν2－ν1 B．h＝Uc2－Uc1e（ν2－ν1）
C．h＝ν2－ν1e（Uc2－Uc1） D．h＝e（ν2－ν1）Uc2－Uc1
解析：選A　根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0及動(dòng)能定理eUc＝Ek，得Uc＝he ν－W0e ，所以圖象的斜率k＝Uc2－Uc1ν2－ν1 ＝he ，則h＝e（Uc2－Uc1）ν2－ν1 ，故A項(xiàng)正確。
14．(多選)小宇同學(xué)參加學(xué)校科技嘉年華，設(shè)計(jì)了一個(gè)光電煙霧探測器。如圖所示，S為光源，可以發(fā)出一束光束，當(dāng)有煙霧進(jìn)入探測器時(shí)，來自S的光會(huì)被煙霧散射進(jìn)入光電管C，當(dāng)光射到光電管中的鈉表面時(shí)(鈉的極限頻率為6.00×1014 Hz)會(huì)產(chǎn)生光電子，當(dāng)光電流大于10－8 A時(shí)，便會(huì)觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警。下列說法正確的是(　　)

A．要使該探測器正常工作，光源S發(fā)出的光的波長不能小于0.5 μm
B．金屬鈉的最小逸出功為4 eV
C．光源S發(fā)出的光波能使光電管發(fā)生光電效應(yīng)，那么光源越強(qiáng)，光電煙霧探測器靈敏度越高
D．若射向光電管C的光子有5%會(huì)產(chǎn)生光電子，當(dāng)報(bào)警器報(bào)警時(shí)，每秒射向C的鈉表面的光子最少數(shù)目N＝1.25×1012 個(gè)
解析：選CD　光源S發(fā)出的光波最大波長λmax＝cν0 ＝3×1086.00×1014 m＝5×10－7 m＝0.5 μm，即要使該探測器正常工作，光源S發(fā)出的光的波長不能大于0.5 μm，故A錯(cuò)誤；由于鈉的極限頻率為6.00×1014 Hz，根據(jù)W0＝hνc＝6.63×10－34×6×10141.6×10－19 eV≈2.5 eV，故B錯(cuò)誤；光源S發(fā)出的光能使光電管發(fā)生光電效應(yīng)，那么光源越強(qiáng)，被煙霧散射進(jìn)入光電管C的光越多，越容易探測到煙霧，即光電煙霧探測器靈敏度越高，故C正確；光電流等于10－8A時(shí)，每秒產(chǎn)生的光電子的個(gè)數(shù)n＝Ite ＝10－8×11.6×10－19 個(gè)＝6.25×1010 個(gè)，每秒射向C的鈉表面的光子最少數(shù)目N＝n5% ＝6.25×10105% 個(gè)＝1.25×1012 個(gè)，故D正確。

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