高考物理能力提升知識(shí)點(diǎn)優(yōu)化 波粒二象性

一、單項(xiàng)選擇題(本大題共4小題，每小題6分，共24分，每小題只有一個(gè)選項(xiàng)符合題意)1.物理學(xué)的發(fā)展豐富了人類(lèi)對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)，推動(dòng)了科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新和革命，促進(jìn)了物質(zhì)生產(chǎn)的繁榮與人類(lèi)文明的進(jìn)步.下列表述正確的是()A.牛頓發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律B.洛倫茲發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律C.光電效應(yīng)證實(shí)了光的波動(dòng)性D.愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程徹底否定了光的波動(dòng)性[高考資源網(wǎng)KS5U.COM]2.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，飛出的光電子最大動(dòng)能為eq\f(1,3)Ek，當(dāng)改用c光束照射該金屬板時(shí)()A.能發(fā)生光電效應(yīng)，飛出的光電子最大動(dòng)能為eq\f(1,6)EkB.能發(fā)生光電效應(yīng)，飛出的光電子最大動(dòng)能為eq\f(1,9)EkC.能發(fā)生光電效應(yīng)，飛出的光電子最大動(dòng)能為eq\f(1,12)Ek[K]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)3.(2011·福建高考)愛(ài)因斯坦因提出了光量子概念并成功地解釋光電效應(yīng)的規(guī)律而獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).某種金屬逸出光電子的最大初動(dòng)能Ekm與入射光頻率ν的關(guān)系如圖所示，其中ν0為極限頻率.從圖中可以確定的是()A.逸出功與ν有關(guān)B.Ekm與入射光強(qiáng)度成正比C.當(dāng)ν<ν0時(shí)，會(huì)逸出光電子D.圖中直線(xiàn)的斜率與普朗克常量有關(guān)4.(2012·陽(yáng)江模擬)如圖所示是光電管的原理圖，已知當(dāng)有波長(zhǎng)為λ0的光照射到陰極K上時(shí)，電路中有光電流，則()A.若換用波長(zhǎng)為λ1(λ1>λ0)的光照射陰極K時(shí)，電路中一定沒(méi)有光電流B.若換用波長(zhǎng)為λ2(λ2<λ0)的光照射陰極K時(shí)，電路中一定有光電流C.增加電路中電源電壓，電路中光電流一定增大D.若將電源極性反接，電路中一定沒(méi)有光電流產(chǎn)生二、雙項(xiàng)選擇題(本大題共5小題，每小題8分，共40分，每小題有兩個(gè)選項(xiàng)符合題意)5.(易錯(cuò)題)光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：對(duì)于某種金屬()A.無(wú)論光強(qiáng)多強(qiáng)，只要光的頻率小于極限頻率就不能產(chǎn)生光電效應(yīng)B.無(wú)論光的頻率多低，只要光照時(shí)間足夠長(zhǎng)就能產(chǎn)生光電效應(yīng)C.超過(guò)極限頻率的入射光強(qiáng)度越弱，所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能就越小D.超過(guò)極限頻率的入射光頻率越高，所產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能就越大6.三種不同的入射光線(xiàn)甲、乙、丙分別照射在三種不同的金屬a、b、c上，均恰能使金屬中逸出光電子.已知三種光線(xiàn)的波長(zhǎng)λ甲＞λ乙＞λ丙，則()A.用入射光甲照射金屬b，可能發(fā)生光電效應(yīng)B.用入射光丙照射金屬b，一定發(fā)生光電效應(yīng)[高考資源網(wǎng)]C.用入射光甲和乙同時(shí)照射金屬c，可能發(fā)生光電效應(yīng)D.用入射光乙和丙同時(shí)照射金屬a，一定發(fā)生光電效應(yīng)7.物理學(xué)家做了一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn)：在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，在光屏處放上照相底片，若減弱光的強(qiáng)度，使光子只能一個(gè)一個(gè)地通過(guò)狹縫，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，如果曝光時(shí)間不太長(zhǎng)，底片上只出現(xiàn)一些不規(guī)則的點(diǎn)子；如果曝光時(shí)間足夠長(zhǎng)，底片上就會(huì)出現(xiàn)規(guī)則的干涉條紋，對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有下列認(rèn)識(shí)，正確的是()A.曝光時(shí)間不長(zhǎng)時(shí)，出現(xiàn)不規(guī)則的點(diǎn)子，表現(xiàn)出光的波動(dòng)性[高考資源網(wǎng)]B.單個(gè)光子通過(guò)雙縫后的落點(diǎn)無(wú)法預(yù)測(cè)C.干涉條紋中明亮的部分是光子到達(dá)機(jī)會(huì)較多的地方D.只有大量光子的行為才能表現(xiàn)出光的粒子性8.(易錯(cuò)題)分別用波長(zhǎng)為λ的單色光照射兩塊不同的金屬板，發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能分別為3eV和2eV.當(dāng)改用波長(zhǎng)為eq\f(λ,2)的單色光照射時(shí)，其中一塊金屬板發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能為8eV，則另一塊金屬板發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能為()A.5eVB.7eV[高考資源網(wǎng)KS5U.COM]C.9eVD.12eV9.如圖是某金屬在光的照射下產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能eq\f(1,2)mveq\o\al(2,max)與入射光頻率ν的關(guān)系圖象.由圖象可知()A.該金屬的逸出功等于EB.該金屬的逸出功等于hν0C.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2ED.入射光的頻率為eq\f(ν0,2)時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為eq\f(E,2)三、計(jì)算題(本大題共2小題，共36分，要有必要的文字說(shuō)明和解題步驟，有數(shù)值計(jì)算的要注明單位)10.(預(yù)測(cè)題)(18分)紫光在真空中的波長(zhǎng)為4.5×10－7m，問(wèn)：(1)紫光光子的能量是多少？(2)用它照射極限頻率為ν0＝4.62×1014Hz的金屬鉀能否產(chǎn)生光電效應(yīng)？(3)若能產(chǎn)生，則光電子的最大初動(dòng)能為多少？(h＝6.63×10－34J·s)11.(18分)如圖所示，當(dāng)電鍵S斷開(kāi)時(shí)，用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極P，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零.合上電鍵，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.60V時(shí)，電流表讀數(shù)仍不為零；當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V時(shí)，電流表讀數(shù)為零.(1)求此時(shí)光電子的最大初動(dòng)能的大小.(2)求該陰極材料的逸出功.答案解析1.【解析】選A.了解部分物理學(xué)史：牛頓發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律；法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律；光電效應(yīng)證明了光具有粒子性；愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程是建立在光具有粒子性的基礎(chǔ)上，但它并沒(méi)有完全否定光的波動(dòng)性，光子的能量E＝hν，其中頻率ν是一個(gè)描述波的物理量，故A正確，B、C、D均錯(cuò).[高考資源網(wǎng)KS5U.COM]2.【解析】選B.對(duì)a、b、c三束光由光電效應(yīng)方程有：eq\f(hc,λa)－W＝Ek，eq\f(hc,2λa)－W＝eq\f(1,3)Ek，由以上兩式得eq\f(hc,λa)＝eq\f(4,3)Ek，W＝eq\f(1,3)Ek.當(dāng)改用c光束照射該金屬板時(shí)eq\f(hc,3λa)－W＝eq\f(4,9)Ek－eq\f(1,3)Ek＝eq\f(1,9)Ek，故B正確.3.【解析】選D.由光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W，W＝hν0，與y＝kx＋b相對(duì)應(yīng)可知只有D項(xiàng)正確.4.【解析】選B.用波長(zhǎng)為λ0的光照射陰極K，電路中有光電流，說(shuō)明入射光的頻率ν＝eq\f(c,λ0)大于金屬的極限頻率，換用波長(zhǎng)為λ1的光照射陰極K，因?yàn)棣?>λ0，根據(jù)ν＝eq\f(c,λ)可知，波長(zhǎng)為λ1的光的頻率不一定大于金屬的極限頻率，也不一定小于金屬的極限頻率，因此不能確定是否發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，A錯(cuò)誤；同理可以判斷，B正確；光電流的大小與入射光的強(qiáng)度有關(guān)，在一定頻率與強(qiáng)度的光照射下，光電流與電壓之間的關(guān)系為：開(kāi)始時(shí)，光電流隨電壓U的增加而增大，當(dāng)U大到一定程度時(shí)，光電流達(dá)到飽和值，這時(shí)即使再增大U，在單位時(shí)間內(nèi)也不可能有更多的光電子定向移動(dòng)，光電流也就不會(huì)再增加，即飽和光電流是在一定頻率與強(qiáng)度的光照射下的最大光電流，增大電源電壓，若光電流達(dá)到飽和值，則光電流也不會(huì)增大，C錯(cuò)誤；將電源極性反接，若光電子的最大初動(dòng)能大于光電管兩極間電場(chǎng)力做的功，電路中仍有光電流產(chǎn)生，D錯(cuò)誤.【總結(jié)提升】解光電效應(yīng)問(wèn)題常用技巧(1)判斷和描述時(shí)應(yīng)理清三個(gè)關(guān)系.①光電效應(yīng)的實(shí)質(zhì)(單個(gè)光子被單個(gè)電子吸收而產(chǎn)生的)②光電子最大初動(dòng)能的來(lái)源(金屬表面的自由電子吸收光子后克服逸出功逸出后具有的動(dòng)能)③入射光強(qiáng)度與光電流的關(guān)系(當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí)光電流與入射光的強(qiáng)度成正比)[高考資源網(wǎng)](2)定量分析時(shí)應(yīng)抓住三個(gè)關(guān)系式.①愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0.②最大初動(dòng)能與遏止電壓的關(guān)系：Ek＝eU0.③逸出功與極限頻率的關(guān)系：W0＝hν0.5.【解析】選A、D.只有當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí)才會(huì)產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，且光電子的最大初動(dòng)能Ekm＝hν－W0只取決于頻率，與光的強(qiáng)度無(wú)關(guān).A、D項(xiàng)正確，B、C項(xiàng)錯(cuò)誤.6.【解析】選B、D.由c＝λν和λ甲＞λ乙＞λ丙得ν甲＜ν乙＜ν丙.光乙能使金屬b恰能發(fā)生光電效應(yīng)，所以光甲不能使b發(fā)生光電效應(yīng)，而丙能，A錯(cuò)B對(duì)，同理C錯(cuò)D對(duì).7.【解析】選B、C.由于光波是一種概率波，單個(gè)光子的落點(diǎn)無(wú)法預(yù)測(cè)，大量光子的分布服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律，故B、C正確.A中的現(xiàn)象說(shuō)明了光的粒子性；個(gè)別光子的行為才通常表現(xiàn)出粒子性，故A、D錯(cuò)誤.8.【解析】選B、C.根據(jù)光電效應(yīng)方程知，用波長(zhǎng)為λ的單色光照射金屬板Ⅰ時(shí)有Ek1＝eq\f(hc,λ)－W1，照射金屬板Ⅱ時(shí)有Ek2＝eq\f(hc,λ)－W2；若用波長(zhǎng)為eq\f(λ,2)的單色光照射金屬板Ⅰ時(shí)有E′k1＝eq\f(2hc,λ)－W1，照射金屬板Ⅱ時(shí)有E′k2＝eq\f(2hc,λ)－W2；若Ek1＝3eV，Ek2＝2eV，E′k1＝8eV，則解得E′k2＝7eV；若Ek1＝3eV，Ek2＝2eV，E′k2＝8eV，則解得E′k1＝9eV.【變式備選】用同一束單色光，在同一條件下先后照射鋅片和銀片，都能產(chǎn)生光電效應(yīng)，在這兩個(gè)過(guò)程中，對(duì)于下列四個(gè)量，一定相同的是，可能相同的是，一定不同的是.A.光子的能量B.光電子的逸出功C.光電子動(dòng)能D.光電子初動(dòng)能【解析】光子的能量由光的頻率決定，同一束單色光頻率相同，因而光子能量相同，逸出功等于電子脫離原子核束縛需要做的最少的功，因此只由材料決定.鋅片和銀片的光電效應(yīng)中，光電子的逸出功一定不相同.由Ek＝hν－W0，照射光子能量hν相同，逸出功W0不同，則電子最大初動(dòng)能也不同.由于光電子吸收光子后到達(dá)金屬表面的路徑不同，途中損失的能量也不同，因而脫離金屬時(shí)的動(dòng)能可能分布在零到最大初動(dòng)能之間.所以，兩個(gè)不同光電效應(yīng)的光電子中，有時(shí)初動(dòng)能是可能相等的.答案：AC、DB9.【解析】選A、B.由愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程可得：eq\f(1,2)mveq\o\al(2,max)＝hν－W，對(duì)應(yīng)圖線(xiàn)可知，該金屬的逸出功為E，極限頻率為ν0，則W＝E＝hν0，A、B正確.當(dāng)入射光頻率為2ν0時(shí)，eq\f(1,2)mveq\o\al(2,max)＝h·2ν0－W＝hν0＝E為光電子的最大初動(dòng)能，C錯(cuò)誤；當(dāng)ν＝eq\f(ν0,2)時(shí)不發(fā)生光電效應(yīng)，D錯(cuò)誤.10.【解析】(1)E＝hν＝heq\f(c,λ)＝4.42×10－19J(6分)(2)ν＝eq\f(c,λ)＝6.67×1014Hz(4分)因?yàn)棣?gt;ν0，所以能產(chǎn)生光電效應(yīng).(2分)(3)Ekm＝hν－W0＝h(ν－ν0)＝1.36×10－19J.(6分)答案：(1)4.42×10－19J(2)能(3)1.36×10－19J11.【解題指南】解答本題時(shí)可按以下思路分析：(1)根據(jù)最大反向電壓可求出光電子的最大初動(dòng)能.(2)根據(jù)光子的能量和光電子的最大初動(dòng)能可求出材料的逸出功.【解析】設(shè)用光子能量為2.5eV的光照射時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能為Ek，陰極材料逸出功為W0，當(dāng)反向電壓達(dá)到U＝0.60V以后，具有最大初動(dòng)能的光電子也達(dá)不到陽(yáng)極，因此eU＝Ek