適用于新高考新教材備戰(zhàn)2025屆高考物理一輪總復(fù)習(xí)第16章近代物理第1講光電效應(yīng)波粒二象性

第十六章近代物理第1講光電效應(yīng)波粒二象性

基礎(chǔ)對(duì)點(diǎn)練題組一黑體輻射及實(shí)驗(yàn)規(guī)律1.“測(cè)溫槍”(學(xué)名“紅外線輻射測(cè)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(lái)的,能將接收到的人體熱輻射轉(zhuǎn)換成溫度顯示。若人體溫度升高,則人體熱輻射強(qiáng)度I及其極大值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)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2.(2022全國(guó)乙卷)一點(diǎn)光源以113W的功率向周?chē)蟹较蚓鶆虻剌椛洳ㄩL(zhǎng)約為6×10-7m的光,在離點(diǎn)光源距離為R處每秒垂直通過(guò)每平方米的光子數(shù)為3×1014個(gè)。普朗克常量為h=6.63×10-34J·s。R約為()A.1×102m B.3×102mC.6×102m D.9×102m題組二光電效應(yīng)規(guī)律的理解及應(yīng)用3.(2024廣東廣州一模)如圖所示,放映電影時(shí),強(qiáng)光照在膠片上,一方面,將膠片上的“影”投到屏幕上;另一方面,通過(guò)聲道后的光照在光電管上,隨即產(chǎn)生光電流,喇叭發(fā)出與畫(huà)面同步的聲音。電影實(shí)現(xiàn)聲音與影像同步,主要應(yīng)用了光電效應(yīng)的下列哪一條規(guī)律()A.光電效應(yīng)的發(fā)生時(shí)間極短,光停止照射,光電效應(yīng)立即停止B.入射光的頻率必須大于金屬的極限頻率,光電效應(yīng)才能發(fā)生C.光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān),只隨著入射光的頻率增大而增大D.當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí),光電流的強(qiáng)度隨入射光的強(qiáng)度增大而增大4.利用如圖所示的電路研究光電效應(yīng)現(xiàn)象,滑片的位置在O點(diǎn)的正上方。已知入射光的頻率大于陰極K的截止頻率,且光的強(qiáng)度較大,則()A.減弱入射光的強(qiáng)度,遏止電壓變小B.滑片不移動(dòng)時(shí),微安表的示數(shù)為零C.滑片向a端移動(dòng),微安表的示數(shù)增大D.滑片向b端移動(dòng),光電子到達(dá)陽(yáng)極A的最大動(dòng)能增大5.(多選)(2024海南?？谀M)用如圖所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象,閉合開(kāi)關(guān)S,當(dāng)用能量為2.5eV的光子照射到光電管上時(shí),電流表示數(shù)不為零。移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片,當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于0.7V時(shí),電流表示數(shù)為0,則()A.光電管陰極的逸出功為1.8eVB.開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)后,沒(méi)有電流流過(guò)電流表C.光電子的最大初動(dòng)能為0.7eVD.用能量為1.7eV的光子照射,電流表有電流流過(guò)題組三光電效應(yīng)中常見(jiàn)的四類圖像6.(2024廣東廣州模擬)老師課堂演示的光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,關(guān)于該實(shí)驗(yàn)相關(guān)表述正確的是()A.光電效應(yīng)現(xiàn)象最早由愛(ài)因斯坦發(fā)現(xiàn),隨后提出光子說(shuō)解釋其規(guī)律B.如果用紫外光照射鋅板能發(fā)生光電效應(yīng),使用可見(jiàn)光也一定能發(fā)生光電效應(yīng)C.若鋅板和驗(yàn)電器原本均不帶電,則發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)驗(yàn)電器帶正電D.對(duì)于同一種金屬,出射光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比題組四光的波粒二象性與物質(zhì)波7.(2023江蘇蘇州二模)2021年5月17日,由中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所牽頭的中國(guó)高海拔宇宙線觀測(cè)站(LHAASO拉索)國(guó)際合作組在北京宣布,在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量超高能宇宙加速器,并記錄到1.4×1015eV的伽馬光子,這是人類觀測(cè)到的最高能量光子,則該光子動(dòng)量約為()A.7×10-13kg·m/s B.7×10-12kg·m/sC.7×10-10kg·m/s D.7×10-9kg·m/s綜合提升練8.(多選)(2023河北唐山模擬)關(guān)于近代物理學(xué),下列說(shuō)法正確的是()A.如圖甲所示,由黑體的輻射強(qiáng)度與輻射光波長(zhǎng)的關(guān)系可知,隨溫度的升高,輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較長(zhǎng)方向移動(dòng)B.如圖乙所示,發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),入射光越強(qiáng),光電子的最大初動(dòng)能也就越大C.如圖丙所示,金屬的遏止電壓Uc與入射光的頻率ν的圖像中,該直線的斜率為he,橫截距為D.同一光電管在不同實(shí)驗(yàn)條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線(a光、b光、c光),如圖丁所示。則可判斷a、b、c光的頻率關(guān)系為νa=νb<νc9.一款光電煙霧探測(cè)器的原理圖如圖1所示。當(dāng)有煙霧進(jìn)入時(shí),來(lái)自光源S的光被煙霧散射后進(jìn)入光電管C,光射到光電管中的金屬鈉表面時(shí)會(huì)產(chǎn)生光電流。如果產(chǎn)生的光電流大于10-8A,便會(huì)觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)。金屬鈉的遏止電壓Uc隨入射光的頻率ν的變化規(guī)律如圖2所示,則()A.要使該探測(cè)器正常工作,光源S發(fā)出的光的波長(zhǎng)不能小于5.0×107mB.圖2中圖像斜率的物理意義為普朗克常量hC.觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)時(shí)鈉表面每秒釋放出的光電子數(shù)最少是6.25×1010個(gè)D.通過(guò)調(diào)節(jié)光源發(fā)光的強(qiáng)度來(lái)調(diào)整光電煙霧探測(cè)器的靈敏度是不可行的10.(多選)(2023浙江卷)氫原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí),會(huì)產(chǎn)生四種頻率的可見(jiàn)光,其光譜如圖1所示。氫原子從能級(jí)6躍遷到能級(jí)2產(chǎn)生可見(jiàn)光Ⅰ,從能級(jí)3躍遷到能級(jí)2產(chǎn)生可見(jiàn)光Ⅱ。用同一雙縫干涉裝置研究?jī)煞N光的干涉現(xiàn)象,得到如圖2和圖3所示的干涉條紋。用兩種光分別照射如圖4所示的實(shí)驗(yàn)裝置,都能產(chǎn)生光電效應(yīng)。下列說(shuō)法正確的是()A.圖1中的Hα對(duì)應(yīng)的是ⅠB.圖2中的干涉條紋對(duì)應(yīng)的是ⅡC.Ⅰ的光子動(dòng)量大于Ⅱ的光子動(dòng)量D.滑片向a移動(dòng),電流表示數(shù)為零時(shí)Ⅰ對(duì)應(yīng)的電壓表示數(shù)比Ⅱ?qū)?yīng)的電壓表示數(shù)大11.(多選)(2024廣東深圳模擬)光電倍增管的原理圖如圖所示,管內(nèi)由一個(gè)陰極K、一個(gè)陽(yáng)極A和K、A間若干對(duì)倍增電極構(gòu)成。使用時(shí)在陰極K、各倍增電極和陽(yáng)極A間加上電壓,使陰極K、各倍增電極到陽(yáng)極A的電勢(shì)依次升高。當(dāng)滿足一定條件的光照射陰極K時(shí),就會(huì)有光電子射出,在加速電場(chǎng)作用下,光電子以較大的動(dòng)能撞擊到第一個(gè)倍增電極上,將動(dòng)能轉(zhuǎn)移給其他電子,從而激發(fā)出更多電子,最后陽(yáng)極A收集到的電子數(shù)比最初從陰極發(fā)射的光電子數(shù)增加了很多倍。下列說(shuō)法正確的有()A.光電倍增管適用于所有頻率的光B.保持入射光不變,增大各級(jí)間電壓,陽(yáng)極收集到的電子數(shù)可能增多C.保持入射光頻率和各級(jí)間電壓不變,增大入射光的強(qiáng)度可能影響陽(yáng)極收集到的電子數(shù)D.分別用藍(lán)光和紫光照射陰極,均逸出光電子,藍(lán)光和紫光照射逸出的光電子的動(dòng)能可能相等參考答案第十六章近代物理第1講光電效應(yīng)波粒二象性1.B解析若人體溫度升高,則人體的熱輻射強(qiáng)度I增大,由ε=hν可知,對(duì)應(yīng)的頻率ν變大,由c=λν知對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)λ變小,選項(xiàng)B正確。2.B解析本題考查光子能量計(jì)算。一個(gè)光子的能量為ε=hν,ν為光的頻率,光的波長(zhǎng)與頻率的關(guān)系滿足c=λν,光源在時(shí)間t內(nèi)發(fā)出的光子的個(gè)數(shù)為n=Pthν=Ptλhc,P為光源的功率。以光源為原點(diǎn)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=1s時(shí)有S=n3×1014m3.A解析電影實(shí)現(xiàn)聲音與影像同步,主要應(yīng)用了光電效應(yīng)中的規(guī)律是光電效應(yīng)的發(fā)生時(shí)間極短,光停止照射,光電效應(yīng)立即停止,依據(jù)該原理實(shí)現(xiàn)聲音與影像同步。故選A。4.D解析光電效應(yīng)產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān),與入射光的頻率有關(guān),減弱入射光的強(qiáng)度,光電子的最大初動(dòng)能不變,遏止電壓不變,故A錯(cuò)誤;入射光的頻率大于陰極K的截止頻率,則能夠發(fā)生光電效應(yīng),根據(jù)光電效應(yīng)方程可知這時(shí)光電子的最大初動(dòng)能不等于零,所以滑片的位置在O點(diǎn)的正上方時(shí),微安表的示數(shù)不等于零,故B錯(cuò)誤;若將滑片向a移動(dòng),此時(shí)所加電壓為反向電壓,反向電壓會(huì)阻礙光電子向極板A運(yùn)動(dòng),所以微安表內(nèi)電流將減小,微安表的示數(shù)減小,故C錯(cuò)誤;若將滑片向b移動(dòng),此時(shí)所加電壓為正向電壓,正向電壓會(huì)使光電子向極板A做加速運(yùn)動(dòng),所以光電子到達(dá)極板A的最大動(dòng)能增大,故D正確。5.AC解析圖示電路為光電管施加了反向電壓,當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于0.7V時(shí),電流表的示數(shù)為0,則光電子的最大初動(dòng)能為0.7eV,根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm=hν-W0,可得光電管陰極的逸出功為W0=hν-Ekm=1.8eV,故A、C正確;開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)后,光電管陰極受到2.5eV的光子照射,發(fā)生了光電效應(yīng),有光電子逸出,則有電流流過(guò)電流表,故B錯(cuò)誤;用能量為1.7eV的光子照射,由于光子的能量小于逸出功,不能發(fā)生光電效應(yīng),所以電流表沒(méi)有電流流過(guò),故D錯(cuò)誤。6.C解析光電效應(yīng)現(xiàn)象最早由赫茲發(fā)現(xiàn),A錯(cuò)誤;如果用紫外光照射鋅板能發(fā)生光電效應(yīng),可知紫外光的頻率大于鋅板的極限頻率,又因?yàn)榭梢?jiàn)光的頻率小于紫外光的頻率,所以可見(jiàn)光的頻率與鋅板的極限頻率大小未知,故使用可見(jiàn)光照射時(shí)不一定能發(fā)生光電效應(yīng),B錯(cuò)誤;若鋅板和驗(yàn)電器原本均不帶電,則發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)光電子從鋅板逸出,驗(yàn)電器帶正電,C正確;根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0,可知出射光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成線性關(guān)系,但是不成正比關(guān)系,D錯(cuò)誤。7.A解析伽馬光子的能量為E=1.4×1015×1.6×10-19J=2.24×10-4J,根據(jù)E=mc2,可得該光子動(dòng)量為p=Ec=2.24×10-438.CD解析如圖甲所示,由黑體的輻射強(qiáng)度與輻射光波長(zhǎng)的關(guān)系可知,隨溫度的升高,各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加,且輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短方向移動(dòng),故A錯(cuò)誤;如圖乙所示,光電子的最大初動(dòng)能Ek=hν-E,當(dāng)入射光的頻率大于ν0時(shí)發(fā)生光電效應(yīng),入射光的頻率越大,光電子的最大初動(dòng)能也就越大,最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度大小無(wú)關(guān),故B錯(cuò)誤;如圖丙所示,由光電效應(yīng)方程可得eUc=Ek=hν-W逸,遏止電壓Uc與入射光的頻率ν的圖像中,該直線的斜率為he,橫截距為W逸h,故C正確;根據(jù)eUc=Ek=hν-W逸,入射光的頻率越高,對(duì)應(yīng)的遏止電壓Uc越大。a光、b光的遏止電壓相等,所以a光、b光的頻率相等;c光的遏止電壓最大,所以c光的頻率最大,則可判斷a、b、c光的頻率關(guān)系為νa=νb<νc,9.C解析根據(jù)題意可知金屬鈉的截止頻率為νc=6×1014Hz,則有λ=cνc=3.0×1086.0×1014m=5.0×10-7m,所以光源S發(fā)出的光的波長(zhǎng)不能大于5.0×10-7m,故A錯(cuò)誤;根據(jù)遏止電壓與光電子的最大初動(dòng)能之間的關(guān)系,同時(shí)結(jié)合愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程可得eUc=Ek=hν-hνc,整理得Uc=heν-heνc,由此可得圖像的斜率為he,故B錯(cuò)誤;當(dāng)光電流等于10-8A時(shí),根據(jù)電流的定義式可知每秒產(chǎn)生的光子的個(gè)數(shù)為N=Ite=10-10.CD解析根據(jù)題意可知,氫原子發(fā)生能級(jí)躍遷時(shí),由公式可得Em-En=hν=hcλ,可知可見(jiàn)光Ⅰ的頻率大,波長(zhǎng)小,可見(jiàn)光Ⅱ的頻率小,波長(zhǎng)大。可知,圖1中的Hα對(duì)應(yīng)的是可見(jiàn)光Ⅱ,故A錯(cuò)誤;干涉條紋間距為Δx=λld,由圖可知,圖2中間距較小,則波長(zhǎng)較小,對(duì)應(yīng)的是可見(jiàn)光Ⅰ,故B錯(cuò)誤;根據(jù)題意,由光子動(dòng)量為p=hνc=hλ可知,Ⅰ的光子動(dòng)量大于Ⅱ的光子動(dòng)量,故C正確;根據(jù)光電效應(yīng)方程及動(dòng)能定理可得eUc=hν-W0,可知,頻率越大,遏止電壓越大,則滑片向a移動(dòng),電流表示數(shù)為零時(shí)11.BCD解析光電倍增管工作時(shí),入射光照射在陰極K上發(fā)生光電效應(yīng),即要求入射光的頻率不低于陰極K的截止頻率,所以光電倍增管并不適用于所