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2018版提分宝典-物理A:全国版-第34课 光电效应 波粒二象性

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                           第 34 课 ·光电效应 波粒二象性

1.光电效应实验规律
a.从原理的角度理解光电效应
(1)(2017 兴庆区校级一模,6      分)关于光电效应,下列说法正确的是(  )
A.极限频率越大的金属材料逸出功越大
B.只要光照射的时间足够长,任何金属都能产生光电效应
C.从金属表面出来的光电子的最大初动能越大,这种金属的逸出功越小
D.用频率不同的单色光照射同种金属表面都能发生光电效应,则频率越大的饱和电流越大

答案:A

解析:由金属材料的逸出功            W0=hν0,知截止频率越大,其逸出功越大,故                 A 项正确。发生
光电效应的条件是入射光的频率大于金属材料的截止频率,与入射光的强度、照射时间无关,
故 B 项错误。金属材料的逸出功是材料本身的特性,与光电子的最大初动能无关,故                                 C 项
错误。饱和电流的大小与入射光的强度有关,与入射光的频率无光,故                             D 项错误。

b.利用实验规律分析光电效应问题
(2)(多选)(2018 改编,6  分)现用某一光电管进行光电效应实验,当用某一频率的光入射时,
有光电流产生。下列说法正确的是(  )
A.保持入射光的频率不变,入射光的光强变大,饱和光电流变大
B.入射光的频率变高,饱和光电流变大
C.入射光的频率变高,光电子的最大初动能变大
D.保持入射光的光强不变,不断减小入射光的频率,始终有光电流产生

答案:AC
解析:根据光电效应实验规律可知,入射光的光强变大,则单位时间内逸出的光电子的数目
增加,则饱和光电流增大,故            A 项正确。入射光的频率与光电子的最大初动能有关,与饱
和光电流无关,故        B 项错误。入射光的频率变高,则光电子的最大初动能变大,故                          C 项正
确。发生光电效应的前提是入射光的频率大于光电材料的截止频率,如果入射光的频率减小
到小于光电材料的截止频率,就不会有光电流产生,故                       D 项错误。

(3)(2017 阳东模拟,6   分)用如图所示的光电管研究光电效应的实验中,用某种频率的单色光
a 照射光电管阴极      K,电流计     G 的指针发生偏转,而用另一频率的单色光                 b 照射光电管阴极
K 时,电流计     G 的指针不发生偏转,那么(  )


A.a  光的波长一定大于        b 光的波长
B.增加   b 光的强度可能使电流计          G 的指针发生偏转
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C.用  a 光照射光电管阴极        K 时通过电流计      G 的电流是由     d 到 c
D.只增加    a 光的强度可使通过电流          G 的电流增大

答案:D
解析:用单色光       a 照射光电管时,阴极材料能发生光电效应,根据发生光电效应前提可知

νa>νc;用单色光    b 照射光电管时,阴极材料不能发生光电效应,可知                     νc>νb。故 νa>νb,所以
单色光   a 的波长小于单色光        b 的波长,故    A 项错误。单色光       b 不能使阴极材料发生光电效
应,增加    b 光的光照强度不能使电流计           G 的指针发生偏转,故         B 项错误。光电子带负电,
电流的方向与负电荷的定向移动方向相反,故通过电流计                        G 的电流方向是      c 到 d,故  C 项
错误。根据光电效应实验规律可知,只增加                  a 光的强度可使通过电流计          G 的电流增大,故
D 项正确。

2.光电效应方程与图像
a.利用光电效应方程求解逸出功和遏止电压相关问题

(4)(经典题,5   分)在光电效应实验中,某金属的截止频率相应的波长为                       λ0,该金属的逸出功

为________。若用波长为       λ(λ<λ0)的单色光做该实验,则其遏止电压为________。已知电子
的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为                   e、c 和  h。

       c       hc   hc
答案:hλ0(2  分)  eλ-eλ0(3  分)
                            c                            c   c

解析:金属的逸出功         W0=hν0=hλ0。根据光电效应方程,有            Ekm=hλ-hλ0,又因为      Ekm=
                   hc  hc

eUc,则遏止电压      Uc=eλ-eλ0。

b.求解光电流—电压图像问题的关键是找到遏止电压和饱和光电流
(5)(2018 改编,6 分)在光电效应实验中,飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三
条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光),如图所示。则可判断出(  )


A.甲光的频率大于乙光的频率
B.乙光的波长大于丙光的波长
C.乙光照射时光电管的截止频率小于丙光照射时光电管的截止频率
D.甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能

答案:B
解析:根据题中图像可知,甲光和乙光的遏止电压相等,并且甲光和乙光是在同一光电管上
得到的图像,故甲光的频率等于乙光的频率,故                    A 项错误。丙光的遏止电压大于乙光的遏
止电压,所以丙光的频率大于乙光的频率,乙光的波长大于丙光的波大,故                               B 项正确。同
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一金属的截止频率是相同的,故             C 项错误。丙光对应的光电子最大初动能大于甲光的光电
子最大初动能,故        D 项错误。

                                    h   W0

c.求解   Uc-ν 图像问题的关键是理解          Uc=eν-   e


(6)(2015 全国Ⅰ,5  分)在某次光电效应实验中,得到的遏止电压                  Uc 与入射光的频率       ν 的关
系如图所示,若该直线的斜率和纵截距分别为                   k 和 b,电子电荷量的绝对值为           e,则普朗克
常量可表示为______,所用材料的逸出功可表示为________。


答案:ek(2  分) -eb(3   分)
                                                                    h   W0

解析:根据光电效应方程有            Ek=hν-W0,其中     Ek=eUc,两式联立,整理得         Uc=eν-   e ,
               h       W0

与图像对应,可得e=k,-           e =b,解得    h=ek,W0=-eb。


d.求解   Ek-ν 图像问题的关键是理解          Ek=hν-W0

(7)(多选)(经典题,6    分)如图是某金属在光的照射下逸出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(  )


A.该金属的逸出功等于          E-hν0

B.该金属的逸出功等于          hν0

C.入射光的频率为        2ν0 时,逸出的光电子的最大初动能为              hν0

D.当入射光的频率        ν 大于  ν0 时,若  ν 增大一倍,则光电子的最大初动能也增大一倍

答案:BC

解析:将光电效应方程          Ek=hν-W0  与图像对应,可知        Ek-ν 图像的斜率为普朗克常量           h,
                               -
纵截距的绝对值为金属的逸出功,即|                E|=W0,横截距     ν0 为金属的截止频率,故金属的逸

出功  W0=hν0,故   A 项错误,B     项正确。根据光电效应方程           Ek=hν-W0   可知,入射光的频

率为  2ν0 时,产生的光电子的最大初动能为              hν0,故 C 项正确。当     ν>ν0 时,根据光电效应方
程
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Ek=hν-W0  可知  Ek>0,当频率    ν 变为  2ν 后,其光电子的最大初动能           E′k=2hν-W0>2(hν-

W0)=2Ek,故   D 项错误。

3.波粒二象性 物质波
a.通过实验现象了解波粒二象性
(8)(多选)(2015 全国Ⅱ,5   分)实物粒子和光都具有波粒二象性,下列事实中突出体现波动性
的是(  )
A.电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样
B.β 射线在云室中穿过会留下清晰的径迹
C.人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构
D.人们利用电子显微镜观测物质的微观结构
E.光电效应实验中,光电子的最大初动能与入射光的频率有关,与入射光的强度无关

答案:ACD
解析:干涉是波具有的特性,电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样,说明电子具有
波动性,故     A 项正确。β    粒子在云室中受洛伦兹力的作用,做的是圆周运动,与波动性无关,
故 B 项不符合题意。利用慢中子衍射来研究晶体的结构说明中子可以产生衍射现象,说明
具有波动性,故       C 项正确。电子的物质波的波长比可见光的波长短得多,所以分辨率也高
得多,故    D 项正确。光电效应说明光具有粒子性,故                 E 项不符合题意。

          h
b.利用   λ=p求解德布罗意波问题
(9)(2017 江苏单科,4   分)质子(1H)和    α 粒子(24He)被加速到相同动能时,质子的动量
________(选填“大于”“小于”或“等于”)α             粒子的动量,质子和         α 粒子的德布罗意波波
长之比为________。

答案:小于(2     分) 2∶1(2  分)
                       2
解析:动量与动能的关系           p =2mEk,又质子的质量小于         α 粒子的质量,所以质子的动量小

                  p1   m1  1         h
于 α  粒子的动量,且p2=        m2=2;根据     λ=p,可得质子和      α 粒子的德布罗意波波长之比为

2∶1。
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