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课时跟踪检测(三十八)　光电效应　波粒二象性

1．(2020·江苏高考)“测温枪”(学名“红外线辐射测温仪”)具有响应快、非接触和操作方便等优点。它是根据黑体辐射规律设计出来的，能将接收到的人体热辐射转换成温度显示出来。若人体温度升高，则人体热辐射强度I及其极大值对应的波长λ的变化情况是(　　)
A．I增大，λ增大　　　　　 B．I增大，λ减小
C．I减小，λ增大 D．I减小，λ减小
解析：选B　根据黑体辐射规律，可知随温度升高，各种波长的辐射强度都增大，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故人体热辐射强度I随人体温度的升高而增大，其极大值对应的波长减小，B项正确。
2．人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时，只要所接收到的功率不低于2.3×10－18 W，眼睛就能察觉。已知普朗克常量为6.63×10－34 J·s，光速为3×108 m/s，人眼能察觉到绿光时，每秒至少接收到的绿光光子数为(　　)
A．6 B．60
C．600 D．6 000
解析：选A　绿光光子能量E＝hν＝hcλ ≈3.8×10－19 J，所以每秒内最少接收光子数n＝PtE ＝2.3×10－18×13.8×10－19 个≈6个，B、C、D错误，A正确。
3．(2019·北京高考)光电管是一种利用光产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流。表中给出了6次实验的结果。

由表中数据得出的论断中不正确的是(　　)
A．两组实验采用了不同频率的入射光
B．两组实验所用的金属板材质不同
C．若入射光子的能量为5.0 eV，逸出光电子的最大动能为1.9 eV
D．若入射光子的能量为5.0 eV，相对光强越强，光电流越大
解析：选B　光子的能量E＝hν，入射光子的能量不同，故入射光子的频率不同，A正确。由爱因斯坦的光电效应方程hν＝W＋Ek，可求出两组实验的逸出功W均为3.1 eV，故两组实验所用的金属板材质相同，B错误。由hν＝W＋Ek，W＝3.1 eV；当hν＝5.0 eV时，Ek＝1.9 eV，C正确。光强越强，单位时间内射出的光子数越多，单位时间内逸出的光电子数越多，形成的光电流越大，D错误。本题选不正确的，故选B。
4.如图所示，在研究光电效应的实验中，保持P的位置不变，用单色光a照射阴极K，电流计G的指针不发生偏转；改用另一频率的单色光b照射阴极K，电流计的指针发生偏转，那么(　　)
A．增加a的强度一定能使电流计的指针发生偏转
B．用b照射时通过电流计的电流由d到c
C．只增加b的强度一定能使通过电流计的电流增大
D．a的波长一定小于b的波长
解析：选C　用单色光a照射阴极K，电流计 的指针不发生偏转，说明a光的频率小于阴极K的截止频率，增加a的强度也无法使电流计的指针发生偏转，A错误；电子通过电流计的运动方向从d到c，电流方向从c到d，B错误；只增加b的强度可以使光电流增大，使通过电流计的电流增大，C正确；b光能使阴极K发生光电效应，b光的频率大于阴极K的截止频率也就大于a光的频率，b的波长一定小于a的波长，D错误。
5．(多选)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
解析：选ACD　电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，说明电子是一种波，故A正确；β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹，可以说明β射线是一种粒子，故B错误；人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构，中子衍射说明中子是一种波，故C正确；人们利用电子显微镜观测物质的微观结构，利用了电子束的衍射现象，说明电子束是一种波，故D正确。
6．用如图甲所示的装置研究光电效应现象。闭合开关S，用频率为ν的光照射光电管时发生了光电效应。图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象，图线与横轴的交点坐标为(a，0)，与纵轴的交点坐标为(0，－b)。下列说法正确的是(　　)

A．普朗克常量为h＝ab
B．断开开关S后，电流表G的示数不为零
C．仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大
D．保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表G的示数保持不变
解析：选B　由Ek＝hν－W0，可知图线的斜率为普朗克常量，即h＝ba ，故A错误；断开开关S后，仍有光电子产生，所以电流表G的示数不为零，故B正确；只有增大入射光的频率，才能增大光电子的最大初动能，与光的强度无关，故C错误；保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，单个光子的能量增大，而光的强度不变，那么光子数一定减少，发出的光电子数也减少，电流表G的示数要减小，故D错误。
7.(多选)(2020·河南郑州模拟)某金属在光的照射下发生光电效应，其遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图象如图所示。则由图象可知(　　)
A．该金属的逸出功等于hν0
B．遏止电压是确定的，与入射光的频率无关
C．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为hν0
D．入射光的频率为3ν0时，产生的光电子的最大初动能为hν0
解析：选AC　当遏止电压为零时，最大初动能为零，则入射光的能量等于逸出功，所以W0＝hν0，故选项A正确；根据光电效应方程Ekm＝hν－W0和－eUc＝0－Ekm得，Uc＝he ν－W0e ，可知当入射光的频率大于极限频率时，遏止电压与入射光的频率成线性关系，故选项B错误；从图象上可知，逸出功W0＝hν0，根据光电效应方程Ek＝h·2ν0－W0＝hν0，故选项C正确；Ek＝h·3ν0－W0＝2hν0，故选项D错误。
8．(2020·山东省临沂模拟)用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率ν变化的Ek­ν图象，已知钨的逸出功是3.28 eV，锌的逸出功是3.34 eV，若将二者的图线画在同一个Ek­ν图象中，如图所示，用实线表示钨的Ek­ν图象，虚线表示锌的Ek­ν图象，则正确反映这一过程的是(　　)

解析：选A　依据光电效应方程Ek＝hν－W0可知，Ek­ν图象的斜率代表普朗克常量h，因此钨和锌的Ek­ν图象应该平行。图象在横轴的截距代表截止频率ν0，而ν0＝W0h ，因此钨的截止频率ν0小些。综上所述，A正确。

9．以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出。强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实。光电效应实验装置示意图如图所示。用频率为ν的普通光源照射阴极K，没有发生光电效应，换用同样频率ν的强激光照射阴极K，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U，即将阴极K接电源正极，阳极A接电源负极，在K、A之间就形成了使光电子减速的电场；逐渐增大U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是下列的(其中W0为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电荷量)(　　)

A．U＝hνe －W0e B．U＝2hνe －W0e
C．U＝2hν－W0 D．U＝5hν2e －W0e
解析：选B　同频率的光照射K极，普通光不能使其发生光电效应，而强激光能使其发生光电效应，说明一个电子吸收了多个光子。设吸收的光子个数为n。光电子逸出的最大初动能为Ek，由光电效应方程知Ek＝nhν－W0(n≥2)①；光电子逸出后克服电场力做功，由动能定理知Ek＝eU②，联立上述两式得U＝nhνe －W0e ，当n＝2时，即为B选项，其他选项均不可能。
10．(多选)用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图象如图所示(直线与横轴的交点坐标4.27，与纵轴交点坐标0.5)。由图象可知(　　)

A．该金属的截止频率为4.27×1014 Hz
B．该金属的截止频率为5.5×1014 Hz
C．该图象的斜率表示普朗克常量
D．该金属的逸出功约为1.8 eV
解析：选ACD　由光电效应方程Ek＝hν－W0可知，题图中横轴的截距为该金属的截止频率，选项A正确，B错误；图象的斜率表示普朗克常量h，C正确；该金属的逸出功W0＝hν0＝6.63×10－34×4.27×1014 J≈1.8 eV，选项D正确。
11．研究光电效应的电路图如图所示，则下列关于光电流与电压的关系图象正确的是(　　)


解析：选A　同一种光的频率相等，根据光电效应方程Ek＝hν－W0，知最大初动能相等，由Ek＝eUc，知遏止电压相等，蓝光的频率大于黄光的频率，则蓝光的遏止电压大于黄光的遏止电压。光越强，单位时间内产生的光电子数目越多，光电流越大。故A正确，B、C、D错误。
12．(2020·河北唐山市模拟)用金属铷为阴极的光电管观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示，实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，图线与横轴交点的横坐标为5.15×1014 Hz。已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s。则下列说法正确的是(　　)

A．欲测遏止电压，应选择电源左端为正极
B．当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的示数持续增大
C．增大照射光的强度，产生的光电子的最大初动能一定增大
D．如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014 Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek约为1.2×10－19 J
解析：选D　由题图甲所示的实验装置测量铷的遏止电压Uc，因光电管左端为阳极，则电源左端为负极，故选项A错误；当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动的过程中，光电管两端电压增大，光电流增大，当光电流达到饱和值，不再增大，即电流表读数的变化是先增大后不变，故选项B错误；光电子的最大初动能与入射光的频率和金属的逸出功有关，与入射光的强度无关，故选项C错误；根据题图乙可知，铷的截止频率νc＝5.15×1014 Hz，根据hνc＝W0，则可求出该金属的逸出功大小W0＝6.63×10－34×5.15×1014 J≈3.41×10－19 J，根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，可知当入射光的频率为ν＝7.00×1014 Hz时，则光电子的最大初动能为Ek＝6.63×10－34×7.00×1014 J－3.41×10－19 J≈1.2×10－19 J，故选项D正确。
13．从1907年起，美国物理学家密立根就开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量。他通过如图甲所示的实验装置测量某金属的遏止电压Uc与入射光频率ν，作出如图乙所示的Uc­ν图象，由此算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射测出的h相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性。已知电子的电荷量为e，则下列普朗克常量h的表达式正确的是(　　)

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：选A　根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0及动能定理eUc＝Ek，得Uc＝he ν－W0e ，所以图象的斜率k＝Uc2－Uc1ν2－ν1 ＝he ，则h＝e（Uc2－Uc1）ν2－ν1 ，故A项正确。
14．(多选)小宇同学参加学校科技嘉年华，设计了一个光电烟雾探测器。如图所示，S为光源，可以发出一束光束，当有烟雾进入探测器时，来自S的光会被烟雾散射进入光电管C，当光射到光电管中的钠表面时(钠的极限频率为6.00×1014 Hz)会产生光电子，当光电流大于10－8 A时，便会触发报警系统报警。下列说法正确的是(　　)

A．要使该探测器正常工作，光源S发出的光的波长不能小于0.5 μm
B．金属钠的最小逸出功为4 eV
C．光源S发出的光波能使光电管发生光电效应，那么光源越强，光电烟雾探测器灵敏度越高
D．若射向光电管C的光子有5%会产生光电子，当报警器报警时，每秒射向C的钠表面的光子最少数目N＝1.25×1012 个
解析：选CD　光源S发出的光波最大波长λmax＝cν0 ＝3×1086.00×1014 m＝5×10－7 m＝0.5 μm，即要使该探测器正常工作，光源S发出的光的波长不能大于0.5 μm，故A错误；由于钠的极限频率为6.00×1014 Hz，根据W0＝hνc＝6.63×10－34×6×10141.6×10－19 eV≈2.5 eV，故B错误；光源S发出的光能使光电管发生光电效应，那么光源越强，被烟雾散射进入光电管C的光越多，越容易探测到烟雾，即光电烟雾探测器灵敏度越高，故C正确；光电流等于10－8A时，每秒产生的光电子的个数n＝Ite ＝10－8×11.6×10－19 个＝6.25×1010 个，每秒射向C的钠表面的光子最少数目N＝n5% ＝6.25×10105% 个＝1.25×1012 个，故D正确。