课时作业(五十三) 光电效应 波粒二象性

[基础训练]

1．下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图象中，符合黑体辐射规律的是( )

答案：A 解析：黑体辐射规律：随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，由此可知A正确．

2．下列有关光的波粒二象性的说法正确的是( ) A．有的光是波，有的光是粒子 B．光子与电子是同样的一种粒子

C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著 D．大量光子的行为往往显示出粒子性

答案：C 解析：从光的波粒二象性可知，光是同时具有波粒二象性的，只不过在有的情况下波动性显著，有的情况下粒子性显著．光的波长越长，越容易观察到其显示波动特征．光子是一种不带电的微观粒子，而电子是带负电的实物粒子，它们虽然都是微观粒子，但有本质区别．故上述选项中正确的是C.

3．(多选)光电效应实验的装置如图所示，用弧光灯照射锌板，验电器指针张开一个角度，则下列说法中正确的是( )

A．用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转 B．用绿光照射锌板，验电器指针会发生偏转

C．锌板带的是负电荷

D．使验电器指针发生偏转的是正电荷

答案：AD 解析：将擦得很亮的锌板连接验电器，用弧光灯照射锌板(弧光灯发出紫外线)，验电器指针张开一个角度，说明锌板带了电．进一步研究表明锌板带正电，这说明在紫外线的照射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出来，锌板中缺少电子，于是带正电，选项A、D正确，C错误．绿光不能使锌板发生光电效应，故选项B错误．

4．对于爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，下面的理解中正确的是( )

A．只要是用同种频率的光照射同一种金属，那么从金属中逸出的所有光电子都会具有相同的初动能Ek

B．式中的W0表示每个光电子从金属中逸出过程中克服金属中正电荷引力所做的功 C．逸出功W0和极限频率νc之间应满足关系式W0＝hνc D．光电子的最大初动能和入射光的频率成正比

答案：C 解析：爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0中的W0表示从金属表面直接逸出的光电子克服金属中正电荷引力所做的功，因此是所有逸出的光电子中克服引力做功的最小值，对应的光电子的初动能是所有光电子中最大的，其他光电子的初动能都小于这个值，选项A、B错误；若入射光的频率恰好等于极限频率，即刚好能有光电子逸出，可理解为逸出的光电子的最大初动能是0，因此有W0＝hνc，选项C正确；由Ek＝hν－W0可知Ek和ν之间是一次函数关系，但不是正比关系，选项D错误．

5．关于光电效应，下列说法正确的是( ) A．极限频率越大的金属，其逸出功越大

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．从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小 D．入射光的光强一定时，频率越大，单位时间内逸出的光电子数就越多

答案：A 解析：逸出功W0＝hν0，ν0越大，W0越大，A正确．每种金属都存在极限频率，小于极限频率的光照射时间再长也不会发生光电效应，B错误．由Ek＝hν－W0知，在光照频率不变的情况下，Ek越大，W0越小，C错误．入射光的光强一定时，频率越大，单位时间内逸出的光电子数就越少，D错误．

6．(多选)如图所示，电路中所有元件完好，但当光照射到光电管上的金属材料上时，灵敏电流计中没有电流通过，其原因可能是( )

A．入射光太弱 C．光照时间短

B．入射光的波长太长 D．电源正、负极接反

答案：BD 解析：只要入射光的频率小于极限频率，就没有光电子逸出，只要所加反向电压大于遏止电压，电子就不能到达阳极，也不会有光电流，故B、D正确．

7．下表给出了一些金属材料的逸出功，现用波长为400 nm 的单色光照射这些材料，能产生光电效应的最多有(普朗克常量h＝6.6×10

材料 逸出功(×10A.2种 C．4种

－19－34

J·s，光速c＝3.0×118 m/s)( )

镁 5.9 铍 6.2 钛 6.6 铯 J) 3.0 钙 4.3 B．3种 D．5种

6.6×10×3.0×10

答案：A 解析：波长为400 nm的单色光子的能量e＝hν＝h＝ －9

λ400×10J＝4.95×10

－19

c－348

J，由题中表格可看出e大于铯、钙的逸出功，小于镁、铍、钛的逸出功，

所以铯、钙能产生光电效应．

8．如图所示，用单色光做双缝干涉实验．P处为亮条纹，Q处为暗条纹，不改变单色光的频率，而调整光源使极其微弱，并把单缝调至只能使光子一个一个地过去，那么过去的某一光子( )

A．一定到达P处 C．可能到达Q处

B．一定到达Q处 D．都不正确

答案：C 解析：单个光子的运动路径是不可预测的，只知道落在P处的概率大，落在

Q处的概率小，因此，一个光子从狭缝通过后可能落在P处也可能落在Q处，选项C正确．

9．(多选)在光的双缝干涉实验中，光屏前放上照相底片并设法减弱光子流的强度，尽可能使光子一个一个地通过狭缝，在曝光时间不长和曝光时间足够长的两种情况下，其实验结果是( )

A．若曝光时间不长，则底片上出现一些无规则的点 B．若曝光时间足够长，则底片上出现干涉条纹 C．这一实验结果证明了光具有波粒二象性 D．这一实验结果否定了光具有粒子性

答案：ABC 解析：实验表明，大量光子的行为表现为波动性，个别光子的行为表现为粒子性，上述实验表明光具有波粒二象性，故选项A、B、C正确，选项D错误．

[能力提升]

10．(2018·北京东城高二期末)实验得到金属钙的光电子的最大初动能Ekmax与入射光频率ν的关系如图所示．下表中列出了几种金属的截止频率和逸出功，参照下表可以确定的

是( )

金属 截止频率ν0/Hz 逸出功W/eV 钨 10.95 4.54 钙 7.73 3.20 钠 5.53 2.29 A.如用金属钨做实验得到的Ekmax-ν图线也是一条直线，其斜率比图中直线的斜率大 B．如用金属钠做实验得到的Ekmax-ν图线也是一条直线，其斜率比图中直线的斜率大 C．如用金属钠做实验得到的Ekmax-ν图线也是一条直线，设其延长线与纵轴交点的坐标为(0，－Ek2)，则Ek2

D．如用金属钨做实验，当入射光的频率ν<ν1时，可能会有光电子逸出

答案：C 解析：由光电效应方程Ekmax＝hν－W可知Ekmax-ν图线是直线，且斜率相同，选项A、B错；由表中所列的截止频率和逸出功数据可知选项C正确，选项D错误．

11．(2018·江苏南京、盐城二模)用如图甲所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为5 eV的光照射到光电管上时，测得电流计上的示数随电压变化的图象如图乙所示，则光电子的最大初动能为________J，金属的逸出功为________J.

答案：3.2×10

－19

－19

4.8×10

－19

解析：由图乙可知，当该装置所加的电压为反向电压

J，根据光电

－2 V时，电流计示数为0，故光电子的最大初动能为Ekm＝2 eV＝3.2×10效应方程Ekm＝hν－W0，可得W0＝3 eV＝4.8×10

－19

J.

12．小明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．已知普朗克常量h＝6.63×10

－34

J·s.

甲 乙

(1)图甲中电极A为光电管的________(填“阴极”或“阳极”)．

(2)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，则铷的截止频率ν0＝________Hz，逸出功W0＝________J.

(3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×10 Hz，则产生的光电子的最大初动能Ekmax＝________J.

答案：(1)阳极 (2)5.15×10 3.41×10

14

－1914

(3)1.23×10

－19

14

解析：(1)光束照射阴极，打到阳极A上；(2)读出铷的截止频率νc＝5.15×10 Hz，其逸出功W0＝hνc＝3.41×10

－19

－19

J；(3)由爱因斯坦光电效应方程得Ekmax＝hν－W0＝1.23×10

J.

13．如图所示表示黑体辐射强度随波长的变化图线．根据热辐射理论，辐射强度的极大

值所对应

的波长λm与热力学温度之间存在如下关系：λmT＝2.90×10 m·K.求：

－3

(1)T＝15 000 K所对应的波长；

(2)用T＝15 000 K所对应波长的光照射逸出功为W0＝4.54 eV的金属钨，能否发生光电效应？若能，逸出光电子的最大初动能是多少？

答案：(1)1.93×10 m (2)能 1.90 eV 解析：(1)由公式λmT＝2.90×10 m·K得 2.90×102.90×10－7

λm＝＝ m≈1.93×10 m.

T15 000(2)波长λm＝1.93×10 m的光子能量

6.626×10×3×10

E＝hν＝＝－7－19 eV≈6.44 eV

λm1.93×10×1.6×10

因E>W0，故能发生光电效应．由光电效应方程Ek＝hν－W0，得Ek＝(6.44－4.54) eV＝1.90 eV.

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hc－348