專題16-11-光電效應與量子論-高考物理100考點模擬題千題精練(解析版)

100考點最新模擬題千題精練16-11一．選擇題1.（2018江西南昌三模）普朗克在研究黑體輻射的基礎上，提出了量子理論。下列關于黑體輻射強度與波長關系的圖中，符合黑體輻射實驗規(guī)律的是【參考答案】D【命題意圖】本題考查對黑體輻射強度與波長關系圖象的理解及其相關的知識點?！窘忸}思路】由于黑體輻射強度峰值隨溫度的升高向短波段移動，所以符合黑體輻射實驗規(guī)律的是圖D?！痉椒ㄌ接憽亢隗w輻射實驗規(guī)律是考查冷點。溫度越高，黑體輻射強度峰值對應波長越短。2.如圖甲，合上開關，用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極K，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零。調節(jié)滑動變阻器，發(fā)現(xiàn)當電壓表讀數(shù)小于0.60V時，電流表讀數(shù)仍不為零，當電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V時，電流表讀數(shù)為零。把電路改為圖乙，當電壓表讀數(shù)為2V時，逸出功及電子到達陽極時的最大動能為()A．1.5eV0.6eV B．1.7eV1.9eVC．1.9eV2.6eV D．3.1eV4.5eV【參考答案】C【名師解析】由圖甲，用光子能量hν＝2.5eV的光照射陰極，電流表讀數(shù)不為零，則說明能發(fā)生光電效應，當電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V時，電流表讀數(shù)為零，則說明電子不能到達陽極由動能定理eU＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,m)知最大初動能Ek＝eU＝0.6eV由光電效應方程hν＝Ek＋W0知W0＝1.9eV對圖乙，當電壓表讀數(shù)為2V時，電子到達陽極的最大功能Ek′＝Ek＋eU′＝0.6eV＋2eV＝2.6eV。故C正確。3.(多選)在做光電效應的實驗時，某金屬被光照射時發(fā)生了光電效應，實驗測得光電子的最大初動能Ek與入射光的頻率ν的關系如圖所示(圖線上各點對應的坐標已知，只是未標出)，由實驗圖線可求出()A．該金屬的極限頻率B．普朗克常量C．該金屬的逸出功D．單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)【參考答案】ABC4．(多選)如圖所示，用導線把驗電器與鋅板相連接，當用紫外線照射鋅板時，發(fā)生的現(xiàn)象是()A．有光子從鋅板逸出B．有電子從鋅板逸出C．驗電器指針張開一個角度D．鋅板帶負電【參考答案】BC5．(多選)光電效應的實驗結論是：對某種金屬()A．無論光強多強，只要光的頻率小于極限頻率就不能產(chǎn)生光電效應B．無論光的頻率多低，只要光照時間足夠長就能產(chǎn)生光電效應C．超過極限頻率的入射光強度越弱，所產(chǎn)生的光電子的最大初動能就越小D．超過極限頻率的入射光頻率越高，所產(chǎn)生的光電子的最大初動能就越大【參考答案】AD【名師解析】每種金屬都有它的極限頻率ν0，只有入射光子的頻率大于極限頻率ν0時，才會發(fā)生光電效應，選項A正確、B錯誤；光電子的最大初動能與入射光的強度無關，隨入射光頻率的增大而增大，選項D正確、C錯誤。6．愛因斯坦因提出了光量子概念并成功地解釋光電效應的規(guī)律而獲得1921年諾貝爾物理學獎。某種金屬逸出光電子的最大初動能Ekm與入射光頻率ν的關系如圖所示，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B．Ekm與入射光強度成正比C．當ν<ν0時，會逸出光電子D．圖中直線的斜率與普朗克常量有關【參考答案】D7．已知鈣和鉀的截止頻率分別為7.73×1014Hz和5.44×1014Hz，在某種單色光的照射下兩種金屬均發(fā)生光電效應，比較它們表面逸出的具有最大初動能的光電子，鈣逸出的光電子具有較大的()A．波長 B．頻率C．能量 D．動量【參考答案】A【名師解析】由愛因斯坦光電效應方程hν＝W0＋eq\f(1,2)mveq\o\al(2,m)，又由W0＝hν0，可得光電子的最大初動能eq\f(1,2)mveq\o\al(2,m)＝hν－h(huán)ν0，由于鈣的截止頻率大于鉀的截止頻率，所以鈣逸出的光電子的最大初動能較小，因此它具有較小的能量、頻率和動量，B、C、D錯；又由c＝λf可知光電子頻率較小時，波長較大，A對。8．(多選)如圖所示是用光照射某種金屬時逸出的光電子的最大初動能隨入射光頻率的變化圖線(直線與橫軸的交點坐標為4.27，與縱軸交點坐標為0.5)。由圖可知()A．該金屬的截止頻率為4.27×1014HzB．該金屬的截止頻率為5.5×1014HzC．該圖線的斜率表示普朗克常量D．該金屬的逸出功為0.5eV【參考答案】AC【名師解析】圖線在橫軸上的截距為截止頻率，A正確，B錯誤；由光電效應方程Ek＝hν－W0可知圖線的斜率為普朗克常量，C正確；金屬的逸出功為W0＝hν0＝eq\f(6.63×10－34×4.27×1014,1.6×10－19)eV＝1.77eV，D錯誤。9.如圖所示，當弧光燈發(fā)出的光經(jīng)一狹縫后，在鋅板上形成明暗相間的條紋，同時與鋅板相連的驗電器鋁箔有張角，則該實驗()A．只能證明光具有波動性B．只能證明光具有粒子性C．只能證明光能夠發(fā)生衍射D．證明光具有波粒二象性【參考答案】D10．頻率為ν的光照射某金屬時，產(chǎn)生光電子的最大初動能為Ekm。改為頻率為2ν的光照射同一金屬，所產(chǎn)生光電子的最大初動能為(h為普朗克常量)()A．Ekm－h(huán)ν B．2EkmC．Ekm＋hν D．Ekm＋2hν【參考答案】C【名師解析】根據(jù)愛因斯坦光電效應方程得：Ekm＝hν－W0，若入射光頻率變?yōu)?ν，則Ekm′＝h·2ν－W0＝2hν－(hν－Ekm)＝hν＋Ekm，故選C。11．在光電效應的實驗結果中，與光的波動理論不矛盾的是()A．光電效應是瞬時發(fā)生的B．所有金屬都存在極限頻率C．光電流隨著入射光增強而變大D．入射光頻率越大，光電子最大初動能越大【參考答案】C12．(多選)產(chǎn)生光電效應時，關于逸出光電子的最大初動能Ek，下列說法正確的是()A．對于同種金屬，Ek與照射光的強度無關B．對于同種金屬，Ek與照射光的波長成反比C．對于同種金屬，Ek與光照射的時間成正比D．對于同種金屬，Ek與照射光的頻率成線性關系【參考答案】AD【名師解析】根據(jù)愛因斯坦光電效應方程Ek＝hν－W0。可得：Ek與照射光的強度和照射時間無關，與照射光的頻率成線性關系，與波長不成反比，所以A、D正確，B、C錯誤。13.(2016·昆明模擬)如圖所示是用光照射某種金屬時逸出的光電子的最大初動能隨入射光頻率的變化圖線(直線與橫軸的交點坐標為4.27，與縱軸交點坐標為0.5)。由圖可知A．該金屬的截止頻率為4.27×1014HzB．該金屬的截止頻率為5.5×1014HzC．該圖線的斜率表示普朗克常量D．該金屬的逸出功為0.5eV【參考答案】AC【名師解析】圖線在橫軸上的截距為截止頻率，A正確、B錯誤；由光電效應方程Ek＝hν－W0可知圖線的斜率為普朗克常量，C正確；金屬的逸出功為W0＝hνc＝eq\f(6.63×10－34×4.27×1014,1.6×10－19)eV＝1.77eV，D錯誤。14.(2016·威海模擬)關于光電效應的規(guī)律，下面說法中正確是A．當某種色光照射金屬表面時，能產(chǎn)生光電效應，則入射光的頻率越高，產(chǎn)生的光電子的最大初動能也就越大B．當某種色光照射金屬表面時，能產(chǎn)生光電效應，如果入射光的強度減弱，從光照至金屬表面上到發(fā)射出光電子之間的時間間隔將明顯增加C．對某金屬來說，入射光波長必須大于一極限值，才能產(chǎn)生光電效應D．同一頻率的光照射不同金屬，如果都能產(chǎn)生光電效應，則所有金屬產(chǎn)生的光電子的最大初動能一定相同【參考答案】A15．在光電效應實驗中，某同學用同一光電管在不同實驗條件下得到了三條光電流與電壓之間的關系曲線(甲光、乙光、丙光)，如圖所示。則可判斷出A．甲光的頻率大于乙光的頻率B．乙光的波長大于丙光的波長C．乙光對應的截止頻率大于丙光的截止頻率D．甲光對應的光電子最大初動能大于丙光的光電子最大初動能【參考答案】B16.(2013·北京理綜)以往我們認識的光電效應是單光子光電效應，即一個電子在極短時間內(nèi)只能吸收到一個光子而從金屬表面逸出。強激光的出現(xiàn)豐富了人們對于光電效應的認識，用強激光照射金屬，由于其光子密度極大，一個電子在極短時間內(nèi)吸收多個光子成為可能，從而形成多光子光電效應，這已被實驗證實。光電效應實驗裝置示意圖如圖所示。用頻率為ν的普通光源照射陰極K，沒有發(fā)生光電效應，換用同樣頻率ν的強激光照射陰極K，則發(fā)生了光電效應；此時，若加上反向電壓U，即將陰極K接電源正極，陽極A接電源負極，在KA之間就形成了使光電子減速的電場；逐漸增大U，光電流會逐漸減??；當光電流恰好減小到零時，所加反向電壓U可能是下列的(其中W為逸出功，h為普朗克常量，e為電子電量)A．U＝eq\f(hν,e)－eq\f(W,e) B．U＝eq\f(2hν,e)－eq\f(W,e)C．U＝2hν－W D．U＝eq\f(5hν,2e)－eq\f(W,e)【參考答案】B【名師解析】同頻率的光照射K極，普通光不能使其發(fā)生光電效應，而強激光能使其發(fā)生光電效應，說明一個電子吸收了多個光子。設吸收的光子個數(shù)為n。光電子逸出的最大初動能為Ek，由光電效應方程知：Ek＝nhν－W(n≥2)①；光電子逸出后克服減速電場做功，由動能定理知Ek＝eU②，聯(lián)立上述兩式得U＝eq\f(nhν,e)－eq\f(W,e)，當n＝2時，即為B選項，其他選項均不可能。17.現(xiàn)有a、b、c三束單色光，其波長關系為λa∶λb∶λc＝1∶2∶3。當用a光束照射某種金屬板時能發(fā)生光電效應，飛出的光電子最大動能為Ek，若改用b光束照射該金屬板，飛出的光電子最大動能為eq\f(1,3)Ek，當改用c光束照射該金屬板時A．能發(fā)生光電效應，飛出的光電子最大動能為eq\f(1,6)EkB．能發(fā)生光電效應，飛出的光電子最大動能為eq\f(1,9)EkC．能發(fā)生光電效應，飛出的光電子最大動能為eq\f(1,12)EkD．由于c光束光子能量較小，該金屬板不會發(fā)生光電效應【參考答案】B18．用如圖甲所示的電路研究光電效應中光電流強度與照射光的強弱、頻率等物理量的關系。圖中A、K兩極間的電壓大小可調，電源的正負極也可以對調。分別用a、b、c三束單色光照射，調節(jié)A、K間的電壓U，得到光電流I與電壓U的關系如圖乙所示。由圖可知A．單色光a和c的頻率相同，但a更強些B．單色光a和c的頻率相同，但a更弱些C．單色光b的頻率小于a的頻率D．改變電源的極性不可能有光電流產(chǎn)生【參考答案】A19．(多選)光電效應的實驗結論是：對于某種金屬A．無論光強多強，只要光的頻率小于極限頻率就不能產(chǎn)生光電效應B．無論光的頻率多低，只要光照時間足夠長就能產(chǎn)生光電效應C．超過極限頻率的入射光強度越弱，所產(chǎn)生的光電子的最大初動能就越小D．超過極限頻率的入射光頻率越高，所產(chǎn)生的光電子的最大初動能就越大【參考答案】AD【名師解析】根據(jù)發(fā)生光電效應的條件知A對、B錯；光電子的最大初動能隨入射光的頻率的增大而增大，與光強無關，故C錯、D對。20．(多選)關于光電效應，下列說法正確的是A．極限頻率越大的金屬材料逸出功越大B．只要光照射的時間足夠長，任何金屬都能產(chǎn)生光電效應C．從金屬表面出來的光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比D．若發(fā)生了光電效應且入射光的頻率一定時，光強越強，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多【參考答案】AD【名師解析】由逸出功W＝hν0知極限頻率越大，逸出功越大，故A正確。發(fā)生光電效應與入射光的頻率有關，與入射光的強度和光的照射時間無關，故B錯誤。根據(jù)光電效應方程Ekm＝hν－W0得，最大初動能與入射光的頻率成一次函數(shù)關系，不是正比關系，故C錯誤。在發(fā)生光電效應的情況下，入射光的強度越高，單位時間內(nèi)發(fā)出光電子的數(shù)目越多，故D正確。21．(2016·唐山調研)下列說法正確的是A．盧瑟福通過α粒子散射實驗建立了原子核式結構模型B．宏觀物體的物質波波長非常大，極易觀察到它的波動性C．愛因斯坦在對光電效應的研究中，提出了光子說D．對于任何一種金屬都存在一個“最大波長”，入射光的波長必須小于這個波長，才能產(chǎn)生光電效應【參考答案】ACD22．用如圖甲所示的裝置研究光電效應現(xiàn)象。閉合開關S，用頻率為ν的光照射光電管時發(fā)生了光電效應。圖乙是該光電管發(fā)生光電效應時光電子的最大初動能Ek與入射光頻率ν的關系圖像，圖線與橫軸的交點坐標為(a,0)，與縱軸的交點坐標為(0，－b)，下列說法中正確的是()A．普朗克常量為h＝eq\f(b,a)B．斷開開關S后，電流表G的示數(shù)不為零C．僅增加照射光的強度，光電子的最大初動能將增大D．保持照射光強度不變，僅提高照射光頻率，電流表G的示數(shù)保持不變【參考答案】AB【名師解析】由hν＝W0＋Ek，變形得Ek＝hν－W0，可知圖線的斜率為普朗克常量，即h＝eq\f(b,a)，故A錯誤；斷開開關S后，初動能大的光電子，也可能達到陽極，所以電流表G的示數(shù)不為零，故B正確；只有增大入射光的頻率，才能增大光電子的最大初動能，與光的強度無關，故C錯誤；保持照射光強度不變，僅提高照射光頻率，單個光子的能量增大，而光的強度不變，那么光子數(shù)一定減少，發(fā)出的光電子數(shù)也減少，電流表G的示數(shù)要減小，故D錯誤。23．(多選)(2012·上海高考)某半導體激光器發(fā)射波長為1.5×10－6m，功率為5.0×10－3W的連續(xù)激光。已知可見光波長的數(shù)量級為10－7m，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，該激光器發(fā)出的A．是紫外線 B．是紅外線C．光子能量約為1.3×10－18J D．光子數(shù)約為每秒3.8×1016個【參考答案】BD24．(多選)(2016·渭南質檢)分別用波長為λ和2λ的光照射同一種金屬，產(chǎn)生的速度最快的光電子速度之比為2∶1，普朗克常量和真空中光速分別用h和c表示，那么下列說法正確的有A．該種金屬的逸出功為eq\f(hc,3λ)B．該種金屬的逸出功為eq\f(hc,λ)C．波長超過2λ的光都不能使該金屬發(fā)生光電效應D．波長超過4λ的光都不能使該金屬發(fā)生光電效應【參考答案】AD【名師解析】由hν＝W0＋Ek知heq\f(c,λ)＝W0＋eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)，heq\f(c,2λ)＝W0＋eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)，又v1＝2v2，得W0＝eq\f(hc,3λ)，A正確、B錯誤。光的波長小于或等于3λ時都能發(fā)生光電效應，C錯誤。二、非選擇題1．A、B兩種光子的能量之比為2∶1，它們都能使某種金屬發(fā)生光電效應，且所產(chǎn)生的光電子最大初動能分別為EA、EB。求A、B兩種光子的動量之比和該金屬的逸出功?！久麕熃馕觥抗庾幽芰喀牛絟ν，動量p＝eq\f(h,λ)，且ν＝eq\f(c,λ)得p＝eq\f(ε,c)，則pA∶pB＝2∶1A照射時，光電子的最大初動能EA＝εA－W0。同理，EB＝εB－W0解得W0＝EA－2EB。答案2∶1W0＝EA－2EB2．用頻率為ν的光照射光電管陰極時，產(chǎn)生的光電流隨陽極與陰極間所加電壓的變化規(guī)律如圖所示，Uc為遏止電壓。已知電子電荷量為－e，普朗克常量為h，求：(1)光電子的最大初動能Ekm；(2)該光電管發(fā)生光電效應的極限頻率ν0。答案(1)eUc(2)ν－eq\f(eUc,h)3．如果一個中子和一個質量為10g的子彈都以103m/s的速度運動，則它們的德布羅意波的波長分別是多少？(中子的質量為1.67×10－27kg)【名師解析】中子的動量p1＝m1v，子彈的動量為p2＝m2v，答案4.0×10－10m6.63×10－35m4．圖所示是研究光電管產(chǎn)生的電流的電路圖，A、K是光電管的兩個電極，已知該光電管陰極的極限頻率為ν0?，F(xiàn)將頻率為ν(大于ν0)的光照射在陰極上，則：(1)________是陰極，陰極材料的逸出功等于________。(2)加在A、K間的正向電壓為U時，到達陽極的光電子的最大動能為________，將A、K間的正向電壓從零開始逐漸增加，電流表的示數(shù)的變化情況是________。(3)為了阻止光電子到達陽極，在A、K間應加上U反＝________的反向電壓。(4)下列方法一定能夠增加飽和光電流的是A．照射光頻率不變，增加光強 B．照射光強度不變，增加光的頻率C．增加A、K電極間的電壓 D．減小A、K電極間的電壓【參考答案】(1)Khν0(2)hν－h(huán)ν0＋eU逐漸增大，直至保持不變(3)eq\f(hν－h(huán)ν0,e)(4)A5．某光源能發(fā)出波長λ＝0.60μm的可見光，用它照射某金屬可發(fā)生光電效應，產(chǎn)生光電子的最大初動能Ek＝4.0×10－20J。已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3.0×108m/s求：(計算結果保留兩位有效數(shù)字)(1)該可見光中每個光子的能量；(2)該金屬的逸出功。6．如圖甲所示是研究光電效應規(guī)律的光電管。用波長λ＝0.50μm的綠光照射陰極K，實驗測得流過G表的電流I與AK之間的電勢差UAK滿足如圖乙所示規(guī)律，取h＝6.63×10－34J·s。結合圖象，求：(結果保留兩位有效數(shù)字)(1)每秒鐘陰極發(fā)射的光電子數(shù)和光電子飛出陰極K時的最大動能；(2)該陰極材料的極限波長?！久麕熃馕觥?1)光電流達到飽和時，陰極發(fā)射的光電子全部到達陽極A，陰極每秒鐘發(fā)射的光電子的個數(shù)n＝eq\f(Im,e)＝eq\f(0.64×10－6,1.6×10－19)個＝4.0×1012個光電子的最大初動能為：Ekm＝eU0＝1.6×10－19C×0.6V＝9.6×10－20J。(2)設陰極材料的極限波長為λ0，根據(jù)愛因斯坦光電效應方程：Ekm＝heq\f(c,λ)－h(huán)eq\f(c,λ0)，代入數(shù)據(jù)得λ0＝0.66μm。答案(1)4.0×1012個9.6×10－20J(2)0.66μm7.(10分)(2018·杭州市期末)光電倍增管是用來將光信號轉化為電信號并加以放大的裝置，其主要結構為多個相同且平行的倍增極．為簡單起見，現(xiàn)只研究其第1倍增極和第2倍增極，其結構如圖23所示．兩個倍增極平行且長度均為2a，幾何位置如圖所示(圖中長度數(shù)據(jù)已知)．當頻率為ν的入射光照射到第1倍增極上表面時，從極板上逸出的光電子最大速率為vm.若加電場或磁場可使從第1倍增極逸出的部分光電子打到第2倍增極上表面，從而激發(fā)出更多的電子，實現(xiàn)信號放大．已知元電荷為e，電子質量為m，普朗克常量為h，只考慮電子在紙面內(nèi)的運動，忽略相對論效應，不計重力．圖23(1)試求制作第1倍增極的金屬材料的逸出功W0.(2)為使更多光電子到