PAGEPAGE7光電效應(yīng)波粒二象性[隨堂反饋]1．當(dāng)用一束紫外線照射鋅板時(shí)，產(chǎn)生了光電效應(yīng)，這時(shí)()A．鋅板帶負(fù)電B．有正離子從鋅板逸出C．有電子從鋅板逸出D．鋅板會(huì)吸附空氣中的正離子解析：鋅板在紫外線的照射下產(chǎn)生了光電效應(yīng)，說明鋅板上有光電子飛出，所以鋅板帶正電，C正確，A、B、D錯(cuò)誤．答案：C2．(多選)(2015·高考江蘇卷)波粒二象性是微觀世界的基本特征，以下說法正確的有()A．光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光的粒子性B．熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說明中子具有波動(dòng)性C．黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律可用光的波動(dòng)性解釋D．動(dòng)能相等的質(zhì)子和電子，它們的德布羅意波長也相等解析：光電效應(yīng)說明光具有粒子性，A正確．衍射是波的特點(diǎn)，說明中子具有波動(dòng)性，B正確．黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律說明光具有粒子性，C錯(cuò)誤．動(dòng)能相等的質(zhì)子和電子，二者質(zhì)量不同，動(dòng)量不同，德布羅意波長不相等，D錯(cuò)誤．答案：AB3．(2014·高考江蘇卷)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(yīng)，比較它們表面逸出的具有最大初動(dòng)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(dòng)量解析：兩種金屬的截止頻率不同，則它們的逸出功也不同，由W0＝hνc可知截止頻率大的，逸出功也大．由Ek＝hν－W0可知，用同樣的單色光照射，鈣逸出的光電子的最大初動(dòng)能較小，由p＝eq\r(2mEk)知，其動(dòng)量也較小，根據(jù)物質(zhì)波p＝eq\f(h,λ)知，其波長較長．答案：A4．“約瑟夫森結(jié)”由超導(dǎo)體和絕緣體制成．若在結(jié)兩端加恒定電壓U，則它會(huì)輻射頻率為ν的電磁波，且ν與U成正比，即ν＝kU.已知比例系數(shù)k僅與元電荷e的2倍和普朗克常量h有關(guān)．你可能不了解此現(xiàn)象的機(jī)理，但仍可運(yùn)用物理學(xué)中常用的方法，在下列選項(xiàng)中，推理判斷比例系數(shù)k的值可能為()A.eq\f(h,2e) B．eq\f(2e,h)C．2he D．eq\f(1,2he)解析：可用物理量之間的單位量綱關(guān)系分析此題：ν＝kU，則k＝eq\f(ν,U)，其單位為1Hz/V＝1eq\f(1,s·V)，而h的單位為J·s，e的單位為C，故eq\f(e,h)的單位應(yīng)為1eq\f(C,J·s)＝1eq\f(C,C·V·s)＝1eq\f(1,s·V)，B選項(xiàng)正確．答案：B5．小明用金屬銣為陰極的光電管，觀測光電效應(yīng)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖甲所示．已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s.(1)圖甲中電極A為光電管的________(選填“陰極”或“陽極”)；(2)實(shí)驗(yàn)中測得銣的遏止電壓Uc與入射光頻率ν之間的關(guān)系如圖乙所示，則銣的截止頻率νc＝______Hz，逸出功W0＝________J；(3)如果實(shí)驗(yàn)中入射光的頻率ν＝7.00×1014Hz，則產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ek＝________J.解析：(1)光束照射陰極，打到陽極A上．(2)讀出銣的截止頻率νc＝5.15×1014Hz，其逸出功W0＝hνc＝3.41×10－19J.(3)由愛因斯坦光電效應(yīng)方程得Ek＝hν－W0＝1.23×10－19J.答案：(1)陽極(2)5.15×1014(5.12×1014～5.19×1014均可)3.41×10－19(3.39×10－19～3.44×10－19均可)(3)1.23×10－19(1.21×10－19～1.26×10－19均可)[課時(shí)作業(yè)]一、單項(xiàng)選擇題1．如圖所示，當(dāng)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(shí)與鋅板相連的驗(yàn)電器鋁箔有張角，則該實(shí)驗(yàn)()A．只能證明光具有波動(dòng)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解析：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，這是光的衍射，證明了光具有波動(dòng)性，驗(yàn)電器鋁箔有張角，說明鋅板發(fā)生了光電效應(yīng)，則證明了光具有粒子性，所以該實(shí)驗(yàn)證明了光具有波粒二象性，D正確．答案：D2．關(guān)于光電效應(yīng)的規(guī)律，下列說法中正確的是()A．只有入射光的波長大于該金屬的極限波長，光電效應(yīng)才能產(chǎn)生B．光電子的最大初動(dòng)能跟入射光強(qiáng)度成正比C．發(fā)生光電效應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間一般都大于10－7sD．發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)從金屬內(nèi)逸出的光電子數(shù)目與入射光強(qiáng)度成正比解析：由ε＝hν＝heq\f(c,λ)知，當(dāng)入射光波長小于金屬的極限波長時(shí)，發(fā)生光電效應(yīng)，A錯(cuò)誤；由Ek＝hν－W0知，光電子的最大初動(dòng)能由入射光頻率決定，與入射光強(qiáng)度無關(guān)，B錯(cuò)誤；發(fā)生光電效應(yīng)的時(shí)間一般不超過10－9s，C錯(cuò)誤；入射光的強(qiáng)度越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)射到金屬上的光子數(shù)越多，發(fā)射出光電子數(shù)越多，則形成的光電流越大，所以D正確．答案：D3．下列說法中正確的是()A．實(shí)物粒子只具有粒子性，不具有波動(dòng)性B．盧瑟福通過α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型C．光波是概率波，光子在前進(jìn)和傳播過程中，其位置和動(dòng)量能夠同時(shí)確定D．在工業(yè)和醫(yī)療中經(jīng)常使用激光，是因?yàn)槠涔庾拥哪芰窟h(yuǎn)大于γ光子的能量解析：電子通過晶格的衍射現(xiàn)象表明實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性，A錯(cuò)誤；盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型理論的基礎(chǔ)就是α粒子散射實(shí)驗(yàn)，B正確；由不確定性關(guān)系知微觀粒子的位置和動(dòng)量是不能同時(shí)準(zhǔn)確測量的，C錯(cuò)誤；在工業(yè)和醫(yī)療中常使用激光的原因是由于其平行性好、亮度高，但亮度高不是由于光子能量高，而是因?yàn)閱挝粫r(shí)間內(nèi)通過單位面積的總能量大，D錯(cuò)誤．答案：B4．用一束紫外線照射某金屬時(shí)不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，可以使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的措施是()A．改用頻率更小的紫外線照射B．改用X射線照射C．改用強(qiáng)度更大的原紫外線照射D．延長原紫外線的照射時(shí)間解析：每一種金屬對(duì)應(yīng)一個(gè)極限頻率，低于極限頻率的光，無論照射時(shí)間有多長，光的強(qiáng)度有多大，都不能使金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，只要照射光的頻率大于極限頻率，就能產(chǎn)生光電效應(yīng)，A、C、D錯(cuò)誤．X射線的頻率高于紫外線的頻率，所以改用X射線照射可能發(fā)生光電效應(yīng)，B正確．答案：B5.愛因斯坦因提出了光量子概念并成功地解釋光電效應(yīng)的規(guī)律而獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)．某種金屬逸出光電子的最大初動(dòng)能Ekm與入射光頻率ν的關(guān)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(guān)B．Ekm與入射光強(qiáng)度成正比C．當(dāng)ν＜ν0時(shí)，會(huì)逸出光電子D．圖中直線的斜率與普朗克常量有關(guān)解析：逸出功是由金屬自身決定的，與ν無關(guān)，A錯(cuò)誤．Ekm隨入射光頻率的增大而增大，但不是正比關(guān)系，B錯(cuò)誤．當(dāng)ν＜ν0時(shí)，無光電子逸出，C錯(cuò)誤．由Ekm＝hν－W0知，Ekm－ν圖象的斜率為h，D正確．答案：D6．以往我們認(rèn)識(shí)的光電效應(yīng)是單光子光電效應(yīng)，即一個(gè)電子在極短時(shí)間內(nèi)只能吸收到一個(gè)光子而從金屬表面逸出．強(qiáng)激光的出現(xiàn)豐富了人們對(duì)于光電效應(yīng)的認(rèn)識(shí)，用強(qiáng)激光照射金屬，由于其光子密度極大，一個(gè)電子在極短時(shí)間內(nèi)吸收多個(gè)光子成為可能，從而形成多光子光電效應(yīng)，這已被實(shí)驗(yàn)證實(shí)．光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)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(yīng)，換同樣頻率為ν的強(qiáng)激光照射陰極K，則發(fā)生了光電效應(yīng)；此時(shí)，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(fù)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(huì)逐漸減?。划?dāng)光電流恰好減小到零時(shí)，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為電子電荷量)()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)解析：解題的關(guān)鍵是要明確電子可能要吸收多個(gè)光子．由光電效應(yīng)方程可知Ek＝n·hν－W，而eU＝Ek，所以U＝eq\f(nhν,e)－eq\f(W,e)(n＝2,3,4，…)，故選項(xiàng)B正確．答案：B7．下表給出了一些金屬材料的逸出功.材料銫鈣鎂鈹鈦逸出功(10－19J)3.04.35.96.26.6現(xiàn)用波長為400nm的單色光照射上述材料，能產(chǎn)生光電效應(yīng)的材料最多有幾種(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3.0×108m/s)()A．2種 B．3種C．4種 D．5種解析：要發(fā)生光電效應(yīng)，則入射光的能量必須大于金屬的逸出功，由題可算出波長為400nm的光的能量為E＝hν＝heq\f(c,λ)＝6.63×10－34×eq\f(3.0×108,400×10－9)J＝4.97×10－19J，大于銫和鈣的逸出功，所以A選項(xiàng)正確．答案：A二、多項(xiàng)選擇題8．某半導(dǎo)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(jí)為10－7m，普朗克常量h＝6.63×10A．是紫外線B．是紅外線C．光子能量約為1.3×10－18JD．光子數(shù)約為每秒3.8×1016個(gè)解析：由于該激光器發(fā)出的光波波長比可見光長，所以發(fā)出的是紅外線，A錯(cuò)誤，B正確．光子能量E＝hν＝heq\f(c,λ)≈1.3×10－19J，C錯(cuò)誤．每秒發(fā)射的光子數(shù)n＝eq\f(P×1,E)≈3.8×1016個(gè)，D正確．答案：BD9.(2016·北京四中模擬)用同一光電管研究a、b兩種單色光產(chǎn)生的光電效應(yīng)，得到光電流I與光電管兩極間所加電壓U的關(guān)系如圖所示，則這兩種光()A．照射該光電管時(shí)a光使其逸出的光電子最大初動(dòng)能大B．從同種玻璃射入空氣發(fā)生全反射時(shí)，a光的臨界角大C．通過同一裝置發(fā)生雙縫干涉，a光的相鄰條紋間距大D．通過同一玻璃三棱鏡時(shí)，a光的偏折程度大解析：由題圖可知，b光照射時(shí)對(duì)應(yīng)遏止電壓Uc2大于a光照射時(shí)的遏止電壓Uc1，因eU＝eq\f(1,2)mv2，所以b光照射時(shí)光電子最大初動(dòng)能大，且可得νb＞νa，λb＜λa，A、D錯(cuò)誤，C正確．b光折射率大于a光折射率，所以a光臨界角大，B正確．答案：BC10．用波長為λ和2λ的光照射同一種金屬，分別產(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(yīng)D．波長超過4λ的光都不能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)解析：由hν＝W＋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，所以W0＝eq\f(hc,3λ)，故選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；光的波長小于或等于3λ時(shí)方能發(fā)生光電效應(yīng)，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確．答案：AD三、非選擇題11．用功率P0＝1W的光源照射離光源r＝3m處的某塊金屬的薄片，已知光源發(fā)出的是波長λ＝663nm的單色光，試計(jì)算：(1)1s內(nèi)打到金屬板1m2(2)若取該金屬原子半徑r1＝0.5×10－10m解析：(1)離光源r＝3m處的金屬板1m2面積上1s內(nèi)接收的光能E0＝eq\f(P0t,4πr2)＝8.85×10－3J每個(gè)光子的能量E＝heq\f(c,λ)＝3×10－19J所以每秒接收的光子數(shù)n＝eq\f(8.85×10－3,3×10－19)＝2.95×1016個(gè)．(2)每個(gè)原子的截面積為S1＝πreq\o\al(2,1)＝7.85×10－21m2把金屬板看成由原子密集排列組成的，則面積S1上接收的光的功率P′＝8.85×10－3×7.85×10－21W＝6.95×10－23W每兩個(gè)光子落在原子上的時(shí)間間隔Δt＝eq\f(E,P′)＝eq\f(3×10－19,6.95×10－23)s＝4317s.答案：(1)2.95×1016個(gè)(2)4317s12．某同學(xué)采用如圖所示的實(shí)驗(yàn)電路研究光電效應(yīng)，用某單色光照射光電管的陰極K時(shí)，會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象．閉合開關(guān)S，在陽極A和陰極K之間加上反向電壓，通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片逐漸增大電壓，直至電流計(jì)中電流恰為零，此時(shí)電壓的示數(shù)U稱為反向遏止電壓．根據(jù)反向遏止電壓，可以計(jì)算出光電子的最大初動(dòng)能．現(xiàn)分別用ν1和ν2的單色光照射陰極，測量到反向遏止電壓分別為U1和U2，設(shè)電子的比荷為eq\f(e,m)，求：(1)陰極K所用金屬的極限頻率；(2)用題目中所給條件表示普朗克常量h.解析：(1)由于陽極A和陰極K之間所加電壓為反向電壓，根據(jù)動(dòng)能定理有－eU1＝0－eq