专题五 原子物理学

专题五原子物理学第一讲光电效应__波粒二象性1.[某种单色光照射到金属表面上发生光电效应，如果入射光的强度减弱，频率不变，那么()A．从光照到金属表面上到逸出光电子之间的时间间隔将明显增加B．逸出的光电子的最大初动能将减小C．单位时间内逸出的光电子数将减少D．有可能不发生光电效应解析：选C若能发生光电效应，发生光电效应的时间与光的强度无关，故A错误；入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，频率保持不变，可知仍然可以发生光电效应，根据光电效应方程E k＝hν－W0知，光电子的最大初动能不变，故B、D错误；入射光的强度减弱，则入射光的光子的数目减少，单位时间内从金属表面逸出的光电子数将减少，故C正确。

2．[考查对光电效应的理解]在光电效应的实验结果中，与光的波动理论不矛盾的是()A．光电效应是瞬时发生的B．所有金属都存在极限频率C．光电流随着入射光增强而变大D．入射光频率越大，光电子最大初动能越大解析：选C光具有波粒二象性，既具有波动性又具有粒子性，光电效应证实了光的粒子性。

因为光子的能量是一份一份的，不能积累，所以光电效应具有瞬时性，这与光的波动性矛盾，A项错误；同理，因为光子的能量不能积累，所以只有当光子的频率大于金属的极限频率时，才会发生光电效应，B项错误；光强增大时，光子数量增多，所以光电流会增大，这与波动性无关，C项正确；一个光电子只能吸收一个光子，所以入射光的频率增大，光电子吸收的能量变大，所以最大初动能变大，D项错误。

3．[考查光电流的变化规律]如图所示是光电管的原理图，已知当有波长为λ0的光照到阴极K上时，电路中有光电流，则()A．若增加电路中电源电压，电路中光电流一定增大B．若将电源极性反接，电路中一定没有光电流产生C．若换用波长为λ1(λ1＞λ0)的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流D．若换用波长为λ2(λ2＜λ0)的光照射阴极K时，电路中一定有光电流解析：选D光电流的强度与入射光的强度有关，当光越强时，光电子数目会增多，初始时电压增加光电流可能会增加，当达到饱和光电流后，再增大电压，光电流也不会增大了，故A错误；将电路中电源的极性反接，电子受到电场阻力，到达A极的数目会减小，则电路中电流会减小，甚至没有电流，故B错误；若换用波长为λ1(λ1＞λ0)的光，其频率有可能大于极限频率，电路中可能有光电流，故C错误；若换用波长为λ2(λ2＜λ0)的光，则其频率一定大于极限频率，电路中一定有光电流，故D正确。

4．[考查对光电效应方程的理解]关于光电效应，下列说法中正确的是()A．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大B．不同金属产生光电效应的入射光的最低频率是相同的C．金属内的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能发生光电效应D．如果入射光光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应解析：选D根据光电效应方程可得E k＝hν－W0，光子的能量与光照强度无关，A错误；每种金属都有自己的极限频率，B错误；金属内的每个电子一次只能吸收一个光子，而且是不能积累的，C错误；当入射光光子的能量小于金属的逸出功时，不能发生光电效应，D正确。

5．[考查光电效应规律及光电效应方程]现用某一光电管进行光电效应实验，当用频率为ν的光照射时，有光电流产生。

下列说法正确的是()A．光照时间越长，光电流就越大B．减小入射光的强度，光电流消失C．用频率小于ν的光照射，光电效应现象消失D．用频率为2ν的光照射，光电子的初动能变大解析：选D发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，根据光电效应方程知，光子频率越大，光电子的最大初动能越大，光强度会影响单位时间内逸出的光电子数目。

光电流的大小与入射光的时间无关，入射光的强度越大，饱和光电流越大，故A错误；发生光电效应时，能否发生光电效应与入射光的强度无关，减小入射光的强度，光电流不能消失，故B错误；用频率为ν的光照射时，有光电流产生，用频率小于ν的光照射，光电效应现象不一定消失，还要看入射光的频率是否小于极限频率，故C错误；根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，故D正确。

6.[考查光电效应方程的应用][多选]2009年诺贝尔物理学奖得主威拉德·博伊尔和乔治·史密斯的主要成就是发明了电荷耦合器件(CCD)图像传感器。

他们的发明利用了爱因斯坦的光电效应原理。

如图所示电路可研究光电效应规律。

图中标有A和K的为光电管，其中K为阴极，A为阳极。

理想电流计可检测通过光电管的电流，理想电压表用来指示光电管两端的电压。

现接通电源，用光子能量为10.5 eV 的光照射阴极K，电流计中有示数，若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动，电流计的读数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为6.0 V；现保持滑片P位置不变，以下判断正确的是()A．光电管阴极材料的逸出功为4.5 eVB．若增大入射光的强度，电流计的读数不为零C．若用光子能量为12 eV的光照射阴极K，光电子的最大初动能一定变大D．若用光子能量为9.5 eV的光照射阴极K，同时把滑片P向左移动少许，电流计的读数一定不为零解析：选AC由电路图可知图中所加电压为反向减速电压，根据题意可知遏止电压为6 V，由E k＝hν－W0＝eU c得W0＝4.5 eV，选项A正确；当电压达到遏止电压时，所有电子都不能到达A极，无论光强如何变化，电流计示数仍为零，选项B错；若光子能量增大，根据光电效应方程，光电子的最大初动能一定变大，选项C正确；若光子能量为9.5 eV的光照射阴极K ，则遏止电压为5 V ，滑片P 向左移动少许，电流计的读数仍可能为零，选项D 错。

7．[考查光电管的工作原理及光电效应方程][多选]如图所示，用某单色光照射光电管的阴板K ，会发生光电效应。

在阳极A 和阴极K 之间加上反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大加在光电管上的电压，直至电流表中电流恰为零，此时电压表的电压值U 称为反向遏止电压。

现分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极，测得反向遏止电压分别为U 1和U 2，设电子的质量为m 、电荷量为e ，下列说法正确的是( )A ．用频率为ν1的光照射时，光电子的最大初速度为2eU 1m B ．用频率为ν2的光照射时，光电子的最大初速度为eU 22mC ．阴极K 金属的逸出功为W ＝e (U 1ν2－U 2ν1)ν1－ν2D ．阴极K 金属的极限频率是ν0＝U 1ν2－U 2ν1U 1－U 2 解析：选ACD 在阳极A 和阴极K 之间加上反向电压，逸出的光电子在反向电场中做减速运动，根据动能定理可得－eU ＝0－12m v m 2，解得光电子的最大初速度为v m ＝ 2eU m ，所以用频率为ν1的光照射时，光电子的最大初速度为2eU 1m ，用频率为ν2的光照射时，光电子的最大初速度为 2eU 2m ，故A 正确，B 错误；根据光电效应方程可得hν1＝eU 1＋W ，hν2＝eU 2＋W ，联立可得W ＝e (U 1ν2－U 2ν1)ν1－ν2，h ＝e (U 1－U 2)ν1－ν2，阴极K 金属的极限频率ν0＝W h ＝U 1ν2－U 2ν1U 1－U 2，C 、D 正确。

8.[考查E k -ν[多选]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E k 与入射光频率ν的关系图像，图线与横轴的交点坐标为(a,0)，与纵轴的交点坐标为(0，－b )，下列说法中正确的是( )A ．普朗克常量为h ＝b aB ．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AB 由公式E k ＝hν－W 0，可知图线的斜率为普朗克常量，即h ＝b a ，故A 正确；断开开关S 后，初动能大的光电子，也可能到达阳极，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，发出的光电数也减少，电流表G 的示数要减小，故D 错误。

9．[考查U c -ν图像]下表是按照密立根的方法进行光电效应实验时得到的某金属的遏止电压U c 和入射光的频率的几组数据。

则这种金属的截止频率约为( )A ．3.5×1014 HzB ．4.3×1014 HzC ．5.5×1014 HzD ．6.0×1014 Hz解析：选B 遏止电压为零时，入射光的频率等于截止频率，根据方程U c ＝0.397 3ν1014－1.702 4，当U c ＝0解得ν＝4.3×1014 Hz ，B 正确。

10．[考查光电流I与电压U的关系图像][多选]如图甲是光电效应的实验装置图，图乙是光电流与加在阴极K和阳极A上的电压的关系图像，下列说法正确的是()A．由图线①、③可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大B．由图线①、②、③可知对某种确定的金属来说，其遏止电压只由入射光的频率决定C．只要增大电压，光电流就会一直增大D．遏止电压越大，说明从该金属中逸出的光电子的最大初动能越大解析：选ABD由图线①、③可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大，故A正确；根据光电效应方程知，E km＝hν－W0＝eU c，可知入射光频率越大，最大初动能越大，遏止电压越大，可知对于确定的金属，遏止电压与入射光的频率有关，故B 正确；增大电压，当电压增大到一定值时，电流达到饱和电流，将不再增大，故C错误；根据E km＝eU c，遏止电压越大，说明从该金属中逸出的光电子的最大初动能越大，故D正确。

11.[用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片。

这些照片说明()A．光只有粒子性没有波动性B．光只有波动性没有粒子性C．少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性D．少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性解析：选D由这些照片可以看出，少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性，故D 正确。

12．[考查对物质的波粒二象性的理解][多选]关于物质的波粒二象性，下列说法中正确的是( )A ．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性B ．运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道C ．波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的D ．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性解析：选ABC 由德布罗意波可知A 、C 正确；运动的微观粒子，达到的位置具有随机性，而没有特定的运动轨道，B 正确；由德布罗意理论知，宏观物体的德布罗意波的波长太小，实际很难观察到波动性，不是不具有波粒二象性，D 错误。