作业(十二) 光电效应波粒二象性-2024年高二物理暑假作业（人教版）

[每日格言]伟大的事业不是靠力气、速度和身体的敏捷完成的,面是靠性格、意志和知识的力量完成的。 高二物理 口和回 #(二) 月口 星期 光电效应 波粒二象性 天气 1考点突破 :跟踪训练 1.(多选)关于光电效应的实验规律,下列说 知识点一 光电效应现象及其实验规律 法正确的是 ( ) 1.光子与光电子:光子指光在空间传播时的 A.当某种色光照射金属表面时,能产生光 每一份能量,光子不带电;光电子是金属表 电效应,则入射光的频率越高,产生的 面受到光照射时发射出来的电子,其本质 光电子的最大初动能越大 是电子,光照射金属是因,产生光电子 B.当某种色光照射金属表面时,能产生光 是果。 电效应,则人射光的强度越大,产生的 2.光子的能量与入射光的强度;光子的能量 光电子数越多 C.同一频率的光照射不同金属,如果都能 即每个光子的能量,其值为;一h(v为光 产生光电效应,则逸出功大的金属产生 子的频率),其大小由光的频率决定。人射 的光电子的最大初动能也越大 光的强度指单位时间内照射到金属表面单 D.对于某种金属,入射光的波长必须小于 位面积上的总能量,入射光的强度等干单 某一极限波长,才能产生光电效应 位时间内光子能量h与入射光子数”的 2.图甲是“探究光电效应”的实验电路图,光电 乘积,即光强等于nhv 管遇止电压U。随入射光频率的变化规律 3.光电流和饱和光电流:金属板飞出的光电 如图乙所示。下列判断正确的是 ( ) 子到达阳极,回路中便产生光电流,随着所 窗口 加正向电压的增大,光电流趋于一个饱和 . 值,这个饱和值是饱和光电流。在一定的 光照条件下,饱和光电流与所加电压大小 无关。 4.截止频率与遏止电压 乙 (1)截止频率:能使某种金属发生光电效应 A.入射光的频率v不同时,遏止电压U 的最小频率叫作该种金属的截止频率(又 不同 叫极限频率)。不同的金属对应着不同的 B. 人射光的频率v不同时,U。-v图像的斜 极限频率。 率不同 (2)遏止电压:使光电流减小到零的反向电 C.图甲所示电路中,当电压增大到一定数 压U.。 值时,电流表的示数将达到饱和电流 (3)逸出功:电子从金属中逸出所需做功的 D. 只要入射光的光照强度相同,光电子的 最小值,叫作该金属的逸出功。 最大初动能就一定相同 43 署假作业 伟大的事业,需要决心、能力、组织和贵任感。 [每日格言] 知识点二 光电效应方程的理解和应用 跟踪训练 1.光电效应方程E. =h-W。的四点理解 3.(多选)在光电效应实验中,分别用频率为 (1)式中的E.是光电子的最大初动能,就 V一、的单色光a、照射到同种金属上,测 某个光电子而言,其离开金属时剩余动能 得相应的截止电压分别为U。和U,光电 大小可以是0~E,范围内的任何数值。 子的最大初动能分别为E。和E.,h为普 朗克常量。下列说法正确的是 ( (2)光电效应方程实质上是能量守恒方程 ) ①能量为;一h的光子被电子吸收,电子 A.若v,则一定有U U 把这些能量的一部分用来克服金属表面对 B.若v,则一定有EE 它的吸引,另一部分就是电子离开金属表 C.若UU,则一定有E<E D.若vv,则一定有hv.-E→hv-E 面时的初动能; ②如果克服吸引力做功最少为W。,则电子 4.(多选)现用某一频率为 v的光照射在阴极K上 离开金属表面时动能最大为E.,根据能量 守恒定律可知:E.一hv-W。。 阴极材料极限频率为; 如图所示,调节滑动变 (3)光电效应方程包含了产生光电效应的 条件。 阻器滑片的位置,当电 压表示数为U时,电流表示数恰好为零。 若发生光电效应,则光电子的最大初动能 电子电荷量的大小为e,普朗克常量为, 必须大于零,即E.=h-W。0,亦即 1 下列说法正确的是 W ) >W。,v # -恰好是光电 h A.若入射光频率变为原来的2倍,则遏止 效应的截止频率。 电压为2U# (4)E-曲线。如图所示 .E B.若入射光频率变为原来的3倍,则光电 是光电子最大初动能E 子的最大初动能为2h 随入射光频率v变化的曲 -W C.保持滑动变阻器滑片位置不变,若入射 线。横轴上的截距是截止 光频率变为原来的3倍,则电子到达A 频率或极限频率,纵轴上的截距是逸出功 极的最大动能为2h 的负值,斜率为普朗克常量。 D. 入射光频率为v,若改变电路,加大小为 2.光电效应规律中的两条线索、两个关系 U的正向电压,电子到达A极的最大动 (1)两条线索 能为2eU -强度--决定着每秒钟 2综合训练 照射 光源发射的光了数 频率--决定着每个 1.(多选)(2024·东营质 光子的能量;-hv E/eV [每秒钟逸出的光电子数一 光电子决定着光电流的大小 检)在做光电效应的实 光电子逸出后的最人初动能m 验时,某种金属被光照 (2)两个关系:光照强度大→光子数目多→ 射发生了光电效应,实 发射光电子多→光电流大。 验测得光电子的最大初动能E,与入射光 光子频率高→光子能量大→产生光电子的 的频率v的关系如图所示,由图可求出 ( ) 最大初动能大。 44 [每日格言]成功的信念在人脑中的作用就如闹钟,会在你需要时将你唤醒。 高二物理 A.该金属的极限频率和极限波长 6.(2024·绵阳期末)在光电效应实验中,某 B. 普朗克常量 同学用同一光电管在不同实验条件下得到 C.该金属的逸出功 了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲 D.单位时间内逸出的光电子数 光、乙光、丙光),如图所示。则可判断出 2.(多选)(2023·铜川一模)能说明光具有波 ( ) ( 粒二象性的实验有 ) A A.光的干涉和衍射 B.光的干涉和光电效应 -丙 C.光的衍射和康普顿效应 D.光电效应和康普顿效应 - V2 0 3. 下列有关光的波粒二象性的说法正确的是 ) ( A. 甲光的频率大于乙光的频率 A.有的光是波,有的光是粒子 B.乙光的波长大于丙光的波长 B.光子与电子是同样的一种粒子 C.乙光对应的截止频率大于丙光的截止 C.光的波长越长,其波动性越显著;波长 频率 越短,其粒子性越显著 D. 甲光对应的光电子最大初动能大于丙 D.大量光子的行为往往显示出粒子性 光的光电子最大初动能 4.对爱因斯坦光电效应方程E一h-W. 7.(多选)(2023·黄石一 下列各种理解正确的是 模)某中学实验小组的同 A.用同种频率的光照射同一种金属,从金 学在研究光电效应现象 属中逸出的所有光电子都会具有同样 时,设计了如图所示的电 的初动能E. 路,用蓝光照射阴极时,电路中的电流计 B.式中的W表示每个光电子从金属中飞 有示数。则下列说法正确的是 ) 出过程中克服金属中正电荷引力所做 A.用紫光照射阴极时,电流计一定没有 的功 示数 C.逸出功W和极限频率之间应满足关 系式W-hv B.用黄光照射阴极时,电流计可能有示数 C. 用蓝光照射阴极时,将滑动变阻器的滑 D.光电子的最大初动能和人射光的频率 片向左移动,电流计一定没有示数 成正比 D.用蓝光照射阴极时,将滑动变阻器的滑 5.入射光照射到某金属表面上发生了光电效 应,若入射光的强度减弱,而频率保持不 片向右移动,电流计的示数可能不变 ( 8.(多选)用如图所示的装置 变,则下列说法正确的是 A.从光照射到金属表面上到发射出光电 研究光电效应现象,当光 子之间的时间间隔将明显增加 子能量为2.5eV的光照射 B.逸出的光电子的最大初动能将减小 到光电管上时,电流表G C.单位时间内从金属表面逸出的光电子 的读数为0.2mA。移动 数目将减少 变阻器的触点c,当电压表的示数大于或等 于0.7V时,电流表读数为0。则( D.有可能不发生光电效应 ) 45 署假作业 坚韧是成功的一大要素,只要在门上敲得够久够大声,终会把人唤醒的。 [每日格言] A.光电管阴极的逸出功为1.8eV 10.如图所示,当电键S断开时,用光子能量 B.开关K断开后,没有电流流过电流表G 为2.5eV的一束光照射阴极P,发现电 C.光电子的最大初动能为0.7eV 流表读数不为零。合上电键,调节滑动变 D.改用能量为1.5eV的光子照射,电流 阻器,发现当电压表读数小于0.60V时, 表G也有电流,但电流较小 电流表读数仍不为零;当电压表读数大于 9.A、B两种光子的能量之比为2:1,它们都 或等于0.60V时,电流表读数为零 能使某种金属发生光电效应,且所产生的 光电子最天初动能分别为E 、E。,求A、B 两种光子的动量之比和该金属的逸出功。 (1)求此时光电子的最大初动能的大小; (2)求该阴极材料的逸出功。 46[每日格言]不要谨慎地稽查人生,现在就呈现出你最大的发挥。 高二物理 作业(十二)光电效应 (2)设一个油酸分子的体积为V,则V.= 波粒二象性 [考点突破]--跟踪训练 N.一V 1.ABD由光电效应实验规律知,对于某种金属,其逸出 功是一个定值,当照射光的频率一定时,光子的能量是 油滴的摩尔体积,B项正确。 一定的,产生的光电子的最大初动能也是一定的,若提 答案(1) 高照射光的频率,则产生的光电子最大初动能也将增 (2)B 大,要想使某种金属发生光电效应,必须使照射光的频 3.解析(1)①C步骤中,要在水面上均匀撒上爽身粉或 率大于其截止频率y,因刚好发生光电效应时,光电子 的初动能为零,有ho-W,所以v-W,又v 细石膏粉。②实验时还需要:F,用注射器或滴管将事 ,.若 先配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量简,记下 #时能发生光电效应,同 量简内增加一定体积时液滴的数目。(2)实验步骤的 照射光频率二,即x。一 合理顺序是CFBAED. 答案 一频率的光照射到不同金属上时,因各种金属的逸出 (1)见解析 (2)CFBAED 4.解析(1)油膜面积的估算可以先数出油膜所覆盖的 功不相同,产生的光电子的最大初动能也不相同,逸出 功越小,电子摆脱金属的束缚也越容易,电子脱离金属 整个方格数,不足半个格的舍去,多于半个格的算1个 表面时的初动能越大,若照射光的频率不变,对于特定 格,再计算总面积,将油膜看成单分子层,先计算2滴 的金属,增加光强,不会增加光电子的最大初动能,因 溶液中所含油酸的体积,即为油膜的体积,再除以油膜 频率不变时,入射光的光子能量不变,但由于光强的增 面积即得分子直径。由题图示油膜可知,油膜的面积 加,入射光的光子数目增加,因而产生的光电子数目也 $-60×2x2cm-240 cm-2.4×10-m; 随之增加,故选ABD。 2.A 根据Em一h一W。,可知入射光的颊率不同时,电 两滴油酸溶液含纯油酸的体积 2X10-11 可见入射光的频率v不同时,遏止电压U。不同,A项 油酸分子的直径d- 52.4×10-2m~8×10-10m。 (2)由公式d一 入射光的频率v无关,B项错误;题图甲所示电路中,必 须把电源正负极反接,才能用来验证光电流与电压的 V偏大或油膜面积S偏小造成的,选项A、C正确。 关系,即当电压增大到一定数值时,电流表的示数变为 答案 (1)2.4×10-?8X10-10 (2)AC 零,C项错误;根据E一h一W。可知,光电子的最大 (1)为了保证气体的质量不变,要用润滑油涂活 5.解析 初动能与入射光的光照强度无关,D项错误。 塞保证封闭效果。 3.BC由爱因斯坦光电效应方程h一E十W。,由动能 (2)气体的体积变化,外界对气体做正功或负功,要让 定理可得E-eU,故当vv时,U.U,EE. 气体与外界进行足够的热量交换,一要时间长,也就是 故A错误,B正确;若U U.,则一定有E E,故 C正确;由光电效应方程可得:金属的逸出功W。一h。 抽动活塞缓慢,二要活塞导热性能好,再者不能用手握 住封闭气体部分的注射器。 一E一h一E,故D错误。 4.ACD根据光电效应方程可得E一h一hv,当电压 答案(1)用润滑油涂活塞 (2)缓慢地抽动活塞 不 表示数为U时,电流表示数恰好为零,根据动能定理可 能用手握住注射器封闭气体部分 得eU一Em,若入射光频率变为原来的2倍,则有Em 6.解析(1)由于该实验是“用气体压强传感器探究气体 -2hv一h。设遏止电压变为U,则有eU一Em',联 等温变化的规律”,条件是对于一定质量的气体而言 的,故实验中不能出现漏气的现象,移动活塞时,外界 对气体做功或者气体对外做功,如果太快的话,气体的 温度就可能会发生变化,故A、B正确;等温变化的规律 保持滑动变阻器滑片位置不变,若入射光频率变为原 为力V,一V。,所以不必测出气体的质量,只要看它 来的3倍,则电子到达A极的最大动能为E.一Em”- 是否满足这样的变化规律即可,故C错误;只要压强力 eU-2hv+eU-eU一2hv,故C正确;入射光频率为v,若 两边的单位统一,体积V两边的单位统一,就可以得出 改变电路,加大小为U的正向电压,电子到达A极的 等温变化的规律,故D错误。(2)如果作)一V图像,因 最大动能为E'一Em+eU-2eU,故D正确。 为它们的乘积是不变的,故这个图像应该是一条曲线, [综合训练] 不能直观地判断压强力与体积V的数量关系,直线更 1.ABC 依据光电效应方程E.一h一W可知,当E-0 时,一v,即图像中横坐标的截距在数值上等于金属的 能形象直观地体现二者的关系,故应作出)一的图 1_- 像,在误差允许的范围内,)图线是一条过原点的 率在数值上等于普朗克常量。据题图可知,假设图线 倾斜直线。 的延长线与E.轴的交点为C,其截距为W,有tan8一 W (2)# ,而tanθ-h,所以W一hv,即图像中纵坐标轴截距 答案(1)AB 过原点的倾斜直线 D 在数值上等于金属的逸出功,故选ABC。 2.BC 3.C 一切光都具有波粒二象性,光的有些行为(如干涉 衍射)表现出波动性,有些行为(如光电效应)表现出粒 子性,所以,不能说有的光是波,有的光是粒子。虽然 光子与电子都是微观粒子,都具有波粒二象性,但电子 是实物粒子,有静止质量,光子不是实物的粒子,没有 273K),可知斜率越大,体积越小,所以斜率不同表示 静止质量,电子是以实物形式存在的物质,光子是以场 形式存在的物质,所以,不能说光子与电子是同样的一 种粒子。光的波粒二象性的理论和实脸表明,大量光 子的行为表现出波动性,个别光子的行为表现出粒子 △T-△,得△--CVA,即△与△:成正比,故 性。光的波长越长,衍射性越好,即波动性越显著,光 的波长越短,其光子能量越大,个别或少数光子的作用 A、B、D错误,C正确。 就足以引起光接收装置的反应,所以其粒子性就很显 答案(1)绝对零度(2)气体体积不同 (③)C 著,故C正确,A、B、D错误。 61 署假作业 坚强的信念能赢得强者的心,并使他们变得更坚强。 [每日格言] 4.C 爱因斯坦光电效应方程E一h-W中的W表示 所以E} 从金属表面直接逸出的光电子克服金属中正电荷引力 由此式可知:电子离核越远,即,越大 2r 做的功,因此是所有逸出的光电子中克服引力做功的 时,电子的动能越小,故A、C错误;即,变大时,库仑力 最小值,对应的光电子的初动能是所有光电子中最大 对核外电子做负功,因此电势能增大,D正确。 的,其他光电子的初动能都小于这个值,故A、B错误; 4.CD 若入射光的频率恰好是极限频率,即刚好能有光电子 5.C 由衰变方程可知,2Po发生的是a衰变,故A、B 逸出,可理解为逸出的光电子的最大初动能是0,因此 有W一hv,C正确;由E一h-W可知Ekm和v之间 错误;根据公式mmo(){,代入题图数据可得 是一次函数关系,但不是成正比关系,D错误。 mom·()”,解得-3,故D错误,C正确。 5.C 入射光的强度取决于入射光子数和入射光的频率, 入射光的频率保持不变,强度减弱,单位时间入射光子 数将减少,但光子的能量不变,可见仍能发生光电效 6.C 根据质能方程E一m^{}可知,则每秒钟平均减少的 E 1018 应,发生光电效应时,光电子的产生几乎都是瞬时的, 质量为n- 60{} -60(3x10)g-1.85×10-2:g 与入射光强度无关,故A、D错误;根据爱因斯坦光电 效应方程,逸出光电子的最大初动能与入射光的频率 则每秒钟平均减少的质量量级为10{②}kg,故选C。 有关,跟入射光的强度无关,B错误;由于逸出电子与 [综合训练] 入射光子是一对一的关系,当光的强度减弱时,单位时 1.A 间入射光子数减少,因此单位的时间内逸出的光电子 2.B 氢原子光谱是线状光谱,是一系列波长不连续的、 数也将减少,C正确。 分立的特征谱线,并不是只含一种波的光,也不是亮度 $6. B 由-m{}-hv-W可知v丙→v甲=v,甲= 不连续的谱线,B正确,A、C错误;氢原子光谐是氢原 子的特征谱线,只要是氢原子发出的光的光谱均相同, 丙,所以A、D错误,B正确。由于h一W,所以 与放电管的放电强弱无关,D错误。 C错误。 3.A 原子由能量为E。的定态向低能级跃迁时,辐射的 7.BD 由于紫光的频率比蓝光的频率高,因此用紫光照 光子能量等于两能级的能量差,故A正确;电子沿某一 射时,电流计一定有示数,A错误;由于不知阴极K的 轨道绕核运动,处于某一定态,不向外辐射能量,故B 截止频率,所以用黄光照射时,也可能发生光电效应, 错误;电子只有由半径大的轨道跃迁到半径小的轨道, 因此电流计可能有示数,B正确;当滑片向左移动时, 能级降低,才能辐射某一频率的光子,故C错误;原子 U.减小,即使UAk一0,电流表中也可能有电流通过, 吸收光子后能量增加,能级升高,故D错误。 C错误;当滑片向右端滑动时,U增大,阳极A吸收 4.B 大量氢原子跃迁时只有三个频率的光谱,这说明是 从n一3能级向低能级跃迁,根据能量守恒定律有h 光电子的能力增强,光电流会增大,当所有光电子都到 一hv十h,解得v一v+v,选项B正确。 达阳极A时,电流达到最大,即饱和电流,若在滑动前, 电流已经达到饱和电流,那么即使增大UAk,光电流也 5.A 由题图分析可知,核反应方程为X-→2Y十 不会增大,D正确。 aHe十b-{e。设经过a次a衰变,b次③衰变,由电荷 8.AC 该装置所加的电压为反向电压,当电压表的示数 数与质量数守恒可得238-206+4a;92-82+2a-$ 大于或等于0.7V时,电流表示数为0,可知光电子的 解得a一8,b一6,故放出6个电子。故选A。 最大初动能为0.7eV,根据光电效应方程E.一hv一 6.AC 原子核发生一次a衰变,其质子数和中子数都减 W。,得W。一1.8eV,故A、C正确;开关K断开后,在 少2,发生一次B衰变,其质子数增加1,而中子数减少1. 光子能量为2.5cV的光照射下,光电管发生了光电效 由A、B中子数相同可得a十4-(十2)-d-(c-1), 即a一b+2-d-c+1,故A、C正确,B、D错误。 应,有光电子逸出,则有电流流过电流表,故B错误; 7.D 同位素应具有相同的质子数,P和X不是同位 1.5eV的光子的能量小于逸出功,所以不能发生光电 效应,无光电流,故D错误。 素,不具有相同的化学性质,A、B错误;元素的半衰期 9.解析 光子能量c-hv,动量p-,且y-,得p= 与其所处的状态无关,C错误;放射性同位素可作为示 踪原子,D正确。 8.C 根据核反应的质量数和电荷数守恒可知,该核反应 三.则pA:pn-2:1,A照射时,光电子的最大初动能 是Al→Mg十}e,即Y是正电子,选项A、B错误; EA=6A-W。,同理EB=B-Wo。又sA=2eg,解得 因72万年是一个半衰期,可知再过72万年,现有的铅 W。-E-2En。 26衰变一半;再过144万年,即两个半衰期,现有的错 26衰变四分之三,选项C正确,D错误。 答案 2:1E-2E 听 n-2时,E--13.6eV--3.4eV 10.解析 设用光子能量为2.5eV的光照射时,光电子 9.解析 的最大初动能为E,阴极材料逸出功为W。。当反向 22 电压达到U一0.60V以后,具有最大初动能的电子达 所谓电离,就是使处于基态或激发态的原子的核外电 不到阳极,因此eU一E,且光电效应方程E一h- 子跃迁到n-oo的轨道,"一oo时,E。一0。 W。,由以上二式得E=0.6eV,W。-1.9eV。 所以要使处于”一2激发态的原子电离,电离能为 △E-E。-E-3.4eV 答案 (1)0.6eV (2)1.9eV 4F3.4×1.6×10-10 作业(十三) 原子结构与原子核 6.63×100--Hz~8.21×1015 Hz。 [考点突破]--跟踪训练 1.ABC 卢瑟福a粒子散射实验的结果否定了关于原子 答案 8.21×10*Hz 10.解析 (1)核反应(衰变)方程为 结构的汤姆孙模型,提出了关于原子的核式结构学说, 22Ra→Rn+He。 并估算出原子核半径的数量级为10-1}m,原子半径的 (2)核衰变放出的能量为AE-(226.0254-4.0026- 数量级为10-10m,原子半径是原子核半径的十万倍, 222.0163)×931.5 MeV-6.05 MeV 所以原子内部是十分“空旷”的,核外带负电的电子由 (3)韬核衰变时动量守恒,则由动量守恒定律可得 于受到带正电的原子核的吸引而绕核旋转,所以A、B、 C正确,D错误。 mnVRn-n。.-0 又根据衰变放出的能量转变为氛核和a粒子的动能, 2.BD 则△EF-Rnv n^{}+m。v。{},联立以上两式可得 3.D 根据玻尔理论,氢原子核外电子在离核较远的轨道 上运动能量较大,必须吸收一定能量的光子后,电子才 #E.-)- mxAE~5. 94 MeV,则放出 能从离核较近的轨道跃迁到离核较远的轨道,故B错 Rn十m. 误;氛原子核外电子绕核做圆周运动,由原子核对电子 粒子的动能为5.94MeV。 答案(1)2Ra-→2Rn+He (2)6.05 MeV (3)5.94 MeV 62