第30讲 光电效应 波粒二象性-高三物理二轮复习题

考点二 与光电效应现象有关的图像问题
本考点所涉及的题目，知识综合性较强，难度较大，但只 要清楚四类图像的特点及图线斜率、截距等的意义，问题便可 轻松解决。需要考生学会灵活变通。
(一)看清四类图像
图像名称
图线形状
最大初动能Ek 与入射光频率 ν的关系图线
颜色相同、强 度不同的光， 光电流与电压 的关系
考点一 光电效应规律和光电 效应方程
本考点主要考查光电效应现象、规律及爱因斯坦的光电
效应方程的有关应用，试题难度一般，可以选择题形式命题。
在二轮复习中，注意打牢基础知识，细化审题，就可轻松得
分。建议考生自学为主。
(一)理清知识体系
(二)深化规律内涵 1．能否发生光电效应，由入射光的频率大小决定，与入射光 的强度和照射时间无关；发生光电效应时，光子的能量与入射光的 强度无关，如诊断卷第2题选项A。 2．光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，但二者 成一次函数，不是正比关系，如诊断卷第4题选项D。 3．在光电流没有达到饱和光电流时，光电管两端正向电压越 大，光电流越大，当达到饱和光电流后，再增大电压，光电流也不 会增大了，如诊断卷第3题选项A。 4．光电子的最大初动能与反向遏止电压的关系：Ekm＝eUc(如 诊断卷第6题)，因此光电效应方程可以写为：eUc＝hν－W0。
流表示数增大
解析：由 Uc＝heν－We0知，该金属的极限频率 为 5.1×1014 Hz，斜率为 k 时，普朗克常量为 ke，A、B 正确；用某色光照射金属板时能发 生光电效应，增大光照强度则电流表示数增大，向右移动滑动 变阻器电流表示数将变小，甚至变为零，选项 C 正确，D 错误。
答案：ABC
题点全练
1．一单色光照到某金属表面时，有光电子从金属表面逸出，

2020届高考物理第二轮专题复习选择题模拟演练波粒二象性一、单项选择题1、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答案：D.解析：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，则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极的数目会减少，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>λ的光的频率有可能大于极限频率，电路中可能有光电流，故C错误；0)若换用波长为λ2(λ2<λ0)的光的频率一定大于极限频率，电路中一定有光电流，故D正确．2、某光源发出的光由不同波长的光组成，不同波长的光的强度如图所示，表中给出了一些材料的极限波长，用该光源发出的光照射表中材料( )材料钠铜铂极限波长(nm)541268196A.仅钠能产生光电子B．仅钠、铜能产生光电子C．仅铜、铂能产生光电子D．都能产生光电子答案：D.解析：根据爱因斯坦光电效应方程可知，只有光源的波长小于某金属的极限波长，才有光电子逸出，该光源发出的光的波长有一部分小于100 nm ，小于钠、铜、铂三个的极限波长，都能产生光电子，故D 正确，A 、B 、C 错误．3、已知钙和钾的截止频率分别为 7.73 ×1014 Hz 和5.44×1014 Hz ，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的( )A ．波长B ．频率C ．能量D ．动量 答案：A解析：根据爱因斯坦光电效应方程12mv 2m ＝h ν－W .由题知W 钙>W 钾，所以钙逸出的光电子的最大初动能较小．根据p ＝2mE k 及p ＝hλ和c＝λν知，钙逸出的光电子的特点是：动量较小、波长较长、频率较小．选项A 正确，选项B 、C 、D 错误．4、用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能E k 随入射光频率ν变化的E k －ν图象．已知钨的逸出功是3.28 eV ，锌的逸出功是3.34 eV ，若将二者的图线画在同一个E k －ν坐标系中，如图所示，用实线表示钨，虚线表示锌，则正确反映这一过程的是( )答案：A解析：依据光电效应方程E k ＝hν－W 0可知，E k －ν图线的斜率代表普朗克常量h ，因此钨和锌的E k －ν图线应该平行．图线的横轴截距代表截止频率ν0，而ν0＝W 0h，因此钨的截止频率小些，综上所述，选项A 图正确．5、下图是光电管的原理图．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答案：D解析：若光电流已经达到饱和，增加电路中电源电压，电路中光电流也不再增大，A错；将电源极性反接，若加在光电管上的电压小于截止电压，电路中仍然有光电流产生，B错；换用波长为λ1(λ1>λ0)的光照射阴极K时，光子的能量小，但若波长小于极限波长，仍然有光电流产生，C错，D正确．6、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ν的几组数据.由以上数据应用Excel描点连线，可得直线方程U c＝0.397 3ν1014－1.702 4，如图所示．则这种金属的截止频率约为( ) A ．3.5×1014 Hz B ．4.3×1014 Hz C ．5.5×1014 Hz D ．6.0×1014 Hz 答案：B解析：根据光电效应方程得：E km ＝hν－W 0＝hν－hν0，解得：U c ＝h e ν－W 0e ＝h e ν－hν0e ，与直线方程U c ＝0.397 3ν1014－1.702 4，比较可知，图线的斜率为：h e ＝0.397 31014，同时：hν0e＝1.702 4，联立得：ν0≈4.3×1014 Hz.故B 项正确，A 、C 、D 项错误．7、如图所示的光电效应实验装置中，光电管阴极K 的极限频率为ν0，现用频率为ν(ν>ν0)的光照射在阴极上，若在A 、K 之间加一数值为U 的反向电压时，光电流恰好为零，则下列判断错误的是( )A ．阴极材料的逸出功等于hν0B ．有光电子逸出，且光电子的最大初动能可表示为eUC ．有光电子逸出，且光电子的最大初动能可表示为hν－hν0D ．无光电子逸出，因为光电流为零 答案：D解析：阴极材料的逸出功等于hν0，选项A 正确；因光的频率大于极限频率，则有光电子逸出，因在A 、K 之间加一数值为U 的反向电压时，光电流恰好为零，根据能量关系可知，光电子的最大初动能等于12mv 2m ＝hν－hν0＝eU ，选项B 、C 正确，D 错误．本题选判断错误的，故选D.8、某金属在光的照射下产生光电效应，其遏止电压U c 与入射光频率ν的关系图象如图所示．则由图象可知( )A ．入射光的频率越大，该金属的逸出功越大B ．入射光的频率越大，则遏止电压越大C ．由图可求出普朗克常量h ＝Uν0D ．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 答案：B解析：逸出功与入射光频率无关，由金属材料决定，故A 错误；根据光电效应方程E km ＝hν－W 0和eU c ＝E km 得U c ＝hνe －W 0e，当入射光的频率大于极限频率时，入射光的频率越大，则遏止电压越大，故B 正确；由U c ＝hνe －W 0e ，知图线的斜率k ＝h e ＝Uν0，可得普朗克常量h ＝Ueν0，故C 错误；根据光电效应方程E km ＝hν－W 0可知，光电子最大初动能与入射光的频率成线性关系，但不成正比，故D 错误．二、多项选择题9、波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有( ) A ．光电效应现象揭示了光的粒子性B ．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C ．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D ．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等 答案：AB解析：光电效应现象、黑体辐射的实验规律都可以用光的粒子性解释，选项A 正确，选项C 错误；热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性，选项B 正确；由德布罗意波长公式λ＝h p和p 2＝2mE k 知动能相等的质子和电子动量不同，德布罗意波长不相等，选项D 错误．10、如图所示为光电管的工作电路图，分别用波长为λ0、λ1、λ2的单色光做实验，已知λ1＞λ0＞λ2.当开关闭合后，用波长为λ0的单色光照射光电管的阴极K 时，电流表有示数．则下列说法正确的是( )A ．光电管阴极材料的逸出功与入射光无关B ．若用波长为λ1的单色光进行实验，则电流表的示数一定为零C ．若仅增大电源的电动势，则电流表的示数一定增大D．若仅将电源的正、负极对调，则电流表的示数可能为零答案：AD.解析：光电管阴极材料的逸出功只与材料有关，而与入射光的频率、入射光的强度无关，A正确；用波长为λ0的光照射阴极K时，电路中有光电流，可知波长为λ0的光照射阴极K时，发生了光电效应；若用波长为λ1(λ1＞λ0)的光照射阴极K时，虽然入射光的频率变小，但仍可能大于阴极的极限频率，仍可能发生光电效应，因此电流表的示数可能不为零，B错误；仅增大电路中电源的电动势，光电管两端电压增大，当达到饱和电流后，电流表的示数不再增大，C错误；将电路中电源的正、负极对调，光电子做减速运动，若电子到达不了阳极，则此时电流表的示数为零，D正确．11、利用金属晶格(大小约10－10 m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子束通过电场加速后，照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样．已知电子质量为m，电荷量为e，初速度为0，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法中正确的是( ) A．该实验说明了电子具有波动性B．实验中电子束的德布罗意波的波长为λ＝h2meUC ．加速电压U 越大，电子的衍射现象越明显D ．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显答案：AB.解析：能得到电子的衍射图样，说明电子具有波动性，A 正确；由德布罗意波的波长公式λ＝h p及动量p ＝2mE k ＝2meU ，可得λ＝h 2meU ，B 正确；由λ＝h 2meU可知，加速电压越大，电子的波长越小，衍射现象就越不明显，C 错误；用相同动能的质子替代电子，质子的波长变小，衍射现象与电子相比不明显，故D 错误．12、金属钙的逸出功为4.3×10－19 J ，普朗克常量h ＝6.6×10－34 J ·s ，光速c ＝3.0×108 m/s ，以下说法正确的是( )A ．用波长为400 nm 的单色光照射金属钙，其表面有光子逸出B ．用波长为400 nm 的单色光照射金属钙，不能产生光电效应现象C ．若某波长的单色光能使金属钙产生光电效应现象，则增大光的强度将会使光电子的最大初动能增大D ．若某波长的单色光能使金属钙产生光电效应现象，则减小光的强度将会使单位时间内发射的光电子数减少答案：AD.解析：波长为400 nm的单色光的光子能量为E＝h cλ＝4.95×10－19J，大于钙的逸出功，可以产生光电效应现象．根据光电效应规律，光电子的最大初动能决定于入射光的频率而与其强度无关，但强度决定了单位时间内发射的光电子数的多少，选项A、D正确．13、用如图所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为2.5 eV 的光照射到光电管上时，电流表G的示数为0.2 mA.移动变阻器的触点c，当电压表的示数大于或等于0.7 V时，电流表示数为0.则( )A．光电管阴极的逸出功为1.8 eVB．开关S断开后，没有电流流过电流表GC．光电子的最大初动能为0.7 eVD．改用能量为1.5 eV的光子照射，电流表G也有电流，但电流较小答案：AC.解析：该装置所加的电压为反向电压，发现当电压表的示数大于或等于0.7 V时，电流表示数为0，则知光电子的最大初动能为0.7 eV，根据光电效应方程E km＝hν－W0，得逸出功W0＝1.8 eV，故选项A、C 正确；当开关S断开后，用光子能量为2.5 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，有光电子逸出，则有电流流过电流表，故选项B 错误；改用能量为1.5 eV的光子照射，由于光电子的能量小于逸出功，不能发生光电效应，无光电流，选项D错误．14、如图所示是用光照射某种金属时，逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(图线与横轴的交点横坐标为 4.27×1014 Hz，与纵轴交点纵坐标为0.5 eV)．由图可知( )A．该金属的截止频率为4.27×1014 HzB．该金属的截止频率为5.5×1014 HzC．该图线的斜率表示普朗克常量D ．该金属的逸出功为0.5 eV答案：AC解析：图线在横轴上的截距表示截止频率，A 正确，B 错误；由光电效应方程E k ＝hν－W 0可知图线的斜率表示普朗克常量，C 正确；金属的逸出功为W 0＝hνc ＝6.63×10－34×4.27×10141.6×10－19eV ＝1.77 eV ，D 错误．15、用如图所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为3.2 eV 的光照射到光电管上时，电流表G 的读数为0.2 mA.移动变阻器的触点c ，当电压表的示数大于或等于0.8 V 时，电流表读数为0，则( )A ．光电管阴极的逸出功为2.4 eVB ．电键S 断开后，电流表G 示数不为0C ．光电子的最大初动能为0.8 eVD．改用能量为2 eV的光子照射，电流表G也有电流，但电流较小答案：ABC解析：该装置所加的电压为反向电压，发现当电压表的示数大于或等于0.8 V时，电流表示数为0，知道光电子点的最大初动能为0.8 eV，根据光电效应方程E km＝hν－W0，W0＝3.2 eV－0.8 eV＝2.4 eV，故A、C项正确；电键S断开后，用光子能量为3.2 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，有光电子逸出，则有电流流过电流表，故B项正确；改用能量为2 eV的光子照射，由于光电子的能量小于逸出功，不能发生光电效应，无光电流，故D项错误．16、如图所示，一光电管的阴极用极限波长为λ0的钠制成．用波长为λ的紫外线照射阴极，光电管阳极A和阴极K之间的电势差为U时，饱和光电流为I，电子电荷量为e，则( )A．若入射光强度增到原来的三倍，但光子的能量不变，从阴极K 发射的光电子的最大初动能可能增大B ．若改用同样强度的蓝光照射可能逸出光电子C ．每秒钟内由阴极K 发射的光电子数目为I eD ．发射的光电子到达阳极A 时的动能最大值为hc ⎝ ⎛⎭⎪⎫1λ－1λ0 答案：BC解析：从阴极K 发射的光电子的最大初动能E k ＝hν－W 0，只与入射光频率有关，与入射光强度无关，故A 错误；蓝光的频率比紫外线的频率小，可知用同样强度的蓝光照射可能逸出光电子，也可能不逸出光电子，故B 正确；t 时间内由K 极发射的光电子数目为n ＝Q e＝It e ，则每秒钟内由K 极发射的光电子数目为I e，故C 正确；发射的电子到达阳极A 时的动能最大值为E k ＝hc λ－hc λ0＋Ue ＝hc ⎝ ⎛⎭⎪⎫1λ－1λ0＋Ue ，故D 错误．。

[基础落实练]1．(2021·辽宁卷)赫兹在研究电磁波的实验中偶然发现，接收电路的电极如果受到光照，就更容易产生电火花。

此后许多物理学家相继证实了这一现象，即照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出。

最初用量子观点对该现象给予合理解释的科学家是() A．玻尔B．康普顿C．爱因斯坦D．德布罗意解析：玻尔引入量子化的观念解释了氢原子光谱，A错误；康普顿提出康普顿效应，发现了光子不仅具有能量，还具有动量，证明了光具有粒子性，B错误；爱因斯坦提出光子说，从理论上解释了光电效应的实验现象，C正确；德布罗意提出一切物质都具有波粒二象性，D错误。

答案：C2．利用如图所示的装置观察光电效应现象，将光束照射在金属板上，发现验电器指针没有张开。

欲使验电器指针张开，可()A．改用逸出功更大的金属板材料B．改用频率更大的入射光束C．增加该光束的照射时间D．增大该光束的强度解析：改用逸出功更大的金属板材料，更不可能发生光电效应现象，验电器指针不能张开，故A错误；发生光电效应现象的条件是入射光的频率要大于或等于金属的极限频率，与入射光的强度和入射光的照射时间无关，则改用频率更大的入射光束，可以使验电器指针张开，故B正确，C、D错误。

答案：B3.如图所示，分别用波长为λ、2λ的光照射光电管的阴极K，对应的遏止电压之比为3∶1，则光电管的极限波长是()A．2λB．3λC．4λD．6λ解析：根据U c e＝12m v2m＝hcλ－hcλ0，则U c1e＝hcλ－hcλ0，U c2e＝hc2λ－hcλ0，其中U c1U c2＝31，解得λ0＝4λ。

答案：C4．(2022·全国乙卷)一点光源以113W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6×10-7m的光，在离点光源距离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为3×1014个。

普朗克常量为h＝6.63×10-34J·s。

R约为()A．1×102m B．3×102mC．6×102m D．9×102m解析：根据题述，点光源向所有方向均匀辐射，即距离点光源为R的球面上单位时间所接收的光的能量等于点光源单位时间所辐射的光的能量。

[题点全练] 1．[多选]如图甲所示为光电效应的实验装置示意图，图乙为遏
止电压随光照频率的变化规律。下列说法正确的是 ( )
A．该金属的极限频率约为 5.1×1014 Hz B．若图线斜率为 k，则普朗克常量为 ke C．用某色光照射金属板时能发生光电效应，增大光照强度
则电流表示数增大 D．用某色光照射金属板时能发生光电效应，将滑动变阻器
解析：分析可知单色光 2 的频率比单色光 1 的频率小，结合 爱因斯坦光电效应方程 Ek＝hν－W0，用单色光 2 照射时电子 的初动能 Ek 减小，所以电子仍不能到达 A 极板，故电流表的 示数将仍为零。
由光子的动量公式
p＝hλ，可知波长
λ
和动量
p
成反比，所以λ1 λ2
＝p2＝0.5p0＝1。 p1 p0 2
解析：衍射现象和干涉现象是一切波的性质特征，故 A 选项 错误。物质波，又称德布罗意波，是概率波，指空间中某点 某时刻可能出现的概率，其中概率的大小受波动规律的支配， 故 B 选项正确。任何一个运动着的物体，小到电子质子大到 行星太阳，都有一种波与之对应，这种波称为物质波，故 C 选项正确。电子是实物粒子，衍射是波特有的，所以电子束 的衍射图样证实了德布罗意物质波的假设是正确的，故 D 选 项正确。 答案：A
2．用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效 应，可得到光电子最大初动能 Ek 随入射光频率 ν 变化的 Ek-ν 图像。已知钨的逸出功是 3.28 eV，锌的逸出功是 3.24 eV， 若将二者的图线画在同一个 Ek-ν 坐标图中，用实线表示钨， 虚线表示锌，则能正确反映这一过程的是下图中的( )
考点三 光的波粒二象性和物质波 本考点主要考查对光的波粒二象性的理解和对物质波的 理解与计算，题型可为选择题，难度一般，只要考生多记忆 并理解相关知识，便可轻松应对高考中的相关问题。建议考 生适当关注即可。