七年高考(2011-2017)高考物理試題分項精析專題39光電效應(yīng)

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1、專題 39 光電效應(yīng) 一、單項選擇題 1．【2011· 上海卷】用一束紫外線照射某金屬時不能產(chǎn)生光電效應(yīng)， 可能使該金屬產(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．改用強度更大的原紫外線照射 D．延長原紫外線的照射時間 【答案】 B 【解析】每一種金屬對應(yīng)一個極限頻率， 低于極限頻率的光， 無論照射時間有多長，光 的強度有多大， 都不能使金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)， 只要照射光的頻率大于或者等于極限頻率， 就 能產(chǎn)生光電效應(yīng)， 因為 X射線的頻率高于紫外線的頻率， 所以改用 X 射線照射能發(fā)生光電效 應(yīng)，B正確 【考點定位】光電效應(yīng) 2．【

2、2014· 江蘇卷】已知鈣和鉀的截止頻率分別為 7.73 × 10 14Hz 和 5.44 × 10 11Hz，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 【答案】 A 【考點定位】 本題主要考查了對愛因斯坦光電效應(yīng)方程、 德布羅意波長公式的理解與應(yīng) 用問題，屬于中檔偏低題。 3．【2013· 上海卷】當(dāng)用一束紫外線照射鋅板時，產(chǎn)生了光電效應(yīng)，這時 A．鋅板帶負電 B．有正離子從鋅板逸出 C．有電子從鋅板逸出 D．鋅板會吸附空氣中的正離子 【答案】 C

3、 【解析】光電效應(yīng)發(fā)生的過程是鋅板原子核外層電子在吸收光子后擺脫原子核 的束縛 逃離鋅板，導(dǎo)致鋅板帶正電，選項 AB錯誤， C正確；鋅板失去電子后帶正電，因同種電荷 排斥，所以鋅板不會吸引空氣中的正離子， D錯誤。 【考點定位】光電效應(yīng)的發(fā)生。 4．【2013· 天津卷】下列說法正確的是（ ） A．原子核發(fā)生衰變時要遵守電荷守恒和質(zhì)量守恒的規(guī)律 B． 射線、 射線、 射線都是高速運動的帶電粒子流 C．氫原子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷只能輻射特定頻率的光子 D．發(fā)生光電效應(yīng)時光電子的動能只與入射光的強度有關(guān) 【答案】 C 【考點定位】原子核衰變、玻爾理論、光電效應(yīng)。 5．【201

4、2· 上海卷】在光電效應(yīng)實驗中，用單色光照時某種金屬表面，有光電子逸出， 則光電子的最大初動能取決于入射光的（ ） A．頻率 B．強度 C．照射時間 D．光子數(shù)目 【答案】 A 【解析】發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于金屬的極限頻率，由公式 知， 為逸出功不變，所以光電子的最大初動能取決于入射光的頻率， A 正確。 【考點定位】本題考查光電效應(yīng)及其相關(guān)知識 6．【2012· 上海卷】根據(jù)愛因斯坦的“光子說”可知（ ） A．“光子說”本質(zhì)就是牛頓的“微粒說” B．光的波長越大，光子的能量越小 C．一束單色光的能量可以連續(xù)變化 D．只有光子數(shù)很多時，光才具有粒子性 【

5、答案】 B 【解析】愛因斯坦的“光子說”認為光是一份一份的不連續(xù)的它并不否定光的波動性， 而牛頓的“微粒說”而波動說是對立的，因此 A 不對；在愛因斯坦的“光子說”中光了的能 量； 可知波長越長，光子的能量越小，因此 C正確；某一單色光，波長恒定， 光子的能量也是恒定的， 因此 C不對；大量光子表現(xiàn)為波動性， 而少數(shù)光子才表現(xiàn)為粒子性， 因此 D不對。 【考點定位】本題考查愛因斯坦的光子學(xué)說及其相關(guān)知識 7．【2014· 上海卷】在光電效應(yīng)的實驗結(jié)果中，與光的波動理論不矛盾 ．．．的是 2 A．光電效應(yīng)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

6、 D．入射光頻率越大，光電子最大初動能 越大 【答案】 C 【解析】 按照光的波動理論， 電子通過波動吸收能量， 若波的能量不足以使得電子逸出， 那么就需要多吸收一些， 需要一個能量累積的過程， 而不是瞬時的， 選項 A對波動理論矛盾。 根據(jù)波動理論， 能量大小與波動的振幅有關(guān)， 而與頻率無關(guān)， 即使光的能量不夠大，只要金 屬表面的電子持續(xù)吸收經(jīng)過一個能量累積過程， 都可以發(fā)生光電效應(yīng)， 與選項 B 矛盾； 光電 子逸出后的最大初動能與入射光的能量有關(guān)， 即與入射光的波動振幅有關(guān)， 與頻率無關(guān)， 所 以波動理論與選項 D矛盾。對于光電流大小，根據(jù)波動理論，入射光增強，能量增大，

7、所以 光電流增大，選項 C與波動理論并不矛盾，選項 C正確。 【考點定位】光電效應(yīng)與波動性 8．【2016· 天津卷】如圖是 a、b 兩光分別經(jīng)過同一雙縫干涉裝置后在屏上形成的干涉 圖樣，則 A．在同種均勻介質(zhì)中， a 光的傳播速度比 b 光的大 B．從同種介質(zhì)射入真空發(fā)生全反射時 a 光臨界角大 C．照射在同一金屬板上發(fā)生光電效應(yīng)時， a 光的飽和電流大 D．若兩光均由氫原子能級躍遷產(chǎn)生，產(chǎn)生 a 光的能級能量差大 【答案】 D 3 【考點定位】雙縫干涉、全反射、光電效應(yīng)、玻爾理論 【名師點睛】此題考查了雙縫干涉、 全反射、 光電效應(yīng)以及玻爾理論等知識點；要知道 雙

8、縫干涉中條紋間距的表達式 ，能從給定的圖片中得到條紋間距的關(guān)系；要知道 光的頻率越大，折射率越大，全反射臨界角越小，波長越小，在介質(zhì)中傳播的速度越小。 9．【2011· 福建卷】愛因斯坦因提出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。某種金屬逸出光電子的最大初動能 E km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與入射光強度成正比 C．當(dāng) ν=ν 0 時會逸出光電子 D．圖中直線斜率與普朗克常量有關(guān) 【答案】 D 【考點定位】光電效應(yīng) 10．【2015· 上?！?11】某光

9、源發(fā)出的光由不同波長的光組成，不同波長的光的強度如 圖所示，表中給出了一些材料的極限波長，用該光源發(fā)出的光照射表中材料 A．僅鈉能產(chǎn)生光電子 B．僅鈉、銅能產(chǎn)生光電子 C．僅銅、鉑能產(chǎn)生光電子 D．都能產(chǎn)生光電子 【答案】 D 【解析】 根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知，只有光源的波長小于某金屬的極限波長， 就有光電子逸出，該光源發(fā)出的光的波長有小于 100nm，小于鈉、銅、鉑三個的極限波長， 4 都能產(chǎn)生光電子，故 D正確， A、B、C錯誤。 【考點定位】 光電效應(yīng) 11．【2013· 北京卷】以往我們認識的光電效應(yīng)是單光子光電效應(yīng)，即一個電子極短時 間內(nèi)能吸收到一個光子而

10、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(yīng)的認識， 用強激光照射金屬， 由于其光子密度極大， 一個電子在短時間內(nèi)吸收多個光子成為可能， 從 而形成多光子電效應(yīng)， 這已被實驗證實。 光電效應(yīng)實驗裝置示意如圖。 用頻率為 v 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 v 的強激光照射陰極 k，則發(fā)生了光電效 應(yīng)；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 k、A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(dāng)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

11、電子電量） A．U= - B ．U= - C ．U=2hv-W D． U= - 【答案】 B 【解析】根據(jù)題目信息， 普通光源沒法吸收一個光子而成為自由電子， 但激光可以，因 此知識點仍然適用。即設(shè)電子吸收了 n 個，即 ，當(dāng)自由電子遇到截止電壓， 即 ，代入則答案為 ，n 為正整數(shù)，即答案為 B。 【考點定位】光電效應(yīng) 二、多項選擇題 1．【2011· 廣東卷】光電效應(yīng)實驗中，下列表述正確的是 A．光照時間越長光電流越大 B．入射光足夠強就可以有光電流 C．遏止電壓與入射光的頻率有關(guān) D．入射光頻率大于極限頻率才能產(chǎn)生光 5 電子 【答案】 CD 【考點定位】

12、光電效應(yīng) 2．【2015· 全國新課標(biāo)Ⅱ· 35（ 1）】實物粒子和光都具有波粒二象性， 下列事實中突出 體現(xiàn)波動性的是 A．電子束通過雙縫實驗后可以形成干涉圖樣 B． β 射線在云室中穿過會留下清晰的徑跡 C．人們利慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu) D．人們利用電子顯微鏡觀測物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu) E．光電效應(yīng)實驗中，光電子的最大初動能與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強度無關(guān) 【答案】 ACD 【考點定位】波粒二象性；光電效應(yīng) 3．【2015· 江蘇· 12C（1）】波粒二象性時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

13、說明中子具有波動性 C．黑體輻射的實驗規(guī)律可用光的波動性解釋 D．動能相等的質(zhì)子和電子，它們的德布羅意波也相等 【答案】 AB 【解析】 光電效應(yīng)說明光的粒子性，所以 A正確；熱中子在晶體上產(chǎn)生衍射圖樣，即 運動的實物粒子具有波的特性，即說明中子具有波動性，所以 B正確；黑體輻射的實驗規(guī)律 說明電磁輻射具有量子化， 即黑體輻射是不連續(xù)的、 一份一份的， 所以黑體輻射用光的粒子 性解釋，即 C錯誤；根據(jù)的德布羅意波長公式 ， ，又質(zhì)子的質(zhì)量大于電 子的質(zhì)量，所以動能相等的質(zhì)子和電子，質(zhì)子的德布羅意波較短，所以 D錯誤。 6 【考點定位】光的效應(yīng)、黑體輻射、物質(zhì)波 4．【20

14、14· 海南卷】在光電效應(yīng)實驗中，用同一種單色光，先后照射鋅和銀的表面，都 能產(chǎn)生光電效應(yīng)。對于這兩個過程。下列四個物理量中，一定不同的是 __________ A．遏制電壓 B ．飽和光電流 C ．光電子的最大初動能 D ．逸出 功 【答案】 ACD 【解析】不同的金屬具有不同的逸出功，遏制電壓為 ，光電子的最大初 動能為 ，飽和光電流由單位時間內(nèi)的入射光子數(shù)決定，綜上可知 ACD正確。 【考點定位】光電效應(yīng) 5．【2014· 廣東卷】在光電效應(yīng)實驗中，用頻率為 ν 的光照射光電管陰極，發(fā)生了光 電效應(yīng)，下列說法正確的是 A．增大入射光強度，光電流增大 B．減小入射光的

15、強度，光電效應(yīng)現(xiàn)象消失 C．改用頻率小于 ν 的光照射， [ 一定不發(fā)生光電效應(yīng) D．改用頻率大于 ν 的光照射，光電子的最大初動能變大 【答案】 AD 【考點定位】本題考查光電效應(yīng) 6．【2014· 天津卷】 一束由兩種頻率不同的單色光組成的復(fù)色光從空氣射入玻璃三棱鏡 后，出射光分成 a、b 兩束，如圖所示，則 a、b兩束光 A．垂直穿過同一塊平板玻璃， a 光所用的時間比 b 光長 B．從同種介質(zhì)射入真空發(fā)生全反射時， a 光臨界角比 b 光的小 7 C．分別通過同一雙縫干涉裝置， b 光形成的相鄰條紋間距小 D．若照射同一金屬都能發(fā)生光電效應(yīng)， b 光照射時逸出的光

16、電子最大初動能大 【答案】 AB 【解析】根據(jù)折射率 ，由光路圖可知， a 光折射率更大一些，再由 ， 故可知在介質(zhì)中 a 的速度更小一些，故穿過同一塊平板玻璃所用時間要長些，所以選項 A 正確；又因為 ，可知 a 光臨界角要小些，所以選項 B 正確；折射率越大說明頻率 越大，波長越小，故 b 光波長大，干涉條紋間距要更寬些，所以選項 C錯誤；由 可 知，頻率越大則光子能量越大， 結(jié)合光電效應(yīng)方程可知， 照射同一種金屬時，對應(yīng)的光電子 最大初動能大，故 D錯誤。 【考點定位】光的折射規(guī)律、雙縫干涉、光電效應(yīng) 7．【2011· 上海卷】用極微弱的可見光做雙縫干涉實驗，隨著時間的

17、增加，在屏上先后 出現(xiàn)如圖（ a）、（ b）、（ c）所示的圖像，則 A．圖像（ a）表明光具有粒子性 B．圖像（ c）表明光具有波動性 C．用紫外光觀察不到類似的圖像 D．實驗表明光是一種概率波 【答案】 ABD 【解析】少數(shù)光子的行為表現(xiàn)為光的粒子性， A 正確；大量光子的行為表現(xiàn)為光的波動 性，B正確；出現(xiàn)亮條紋的地方是光子達到概率大的地方，出現(xiàn)暗條紋的地方是光子到達概 率小的地方，光時概率波 D正確；紫外光雖然不是可見光，但也能夠產(chǎn)生光的干涉現(xiàn)象， C 錯誤； 【考點定位】考查了光的波粒二象性， 8．【2012· 上海卷】產(chǎn)生光電效應(yīng)時，關(guān)于逸出光電子的最大初動

18、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(guān) B．對于同種金屬， E k 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 8 D．對于同種金屬， E k 與照射光的頻率成線性關(guān)系 E．對于不同種金屬，若照射光頻率不變， Ek 與金屬的逸出功成線性關(guān)系 【答案】 ADE 【考點定位】本題考查光電效應(yīng)及其相關(guān)知識 9．【2017· 新課標(biāo)Ⅲ卷】在光電效應(yīng)實驗中，分別用頻率為 νa、νb 的單色光 a、b 照射到 同種金屬上， 測得相應(yīng)的遏止電壓分別為 Ua和 Ub、光電子的最大初動能分別為 Eka 和 Ekb。 h 為普

19、朗克常量。下列說法正確的是 A．若 νa>νb，則一定有 Uaνb，則一定有 Eka>Ekb C．若 Uaνb，則一定有 hνa–Eka>hνb–Ekb 【答案】 BC 【考點定位】光電效應(yīng) 【名師點睛】 本題主要考查光電效應(yīng)。 發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于金屬的極限 頻率，光的強弱只影響單位時間內(nèi)發(fā)出光電子的數(shù)目； 光電子的最大初動能和遏止電壓由照 射光的頻率和金屬的逸出功決定；逸出功由金屬本身決定，與光的頻率無關(guān)。 三、非選擇題 1．【2012· 上海卷】 Co發(fā)生一次 β 衰變后變?yōu)?Ni

20、 核，其衰變方程為 ______________； 在該衰變過程中還發(fā)出頻率為 ν1、ν2 的兩個光子，其總能量為 _____________________ 。 EQ \* jc0 \* "Font:Calibri" \* hps21 \o(\s\up 9(60 【答案】 27,EQ \* jc0 \* "Font:Calibri" \* hps21 \o(\s\up 9(60,27 Co EQ \* jc0 \* "Font:Calibri" \* hps21 \o(\s\up 9(60 （28 ,EQ \* jc0 \* "Font:Calibri" \* hps21

21、 \o(\s\up 9(60,28 Ni ＋ 0 －1e， 9 【解析】 發(fā)生一次 衰變后， 原來的原子核質(zhì)量數(shù)不變， 核電荷數(shù)增加 1，故衰變方程： ，每個光子的能量為 ，頻率為 的兩個光子的能量分 別是 和 ，其總能量為 ． 【考點定位】本題考查衰變和光子能量等相關(guān)知識 2．【2016· 江蘇卷】已知光速為 c，普朗克常數(shù)為 h，則頻率為 ν 的光子的動量 為 ．用該頻率的光垂直照射平面鏡，光被鏡面全部垂直反射回去，則光子在反射前 后動量改變量的大小為 ． 【答案】 ν 【解析】根據(jù)光子的動量公式 ，取入射的方向為正方向，則光子動量的變 化量為 ． 【考點定

22、位】光的粒子性，光子的動量 【方法技巧】光子的動量的公式以及動量的矢量性。 3．【2011· 遼寧卷】在光電效應(yīng)試驗中，某金屬的截止頻率相應(yīng)的波長為 λ0，該金屬 的逸出功為 ______。若用波長為 λ（λ<λ0）單色光做實驗，則其截止電壓為 ______。已知 電子的電荷量，真空中的光速和布朗克常量分別為 e，c 和 h。 【答案】 、 【考點定位】光電效應(yīng)方程 4．【2016· 江蘇卷】幾種金屬的溢出功 W0 見下表： 用一束可見光照射上述金屬的表面， 請通過計算說明哪些能發(fā)生光電效應(yīng)． 已知該可見 10 光的波長范圍為4.0 ×10 -7~7.6×10 -7

23、m，普朗克常數(shù) h=6.63×10 -34 J· s． 【答案】納、鉀、銣 – 7 – 19 【解析】光子的能量 E= ，取 λ=4.0×10 m，則E≈ 5.0 ×10 J，根據(jù) E>W 0 判斷， 0 判斷， 納、鉀、銣能發(fā)生 光電效應(yīng)． 【考點定位】光的效應(yīng) 【方法技巧】考查對光電效應(yīng)的理解，還有就是計算能力。 5．【2015· 全國新課標(biāo)Ⅰ】在某次光電效應(yīng)實驗中，得到的遏制電壓 與入射光的頻 率 的關(guān)系如圖所示，若該直線的斜率和截距分別為 和 ，電子電荷量的絕對值為 ，則 普朗克常量可表示為，所用材料的逸出功可表示為。 【答案】 【解析】 光電效應(yīng)中

24、， 入射光子能量 ，克服逸出功 后多余的能量轉(zhuǎn)換為電子動能， 反向遏制電壓 ；整理得 ，斜率即 ，所以普朗克常量 ， 截距為，即 ，所以逸出功 【考點定位】 光電效應(yīng) 6．【 2017· 北京卷】 2017 年 年 初 ， 我 國 研 制 的 “ 大連光 源 ” — — 極 紫 外 自 由電子 – 9 激 光 裝 置 ，發(fā)出 了 波長在 100 nm （1 nm=10 m）附近連續(xù)可調(diào)的世界上最強的極 紫外激光脈沖。大連光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技術(shù)、霧霾 治理等領(lǐng)域的研究中發(fā)揮重要作用。 一個處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個分子，

25、但又不會把分子打 碎。據(jù)此判斷，能夠電離一個分子的能量約為（取普朗克常量 h=6.6×10 – 34 J· s，真 空光速 c=3×10 8 m/s ） A．10 – 21 J B ．10– 18 J C ．10– 15 J D ．10– 12 J 11 【答案】 B 【解析】 一個處于極紫外波段的光子的能量約為 ，由題意可知， 光子的 能量應(yīng)比電離一個分子的能量稍大，因此數(shù)量級應(yīng)相同，故選 B。 【考點定位】光子的能量、電離 【名師點睛】 根據(jù)題意可知光子的能量足以電離一個分子， 因此該光子的能量應(yīng)比該分子的 電離能大，同時又不能把分子打碎，因此兩者能量具有相同的數(shù)量級，不能大太多。 7．【2017· 江蘇卷】 質(zhì)子（ ）和 α 粒子（ ）被加速到相同動能時， 質(zhì)子的動量 （選 填“大于”、“小于”或“等于”） α 粒子的動量，質(zhì)子和 α 粒子的德布羅意波波長 之比為 ． 【答案】小于 2:1 【考點定位】物質(zhì)波 【名師點睛】考查公式，動量與動能的關(guān)系以及物質(zhì)的波的波長和公式，較容易． 12