第十五章第一讲创新演练大冲关

(时间45分钟，满分100分)一、选择题(本题包括10小题，每小题7分，共70分．至少一个选项符合题目要求)1．硅光电池是利用光电效应原理制成的器件．下列表述正确的是()A．硅光电池是把光能转变为电能的一种装置B．硅光电池中吸收了光子能量的电子都能逸出C．逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率无关D．任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应解析：光电效应是光(包括不可见光)照射金属使其逸出电子的现象，因此硅光电池是把光能转化为电能的一种装置，选项A正确；根据光电效应规律知，大于一定频率的光才能被电子吸收而发生光电效应，电子的最大初动能与入射光的频率有关．B、C、D不正确．答案：A2．对光电效应的解释正确的是()A．金属钠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，就能逸出金属B．如果入射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C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大D．由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应入射光的最低频率也不同解析：按照爱因斯坦的光子说，光的能量是由光的频率决定的，与光强无关．入射光的频率越大，发生光电效应时产生的光电子的最大初动能越大．但要使电子离开金属须使电子具有足够的动能，而电子增加的动能只能来源于照射光的光子能量，但电子只能吸收一个光子，不能吸收多个光子．电子从金属逸出时只有从金属表面向外逃出的电子克服原子核的引力所做的功最小，故BD正确．答案：BD3．关于物质的波粒二象性，下列说法中不．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：光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律，大量光子运动的规律表现出光的波动性，而单个光子的运动表现出光的粒子性．光的波长越长，波动性越明显，光的频率越高，粒子性越明显．而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，但不是不具有波粒二象性．D说法不正确，选D.答案：D4．(2011·保定调研)频率为ν的光子，具有的能量表达式为hν，动量表达式为hνc，h为普朗克常量．光子打在静止状态的电子上，发现光子偏离原来的运动方向，这种现象称为光的散射，散射后的光子()A．虽然改变原来的运动方向，但是频率保持不变B．从电子处获得能量，频率增大C．光子和电子构成的系统动量不守恒，而能量守恒D．频率低于入射光子的频率解析：根据能量守恒定律可知，光子散射后的能量减小，根据光子能量表达式可知其频率应降低，则选项AB错误、选项D正确；根据动量守恒定律可知选项C错误．答案：D5．用频率为ν1的单色光照射某种金属表面，发生了光电效应现象．现改为频率为ν2的另一单色光照射该金属表面，下面说法正确的是()A．如果ν2ν1，能够发生光电效应B．如果ν2ν1，不能够发生光电效应C．如果ν2ν1，逸出光电子的最大初动能增大D．如果ν2ν1，逸出光电子的最大初动能不受影响解析：对一定的金属，入射光的频率必须大于或等于某一频率ν时才会产生光电效应，频率ν称为截止频率，如果入射光的频率低于截止频率ν，则不论光强多大，照射时间多长，都不会产生光电效应，不同的金属有不同的截止频率．所以当ν2ν1时能够发生光电效应，ν2ν1时不一定能够发生光电效应，A正确，B错误；又光电子的初动能随着入射光频率的增加而线性增加，所以当ν2ν1时逸出光电子的初动能增大，C正确，D错误．答案：AC6.“十大最美物理实验”中排名第一的为1961年物理学家利用“托马斯·杨”的双缝干涉实验装置进行的电子干涉的实验．从辐射源辐射出的电子束经两靠近的狭缝后在显微镜的荧光屏上出现了干涉条纹(如图1)，该实验说明()A．光具有波动性图1B．光具有波粒二象性C．微观粒子也具有波动性D．微观粒子也是一种电磁波解析：干涉、衍射是波特有的现象，电子能发生干涉现象，说明实物粒子也有波动性，A、B不正确，C正确．微观粒子如电子与电磁波是两种不同的物质形态，一种是实物，一种是场，D不正确．答案：C7．在中子衍射技术中，常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距相近，已知热中子质量m＝1.67×10－27kg，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，可以估算德布罗意波长λ＝1.82×10－10m的热中子动能的数量级为()A．10－17JB．10－19JC．10－21JD．10－24J解析：由λ＝hp得p＝hλ，而Ek＝p22m＝h22mλ2＝6.63×10－3422×1.67×10－27×1.82×10－102J＝4.00×10－21J.答案：C8．如图2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(直线与横轴的交点坐标4.27，与纵轴交点坐标0.5)．由图可知()图2A．该金属的截止频率为4.27×1014HzB．该金属的截止频率为5.5×1014HzC．该图线的斜率表示普朗克常量D．该金属的逸出功为0.5eV解析：图线在横轴上的截距为截止频率，A正确，B错误，由光电效应方程Ek＝hν－W0可知图线的斜率为普朗克常量，C正确；金属的逸出功为W0＝hν0＝6.4×10－34×4.27×10141.6×10－19eV＝1.71eV，D错误．故AC正确．答案：AC9．用波长为λ和2λ的光照射同一种金属，分别产生的速度最快的光电子速度之比为2∶1，普朗克常量和真空中光速分别用h和c表示，那么下列说法正确的有()A．该种金属的逸出功为hc3λB．该种金属的逸出功为hcλC．波长超过2λ的光都不能使该金属发生光电效应D．波长超过4λ的光都不能使该金属发生光电效应解析：产生的速度最快的光电子速度之比为2∶1，则电子的最大初动能之比为4∶1，由爱因斯坦的光电效应方程可知(hcλ－W)∶(hc2λ－W)＝4∶1，解得该种金属的逸出功W为hc3λ，A正确；波长超过3λ的光，其光子能量小于逸出功，不能使该金属发生光电效应，D对．答案：AD10.(2010·天津高考)用同一光电管研究a、b两种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图3.则这两种光()A．照射该光电管时a光使其逸出的光电子最大初动能大图3B．从同种玻璃射入空气发生全反射时，a光的临界角大C．通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距大D．通过同一玻璃三棱镜时，a光的偏折程度大解析：由E＝hν知，光的频率是光电子最大初动能的决定因素，a光的频率小，折射率小，临界角大，在光的干涉实验中，若保持双缝间距离、缝与屏间距离都不变，用b光和a光分别做实验得出的干涉条纹，可以看出b光的条纹间隔比a光的小，B、C正确．答案：BC二、计算题(本题共2小题，共30分)11．(12分)某光电管的阴极是用金属钾制成的，它的逸出功为2.21eV，用波长为2.5×10－7m的紫外线照射阴极，已知真空中光速为3.0×108m/s，元电荷为1.6×10－19C，普朗克常量为6.63×10－34J·s，求钾的极限频率和该光电管发射的光电子的最大初动能．解析：若极限频率ν0，逸出功W0，则hν0＝W0得ν0＝W0h＝5.3×1014Hz由光电效应方程：hν＝W0＋Ek，ν＝cλEk＝hcλ－W0＝4.4×10－19J.答案：5.3×1014Hz4.4×10－19J12.(18分)(2011·西安模拟)如图4所示，一伦琴射线管，K为阴极可产生电子，阴极K与对阴极A外加电压UAK＝30kV.设电子离开K极图4时速度为零，通过电压加速后而以极大的速度撞到对阴极A上而产生X射线，假定电子的全部动能转为X射线的能量．求：(1)电子到达A极时的速度是多大？(2)从A极发出的X射线的最短波长是多少？(3)若电路中的毫安表的示数为10mA，则每秒从A极最多能辐射出多少个X光子？(已知电子的质量me＝9.1×10－31kg，电子的电荷量e＝1.6×10－19C，普朗克常量h＝6.6×10－34J·s)解析：电子在电场力作用下的末速度可以由动能定理求出．电子的动能若全部转变成X射线光子的能量，可根据光子说E＝hν，求出X光子的频率和波长．每个光子的能量都是由冲向A极的电子来提供的，即可根据电流值求出每秒到达A板的电子数，可推知每秒由A极发射的X射线的光子数．(1)设电子被加速后的动能为Ek，由动能定理知，Ek＝eUAK＝30000eV＝4.8×10－15J.由于Ek＝12mev2，所以v＝2Ek/me≈1.0×108m/s.(2)X射线光子的能量E＝hν＝Ek，所以ν＝Eh＝4.8×10－156.6×10－34Hz＝7.3×1018Hz.由于λ＝cν，所以λ＝3.0×1087.3×1018m≈4.1×10－11m.(3)光电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部到达对阴极A，每秒从A极辐射的X光子的个数n＝Ite＝10×10－3×11.6×10－19＝6.25×1016(个)．答案：(1)1.0×108m/s(2)4.1×10－11m(3)6.25×1016个