第四章 波粒二象性 单元测试题（Word版含解析）

2021-2022学年粤教版（2019）选择性必修第三册
第四章
波粒二象性
单元测试题（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共40分）
1．下列说法中正确的是（　　）
A．黑体辐射强度与波长有关，温度升高，各种波长的辐射都有增加，且辐射强度的极大值向波长较长的方向移动。普朗克在对黑体辐射的研究时，提出了光子的假说
B．光电效应揭示了光的粒子性，而康普顿效应则反映了光的波动性
C．电子和其他微观粒子，都具有波粒二象性
D．光波是一种概率波。光的波动性是由于光子之间的相互作用引起的，这是光子自身的固有性质
2．疫情期间，志愿者用非接触式体温测量仪通过人体辐射的红外线测体温，防控人员用紫外线灯在无人的环境下消杀病毒，为人民健康保驾护航。红外线与紫外线相比较（　　）
A．红外线的频率比紫外线的频率大
B．在同种介质中红外线的波长比紫外线的波长长
C．红外线能发生干涉、多普勒现象而紫外线不能
D．若两种射线照射某金属都能发生光电效应，则紫外线照射时产生的光电子初动能大
3．在相同的条件下，先后用甲、乙两种不同的单色光，用同一双缝干涉装置做实验，在屏幕上产生的相邻两条亮纹的间距不同，其中甲光间距较大。则甲光比乙光（　　）
①在真空中的波长短②在玻璃中传播速度大③在玻璃中传播时，玻璃的折射率大④其光子能量小
A．①②③
B．①③
C．②④
D．①③④
4．让电子束通过电场加速后，照射到金属晶格（大小约10-10m）上，可得到电子的衍射图样，如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．电子衍射图样说明了电子具有粒子性
B．加速电压越大，电子的物质波波长越长
C．电子物质波波长比可见光波长更长
D．动量相等的质子和电子，对应的物质波波长也相等
5．用不同波长的紫外线分别照射两种不同金属的表面都产生了光电效应，可得到光电子的最大初动能随入射光波长的倒数变化的图象（如图中甲、乙所示）已知真空中的光速为c，下列说法正确的是
A．甲图线代表的金属极限频率为
B．要使乙图线对应的金属发生光电效应，入射光的波长需要大于
C．甲图线对应金属的逸出功为hca
D．两图线的斜率均为h
6．金属钙的逸出功为4.3×10-19J，普朗克常量h=6.6×10-34J·s，光速c=3.0×108m/s，以下说法正确的是（　　）
A．用波长为500nm的单色光照射金属钙，能产生光电效应现象
B．若某波长的单色光能使金属钙产生光电效应，则增大光的强度将会使光电子的最大初动能增大
C．用频率为9×1014Hz的单色光照射金属钙，能产生光电效应
D．若某波长的单色光能使金属钙产生光电效应现象，则一定可以使逸出功为7.3×10-19J的金属也发生光电效应现象
7．下列四幅图涉及到不同的物理知识，图①为射线在场中的运动轨迹，图②为反应堆示意图，图③为光电效应实验中光电流与电压的关系，图④为链式反应示意图。关于这四幅图，下列说法正确的是（　　）
A．图①：根据射线的偏转方向可知容器上方区域可能存在垂直纸面向外的磁场
B．图②：镉棒吸收中子的能力很强，因此可通过调节镉棒的插入深度来控制反应速度
C．图③：同种光照射同种金属，入射光越强，饱和光电流越大，电子最大初动能也越大
D．图④：链式反应属于重核的裂变，入射的是快中子，生成的是慢中子
8．用频率为1.00×1015Hz的紫外线照射钠的表面，释放出来的光电子的最大动能为1.86
eV，下列正确的是（　　）
A．入射光中光子的能量6.63×10-19J
B．最大动能为2.98×10-19J
C．最大动能为1.86J
D．钠的光电效应极限频率为5.5×1014Hz
9．下列说法正确的是（　　）
A．速度越大的电子通过金属晶格，其衍射现象越明显
B．紫光照射在同一光电管上发生光电效应时，强度大的饱和电流大
C．氢原子从n=4向n=2的能级跃迁时辐射的光具有显著的热效应
D．薄膜干涉条纹实际上是等厚线，同一干涉条纹各个地方薄膜的厚度都是相等的
10．a、b两种单色光的光子能量之比，则a、b两种光（　　）
A．动量之比pa：pb=2：1
B．若都能使某种金属发生光电效应，则所产生的光电子最大初动能之比为EKa：EKb=2:1
C．入射到同一双缝干涉装置上，则干涉条纹间距之比为
D．从玻璃入射到空气中，两种光的临界角之比Ca：Cb=1:2
第II卷（非选择题）
二、实验题（共15分）
11．如图所示，一验电器与锌板相连，在A处用一紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保持一定偏角．
(1)现用一带少量负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将________(填“增大”、“减小”或“不变”)．
(2)使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转．那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针________(填“有”或“无”)偏转．
(3)光电效应实验和康普顿实验都证明了光具有________(填“粒子性”或“波动性”)．甲图中金属片张开是因为验电器带________(填“正”或“负”)电，若改用强度较弱的紫外线照射锌板________(填“能”或“不能”)使金属片张开；乙图中ν1________ν(填“>”、“<”或“＝”)．
12．如图甲所示是使用光电管的原理图，当频率为的可见光照射到阴极K上时，电流表中有电流通过。
(1)当电流表电流刚减小到零时，电压表的读数为U，则阴极K的逸出功为_____（已知电子电荷量为e，普朗克常量h）。
(2)如果不改变入射光的强度，而增大入射光的频率，则光电子的最大初动能将_____（填“变大”、“变小”或“不变”）。
(3)用不同频率的光照射某金属产生光电效应，测量金属的遏止电压Uc与入射光频率ν，得到Uc﹣ν图象如图乙所示，根据图象求出该金属的截止频率νc=_____Hz，普朗克常量h=_____J?s（已知电子电荷量e=1.610﹣19C）。
三、解答题（共45分）
13．如图所示，阴极材料由铝制成，已知铝的逸出功为，现用波长为的光照射铝的表面，使之产生光电效应．已知电子的电量为e，普朗克常量为h，真空中光速为c。求：
(1)光电子的最大初动能；
(2)电压表示数至少为多大时电流表示数才为零。
14．氦氖激光器发射波长为的单色光，这种光的一个光子的能量为多少？若该激光器的发光功率为，则每秒发射多少个光子？
15．科学家设想未来的宇航事业中利用太阳帆来加速星际飞船，设该飞船所在地每秒每单位面积接收到的光子数为n，光子平均波长为λ，太阳帆面积为S，反射率100%，设太阳光垂直射到太阳帆上，飞船总质量为m。
(1)求飞船加速度的表达式（光子动量p=）；
(2)若太阳帆是黑色的，飞船的加速度又为多少？
16．如图所示为某光学元件的横截面，，现使用一束波长、功率的激光照射到边上的M点，，入射角，此时反射光与入射光的功率之比为。元件对激光的折射率，真空中光速，普朗克常量为，求：
(1)激光通过元件经历的时间t（不考虑多次反射）；
(2)单位时间内进入元件的激光的光子数N。
参考答案
1．C
【详解】
A．根据黑体辐射的规律可知，随温度的升高，相同波长的光辐射强度都会増加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．故A错误；
B．光电效应和康普顿效应都揭示了光的粒子性，故B错误；
C．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，故电子和其他微观粒子，都具有波粒二象性，故C正确；
D．波粒二象性是光的根本属性，与光子之间的相互作用无关，故D错误。
故选C。
2．B
【详解】
A．红外线的频率比紫外线的频率小，所以A错误；
B．在同种介质中红外线的波长比紫外线的波长长，所以B正确；
C．红外线、紫外线都能发生干涉、多普勒现象，干涉、多普勒现象是波的特性，所以C错误；
D．若两种射线照射某金属都能发生光电效应，则紫外线照射时产生的光电子最大初动能大，所以D错误；
故选B。
3．C
【详解】
用同一双缝干涉装置做实验甲光间距较大，由公式可知甲光的波长较长，①错误；
再由公式可知，甲光的频率较小，则甲光的折射率较小，③错误；
由甲光在介质中的传播速度较大，②正确；
由可知，甲光的能量较小，
④正确。
故选C。
4．D
【详解】
A．电子衍射图样说明了电子具有波动性，A错误；
B．根据
解得
加速电压越大，电子的物质波波长越短，B错误；
C．电子物质波波长比可见光波长更短，C错误；
D．根据，动量相等的质子和电子，对应的物质波波长也相等，D正确。
故选D。
5．C
【详解】
ACD．根据光电效应方程
知两图线的斜率均为hc，图线与横轴交点对应Ek=0，即
甲图线与横轴交点坐标为
又
W0=hν0
所以甲图线对应金属的逸出功为
W0=hca
甲图线代表的金属极限频率
ν0=ca
故C正确，AD错误；
B．根据光电效应方程
知使乙图线对应的金属发生光电效应的极限波长为
根据光电效应产生的条件知入射光的波长小于极限波长λ乙时会发生光电效应现象，即要使乙图线对应的金属发生光电效应，入射光的波长需要小于，故B错误。
故选C。
6．C
【详解】
A．发生光电效应的截止波长为
则用波长为500nm的单色光照射金属钙，不能产生光电效应现象，所以A错误；
B．根据
若某波长的单色光能使金属钙产生光电效应，则增大光的频率将会使光电子的最大初动能增大，与入射光的强度无关，所以B错误；
C．发生光电效应的极限频率为
所以用频率为9×1014Hz的单色光照射金属钙，能产生光电效应，则C正确；
D．根据
若某波长的单色光能使金属钙产生光电效应现象，则不一定可以使逸出功为7.3×10-19J的金属也发生光电效应现象，所以D错误；
故选C。
7．B
【详解】
A．根据粒子带正电且向左偏转，粒子带负电向右偏转，可知容器上方区域存在垂直纸面向里的磁场，A错误；
B．镉棒吸收中子的能力很强，因此可通过调节镉棒的插入深度来控制反应速度，B正确；
C．根据光电效应方程
可知，入射光的频率越大，光电子的最大初动能越大，与入射光的强度无关，C错误；
D．链式反应是重核裂变，入射的是慢中子，生成的是快中子，D错误。
故选B。
8．ABD
【详解】
A．入射光中光子的能量
故A正确；
BC．最大动能为
故B正确，C错误；
D．
钠的光电效应极限频率为
故D正确。
故选ABD。
9．BD
【详解】
A．由
可知，速度越大，波长越短，其衍射现象越不明显，A错误；
B．紫光照射在同一光电管上发生光电效应时，强度越大的逸出的光电子越多，饱和光电流更大，B正确；
C．氢原子从n=4向n=2的能级跃迁时辐射的光属于紫外线波段，热效应不显著，C错误；
D．发生薄膜干涉时，光程差为该处薄膜厚度的2倍，故同一条纹对应的光程差相等，即薄膜厚度相等，D正确。
故选BD。
10．AC
【详解】
a、b两种单色光的光子能量之比
根据
可知频率之比
根据
可知波长之比
A．根据
可知动量之比
pa：pb=2：1
选项A正确；
B．若都能使某种金属发生光电效应，则根据
则所产生的光电子最大初动能之比为
EKa：EKb≠2:1
选项B错误；
C．入射到同一双缝干涉装置上，根据
波长之比
则干涉条纹间距之比为
选项C正确；
D．根据
则
则从玻璃入射到空气中，两种光的临界角之比Ca：Cb≠1:2，选项D错误。
故选AC。
11．减小
无
粒子性
正
能
>
【解析】
【详解】
(1)在A处用一紫外线灯照射锌板，锌板产生光电效应，光电子射出后，锌板带正电，用一带少量负电的金属小球与锌板接触，会使锌板上带的正电减少，验电器指针偏角将减小。
(2)钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转，说明黄光不能使锌板产生光电效应；改用红外线灯照射锌板，红外线的频率小于黄光的频率，红外线也不能使锌板产生光电效应，验电器指针无偏转。
(3)光电效应实验和康普顿实验都证明了光具有粒子性。
紫外线灯照射锌板，锌板产生光电效应，光电子射出后，锌板带正电，验电器带正电，验电器的金属片张开。
只要入射光的频率大于截止频率，光电效应就会发生。较弱的紫外线照射锌板，锌板一样产生光电效应，光电子射出后，锌板带正电，验电器带正电，验电器的金属片张开。
乙图中光子与电子碰撞后，光子的能量减小，光子的频率减小，则。
12．
变大
【详解】
(1)[1]当电流表电流刚减小到零时，电压表的读数为U，根据动能定理得
则阴极K的逸出功为
(2)[2]根据光电效应方程知入射光的频率变大，则光电子的最大初动能变大。
(3)[3]根据得
图象横轴截距的绝对值等于金属的截止频率为
[4]图线的斜率
所以
13．(1)；(2)
【分析】
根据光电效应方程Ekm=hv-W0，求解光电子的最大初动能；当光电管两极间存在反向电压时，电子做减速运动，光电流恰好为零时，光电子达到K极的速度恰好为零，根据动能定理求解。
【详解】
(1)根据光电效应方程
Ek＝hν－W0
根据
最大初动能
(2)电流表示数为零时，根据动能定理有
eUc＝Ek
代入
解得
【点睛】
本题主要考查了光电效应方程，知道最大初动能与遏止电压的关系。
14．，个
【详解】
光子能量为
每秒发射光子数为
个
15．(1)；(2)
【详解】
(1)光子垂直射到太阳帆上再反射，动量变化量为2p，设光对太阳帆的压力为F，单位时间打到太阳帆上的光子数为N，则
N=nS
由动量定理有
FΔt=NΔt·2p
所以
F=N·2p
而光子动量，所以
F=
由牛顿第二定律可得飞船加速度的表达式为
a==
(2)若太阳帆是黑色的，光子垂直打到太阳帆上不再反射（被太阳帆吸收），光子动量变化量为p，故太阳帆上受到的光压力为
F′=
飞船的加速度
a′=
16．(1)；(2)
个
【详解】
光路如图所示
(1)根据折射定律得
解得
所以有
光在光学元件中传播的速度为
激光在光学元件中的临界角满足
所以激光在F处发生全反射，在ED面射出。所以传播时间为
(2)
单位时间内进入元件的激光的能量为
解得
个