第四章 波粒二象性 单元检测1（Word解析版）

2021-2022学年粤教版（2019）选择性必修第三册
第四章
波粒二象性
单元检测1（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共40分）
1．智能手机带有光线传感功能，可以自动调整亮度，光线传感器的工作原理是光电效应。下面关于光电效应的说法正确的（　　）
A．发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
B．在研究光电效应饱和电流时，由可知，光电管所加电压越大，电子获得的速度越大，饱和电流越大
C．入射光频率为v时，刚好发生光电效应现象，将入射光频率变为3v时，此时光电流的遏止电压为
D．用一束单色光分别照射A、B两种金属，若照射A得到光电子的最大初动能比照射B得到光电子的最大初动能大，则金属A的截止频率比金属B的截止频率高
2．某实验小组在做光电效应的实验时，用频率为v的单色光照射光电管的阴极K，得到光电流I与光电管两端电压U的关系图线如图所示，已知电子电荷量的绝对值为e，普朗克常量为h，则光电子逸出功为（　　）
A．hv
B．eUc
C．hv－eUc
D．hv＋eUc
3．某激光器能发射波长为的激光，发射功率为P，c表示光速，h表示普朗克常量，则激光器每秒发射的光子数为（　　）
A．
B．
C．
D．
4．在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长为，每个激光脉冲中的光子数目为n，已知普朗克常量为h，光速为c，则（　　）
A．用激光“焊接”视网膜是因为激光具有高度的相干性
B．激光的频率为
C．激光光子的动量为
D．每个激光脉冲的能量为
5．关于光电效应现象，下列说法正确的是（　　）
A．光电子来源于原子核内部
B．爱因斯坦最早发现光电效应现象
C．入射光频率一定，光强越大饱和光电流越大
D．爱因斯坦在研究光电效应现象时首次提出了能量子的假说
6．下列说法中正确的是（　　）
A．泊松亮斑证实了光的粒子性
B．光的偏振现象说明光是一种纵波
C．康普顿效应进一步证实了光的粒子性
D．干涉法检查被检测平面的平整度应用了光的双缝干涉原理
7．下列说法正确的是（　　）
A．核力是短程力，只存在于相邻的核子之间
B．结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
C．在双缝干涉实验中，光屏上的暗条纹区域没有光子到达
D．在微观物理学中，粒子没有动量
8．、是两种单色光，其频率分别为、，且，则下列说法不正确的是（　　）
A．、光子动量之比为
B．若、光射到同一干涉装置上，则相邻条纹的间距之比为
C．若、都能使某种金属发生光电效应，则光子的最大初动能之差
D．若、是处于同一激发态的原子跃迁到A态和B态产生的，则A、B两态的能级之差
9．按如图的方式连接电路，当用紫光照射阴极K时，电路中的微安表有示数。则下列叙述正确的是（　　）
A．如果仅将紫光换成黄光，则微安表一定没有示数
B．仅将滑动变阻器的触头向右滑动一些，则微安表的示数一定增大
C．仅将滑动变阻器的触头向左滑动一些，则微安表的示数可能不变
D．仅将电源的正负极对调，则微安表仍可能有示数
10．在如图所示的光电管的实验中（电源正负极可以对调），用同一光电管得到了三条可见光的光电流与电压之间的关系曲线（图二中的甲光、乙光、丙光）．下列说法中正确的有（??
）
A．同一光电管对不同颜色的单色光有各自不同的极限频率
B．只要电流表中有电流通过，光电管中就发生了光电效应
C．（图一中）电流表G的电流方向可以是a流向b、也可以是b流向a
D．（图二中）如果乙光是黄光，则丙光可能是紫光
第II卷（非选择题）
二、实验题（共15分）
11．小明用金属铆为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意如图甲所示。已知普朗克常量。
（1）图中电极A为光电管的___________（填“阴极”或“阳极”）；
（2）实验中测得铆的遏止电压与入射光频率v之间的关系如图乙所示，则铆的截止频率___________Hz，逸出功___________J；
（3）如果实验中入射光的频率Hz，则产生的光电子的最大初动能___________J。（计算结果均保留三位有效数字）
12．通过如图甲所示的实验装置进行光电效应实验时，若测量某金属的遏止电压Uc与入射光频率υ的关系图像如图乙所示，图中频率υ1、υ2，遏止电压Uc1、Uc2及电子的电荷量e均为已知，可以求得普朗克常量h=______________，该金属的截止频率υ0=_______________
三、解答题（共45分）
13．氢原子处于基态的能级值为，普朗克常量为h。原子从能级n＝2向n＝1跃迁所放出的光子，正好使某种金属材料产生光电效应。有一群处于n＝4能级的氢原子向较低能级跃迁时所发出的光照射该金属。求：
(1)该金属的截止频率；
(2)产生光电子最大初动能。
14．已知中子质量，普朗克常量，请估算物质波波长的热中子动能的数量级。
15．钙的逸出功是3.2eV，现在用波长200nm的光照射钙的表面。已知普朗克常数h=6.63×10-34J·s，电子电量e=1.6×10-19C，光速c=3×108m/s。（计算结果保留三位有效数字）
（1）求光电子的最大初动能；
（2）求遏止电压；
（3）求钙的截止频率。
16．美国物理学家密立根用精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量，这项工作成了爱因斯坦方程式在很小误差范围内的直接实验证据。密立根的实验目的是：测量金属的遏止电压Uc。入射光频率v，由此计算普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程式的正确性。如图所示，是根据某次实验作出的Uc－v图像，电子的电荷量e=1.6×10－19C。试根据图像和题目中的已知条件：
(1)写出爱因斯坦光电效应方程（用Ekm、h、v、W0表示）；
(2)由图像求出这种金属的截止频率vc；
(3)若图像的斜率为k，写出普朗克常量的表达式，并根据图像中的数据求出普朗克常量h。以上均保留两位有效数字。
参考答案
1．C
【详解】
A．发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系，A错误；
B．在研究光电效应饱和电流时，光电管所加电压与饱和电流无关，饱和电流与光照强度有关，光照强度越大，饱和电流越大，B错误；
C．入射光频率为时，刚好发生光电效应现象，由光电效应规律可知
将入射光频率变为时，由爱因斯坦光电效应方程可得
解得
由动能定理可得
解得此时光电流的遏止电压为
C正确；
D．根据光电效应方程
光子能量一定，光电子的最大初动能大，说明金属的截止频率低，D错误。
故选C。
2．C
【详解】
由公式
Ekm=hv－W0=eUc
解得
W0=hv－eUc
故选C。
3．A
【详解】
根据能量守恒得
解得
故选A。
4．D
【详解】
A．用激光“焊接”剥落的视网膜利用了激光频率高、能量高的特点，故A错误；
B．根据可知激光的频率为
故B错误；
C．根据得，激光光子的动量为
故C错误；
D．根据和可知，则单个光子的能量为，则每个激光脉冲的能量为，故D正确。
故选D。
5．C
【详解】
A．光电效应中的光电子是核外电子获得一定频率光子的能量脱离原子核的束缚逃逸出产生的，A错误；
B．光电效应现象最早是由赫兹提出的，而不是爱因斯坦，B错误；
C．由光电效应方程，入射光频率一定，光强越大，饱和光电流越大，C正确；
D．是普朗克在研究热辐射问题时，提出了能量子的假设，D错误。
故选C。
6．C
【详解】
A．泊松亮斑证实了光的波动性，A错误；
B．光的偏振现象说明光是一种横波，B错误；
C．康普顿效应进一步证实了光的粒子性，C正确；
D．干涉法检查被检测平面的平整度应用了被测平面的上下表面反射回来的两列光发生干涉的原理，不是双缝干涉原理，D错误；
故选C。
7．A
【详解】
A．核力是短程力，作用范围在，原子核的半径数量级在，所以核力只存在于相邻的核子之间，核力是原子核能稳定存在的原因，故A正确；
B．比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故B错误；
C．光波是概率波，其个别光子的行为是随机的，光子到达暗条纹处的概率很小，但也有光子到达暗条纹处，到达明条纹处的概率很大，故C错误；
D．在微观物理学中，粒子具有动量，动量为
故D错误。
故选A。
8．BD
【详解】
A．光子的动量为
故
故A项正确，不符合题意；
B．光的波长
双缝干涉装置上相邻亮条纹的间距为
所以
故B项错误，符合题意；
C．根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能为
其中为金属的逸出功；则有
故C项正确，不符合题意；
D．若、是由处于同一激发态的原子跃迁到A态和B态时产生的，设初始激发态的能量为，则有
所以
同理
则
故D项错误，符合题意。
故选BD。
9．CD
【详解】
A．根据光电效应方程可知紫光换成黄光，频率减小，可能发生光电效应，所以微安表可能有示数，A错误；
BC．若电路中已经达到饱和光电流，滑动变阻器的触头向右或向右滑动一些，电压增大或减小，结合电路结构可知微安表示数可能不变，B错误，C正确；
D．电源正负极对调，光电子从金属中逸出，电场力做负功，若光电子逸出的最大初动能大于电势能的增加量，则微安表仍可能有示数，D正确。
故选CD。
10．BD
【详解】
A、光电管的极限频率由光电管本身决定，与入射光的颜色无关，故A错误．B、只要电流表中有电流通过，可知有光电子逸出，即光电管发生光电效应，故B正确．C、光电子从光电管的右端逸出，流过电流表G的电流方向为a到b，故C错误．D、丙光照射光电管，遏止电压较大，即光电子的最大初动能较大，根据光电效应方程Ekm=hv-W0知，丙光的频率较大，如果乙光是黄光，则丙光可能是紫光，故D正确．故选BD．
【点睛】
解决本题的关键掌握光电效应方程，会根据遏止电压的大小比较光子频率，知道同一种色光，遏止电压相等，光强不同，饱和电流不同．
11．阳极
【详解】
（1）[1]电子从金属板上射出的位置是阴极，所以A板为阳极；
（2）[2][3]根据
因此当遏制电压为零时
根据图像可以知道，铆的截止频率
根据
则可求出该金属的逸出功大小
（3）[4]由
代入数据可知
12．
【详解】
[1]由爱因斯坦光电效应方程可得
由动能定理可得
联立可得
结合图象斜率则有
变形得
[2]当，，则有
解得
在表达式中，当时，对应的频率为该金属的截止频率，由有
联立可得
13．(1)；(2)
【详解】
(1)氢原子处于能级n=2的能级值
根据跃迁规律有
解得
(2)氢原子处于能级n=4的能级值
从n=4能级跃迁到基态所发出的光能量最大，根据爱因斯坦光电效应方程有
解得
14．
【详解】
根据、可得
将代入得
故热中子动能的数量级为。
15．（1）4.83×10-19J；（2）3.02V；（3）7.72×1014Hz
【详解】
(1)由爱因斯坦光电效应方程可得
代入数据解得
≈4.83×10-19J
(2)设遏止电压为Uc，则
代入数据解得
V≈3.02V
(3)设钙的截止频率为，则
代入数据解得
≈7.72×1014Hz
16．(1)；(2)；(3)。
【详解】
（1）光电效应方程：
（2）由图像可知，当UC=0时，该金属的截止频率：
（3）由光电效应方程：
可得
即：
。