第四章 波粒二象性 单元达标（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
单元达标（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共40分）
1．当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，下列说法正确的是（　　）
A．从锌板中打出了光子
B．有正离子从锌板逸出
C．有电子从锌板逸出
D．锌板带负电
2．如图，一束复色自然光通过玻璃三棱镜折射后，在竖直放置的光屏上接收到a、b、c三种单色光，下列说法正确的是（　　）
A．a、b、c三种单色光仍为自然光
B．a光在玻璃棱镜中传播时的波长最大
C．若用b光照射某金属能发生光电效应，则用c光照射该金属也能发生光电效应
D．若b光从弯曲玻璃棒的端面以某入射角射入后恰好能从另一端面射出，则让该束复色光以相同入射角射向该玻璃棒端面后会有两种色光从另一端面射出
3．如图所示，用绿光照射一光电管，能产生光电效应。欲使光电子从阴极K逸出时的最大初动能增大，下列方法可行的是（　　）
A．增加绿光照射时间
B．改用紫光照射
C．增大光电管上的加速电压
D．增大绿光的强度
4．如图中的甲为研究光电效应的实验装置，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的关系图如乙所示，已知电子电荷量的绝对值为e，普朗克常量为h，则（　　）
A．测量遏止电压时开关S应扳向“2”
B．阴极K所用材料的极限波长为
C．减小入射光的频率，图乙中的值会减小
D．只增大光照强度时，图乙中的值会增大
5．甲、乙两种金属发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光频率间的函数关系分别如图中的Ⅰ、Ⅱ所示。纵截距分别为：－Ek1、－Ek2，则下列判断正确的是（　　）
A．甲金属的逸出功等于Ek1
B．甲金属产生的光电子初动能都比乙产生的光电子初动能小
C．入射光的频率为时，甲金属产生的光电子的最大初动能为2Ek1
D．Ⅰ、Ⅱ的斜率是定值，但与入射光和金属材料均有关
6．可见光的波长的大致范围是400～760
nm。下表给出了几种金属发生光电效应的极限波长，下列说法正确的是（　　）
金属
钨
钙
钠
钾
极限波长（nm）
274
388
542
551
A．表中所列金属，钾的逸出功最大
B．只要光照时间足够长或强度足够大，所有波长的可见光都可以使钠发生光电效应
C．用波长为760
nm的光照射金属钠、钾，则钠逸出的光电子的最大初动能较大
D．用波长为400
nm的光照射金属钠、钾，则钾逸出的光电子的最大初动能较大
7．利用图a装置，某同学用甲、乙、丙三束色光分别照射同一光电管，研究光电流I与所加电压U之间的关系，得到如图b所示的图象。则下列说法正确的是（　　）
A．甲光的波长大于乙光的波长
B．乙光的频率小于丙光的频率
C．甲光的光强小于乙光的光强
D．甲光产生的光电子的最大初动能最大
8．关于光电效应及波粒二象性，下列说法正确的是（　　）
A．光的波长越大，能量越大
B．光电效应揭示了光的粒子性
C．紫外线照射锌板，发生光电效应，锌板带负电
D．光电效应中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关
9．如图所示，甲、乙、丙、丁是关于光电效应的四个图象，以下说法正确的是（　　）
A．图甲是遏止电压Uc与入射光频率的关系图象，由图象可求得普朗克常量
B．图乙是光电子最大初动能与入射光频率关系图象，由图象可知实线对应金属的逸出功比虚线的大
C．图丙是光电流与电压的关系图象，由图象可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大
D．图丁是光电流与电压的关系图象，由图象可知电压越高则光电流越大
10．衍射现象限制了光学显微镜的分辨本领，电子显微镜是使用电子束工作的，电子束也具有波动性，同样存在衍射问题，已知电子的波长与动量之间的关系满足（h是常量）。关于电子显微镜的分辨率，下列说法正确的是（　　）
A．增大加速电压，提高电子束的速度，有利于提高分辨率
B．减小加速电压，降低电子束的速度，有利于提高分辨率
C．如果显微镜使用经相同电压加速后的质子工作，其分辨率比电子显微镜高
D．如果显微镜使用经相同电压加速后的质子工作，其分辨率比电子显微镜低
第II卷（非选择题）
二、实验题（共15分）
11．如右图所示，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，指针保持一定偏角．
（1）验电器指针带____________电（填“正”或“负”）．
（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）实验室用功率P=1
500
W的紫外灯演示光电效应．紫外线波长λ=2
53
nm，阴极离光源距离d=0.5
m，原子半径取r=0.5×10-10
m，则阴极表面每个原子每秒钟接收到的光子数为________________．(已知普朗克常量h＝6.63×10－34
J·s)
12．小明用金属铷为阴极的光电管，探究光电效应现象，实验装置如图甲所示。已知普朗克常量。
（1）若要利用图甲探究光电效应中光电流与光照强度的关系，则电源左端M应为电源的______（填“正”或“负”）极。
（2）在探究光电效应中铷的遏止电压与入射光的频率之间的关系时，当滑动变阻器从______（填“左”或“右”）向另一侧慢慢滑动时，光电流逐渐减小到零。
（3）实验中测得铷的遏止电压与入射光频率之间的关系如图乙所示，逸出功______J（结果保留两位有效数字）。
三、解答题（共45分）
13．（锂核）是不稳定的，它会分裂成一个α粒子和一个质子，同时释放一个γ光子
（1）写出核反应方程；
（2）一个静止的分裂时释放出质子的动量大小为P1，α粒子的动量大小为P2，γ光子与α粒子运动方向相同，普朗克常量为h。求y光子的波长λ。
14．已知一球形发光体的功率，设发光体向四周均匀辐射平均波长为的光，求理想情况下在距离发光体处，每秒钟落在垂直于光线方向上面积为的曲面上的光子数是多少？（已知，，计算结果保留两位有效数字）
15．强激光的出现丰富了人们对光电效应的认识．用强激光照射金属时，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应．如图所示，用频率为υ的强激光照射光电管阴极K，假设电子在极短时间内吸收两个光子形成光电效应，(已知该金属的逸出功为W0，普朗克常量为h，电子电荷量为e)．求：
①光电子的最大初动能；
②当光电管两极间反向电压增加到多大时，光电流恰好为零．
16．太阳光垂直射到地面上时，地面S＝1m2的面积上接收的太阳光的功率P＝1.4kW其中可见光部分约占45%，普朗克常量h＝6.6×10﹣34J?s。（结果保留2位有效数字）
(1)假如认为可见光的波长约为λ＝0.55μm，日地间的距离R＝1.5×1011m，估算太阳每秒辐射出的可见光子数为多少；
(2)若已知地球的半径R0＝6.4×106m，估算地球接收的太阳光的总功率。
参考答案
1．C
【详解】
发生光电效应是锌板中的电子吸收光子的能量而从锌板中飞出，锌板由于缺少电子而带上正电。
故选C。
2．D
【详解】
A．复色自然光通过棱镜折射后成为单色光，不再是自然光，是偏振光，故A错误；
B．a光的偏折程度最大，可知a光的折射率最大，则频率最大，根据可知，a光的波长最短，故B错误；
C．光的频率越大，能量越高，a、b、c三种单色光，a光频率最大，c光频率最小，若b光照射某金属能发生光电效应，则用c光照射该金属不一定能发生光电效应，故C错误；
D．当入射角大于或等于临界角时会发生全发射，根据全反射条件可知，若b光从弯曲玻璃棒的端面以某入射角射入后恰好能从另一端面射出，让该束复色光以相同入射角射向该玻璃棒端面后，a光频率最大，折射率最大，全反射的临界角最小，比b光更容易发生全反射，可以射出；c光频率最小，折射率最小，全反射的临界角最大，入射角不变的话，不能从另一端面射出，所以会有两种色光从另一端面射出，故D正确。
故选D。
3．B
【详解】
A．增加绿光照射时间，光电子从阴极K逸出时的最大初动能不变，选项A错误；
B．紫光的频率大于绿光，则改用紫光照射，光电子从阴极K逸出时的最大初动能变大，选项B正确；
C．增大光电管上的加速电压，则光电子从阴极K逸出时的最大初动能不变，选项C错误；
D．增大绿光的强度，光电子从阴极K逸出时的最大初动能不变，选项D错误；
故选B。
4．B
【详解】
A．遏止电压时光电流为零时加在光电管两端的最小电压，是反向电压，故开关应扳向“1”，故A错误；
B．根据爱因斯坦光电效应方程得，阴极金属的逸出功为
阴极K金属的极限频率为
由公式，计算波长为
故B正确；
C．减小入射光的频率，图乙中的I0的值可能会减小，也可能增大，故C错误；
D．遏止电压跟光照强度无关，故D错误。
故选B。
5．A
【详解】
A．根据光电效应方程Ek=hv－W0，图象与纵截距的绝对值等于逸出功，则甲的逸出功是Ek1，故A正确；
B．根据光电效应方程Ek=hv－W0，光电子初动能与光的频率和逸出功有关，故B错误；
C．根据光电效应方程Ek=hv－W0，当频率为v1时，则有
hv1=W0=Ek1
当频率为2v1时，则
Ekmax=h?2v1-W0=W0=Ek1
故C错误；
D．根据光电效应方程，图象的斜率是普朗克常量h，与入射光和金属材料均无关，故D错误。
故选A。
6．D
【详解】
A．根据
可知，表中所列金属，钾的极限波长最大，则钾的逸出功W0最小，故A错误；
B．能否发生光电效应，与光照的时间和强度无关，只与入射光的频率有关，故B错误；
C．用波长为760
nm的光照射金属钠、钾，由于入射光的波长均大于两金属的极限波长，根据光电效应的产生条件可知，钠、钾都不能发生光电效应，故C错误；
D．当用波长为400
nm的光照射金属钠、钾时，钠、钾都可以发生光电效应，钾的逸出功最小，根据
钾逸出的光电子的最大初动能较大，故D正确。
故选D。
7．B
【详解】
根据光电效应方程得
所以有甲乙的频率相等，丙光的频率最大。甲乙的波长也相等。因为甲光的饱和光电流较大，所以甲光光强大于乙光。丙光频率最大，所以丙光产生的光电子的最大初动能最大。
故选B。
8．BD
【详解】
A．光速与波长公式，光子能量公式
联立可得
分析该式可知光的波长越大，能量越小，故A错误；
B．光电效应中光子与电子相互作用，揭示了光的粒子性，故B正确；
C．紫外线照射锌板，发生光电效应，锌板失去电子后本身带正电，故C错误；
D．根据爱因斯坦光电效应方程可知
光电子的最大初动能与入射光的频率有关，逸出功一定时，频率越大，最大初动能越大，故D正确。
故选BD。
9．ABC
【详解】
A．由爱因斯坦的光电效应方程
又
化简可得
对照遏止电压Uc与入射光频率的关系图象，可得普朗克常量为
所以A正确；
B．由爱因斯坦的光电效应方程
可知，光电子最大初动能与入射光频率关系图象中与横轴的截距表示金属逸出功的大小，所以实线对应金属的逸出功比虚线的大，所以B正确；
C．由光电流与电压的关系图象，可以看出，对于同一种颜色的光，遏止电压是相同的，但是入射光越强，对应的饱和电流越大，所以C正确；
D．由光电流与电压的关系图象，可以看出，光的频率越高，对应的遏制电压越大。从图象的走势可以看出，黄光和蓝光都随着电压的增大，电流在增大，但是都会趋于一个最大值，就是达到饱和电流，所以D错误。
故选ABC。
10．AC
【详解】
AB．光的波长越大，则波动性越明显，越容易发生明显衍射，电子的波长
可知电子的速度3越大，波长越短，越不容易发生明显的衍射，所以增大加速电压，增大电子束的速度，有利于提高分辨率，
B错误A正确；
CD．由于质子的质量远大于电子的质量，所以如果显微镜使用经相同电压加速后的质子工作，质子的动量更大，波长更小，其分辨率比电子显微镜大，
D错误C正确。
故选AC。
11．正．
无
5个
【详解】
（1）[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，则验电器也带正电．
（2）[2]．用黄光照射锌板，验电器指针无偏转，说明黄光不能使锌板产生光电效应，红光的频率比黄光低，红光也不能使锌板产生光电效应，验电器指针无偏转．
（3）[3]．因为紫外灯发光的能量分布在半径为d的球面上，所以由能量守恒有
解得
．
点睛：光电效应中光电子射出后，金属板带正电．光电效应的产生条件取决于入射光的频率．本题关键是建立物理模型，根据光子能量以及辐射的能量进行求解．
12．正
左
3.4×10?19
【详解】
解：（1）[2]利用图甲探究光电效应中光电流与光照强度的关系时，需要使光电子从K极板运动到A极板，则电源左端M应为电源的正极。
（2）[2]
若探究遏止电压与入射光的频率之间的关系时，需要在光电管两端加反向电压，当减小光电流时，即要增大光电管两端的反向电压，滑动变阻器从左向右滑动。
（3）[3]由图乙可知，横轴截距表示截止频率，可得，由
解得逸出功
W0=6.63×10?34×5.13×1014J=3.4×10?19J
【点睛】
13．（1）；（2）
【详解】
（1）根据题意可得核反应方程为
（2）设光子动量大小为，由动量守恒定律
而
解得
14．
【详解】
每个光子的能量
发光体每秒钟发射的光子数
其中
可得每秒钟落在垂直于光线方向上面积为的曲面上的光子数
15．①2hυ－W0；②
【详解】
①根据爱因斯坦光电效应方程可知光电子的最大初动能为：Ek＝2hυ－W0
②根据动能定理有：eUC＝Ek，解得：UC＝
16．(1)
5.0×1044个；(2)2×1014kW
【详解】
(1)根据题意有
P＝1.4kW＝1.4×103W
设地面上lm2的面积上每秒接受的可见光子数为n，则有
代入数据解得
n＝1.75×1021个/m2
设想一个以太阳为球心，以日地间距离R为半径的大球面包围着太阳，大球面接受的光子数即太阳辐射的全部光子数，则所求的可见光光子数为
N＝n×4πR2＝1.75×1021×4×3.14×（1.5×1011）2＝5.0×1044个
(2)地球背着阳光的半个球面没有接收到太阳光，地球向阳的半个球面面积也不都与太阳光垂直，接收太阳光辐射且与太阳光垂直的有效面积是以地球半径为半径的圆平面的面积，则地球接受太阳光的总功率为
P地＝P?πR02＝1.4×3.14×（6.4×106）2＝2×1014kW