第四章 波粒二象性 单元达标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
单元达标1（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．如图所示为研究光电效应现象的电路图，当用绿光照射到阴极K时，电路中有光电流，下列说法正确的是（　　）
A．若只减弱绿光的光照强度，光电流会减小
B．若换用红光照射阴极K时，一定也有光电流
C．若将电源的极性反接，电路中一定没有光电流
D．如果不断增大光电管两端的电压，电路中光电流会一直增大
2．图示为光电管的工作原理图，用某单色光照射图中光电管时，发现a、b端没有输出电压。若各元件正常且电路无断路，则造成这种现象的原因可能是（　　）
A．电阻R阻值太大
B．该单色光强度太弱
C．该单色光频率太低
D．该单色光照射时间太短
3．若氢原子处于基态(第一能级)、激发态(第二、三、四能级)时具有的能量为El=0，E2=10.2eV、E3=12.1eV、E4=12.8eV。当氢原子从第四能级跃迁到第三能级时，辐射的光子照射某种金属时刚好能发生光电效应，现若有大量氢原子处于n=5(第五能级)的激发态，则在向低能级跃迁时所辐射的各种能量的光子中，可使这种金属发生光电效应的频率种类有（　　）
A．7种
B．8种
C．9种
D．10种
4．极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图（a）（b）（c）所示的图像，则（　　）
A．图像（a）表明光具有波动性
B．图像（c）表明光具有粒子性
C．用紫外线观察不到类似的图像
D．实验表明光是一种概率波
5．在光电效应实验中，先后用频率相同但光强不同的两束光照射同一个光电管。若实验a中的光强小于实验b中的光强，实验所得光电流I与光电管两端所加电压U间的关系曲线分别以a、b表示，则下列图中可能正确的是
A．B．C．D．
6．“泊松亮斑”是下面的哪个图形？（　　）
A．
B．
C．
D．
7．利用如图所示装置做光电效应实验，用单色光照射某种金属表面，有光电子逸出。若要使光电子的最大初动能增大，下列选项正确的是（　　）
A．仅延长光照时间
B．仅换用频率更大的光
C．仅增大入射光的强度
D．仅增大A、K极板间电压
8．下列关于实物粒子的说法中正确的是（　　）
A．向前飞行的子弹不具有波动性
B．射击运动员之所以很难射中靶子，是因为子弹具有波动性
C．子弹既具有粒子性，又具有波动性
D．子弹具有波动性，但波长很短表现不出来
9．在研究某些物理规律时，借助数学的图象法能将该规律更直观、更深刻的展现出来。下列关于图中四幅图象的表述，正确的是（
）
A．图甲为不同温度（、）下，氧气分子在各速率区间的分子数占总分子数的百分比与分子运动速率的关系图象，由图可知，温度更高
B．图乙为不同温度（、）下，黑体辐射强度与波长的关系图象，由图可知，温度更高
C．图丙为先后用两束光（a、b）照射同一个光电管所得光电流I与光电管两端所加电压U的关系图象，由图可知，两束光（a、b）频率相同
D．在图丁的c、d两条曲线中，曲线c为分子间作用力F与分子间距离r的关系曲线
10．一光电管的阴极用截止频率为的金属铯制成，并接入如图所示的电路中。当用频率为的单色光射向阴极时，能产生光电流。移动变阻器的滑片，当电压表的示数为时，电流计的示数达到饱和电流。已知普朗克常量为，电子的质量为，电子的电荷量为，真空中的光速为。下列说法正确的是（　　）
A．该单色光的光子的能量为
B．在时间内阴极逸出的光电子数为
C．每个单色光的光子的动量大小为
D．光电子到达阳极时的最大速率为
11．如图所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子处干n=4的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外辐射光子，用这些光照射逸出功为1.90eV的金属铯，下列说法正确的是（　　）
A．这群氢原子最多能发出6种不同频率的光，其中从n=4能级跃迁到n=3能级所发出的光的波长最长
B．这群氢原子发出的光子均能使金属铯发生光电效应
C．金属铯表面逸出的光电子最大初动能一定小于12.75eV
D．金属铯表面所逸出的光电子的初动能最大值为10.19eV
12．1907年起，美国物理学家密里根开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量，检验爱因斯坦光电效应方程的正确性。按照密里根的方法进行实验时得到了某金属的Uc和ν的几组数据，并作出如图所示的图线，电子的电荷量大小为e=1.6×10-19
C．由图线可知（　　）
A．该金属的截止频率约为4.27×1014
Hz
B．该金属的逸出功约为0.48
eV
C．可以求得普朗克常量h约为6.24×10-34
J·s
D．若用波长为500
nm的紫光照射该金属，能使该金属发生光电效应
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．某金属在光的照射下发生光电效应，光电子的最大初动能与入射光频率v的关系如图所示，试求：
普朗克常量用图中字母表示；
入射光的频率为时，产生的光电子的最大处动能．
14．某装置是一个高功率固体激光系统，利用它可获得能量为2400J、波长的紫外激光。已知普朗克常量，求：
（1）紫外激光能量子的值；
（2）该紫外激光所含光子数。
15．在光电效应实验中，小明用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线（甲、乙、丙），如图所示。回答下面问题，并说明理由。
(1)甲、乙两种光的频率，哪个大？
(2)乙、丙两种光的波长，哪个大？
(3)乙、丙两种光所对应的截止频率，哪个大？
(4)甲、丙两种光所产生光电子的最大初动能，哪个大？
16．守恒是物理学中的重要思想。请尝试用守恒思想分析下列问题：
（1）如图所示将带正电荷Q的导体球C靠近不带电的导体。沿虚线将导体分成A、B两部分，这两部分所带电荷量分别为QA、QB判断这两部分电荷量的正负及大小关系，并说明理由。
（2）康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与人射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，用X光子与静止电子的碰撞模型可以解释这一现象。请在图中通过作图表示出散射后X光子的动量，并简述作图的依据。
（3）波是传递能量的一种方式，传播过程能量守恒。简谐波在传播过程中的平均能量密度表示单位体积内具有的能量：，其中A为简谐波的振幅，
为简谐波的圆频率（波传播过程中不变），为介质的密度。能流密度I表示波在单位时间内流过垂直单位面积上的平均能量。
a.简谐波沿直线传播的速度为v，证明波的能流密度
b.球面简谐波是从波源处向空间各个方向传播的简谐波，在均匀介质中传播时振幅会发生变化。忽略传播过程中的能量损失，求波在距波源r1和r2处的振幅之比A1：A
2。
参考答案
1．A
【详解】
A．减弱绿光的光照强度，则单位时间内产生的光电子减小，故光电流会减小。故A正确；
B．红光的频率低于绿光的，所以用红光照射不一定能发生光电效应。故B错误；
C．若将电源的极性反接，但是只要小于遏止电压，则电路中还会有一些光电流。故C错误；
D．如果不断增大光电管两端的电压，电路中光电流也不会一直增大，存在一个饱和电流。故D错误。
故选A。
2．C
【详解】
A．不能产生光电效应，光电流为0，故与电阻R阻值无关，故A错误；
BCD．某单色光照射某金属时不能产生光电效应原因是：该单色光的频率小于该金属的极限频率，或波长大于极限波长，与照射时间和光的强度无关，故C正确，BD错误。
故选
C。
3．C
【详解】
根据光电效应方程，逸出功等于第四能级和第三能级间的能量差，即
大量氢原子处于n=5(第五能级)的激发态，则在向低能级跃迁时，能放出不同频率的光子数为种，但其中从第五能级向第四能级跃迁放出光子的能量小于0.7eV，不能使该金属产生光电效应，故能使这种金属发生光电效应的频率种类有9种，C正确。
故选C。
4．D
【详解】
AB．图像（a）只有分散的亮点，表明光具有粒子性；图像（c）呈现干涉条纹，表明光具有波动性，AB错误；
C．紫外线也具有波粒二象性，也可以观察到类似的图像，C错误；
D．实验表明光是一种概率波，D正确。
故选D。
5．D
【详解】
光电流恰为零，此时光电管两端加的电压为截止电压，对应的光的频率为截止频率，入射光的频率越高，对应的截止电压U截越大，由于入射光的频率没有变，故遏止电压相同，即图线与横轴的交点相同．由于a光的光强小于b光的光强，所以a的饱和电流小于b的饱和电流．故D正确、ABC错误．
故选D。
6．A
【详解】
结合泊松亮斑的特点可知，光照射在宽度小于或等于光源波长的小圆板或圆珠时，会在之后的光屏上出现环状的互为同心圆的衍射条纹，所以A正确；BCD错误；
故选A。
7．B
【详解】
由光电效应光电子最大初动能公式
得出光电子的最大初动能与照射光的频率和逸出功有关，同种金属的逸出功不变，所以只能增大照射光的频率，所以B对,ACD错。
故选B。
8．CD
【详解】
运动的实物粒子具有波粒二象性，对子弹来说，其德布罗意波长很短，很难表现出波动性，子弹的波动性对射击的准确性没有实际影响，故CD正确，AB错误。
故选CD。
9．BD
【详解】
A．由图可知，温度时速率较小的占比较高，故温度更低，A错误；
B．黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大，由图可知，温度更高，B正确；
C．由图可知，a光对应的遏止电压较高，据
可知，a光的频率较高，C错误；
D．在分子间距为r0时，引力与斥力相等，分子力为零，故曲线c为分子间作用力F与分子间距离r的关系曲线，D正确。
故选BD。
10．BC
【详解】
A．该单色光的光子的能量为，A错误；
B．根据电流定义式得
在时间内阴极逸出的光电子数为
B正确；
C．每个单色光的光子的动量大小为
C正确；
D．根据动能定理光电子到达阳极时
解得
D错误。
故选BC。
11．AC
【详解】
A．一群氢原子处于n=4的激发态，向低能级跃迁时可能发出的不同频率的光子种类
因为n=4和n=3两个能级之间的能级差最小，所以从n=4跃迁到n=3的电子发出的光子能量最小，即光子的频率最小，所以波长最长，故A项正确；
B．从n=4跃迁到n=3发出的光子能量值最小为
eV<1.90eV
所以不能使金属铯发生光电效应，故B项错误；
CD．从n=4跃迁到n=1发出的光子频率最高，发出的光子能量为
13.60eV-0.85eV=12.75eV
根据光电效应方程得金属铯表面所逸出的光电子的最大初动能为
eV
所以C项正确，D项错误。
故选AC。
12．ACD
【详解】
A．根据光电效应方程可知
而
解得
由图像可知该金属的截止频率约为4.27×1014
Hz，选项A正确；
BC．由图像可知当Uc=0时
由图像可知
解得
选项C正确，B错误；
D．根据
则用波长为500
nm的紫光照射该金属，能使该金属发生光电效应，选项D正确。
故选ACD。
13．(1)
(2)
【解析】
【详解】
①由光电效应方程EK=hv-W0，结合图象可知金属的逸出功W0=E，而极限频率为νc，所以hvc-W0=0，
解得：h=
②由光电效应方程：Ek′＝h×3vc?W0＝2E
【点睛】
解决本题的关键掌握光电效应方程EK=hv-W0，知道最大初动能与入射光频率的关系．结合图线的斜率和截距进行分析．
14．（1）；（2）个
【详解】
（1）由能量子公式与频率、波长和光速的关系可得，紫外激光能量子的值为
（2）该紫外激光所含光子数
个
15．(1)乙光；(2)丙；(3)一样大；(4)一样大
【详解】
(1)根据光电效应方程
结合及相同光电管的逸出功相同，可知乙光的频率大于甲光的频率。
(2)从(1)可知，乙光的频率大于丙光的频率，根据可知，丙光的波长较长。
(3)
截止频率由金属决定，与入射光无关，所以对两种光来说，截止频率一样。
(4)甲丙对应的遏止电压相同，说明两种光的频率一样，根据光电效应方程可知，当两种光照射同一光电管时，甲、丙两种光所产生光电子的最大初动能一样大。
16．（1）QA=QB；；（2）见解析；（3）a.；b.。
【详解】
（1）由器电感应，A部分带正电、B部分带负电，由电荷量守恒，A、B两部分电荷量的大小相等，QA=QB；
（2）设散射后X光子的动量为p3，根据碰撞过程动量守恒和平行四边形定则（或三角形定则），画图如图所示
（3）a．沿传播方向，任取于传播方向垂直的横截面，面积为S。在△t时间内流过S面的能量
单位时间内流过垂直单位面积上的平均能量
联立解得
b．在第二间的基础上，△t时间内流过S1面上的能量
△t时间内流过S2面上的能量
由能量守恒
联立解得