第六章 波粒二象性 单元测试（word解析版）

2021-2022学年鲁科版（2019）选择性必修第三册
第六章
波粒二象性
单元测试（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．图甲是研究光电效应的电路图，图乙是用、、光照射光电管得到的图线，、表示遏止电压，下列说法正确的是（　　）
A．光的频率小于光的频率
B．光的强度大于光的强度
C．光照射时的逸出功小于光的照射时的逸出功
D．在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流一直会增加
2．图1所示为演示光电效应的实验装置，图2所示为a、b、c三种入射光照射下得到的三条电流表与电压表读数之间的关系曲线。下列关于三束入射光的频率ν，光照强度E的大小关系正确的是（　　）
A．a、b、c三种光的频率大小关系是：
B．a、b、c三种光的原率大小关系是：
C．a、b、c三种光的光强大小关系是：
D．a、b、c三种光的光强大小关系是：
3．某同学用某一金属为阴极的光电管观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示，测得该金属的遏止电压与入射光频率之间的关系如图乙所示，已知普朗克常量。则（　　）
A．图甲中电极A为光电管的阴极
B．探究遏止电压与入射光频率关系时，电源的左侧是正极
C．该金属的截止频率为
D．该金属的逸出功为
4．现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生，下列说法正确的是（　　）
A．保持入射光的频率不受，入射光的光强变大，饱和光电流不变
B．入射光的频率变高，饱和光电流变大
C．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大
D．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生
5．如图为氢原子的能级图。用某种频率的单色光照射大量处于基态的氢原子，可辐射出a、b、c三种不同频率的光，它们的频率关系。若用光b照射某种金属时恰能发生光电效应，下列判断正确的是（　　）
A．氢原子最高可跃迁至能级
B．氢原子从能级跃迁到能级辐射出光a
C．用光c照射该种金属，一定能发生光电效应
D．用光a照射该种金属，产生光电子的最大初动能为
6．一束波长为500mm，功率为1.0W的激光可聚焦成一个半径为500nm的光斑，此激光照射在半径和高度均为500nm的圆柱体上，如图所示。假设圆柱体的密度与水相同且完全吸收辐射，已知普朗克常量为6.626×10-34J·s，则（　　）
A．每个光子动量大小为1.32×10-30kg·m/s
B．激光每秒发射的光子约为2.5×1018个
C．圆柱体的加速度约为8.5×108m/s2
D．圆柱体受到的作用力随着激光功率的增大而减小
7．用如图所示的电路研究光电效应现象：实验中移动滑动变阻器滑片可以改变K与A之间电压的大小，闭合电键，电流表有示数。下列说法正确的是（　　）
A．向右移动滑片，电流表示数一定会一直增大
B．仅增大入射光频率，电流表示数一定增大
C．仅增大入射光强度，电流表示数一定增大
D．将电源正负极对调，电流表示数一定为零
8．如图所示是甲、乙两种金属的光电子的最大初动能与入射光频率的关系图象，由图象可知（　　）
A．无论用什么金属做实验，图象的斜率不变
B．同一色光照射下，甲金属发射的光电子的最大初动能比乙金属发射的光电子的最大初动能大
C．要获得相等的最大初动能的光电子，照射甲金属的光的频率要比照射乙金属的光的频率大
D．甲金属的逸出功比乙金属的逸出功大
9．用甲、乙两种不同的金属做光电效应实验，得到两条关系图线，如图所示。则（
）
A．甲、乙两图线的斜率不一定相同
B．甲、乙两图线一定平行
C．同种光照射金属乙时能发生光电效应，则照射金属甲时一定能发生光电效应
D．甲金属的逸出功大于乙金属的逸出功
10．如图甲是光电效应的实验装置图，图乙是光电流与加在阴极K和阳极A上的电压的关系图像，下列说法正确的是（　　）
A．由图线①、③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
B．由图线①、②、③可知对某种确定的金属来说，其遏止电压与入射光的频率有关
C．遏止电压越大，说明从该金属中逸出的光电子的最大初动能越小
D．不论哪种颜色的入射光，只要光足够强，就能发生光电效应
11．电子和光子均是自然界的基本粒子。当光子被电子散射时，如果电子具备足够大的动能，则散射光子的频率会大于入射光的频率，称为逆康普顿散射或逆康普顿效应。关于该效应，下列说法中正确的是（　　）
A．该效应说明光子和电子一样，具有粒子性
B．相较于入射光子，散射光子的波长更长
C．与入射光子发生作用后，电子的动能减小
D．由于散射光子的能量大于入射光子的能量，故该效应否定了能量量子化的观点
12．下列说法正确的是（）
A．美国物理学家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，除了与入射波波长相同的成分外，还有波长大于的成分，这个现象说明了光具有粒子性。
B．放射性的原子核在发生α衰变、β衰变时，新形成的原子核会辐射γ光子，形成γ射线。
C．结合能是指自由的核子结合成原子核而具有的能量
D．铀核裂变生成钡和氪的核反应方程是
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．请设计和绘制一个合理的表格，在表格中填入相关的内容，全面概括你对粒子分类的了解。
14．下图是研究光电效应的实验装置，某同学进行了如下操作。
(1)用频率为的光照射光电管，此时电流表中有电流。调节滑动变阻器，使微安表示数恰好变为0，记下此时电压表的示数。
(2)用频率为的光照射光电管，重复(1)中的步骤，记下电压表的示数；已知电子的电荷量为，请根据以上实验，推导普朗克常量实验测定值的计算式。
15．如图所示为伦琴射线管的示意图，K为阴极钨丝，发射的电子初速度为零，A为对阴极（阳极），当A、K间加直流电压U＝30kV时，电子被加速打到对阴极A上，使之发出伦琴射线，设电子的动能全部转化为伦琴射线的能量，试求：
（1）电子到达对阴极的速度是多大？
（2）由对阴极发出的伦琴射线的最短波长是多大？
（3）若AK间的电流为10mA，那么每秒钟对阴极最多能辐射出多少个伦琴射线光子？（电子电量e＝－1.6×10－19C，质量m＝0.91×10－30kg，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s）
16．物体中的原子总是在不停地做热运动，原子热运动越激烈，物体温度越高；反之，温度就越低．所以，只要降低原子运动速度，就能降低物体温度．“激光致冷”的原理就是利用大量光子阻碍原子运动，使其减速，从而降低了物体温度．使原子减速的物理过程可以简化为如下情况：如图所示，某原子的动量大小为将一束激光即大量具有相同动量的光子流沿与原子运动的相反方向照射原子，原子每吸收一个动量大小为的光子后自身不稳定，又立即发射一个动量大小为的光子，原子通过不断吸收和发射光子而减速．已知、均远小于，普朗克常量为h，忽略原子受重力的影响
若动量大小为的原子在吸收一个光子后，又向自身运动方向发射一个光子，求原子发射光子后动量p的大小；
从长时间来看，该原子不断吸收和发射光子，且向各个方向发射光子的概率相同，原子吸收光子的平均时间间隔为求动量大小为的原子在减速到零的过程中，原子与光子发生“吸收发射”这一相互作用所需要的次数n和原子受到的平均作用力f的大小；
根据量子理论，原子只能在吸收或发射特定频率的光子时，发生能级跃迁并同时伴随动量的变化．此外，运动的原子在吸收光子过程中会受到类似机械波的多普勒效应的影响，即光源与观察者相对靠近时，观察者接收到的光频率会增大，而相对远离时则减小，这一频率的“偏移量”会随着两者相对速度的变化而变化．
为使该原子能够吸收相向运动的激光光子，请定性判断激光光子的频率和原子发生跃迁时的能量变化与h的比值之间应有怎样的大小关系；
若某种气态物质中含有大量做热运动的原子，为使该物质能够持续降温，可同时使用6个频率可调的激光光源，从相互垂直的3个维度、6个方向上向该种物质照射激光．请你运用所知所学，简要论述这样做的合理性与可行性．
参考答案
1．A
【详解】
A．根据
可知，入射光的频率越高，对应的截止电压越大。从图象中看出，a光、c光的截止电压相等，所以a光、c光的频率相等，则它们的最大初动能也相等，而b光对应的截止电压最大，所以b光的频率最高，A正确；
B．a光的饱和光电流大于b光，单位时间内逸出a光的光电子数目较多，但是由于a光频率比b光小，则a光的光强不一定大于b光的光强，B错误；
C．金属的逸出功由金属本身决定，与所照射的光无关，C错误；
D．当电压增加使得光电流达到饱和电流后，再增加电压电流也不会增加，D错误。
故选A。
2．A
【详解】
A．由光电效应方程及遏制电压的关系可知
b\c两种光遏止电压相同，故频率相同
a光遏止电压小，频率较小则
A正确；
B．由A选项可知
B错误；
C．最大光电流与光强成正比，对比图2可知
C错误；
D．由C可知
D错误；
故选A。
3．C
【详解】
A．光照射到阴极K上产生光电子，由此可知A板为光电管的阳极，故A错误；
B．探究遏止电压Uc与入射光频率关系时，要在光电管上加反向电压，则电源的左侧是负极，故B错误；
CD．由爱因斯坦光电效应方程可得
又因为
得
因此当遏制电压为零时
由此，结合图中数据可知该金属的截止频率为5.15×1014Hz，则该金属的逸出功
故C正确，D错误。
故选C。
4．C
【详解】
A．保持保持入射光的频率不受，入射光的光强变大，饱和光电流变大，因为饱和光电流与入射光的强度有关，故A错误；
B．饱和光电流和入射光的频率无关，故B错误；
C．根据光电效应方程
可得入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大，故C正确；
D．根据
得知当
就不会有光电流的产生了，故D错误。
故选C。
5．D
【详解】
A．大量氢原子可辐射出三种不同频率的光，根据
可得氢原子最高可跃迁至能级，故A错误；
B．根据
由得知，氢原子由能级跃迁到、由能级跃迁到、由能级跃迁到分别射出光a、b、c，故B错误；
C．用光b照射该金属时恰能发生光电效应，则该种金属逸出功为
因为，所以用光c照射该种金属，不能发生光电效应，故C错误；
D．用光a照射该种金属，根据爱因斯坦光电效应方程可得产生光电子的最大初动能为
故D正确。
故选D。
6．C
【详解】
A．由公式可知，每个光子动量大小
故A错误；
B．每个光子的能量为
每秒钟激光的能量为
则激光每秒发射的光子
故B错误；
C．圆柱体的质量为
激光的总动量为
由动量守恒可知
得
圆柱体的加速度大小为
故C正确；
D．激光功率越大，单位时间内的能量越大，光子的个数越多，光子的总动量越大，激光对圆柱体的作用力越大，故D错误。
故选C。
7．C
【详解】
A．光电管所加正向电压，光电子飞出后继续加速，若所有光电子都加速形成了光电流，即达到了饱和电流，再向右移动滑片增大加速电压，电流表示数会不变，故A错误；
B．电流表有示数说明入射光的频率大于极限频率，仅增大入射光频率，而没有增大光强，不能增加光子数，不能多产生光电子，则电流表示数不会增大，故B错误；
C．仅增大入射光强度，增加了飞出的光电子数，则导电的光电子变多，电流表示数一定增大，故C正确；
D．将电源正负极对调，即所加电压为反向电压，光电子飞出后减速，若有光电子的初动能较大，减速后还能到A板，则电流表示数不为零，故D错误。
故选C。
8．AB
【详解】
A．由光电效应方程可知
图像得斜率表示普朗克常量，故A正确；
B．由图像可知，甲光的逸出功小，根据光电效应方程，因此同一色光照射下，甲金属发射的光电子的最大初动能比乙金属发射的光电子的最大初动能大，故B正确；
C．要获得相等的最大初动能的光电子，由于甲光的逸出功小，所以照射甲金属的光的频率要比照射乙金属的光的频率小，故C错误；
D．根据光电效应方程，结合图像可知，图像与y轴的截距表示逸出功，所以甲金属的逸出功比乙金属的逸出功小，故D错误。
故选AB。
9．BC
【详解】
AB．根据
可知，图线斜率
甲、乙两图线的斜率相同为普朗克常量，甲、乙两图线平行，A错误，B正确；
C．当一定时，根据图像有
得
根据
可知
则同种光照射金属乙时能发生光电效应，说明光的频率大于乙的极限频率，也大于甲的极限频率，则该光照射金属甲时一定能发生光电效应，C正确；
D．由C选项分析可知D错误。
故选BC。
10．AB
【详解】
A．由图线①、③可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大，故A正确；
B．根据光电效应方程知，Ekm=hv-W0=eUc，可知入射光频率越大，最大初动能越大，遏止电压越大，可知对于确定的金属，遏止电压与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，故B正确；
C．根据Ekm=hv-W0=eUc，遏止电压越大，说明从该金属中逸出的光电子的最大初动能越大，选项C错误；
D．发生光电效应的条件是入射光的频率大于极限频率，与入射光的强度无关，故D错误。
故选AB。
11．AC
【详解】
A．因为能发生逆康普顿散射或逆康普顿效应，就说明具有粒子性，A正确；
B．因为散射光子的频率大于入射光的频率，根据波长与频率的关系，可得相较于入射光子，散射光子的波长更短，B错误；
C．根据公式
可知，散射光子的能量增大，又因为光子和电子的能量守恒，则电子的动能减小，C正确；
D．由于散射光子的能量大于入射光子的能量，但该效应还是遵循能量量子化的观点，D错误。
故选AC。
12．ABD
【详解】
A．美国物理学家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，除了与入射波长相同的成分外，还有波长大于原波长的成分，此现象称为康普顿效应，故A正确；
B．在放射性元素的原子核中，2个中子和2个质子结合得比较紧密，有时会作为一个整体从较大的原子核中抛射出来，这就是放射性元素发生的α衰变现象，原子核里虽然没有电子，但是核内的中子可以转化成质子和电子，产生的电子从核内发射出来，这就是β衰变；放射性的原子核在发生α衰变和β衰变后产生的新核往往处于高能级，这时它要向低能级跃迁，因此γ射线经常伴随α射线和β射线产生，故B正确；
C．结合能是指由于核子结合成原子核而放出的能量，不是原子核具有的能量，故C错误；
D．该核反应方程式符合质量数守恒与电荷数守恒，故D正确；
13．见解析。
【详解】
对粒子进行分类，可分为强子、轻子、规范玻色子、希格斯玻色子，可绘制表格如下
强子
轻子
规范玻色子
希格斯玻色子
质子、中子等
电子、电子中微子、子、子中微子、子、子中微子
光子、中间玻色子(W和Z玻色子)、胶子
希格斯玻色子
14．
【详解】
根据光电效应方程得
解得
15．（1）1.0×108m/s；（2）4.1×10－11m；（3）6.25×1016个
【详解】
（1）由动能定理得
mv2＝eU
所以
v＝
代入数据得
（2）因为
所以，由对阴极发出的伦琴射线的最短波长
代入数据解得
（3）每个电子与对阴极碰撞后均能产生一个光子，则
＝6.25×1016个
16．（1）
（2）；
（3）
【详解】
解：（1）原子吸收和放出一个光子，由动量守恒定律有：
原子放出光子后的动量为：
（2）由于原子向各个方向均匀地发射光子，所以放出的所有光子总动量为零．设原子经n次相互作用后速度变为零：
所以：
由动量定理：fnt0=p0
可得：
（3）a．静止的原子吸收光子发生跃迁，跃迁频率应为，考虑多普勒效应，由于光子与原子相向运动，原子接收到的光子频率会增大．所以为使原子能够发生跃迁，照射原子的激光光子频率
b．①对于大量沿任意方向运动的原子，速度矢量均可在同一个三维坐标系中完全分解到相互垂直的3个纬度上；
②考虑多普勒效应，选用频率的激光，原子只能吸收反向运动的光子使动量减小．通过适当调整激光频率，可保证减速的原子能够不断吸收、发射光子而持续减小动量；
③大量原子的热运动速率具有一定的分布规律，总有部分原子的速率能够符合光子吸收条件而被减速．被减速的原子通过与其他原子的频繁碰撞，能够使大量原子的平均动能减小，温度降低；
所以，从彼此垂直、两两相对的6个方向照射激光，能使该物质持续降温，这样做是可行的，合理的．