第六章 波粒二象性 单元达标测试（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
单元达标测试（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．研究光电效应的电路图如图所示，关于光电效应，下列说法正确的是（　　）
A．任何一种频率的光，只要照射时间足够长，电流表就会有示数
B．光电效应反应了光具有波动性
C．调换电源的正负极，调节滑动变阻器的滑片，电流表的示数可能会消失
D．若电源电动势足够大，滑动变阻器滑片向右滑，电流表的示数能一直增大
2．在近代物理发展的过程中，实验和理论相互推动，促进了人们对微观世界的认识。对下列实验描述正确的是（　　）
A．甲图中只增大光照强度，电流表的示数一定不变
B．乙图中用紫外灯照射锌板，验电器指针因带负电张开
C．丙图的理论说明氢原子能级是分立的，但原子发射光子的频率是连续的
D．丁图放射源产生的三种射线中，射线1的电离本领最强
3．在光电效应现象中，从金属表面逸出的粒子是（　　）
A．粒子
B．质子
C．电子
D．中子
4．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
5．光伏电池是利用半导体材料的光电效应将太阳光能直接转换为电能的一种非机械装置。研究光电效应的电路图如图所示，下列有关分析正确的是（　　）
A．发生光电效应时，入射光的强度越大遏止电压越高
B．发生光电效应时，入射光的频率越高饱和光电流一定越大
C．用不同颜色的光照射阴极K，发生光电效应时电流表的示数可能相同
D．若电流表的示数为0，则说明入射光的频率小于或等于阴极材料的截止频率
6．利用光电管研究光电效应现象的实验装置如图甲所示，实验中测得遏止电压Uc与入射光频率v之间的关系如图乙所示。则下列说法中正确的是（　　）
A．如果测遏止电压，应选择电源左端为正极
B．当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的示数一定持续增大
C．增大照射光的强度，产生的光电子的最大初动能一定增大
D．如果实验中入射光的频率v=7.0×1014Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek约为1eV
7．如图所示，为某金属在光的照射下，逸出的光电子的最大初动能与入射光频率v的关系图像，普朗克常量h为已知，由图像可知（　　）
A．该金属的逸出功等于
B．普朗克常量
C．入射光的频率为时，逸出的光电子的最大初动能为
D．当入射光的频率大于时，若增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍
8．利用如图所示的实验装置研究光电效应现象，用一束紫外线照射光电阴极材料，电流表无示数。则（　　）
A．增大入射光的强度，电流表一定有示数
B．增大入射光的频率，电流表一定有示数
C．减小入射光的频率，电流表可能有示数
D．减小入射光的波长，电流表可能有示数
9．下列说法正确的是（　　）
A．氘核由一个质子和一个中子组成，但氘核的质量小于单个的质子和中子的质量之和
B．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
C．对粒子散射实验的数据进行分析，可以估测核半径
D．光电效应中光电流的饱和值与照射光的频率和强度均有关
10．下列四个实验能证明光具有粒子性的是（　　）
A．
B．
C．
D．
11．下列说法正确的是（
）
A．库仑力和核力都是一种强相互作用
B．光电效应说明了光具有粒子性
C．运动的实物粒子具有波动性
D．结合能越大，原子核越稳定
12．某同学在研究某金属的光电效应现象时，发现该金属逸出光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系如图所示，若图线在横、纵坐标轴上的截距分别为a和-b，已知电子所带电荷量为e，由图线可以得到（　　）
A．该金属的逸出功为零
B．当入射光的频率为5a时，遏止电压为
C．当入射光的频率为4a时，逸出光电子的最大初动能为2b
D．普朗克常量为，单位为J·s
第II卷（非选择题）
一、解答题（共52分）
13原子核的半径为，请估计核内质子的动量不确定范围。如果电子被限制在核内，其动量的不确定范围又是多少？
14．估算运动员跑步时的德布罗意波长，为什么我们观察不到运动员的波动性？
15．研究光电效应规律的实验装置如图所示，光电管的阴极材料为金属钾，其逸出功为W0＝2.25eV，现用光子能量为10.75eV的紫外线照射光电管，调节变阻器滑片位置，使光电流刚好为零。求：
(1)电压表的示数是多少？
(2)若照射光的强度不变，紫外线的频率增大一倍，阴极K每秒内逸出的光电子数如何变化？到达阳极的光电子动能为多大？
(3)若将电源的正负极对调，到达阳极的光电子动能为多大？
16．某光源能发出波长为0.61μm的可见光，用它照射某金属能发生光电效应，产生光电子的最大初动能为0.25eV．已知普朗克常量h=6.63×10﹣34J．s，光速c=3×108m/s．求：
①上述可见光中每个光子的能量；
②该金属的逸出功．
参考答案
1．C
【详解】
A．光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，能否发生光电效应，与入射光的光照时间无关，故A错误；
B．光电效应现象说明了光具有粒子性，故B错误；
C．当电流表有示数时，调换电源的极性，则在AK之间加入反向电压，逸出光电子若不能到达K极，则不会形成光电流，那么电流表无示数，故C正确；
D．当电流表有示数时，滑动变阻器滑片从图所示位置向右移动，则AK之间正向电压增大，若已达到饱和电流，则电流表的示数会不变；若没有达到饱和电流，则电流表的示数会变大。故D错误。
故选C。
2．D
【详解】
A．光流照射金属表面，发生光电效应，当只增大光照强度时，相同时间内溢出的电子数会增加，电流表的示数会增大，故A错误；
B．②图中用紫外灯照射锌板，锌板发生光电效应，锌板失去电子而带正电，验电器用导线连在锌板上，其指针也带正电张开，故B错误；
C．氢原子的能级图可以很好的解释氢原子光谱的规律，是高激发态跃迁到n=2产生了巴尔末系可见光，原子发射光子是不连续的，故C错误；
D．α射线是高速的氦核流，一个α粒子带两个正电荷，根据左手定则，α射线受到的洛伦兹力向左，故1是α射线，其电离本领最强；β射线是高速电子流，带一个负电荷，根据左手定则，β射线受到的洛伦兹力向右，故3是β射线，其电离本领较强；γ射线是γ光子，是电中性的，故在磁场中不受磁场的作用力，轨迹不会发生偏转，故2是γ射线，其电离本领最弱，故D正确；
故选D。
3．C
【详解】
在光电效应现象中，金属表面逸出的粒子是电子。故ABD错误，C正确。
故选C。
4．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。
5．C
【详解】
AB．由
可知入射光的频率越高，遏止电压越高，但饱和光电流不一定越大，饱和光电流还和入射光的强度有关，故AB错误；
C．用不同颜色的光照射阴极K，只要单位时间内产生的光电子数目相同，则电流表的示数相同，故C正确；
D．电流表的示数为0，可能是反向电压遏止光电流的产生，故D错误。
故选C。
6．D
【详解】
A．如果测遏止电压，应选择电源左端为负极，A错误；
B．当电源左端为正极时，如果电流达到饱和电流，即使滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的示数也不会增大，B错误；
C．如果只增大照射光的强度，而光的频率不变，根据光电效应方程
产生的光电子的最大初动能不变，C错误；
D．由图可知，截止频率为
根据图像利用几何关系可得
可得遏止电压
因此产生的光电子的最大初动能Ek约为1eV，D正确。
故选D。
7．C
【详解】
AB．将光电效应方程与图像对应，可知图像的斜率为普朗克常量h，即有
纵截距的绝对值为金属的逸出功，即
横截距为金属的截止频率，故金属的逸出功
故AB错误；
C．根据光电效应方程可知入射光的频率为时，产生的光电子的最大初动能为，故C正确；
D．当时，根据光电效应方程可知
当频率v变为后，其光电子的最大初动能
故D错误。
故选C。
8．D
【详解】
由图可知，电流表无示数是因为入射光的频率过低，与入射光的强度无关，减小波长则频率变大，故选D。
9．AC
【详解】
A．氘核由一个质子和一个中子组成，在一个质子与一个中子结合成氘核过程要发生质量亏损，因此氘核的质量小于单个的质子和中子的质量之和，故A正确；
B．光波是一种概率波，光的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B错误；
C．对α粒子散射实验的数据进行分析，根据α粒子发生明显散射显示的范围与散射角度的大小可以估测核半径，故C正确；
D．当照射光的频率大于极限频率时会发生光电效应，发生光电效应后随照射光强度的增加从金属中逸出的光电子数目增加，光电流的饱和值变大，光电效应中光电流的饱和值与照射光强度有关，与频率无关，故D错误。
故选AC。
10．AB
【详解】
A．该图是光电效应实验，说明光的粒子性，选项A正确；
B．该图是康普顿效应，说明光的粒子性，选项B正确；
C．该图是单色光的衍射现象，说明光的波动性，选项C错误；
D．该图是光的双缝干涉实验，说明光的波动性，选项D错误。
故选AB。
11．BC
【详解】
A．库仑力是一种电磁相互作用，核力是强相互作用，在原子核内核力比库仑力大的多，故A错误；
B．光电效应和康普顿效应都说明了光是由一份一份的光子组成的，体现了光的粒子性，故B正确；
C．德布罗意提出运动的实物粒子具有波动性，其动量P与波长满足，故C正确；
D．比结合能反映平均拆开一个核子的难易程度，故比结合能越大，原子核越稳定，故D错误；
故选BC。
12．BD
【详解】
AD．由和图像得
该金属的逸出功为b，普朗克常量为，单位为J·s
，A错误，D正确；
C.
当入射光的频率为4a时，逸出光电子的最大初动能为
C错误；
B.
当入射光的频率为5a时，遏止电压为
解得，B正确。
故选BD。
13．；
【详解】
由不确定关系可得质子动量的不确定范围
如果电子被限制在核内，电子的运动范围也是，其动量不确定范围也是
14．，理由见解析
【详解】
设运动员的质量为60kg，跑步时的速度为10m/s，则运动员跑步时的德布罗意波长为
因为实际的障碍物或小孔的尺寸远大于运动员跑步时的德布罗意波长，所以观察不到干涉和衍射等波动特性。
15．(1)8.50V；(2)减为原来一半，10.75eV；(3)17.00eV
【详解】
(1)由光电效应方程
Ek＝hν－W0
得光电子最大初动能
Ek＝8.50eV
光电管两端加有反向电压，光电子由K向A做减速运动。
由动能定理
－eU＝EkA－Ek
因EkA＝0，则
U＝＝8.50V
(2)设光的强度为nhν，光强不变，频率增大一倍，则每秒入射的光子数n减为原来的一半，阴极K每秒内逸出的光电子数也减为原来的一半，由光电效应方程得光电子的最大初动能
Ek′＝hν′－W0＝2hν－W0＝19.25eV
电子由阴极向阳极做减速运动。
由动能定理
－eU＝EkA′－Ek′
得
EkA′＝10.75eV
(3)若将电源的正负极对调，光电管上加有正向电压，光电子从阴极向阳极做加速运动，由动能定理
eU＝EkA″－Ek
得
EkA″＝17.00eV
16．(1)E≈2.04eV
(2)W0=1.79eV
【详解】
①光子的能量为：．
②根据光电效应方程Ekm=hv-W0得金属的逸出功为：W0=hv-EKm=2.04-0.25eV=1.79eV．
【点睛】
该题考查光子的能量以及光电效应方程Ekm=hv-W0，解决本题的关键掌握光电效应方程，知道光子能量与波长的关系．