第六章 波粒二象性 单元过关检测（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
单元过关检测（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．关于物理学史，下列叙述中符合事实的是（　　）
A．伽利略通过“理想斜面实验”归纳、总结出了牛顿第一定律
B．麦克斯韦在研究电磁波的实验中，最早发现了光电效应
C．法国学者安培提出了著名的分子电流假说
D．卡文迪许发现了万有引力定律，还测出了引力常量的数值
2．关于光电效应，下列说法不正确的是（　　）
A．极限频率越大的金属材料逸出功越大
B．只要光照射时间足够长，任何金属都能产生光电效应
C．入射光的频率越大，从金属表面逸出的光电子的最大初动能也越大
D．若发生了光电效应且入射光的频率一定时，光强越强，单位时间内逸出的光电子数就越多
3．关于光现象下列说法正确的是（　　）
A．用光导纤维传播信号，是利用了光的全反射原理
B．光电效应现象说明光具有波动性
C．通过游标卡尺两个卡脚间狭缝，看到的远处日光灯的彩色条纹是光的干涉所致
D．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光强度增大，则干涉条纹间距变宽
4．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
5．用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意如图甲所示，实验中测得铷的遏止电压与入射光频率v之间的关系如图乙所示，图线与横轴交点的横坐标为5.1×1014Hz。已知普朗克常量。则下列说法中正确的是（　　）
A．欲测遏止电压，应选择电源左端为正极
B．当电源左端为正极时，随着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，则产生的光电子的最大初动能。
6．一束复色光沿方向射向半圆形玻璃砖的圆心O，与界面的夹角为。两条出射光光、光与法线的夹角分别为和，半圆形玻璃砖的半径为R，真空中光速为C。则下列说法正确的是（　　）
A．玻璃砖对光的折射率大于对光的折射率
B．在玻璃砖中光的速度小于光的速度
C．在玻璃砖中光光子的动量大于光光子的动量
D．光与光在玻璃砖中传播的时间差为
7．a、b两束光平行从扇形玻璃砖AB一侧入射，且两束光与距离相同，最终出射时，会聚于P点，则下列说法正确的是（　　）
A．真空中，a光传播速度更快
B．a光光子能量更大
C．若用a光照射金属板时，金属板逸出光电子，则b光不一定可以使金属板逸出光电子
D．b光在玻璃砖中传播时间更长
8．如图所示，A和K分别是光电管的阳极和阴极，加在A、K之间的电压为U，某激光器发出频率为v的光全部照射在K上，回路中形成大小为I的恒定电流。已知每入射N个光子会产生1个光电子，所有从阴极表面逸出的光电子均能到达A，阴极材料的逸出功为W0，普朗克常量为h，电子电荷量为e，则（　　）
A．光电子到达A时的最大动能为
B．时间t内到达A的光电子个数为
C．该激光器的发光功率为
D．不改变发光频率，仅将该激光器的发光功率减半，光电流可能为零
9．关于光的波粒二象性的理解，正确的是（　　）
A．大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性
B．频率越大的光其粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著
C．光不可能同时既具有波动性，又具有粒子性
D．光具有波粒二象性是指：既可以把波看成宏观概念上的波，也可以看成微观概念上的粒子
10．大量处于n
=
4激发态的氢原子向低能级跃迁时能辐射出多种不同频率的光，用这些光照射如图甲所示的光电管的阴极K。已知氢原子的部分能级图如图乙所示，阴极K为金属钨，其逸出功为4.54eV。可见光的波长范围为4.07×10-7m—7.6×10-7m，普朗克常量h
=
6.6×10-34Js，真空中的光速为3.0×108m/s，则下列说法中正确的是（
）
A．这些氢原子最多能发出6种不同频率的光
B．跃迁到基态时，会辐射γ射线
C．能使金属钨发生光电效应的光有3种，且都不是可见光
D．若将滑动变阻器的滑片调到最左端，电路中的光电流可能变为0
11．以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出。强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，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，这已被实验证实。光电效应实验装置示意图如图所示。用频率为的普通光源照射阴极K，没有发生光电效应，换用同样频率的强激光照射阴极K，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U，即将阴极K接电源正极，阳极A接电源负极，在之间就形成了使光电子减速的电场。逐渐增大U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是下列的（其中W为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电量）（　　）
A．
B．
C．
D．
12．如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像。由图像可知（　　）
A．该金属的逸出功等于2E
B．该金属的逸出功等于hν0
C．入射光的频率为时，产生的光电子的最大初动能为
D．入射光的频率为2v0时，产生的光电子的最大初动能为E
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．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）
14．金属A在一束绿光照射下恰能发生光电效应，现用紫光或红光照射时，能否发生光电效应？紫光照射A、B两种金属都能发生光电效应时，为什么逸出金属表面的光电子的最大速度大小不同？
15．光子的动量p与能量E的关系为。静止的原子核放出一个波长为λ的光子．已知普朗克常量为h,光在真空中传播的速度为c,求:
(1)质量为M的反冲核的速度为多少?
(2)反冲核运动时物质波的波长是多少?
16．如图所示为一研究导体棒在磁场中运动的装置。两平行光滑金属轨道倾角为30°，导轨间距d=1m。导轨上端通过单刀双掷开关可以分别与1、2相连，其中1连接光电管，2连接一个电容C=0.25F的电容器。两平行导轨间存在着垂直于轨道平面向上的匀强有界磁场，磁感应强度B=IT，磁场长度DE=1m。现利用光电管把光信号转换为电信号，A和K分别是光电管的阳极和阴极，电源电压为U。用发光功率为P的激光器发出频率为的光全部照射在K上，开关与1接通，回路中形成电流。已知阴极K材料的逸出功为W0，普朗克常量为h，电子电荷量为e。初始时导体棒恰好能静止在磁场上边缘D处，导体棒垂直导轨放置，各处电阻均不计，重力加速度取10m/s2。求：
（1）光电子到达A时的最大动能Ekm；（答案用字母表示）
（2）假设每个入射的光子会产生1个光电子，所有的光电子都能到达A，激光器发光功率P=13.26w，=6.4×1014Hz、H=6.63×10-34J·S、e=1.6×10-19C，求导体棒的质量m；
（3）把开关快速搬到位置2，导体棒向下运动起来，在运动过程中始终与导轨垂直，求导体棒运动到E处时的速度大小。
参考答案
1．C
【详解】
A．伽利略通过“理想斜面实验”得出了力不是维持物体运动的原因这一结论，从而推翻了亚里士多德的错误观点，后来牛顿在伽利略和笛卡儿工作的基础上，提出了牛顿第一定律，故A错误；
B．麦克斯韦系统地总结了人类直至19世纪中叶对电磁规律的研究成果，最终建立了电磁场理论；赫兹在研究电磁波的实验中偶尔发现，接收电路的间隙如果受到光照，就更容易产生电火花，这就是最早发现的光电效应，故B错误；
C．法国学者安培提出了著名的分子电流假说，故C正确；
D．牛顿发现了万有引力定律，卡文迪许测出了引力常量的数值，故D错误。
故选C。
2．B
【详解】
A．根据可知，极限频率越大的金属材料逸出功越大，A正确，不符合题意；
B．能否发生光电效应与光照射时间长短无关，B错误，符合题意；
C．根据
可知，入射光的频率越大，从金属表面逸出的光电子的最大初动能也越大，C正确，不符合题意；
D．若发生了光电效应且入射光的频率一定时，光强越强，单位时间内逸出的光电子数就越多，D正确，不符合题意。
故选B。
3．A
【详解】
A．光在光导纤维中传播信号，是利用了光的全反射原理，故A正确；
B．光电效应现象说明光具有粒子性，光的干涉与衍射说明光具有波动性，故B错误；
C．通过游标卡尺两个卡脚间狭缝，看到的远处日光灯的彩色条纹是光的衍射现象产生的，故C错误；
D．光的双缝干涉实验中，干涉条纹的宽度，与入射光的强度无关，故D错误。
故选A。
4．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。
5．D
【详解】
A．图甲所示的实验装置测量铆的遏止电压与入射光频率v，因此光电管左端应该是阴极，则电源左端为负极，故A错误；
B．当电源左端为正极时，将滑动变阻器的滑片从图示位置向右滑动的过程中，则电压增大，光电流增大，当电流达到饱和值，不再增大，即电流表读数的变化是先增大，后不变，故选项B错误；
C．光电子的最大初动能与入射光的频率和金属的逸出功有关，与入射光的强度无关，故选项C错误；
D．根据图象可知，铆的截止频率，根据光电效应方程
又根据该金属的逸出功大小
当入射光的频率为时，则最大初动能为
故选项D正确。
故选D。
6．D
【详解】
A．OB光的折射率为
OC光的折射率为
故玻璃砖对OC光的折射率小于对OB光的折射率，A错误；
B．根据公式
折射率大的，速度小。所以在玻璃砖中OC光的速度大于OB光的速度，B错误；
C．由于玻璃砖对OC光的折射率小于对OB光的折射率，所以OB光对应的频率大，波长小。而根据公式
可知在玻璃砖中OC光光子的动量小于OB光光子的动量，C错误；
D．OB光在玻璃砖中传播的时间为
OC光在玻璃砖中传播的时间为
所以时间差为
D正确。
故选D。
7．D
【详解】
A．所有光在真空中传播速度均为3×108m/s，A错误；
B．作出光路如图
由光路图可知玻璃对b光的折射率大，故b光的频率大，由
知b光的光子能量大，B错误；
C．当入射光的频率大于金属的极限频率时，产生光电效应，由于b的频率大于a的频率，a能使金属产生光电效应，故b一定能使金属产生光电效应，C错误；
D．光在介质中的速度
玻璃对b光的折射率大，故b在玻璃中的速度小，由于在两光在玻璃中传播的距离相等，故b传播的时间更长，D正确。
故选D。
8．BC
【详解】
A．根据光电效应方程
可得最大初动能，从K到A，电场力做正功，可得最大动能为
A错误；
B．时间t内到达A的光电子个数为，电荷量与电子电荷量的比值，则有
B正确；
C．该激光器的发光功率为单位时间内光子的数量与光子所带能量的乘积，即有
由已知可得，单位时间内通过光电子子数量为
由电流的定义可得
可得，该激光器的发光功率为
C正确；
D．不改变发光频率，仅将该激光器的发光功率减半，只会减少单位时间内光电子的数量，光电流会减小，但不会为零，D错误。
故选BC。
9．AB
【详解】
A．大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性，A正确；
B．频率越大波长越短，光的粒子性越显著，频率越小波长越长，光的波动性越显著，B正确；
CD．光具有波粒二象性，指的是有时候表现为波动性，有时候表现为粒子性，比如大量光子波动性较明显，个别光子粒子性较明显，二者是统一的，CD错误。
故选AB。
10．AC
【详解】
A．这些氢原子最多发出=6种不同频率的光，A正确；
B．γ射线是原子核通过衰变产生的高能电磁波，与核外电子无关，B错误；
C．根据能级跃迁公式可计算出对应跃迁的能级产生的能量、波长为
2→1，E21
=
10.20eV、λ
=
1.21×10-7m
3→1，E31
=
12.09eV、λ
=
1.02×10-7m
4→1，E41
=
12.75eV、λ
=
0.97×10-7m
3→2，E32
=
1.89eV、λ
=
6.55×10-7m
4→2，E42
=
2.55eV、λ
=
4.85×10-7m
4→3，E43
=
0.66eV、λ
=
18.75×10-7m
再结合光电效应方程
hv
=
W0
+
Ekm
可知能使金属钨发生光电效应的光有3种分别为4→1、3→1、2→1，对应跃迁产生的光的波长均不在可见光的波长范围内，C正确；
D．滑动变阻器的滑片调到最左端，光电管两端电压为零，但光电子发生了光电效应，有速度，能够到达A极板，光电流不可能为0，D错误。
故选AC。
11．BD
【详解】
当光电流恰好减小到零时，据动能定理可得
由光电效应方程可得
联立可得
(n=2,3,4…)
可知，BD正确。
故选BD。
12．BD
【详解】
AB．根据光电效应方程，由题图可知，当ν=0时，有W逸=E；当Ekm=0时，有，故A错误，B正确；
C．如果入射光的频率为时，因为小于其极限频率，不能发生光电效应，故C错误；
D．入射光的频率为2v0时，代入方程可知，产生的光电子的最大初动能为E，故D正确。
故选BD。
13．（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
14．见解析
【详解】
由题知金属A在绿光照射下恰能发生光电效应，由于紫光频率大于绿光频率，则紫光照射时能发生光电效应；红光频率小于绿光频率，则用红光照射时不能发生光电效应。由光电效应方程Ek
=
hv
-
W可知，A、B两种金属的极限频率不同，故用同种光照射时，逸出的光电子最大初动能不同，光电子的最大速度大小不同。
15．(1)；
(2)
【详解】
(1)光子的动量为p,由动量守恒定律知反冲核的动量大小也为p。由可得
所以
(2)反冲核的物质波波长
16．(1)；(2)；(3)
【详解】
（1）根据光电效应方程可知
逸出的电子在电场中加速向A运动，根据动能定理
联立解得
(2)每秒钟到达K极的光子数量为n，则
每秒钟逸出电子个数为n个，则回路的电流强度
得，由平衡条件知，初始时刻
解得
(3)开关拨向2后，导体棒开始在磁场中运动，当速度为v时，由牛顿运动定律得
由满足
联立代入数据可解得
所以从D到E处做匀加速运动
=