第六章 波粒二象性 单元检测试题（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
单元检测试题（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．关于光的波动性与粒子性，下列说法正确的是(　　)
①大量光子的行为能明显地表现出波动性，而个别光子的行为往往表现出粒子性
②频率越低、波长越长的光子波动性明显，而频率越高波长越短光子的粒子性明显
③光在传播时往往表现出波动性，而光在与物质相互作用时往往显示粒子性
④据光子说，光子的能量是与频率成正比的，这说明了光的波动性与光的粒子性是统一的
A．①②
B．①②③
C．①④
D．①②③④
2．某光电管的阴极在某单色光照射下恰好发生光电效应。阴极与阳极之间所加电压大小为U，光电流为I。已知电子的质量为m，电荷量为e、假设光电子垂直碰撞阳极且碰撞后即被吸收，则光电子对阳极板的平均作用力F的大小为（　　）
A．
B．
C．
D．
3．以下说法正确的是（　　）
A．如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体
B．光波是一种概率波，但一个光子通过狭缝后，具体落在哪一点，还是可以确定的
C．光电效应证明了光具有粒子性，康普顿效应则证明了光具有波动性
D．玻尔认为，电子在绕核运动的过程中，服从经典力学规律，轨道半径是连续的，可以取任意值
4．美国物理学家阿瑟阿什金因利用光的力量来操纵细胞获得2018年诺贝尔物理学奖，原来光在接触物体后，会对其产生力的作用，这个来自光的微小作用可以让微小的物体（如细胞）发生无损移动，这就是光技术．在光镊系统中，光路的精细控制非常重要。对此下列说法正确的是（　　）
A．光镊技术利用光的粒子性
B．光镊技术利用光的波动性
C．红色激光光子能量大于绿色激光光子能量
D．红色激光光子动量大于绿色激光光子动量
5．爱因斯坦提出了光量子概念并成功地解释了光电效应的规律而获得1921年的诺贝尔物理学奖。某种金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率的关系如图所示，其中为极限频率。从图中可以确定的是
（　　）
A．逸出功与有关
B．Ekm与入射光强度成正比
C．当<时，会逸出光电子
D．图中直线的斜率与普朗克常量有关
6．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
7．如图所示，阴极K用极限波长的金属铯制成，现用绿光照射阴极K，调整两个极板电压，当A极板电压比阴极高出2.5V时，光电流达到饱和，电流表示数为，当A极板电压比阴极低0.6V时，光电流恰好为零，电子的电荷量，以下说法正确的是（　　）
A．每秒钟阴极发射的光电子数个
B．光电子飞出阴极时的最大初动能为
C．如果把照射阴极的绿光的光强增大为原来的2倍，饱和光电流仍然不变
D．现改用波长为的红光照射，从阴极飞出的光电子的最大初动能会增大
8．某同学利用如图所示的实验装置来研究光电效应现象。某单色光照射光电管的阴极K时，会发生光电效应现象。闭合开关S，在阳极A和阴极K之间加反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计中的电流刚好为零，此时电压表显示的电压值U称为遏止电压。根据遏止电压，可以计算出光电子的最大初动能Ekm。现分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极K，测到的遏止电压分别为U1和U2，设光电子质量为m，电荷量为e，下列说法正确的是（　　）
A．频率为ν1的单色光照射阴极K时光电子的最大初速度为v1m=
B．阴极K金属的逸出功为W0=hν1-eU1
C．普朗克常量h=
D．阴极K金属的极限频率为νc=
9．在探究某金属发生光电效应实验时，根据得到的数据作出了光电子的最大初动能Ek与入射光频率v之间关系的图象，如图所示。已知h为普朗克常量，e为电子电荷量的绝对值，则下列说法正确的是（　　）
A．入射光的频率大于才会发生光电效应现象
B．该金属的逸出功随入射光频率的增大而增大
C．用频率是的光照射该金属，则遏止电压为
D．用频率是的相同强度的光照射该金属，则饱和电流不变
10．现让一束单色光照射大量处于基态（量子数）的氢原子，受激的氢原子能自发地发出3种可见光（已知可见光光子的能量范围为）。氢原子的能级图如图所示，下列表述正确的是（
）
A．照射氢原子的单色光的光子能量为
B．基态的氢原子吸收单色光光子能量后，核外电子会向离核更远的轨道跃迁
C．除了这3种可见光，受激氢原子还发出了3种不可见光
D．已知锌板的逸出功为，若用受激氢原子发出的光去照射锌板，则从锌板表面逸出的光电子的动能可能为
11．一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
12．如图所示为氢原子的能级图，下列说法正确的是（　　）
A．从n=3能级跃迁到n=2能级时，电子的动能会变大，总能量也变大。
B．从n=4能级向低能级跃迁时，辐射出的光子能使逸出功为11.
5eV的金属板发生光电效应。
C．一群处于n=4激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可能发出6条光谱线。
D．用能量为12.
5eV的电子轰击处于基态的氢原子，一定不能使氢原子发生能级跃迁
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．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。
14．已知钠发生光电效应的极限波长为λ0＝5×10－7
m。现用波长为4×10－7
m的光照射用钠做阴极的光电管。求：
(1)钠的逸出功W0；
(2)为使光电管中的光电流为零，在光电管上所加反向电压至少多大？
15．某电视显像管中电子的运动速度是；质量为的一颗子弹的运动速度是。
（1）分别计算电子和子弹的德布罗意波长。
（2）试根据计算结果分析它们表现的波粒二象性。（电子的质量为，普朗克常量为）
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．D
【详解】
①大量光子的行为能明显地表现出波动性，而个别光子的行为往往表现出粒子性，该说法正确；
②频率越低、波长越长的光子波动性明显，而频率越高波长越短光子的粒子性明显，该说法正确；
③光在传播时往往表现出波动性，而光在与物质相互作用时往往显示粒子性，该说法正确；
④据光子说，光子的能量是与频率成正比的，这说明了光的波动性与光的粒子性是统一的，该说法正确；
故选D。
2．A
【详解】
根据题意，阴极金属恰好发生光电效应，则说明光电子离开阴极的速度为0，根据动能定理有
可得
每个光电子到达阳极板时的动量变化量大小为
设时间△t有n个电子打在阳极板上，则有
由动量定理可得平均作用力为
由以上整理得
A正确，B、C、D错误。
故选A。
3．A
【详解】
A．由黑体的定义可知，如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，A正确；
B．光波是一种概率波，一个光子通过狭缝后，落在各点的概率是不一样的；B错误；
C．光电效应和康普顿效应都证明了光具有粒子性，C错误；
D．玻尔认为电子在绕核运动的过程中，服从经典力学规律，但电子的轨道是量子化的，即不是连续的，D错误。
故选A。
4．A
【详解】
AB．光在接触物体后，会对其产生力的作用，则光镊技术利用光的粒子性，A正确，B错误；
C．红光的频率小于绿光的频率，根据
可知，红色激光光子能量小于绿色激光光子能量，C错误。
D．红色激光光子的频率小于绿色激光光子的频率，则红色激光光子的波长大于绿色激光光子的波长，根据
可知红色激光光子动量小于绿色激光光子动量，D错误。
故选A。
5．D
【详解】
A．金属的逸出功是由金属自身决定的，与入射光频率无关，其大小
W=hν0
故A错误；
B．根据爱因斯坦光电效应方程
可知光电子的最大初动能Ekm与入射光的频率成线性关系，但不成正比，故B错误；
C．要有光电子逸出，则光电子的最大初动能Ekm>0，即只有入射光的频率大于金属的极限频率即ν>ν0时才会有光电子逸出，故C错误；
D．根据爱因斯坦光电效应方程
可知,直线的斜率为普朗克常量h，故D正确。
故选D。
6．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。
7．B
【详解】
AB．因为光电流已经达到饱和：根据
所以
由当A极板电压比阴极低0.6V时，光电流恰好为零，可得光电子的最大初动能
带入数据得
故B正确，A错误；
C．如果把照射阴极的绿光的光强增大为原来的2倍，阴极每秒发射的电子数会加倍，饱和光电流会变大，故C错误；
D．由
可知波长变大，从阴极飞出的光电子的最大初动能会减小，故D错误。
故选B。
8．ABC
【详解】
A．当加上遏止电压U1时，有
mv1m2=eU1
所以
v1m=
A正确；
B．联立
mv1m2=eU1，mv1m2=hν1－W0
可得
W0=hν1－eU1
B正确；
C．当用频率为ν2的光照射时，同理有
W0=hν2－eU2
两式可得普朗克常量
h=
C正确；
D．当用频率等于极限频率的光照射阴极K时，产生的光电子的最大初动能为零，则由光电效应方程可得
hνc－W0=0
又因为
h=，W0=hν1－eU1
联立可得
νc=
D错误。
故选ABC。
9．AC
【详解】
A．金属产生光电效应的极限频率为，该金属的逸出功为，当入射光的频率大于，才会发生光电效应现象，故A正确；
B．金属的逸出功的大小与入射光频率无关，由金属本身决定，故B错误；
C．根据光电效应方程则有
若用频率是的光照射该金属，则光电子的最大初动能是，而遏止电压为
故C正确；
D．用频率是的相同强度的光，由于光强不变，光的频率增大，则光源在单位时间内发射出的光子数减小，单位时间内逸出的光电子数目减少，所以饱和电流减小，故D错误；
故选AC。
10．ABD
【详解】
A．受激的氢原子要能自发地发出3种可见光，从基态应跃迁到n=5能级，向低能级跃迁时，辐射出的光子能量分别为：0.31eV，0.66eV，1.89eV，10.2eV，0.97eV，12.09eV，2.86eV，13.06eV，12.75eV，2.55eV，共10种，其中处于可见光能量范围的有1.89eV，2.55eV，2.86eV三种，要从基态跃迁到n=5能级，吸收的光子能量为，A正确；
B．基态的氢原子吸收单色光光子能量后，核外电子会向离核更远的轨道跃迁，B正确；
C．除了这3种可见光，受激氢原子还发出了7种不可见光，C错误；
D．已知锌板的逸出功为，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能为
当用能量为12.09eV的光去照射锌板，逸出的光电子的最大初动能为，D正确。
故选ABD。
11．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。
12．BC
【详解】
A．从n=3能级跃迁到n=2能级时，氢原子向外发射电子，能量减小，根据
可知，电子越大的半径减小，则电子的动能增大，A错误；
B．根据光电效应发生条件：入射光的频率大于极限频率，且
B正确；
C．一群处于n=4激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可能发出
最多可能发出6条光谱线，C正确；
D．用能量为12.5eV的电子轰击处于基态的氢原子，氢原子可以吸收小于该能量值的能量，其中若跃迁到n=2能级，则吸收的能量为
可知能使氢原子发生能级跃迁，D错误。
故选BC。
13．
【详解】
根据光电效应方程得
解得
14．(1)
；(2)0.62
V
【详解】
(1)逸出功
(2)光电子最大初动能
根据动能定理得
联立解得
15．（1）
（2）电子的德布罗意波的波长比可见光短得多，故波动性不太明显，子弹的德布罗意波的波长更短，故子弹的波动性非常小，所以它们的波动性不明显，主要表现为粒子性。
【解析】
【详解】
（1）根据德布罗意波的波长的公式
则电子的德布罗意波的波长为
子弹的德布罗意波的波长为
（2）电子的德布罗意波的波长比可见光短得多，故波动性不太明显，子弹的德布罗意波的波长更短，故子弹的波动性非常小，所以它们的波动性不明显，主要表现为粒子性。
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