第六章 波粒二象性单 元测试题（word版含解析）

2021-2022学年鲁科版（2019）选择性必修第三册
第六章
波粒二象性
单元测试题（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．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
2．关于物质波，下列说法中正确的是（　　）
A．实物粒子与光子一样都具有波粒二象性，所以实物粒子与光子是本质相同的物质
B．物质波和光波都是机械波
C．粒子的动量越大，其波动性越易观察
D．粒子的动量越小，其波动性越易观察
3．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
4．下列四幅图涉及不同的物理知识，如图所示，其中说法正确的是（　　）
A．甲图中A处能观察到大量的闪光点，B处能看到较多的闪光点，C处观察不到闪光点
B．图乙中用中子轰击铀核使其发生聚变，链式反应会释放出巨大的核能
C．图丙中处于能级的大量氢原子向低能级跃迁，最多可以放出3种频率的光
D．丁图中用弧光灯照射原来就带电的锌板时，发现验电器的张角变大，说明锌板原来一定带负电
5．如图所示，是利用光电管产生光电流的电路，关于此电路，下列说法正确的是（　　）
A．a为电源的负极，b为电源的正极
B．若用蓝光照射阴极K能观察到光电流，则用黄光也一定能观察到
C．在光电管中电流方向是从K指向A
D．若已知光电管中的电流大小，则可求出每秒从光电管阴极至少发射的光电子个数
6．如图所示是研究光电效应的实验装置，c为滑动变阻器的中点。用某种单色光照射光电管，将滑动变阻器的滑片P移到中点处，此时电流表中有电流，则（　　）
A．将滑片P向a端移动，光电流将一直变大
B．将滑片P向a端移动，光电子的最大初动能一定变大
C．将滑片P向b端移动，光电流将一直变小
D．将滑片P向b端移动，光电子的最大初动能一定变小
7．美国物理学家密立根从1907年起开始以精湛的技术测量光电效应中的几个重要的物理量，在测量金属的遏止电压与入射光的频率v时算出了普朗克常量，若用国际单位制基本单位的符号来表示普朗克常量h的单位，正确的是（　　）
A．
B．
C．
D．
8．如图所示为研究光电效应的实验电路图，下列叙述正确的是（　　）
A．保持光照条件不变，滑片向右移动的过程中，电流表的示数会一直增加
B．只调换电源的极性，移动滑片P，当电流表的示数为零时，电压表的示数为遏止电压的数值
C．图中入射光束的频率减小到某一数值时，无论怎样移动滑片，电流表示数都为零，则是阴极的极限频率
D．实验之前，阴极K需要预热，光束照射一段时间后，电流表才会有示数
9．在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub，光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为普朗克常量。下列说法正确的是（　　）
A．若νa>νb，则一定有Ua＜Ub
B．若νa>νb，则一定有Eka>Ekb
C．若Ua＜Ub，则一定有Eka＜Ekb
D．若νa>νb，则一定有hνa-Eka>hνb-Ekb
10．用能量为E的光子照射到光电管阴极后，测得光电流与电压的关系如图所示，已知电子的质量为m、电荷量为e，普朗克常量为h，则下列说法中正确的是（　　）
A．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
B．入射光的光强增强可改变反向遏止电压
C．光电子对应的物质波的波长λ=
D．光电管阴极金属的逸出功为W＝E－eUc
11．2021年开始实行的“十四五”规划提出，把量子技术与人工智能和半导体一起列为重点研发对象，在量子通信技术方面，中国已有量子通信专利数超3000项，领先美国。下列有关说法正确的是（
）
A．玻尔在1900年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念
B．动能相同的一个质子和电子，质子的德布罗意波长比电子短
C．康普顿效应表明光子不仅具有能量，还具有动量
D．普朗克大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子，预言实物粒子也具有波动性
12．某同学研究光电效应的实验电路如图所示，用不同的光分别照射同一密封真空管的钠阴极（阴极K），钠阴极发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流，实验得到了三条光电流与电压之间的关系曲线（为甲光、乙光、丙光），如图所示，则以下说法正确的是（　　）
A．甲光的强度大于乙光的强度
B．乙光的频率小于丙光的频率
C．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率
D．甲光对应的光电子最大初动能小于丙光的光电子的最大初动能
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大的能量，该反应方程为，式中x是某种粒子。已知、、和粒子x的质量分别为2.0141u、3.0160u、4.0026u和1.0087u，1u相当于931.5MeV。粒子x是什么？该反应释放出的能量为多少？（结果保留3位有效数字）
14．下表给出了一些金属材料的逸出功。已知普朗克常量，光速。现用波长为400nm的单色光照射下述材料，能产生光电效应的材料有几种？
材料
铯
钙
镁
铍
钛
逸出功/
3.0
4.3
5.9
6.2
6.6
15．分别用λ和λ的单色光照射同一金属，发出的光电子的最大初动能之比为1∶3，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则此金属板的逸出功是多大？
16．光电效应和康普顿效应深入地揭示了光的粒子性的一面。前者表明光子具有能量，后者表明光子除了具有能量之外还具有动量。我们知道光子的能量，动量，其中为光的频率，h为普朗克常量，λ为光的波长。由于光子具有动量，当光照射到物体表面时，会对物体表面产生持续均匀的压力，这种压力会对物体表面产生压强，这就是“光压”，用I表示。一台发光功率为P0的激光器发出一束频率为的激光，光束的横截面积为S。当该激光束垂直照射到某物体表面时，假设光全部被吸收（即光子的末动量变为0）。求：
(1)该激光器在单位时间内发出的光子数N；
(2)该激光作用在物体表面时产生的光压I。
参考答案
1．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。
2．D
【详解】
实物粒子虽然与光子具有某些相同的性质，但粒子是实物，而光则是传播着的电磁波，其本质不同。物质波和光波不是机械波。根据λ=知，动量越大，波长越短，波动性越不明显，动量越小，波长越长，波动性越明显。
故选D。
3．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。
4．C
【详解】
A．甲图是卢瑟福粒子散射实验，粒子与金箔撞击后，大多数粒子不发生偏转，少数粒子发生明显偏转，极少数粒子发生较大程度的偏转，甚至是反向，故C处也能看到少量的闪光点，选项A错误；
B．图乙是中子轰击原子核发生裂变反应，不是聚变反应，选项B错误；
C．大量的能级的氢原子发生跃迁时，可以从能级3直接跃迁到能级1，释放出一种光子，也可以从能级3先跃迁到能级2，释放出另一种光子，再从能级2跃迁到能级1，再释放出一种光子，所以大量处于能级的氢原子跃迁时最多可能放出3种光子，选项C正确；
D．发生光电效应时，电子从锌板表面逸出，会使锌板会带上正电。如果用弧光灯照射原本就带电的锌板，发现验电器张大时，说明锌板所带电荷量增加，因此本来带的就是正电荷，选项D错误。
故选C。
5．D
【详解】
A．
a为电源的正极，b为电源的负极，所以A错误；
B．若用蓝光照射阴极K能观察到光电流，则用黄光不一定能观察到，因为蓝光的频率大于黄光的频率，所以蓝光能发生光电效应，但是黄光不一定能，所以B错误；
C．由于光电子从K飞向A，则在光电管中电流方向是从A指向K，所以C错误；
D．若已知光电管中的电流大小，则可求出每秒从光电管阴极至少发射的光电子个数，因为光电流大小就是单位时间内通过光电管的光电子的数目，所以D正确；
故选D。
6．C
【详解】
A．将滑片P向a端移动，光电管所加电压为正向电压，光电流增大到饱和光电流后，将不再增大。A错误；
BD．根据光电效应方程，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与光电管两端的电压无关。BD错误；
C．将滑片P向b端移动，光电管所加的电压为反向电压，所以光电流会一直减小。C正确。
故选C。
7．C
【详解】
由于的单位是，而根据功的定义
可知
牛顿并非国际单位制的基本单位，根据牛顿第二定律
可知
整理得普朗克常量h的单位
故选C。
8．BC
【详解】
A．保持光照条件不变，滑片向右移动的过程中，若未达到饱和光电流，则电流表的示数会增加，若达到饱和光电流则电流表的示数就不会再增加，A错误；
B．只调换电源的极性，移动滑片P，当电流表的示数为零时，电压表的示数为遏止电压的数值，B正确；
C．图中入射光束的频率减小到某一数值时，无论怎样移动滑片，电流表示数都为零，则是阴极的极限频率，C正确；
D．光电效应的发生具有瞬时性，D错误。
故选BC。
9．BC
【详解】
AB．由爱因斯坦光电效应方程得
Ek=hν-W0
由动能定理得
Ek=eU
用a、b单色光照射同种金属时，逸出功W0相同。当νa>νb时，一定有
Eka>Ekb
Ua>Ub
故选项A错误，B正确；
C．若Ua＜Ub，则一定有
Eka＜Ekb
故选项C正确；
D．因逸出功相同，有
W0=
hνa-
Eka=
hνb-
Ekb
故选项D错误。
故选BC。
10．CD
【详解】
A．由题图知遏止电压为Uc，所以光电子的最大初动能为Ekm＝eUc，根据爱因斯坦的光电效应方程知，最大初动能与入射光的频率不成正比，A错误；
B．遏止电压与入射光的强度无关，B错误；
C．光电子动量为p，可得
p＝
物质波波长：
λ＝＝
C正确；
D．根据爱因斯坦光电效应方程可得：
W＝E－eUc
D正确．
故选CD。
11．BC
【详解】
A．普朗克在1900年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念，A错误；
B．根据
p
=
因为质子质量大于电子质量，所以质子动量大于电子的动量，由
λ
=
知质子的德布罗意波长比电子的短，B正确；
C．康普顿根据
p
=
对康普顿效应进行解释，其基本思想是光子不仅具有能量，而且具有动量，C正确；
D．德布罗意大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子，预言实物粒子也具有波动性，D错误。
故选BC。
12．ABD
【详解】
根据
入射光的频率越高，对应的反向截止电压越大。
B．由图可知甲光和乙光对应的反向截止电压相等，且小于丙光的反向截止电压，因此甲乙光频率相等，小于丙光的频率，故B正确；
A．由图可知，甲光的饱和光电流大于乙光的饱和光电流，而甲光和乙光的频率相等，所以甲光的光强大于乙光的光强，故A正确；
C．由于甲、乙、丙三种光照射的是同一光电管，故乙光对应的截止频率等于丙光的截止频率，故C错误；
D、由光电效应方程
由于甲光的频率小于丙光的频率，故甲光对应的光电子的最大初动能小于丙光对应的光电子最大初动能，故D正确。
故选ABD。
13．中子；17.5MeV
【详解】
由核电荷数守恒可知，x粒子的核电荷数为：1+1﹣2=0，由质量数守恒可知，x粒子的质量数为：2+3﹣4=1，则x粒子是或中子；核反应过程中释放的能量为
14．2
【详解】
光子能量
根据入射光的能量大于逸出功，才会发生光电效应，所以能发生光电效应的材料有铯和钙两种。
15．
【详解】
设此金属的逸出功为W0，根据光电效应方程得如下两式，当用波长为λ的光照射时
①
当用波长为λ的光照射时
②
又
③
联立①②③解得
16．(1)；(2)
【详解】
(1)时间内，该激光器发出的光子数
单位时间该激光器发出的光子数
(2)该激光作用在物体表面，有动量定理
且
，
产生的光压
解得