第四章波粒二象性同步训练（word版含答案）

第四章波粒二象性
一、选择题（共15题）
1．1927年戴维孙和G P 汤姆孙分别用电子束射向晶体得到如图所示的图样，从而证实了（　　）
A．电子的波动性 B．电子的粒子性 C．光的波动性 D．光的粒子性
2．研究光电效应的电路图如图所示，若用黄光照射某金属时，电流表指针发生偏转，则下列说法正确的是
A．若减小黄光的光照强度，则光电子的最大初动能减小
B．若增大黄光的光照强度，则该金属的逸出功增大
C．用红光照射该金属，一定能发生光电效应
D．用紫光照射该金属，一定能发生光电效应
3．在中子衍射技术中，常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距相近．已知中子质量，普朗克常量，可以估算德布罗意波长的热中子动能的数量级为（ ）
A． B． C． D．
4．下列说法错误的是（　　）
A．黑体辐射电磁波的强度按波长分布与黑体的温度无关
B．德布罗意提出了实物粒子也具有波动性的猜想，而电子衍射实验证实了他的猜想
C．康普顿效应表明光子除了具有能量之外还具有动量
D．氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子
5．1905年是爱因斯坦的“奇迹”之年，这一年他先后发表了三篇具有划时代意义的论文，其中关于光量子的理论成功的解释了光电效应现象。关于光电效应，下列说法正确的是(　　)
A．当入射光的频率低于极限频率时，只要照射时间足够长也能发生光电效应
B．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
C．光电子的最大初动能与入射光的强度成正比
D．能发生光电效应时，遏制电压与光的频率成线性关系
6．康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量．图中给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰后光子可能沿那个方向运动，波长如何变化
A．3、变长 B．1、变短 C．1、变长 D．2、不变
7．如图甲所示是研究光电效应的实验装置。某同学选用甲、乙两种单色光做光电效应实验，发现光电流与电压的关系如图乙所示。已知普朗克常量为h，电子的电荷量为e，下列说法正确的是（ ）
A．由图乙可知，甲光光子动量大于乙光光子动量
B．由图乙可知，甲光的强度大于乙光的强度
C．甲、乙光分别照射阴极K时，光电子逸出时最大初动能不同
D．由图乙可计算出阴极K在单位时间内放出的光电子数
8．用如图所示的光电管研究光电效应，当滑动变阻器的滑片位于某一位置，开关S闭合时，用单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转，用单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，则（　　）
A．a光的强度一定大于b光的强度
B．a光的频率一定大于阴极K的极限频率
C．b光的频率一定小于阴极K的极限频率
D．开关S断开后，用单色光a照射光电管阴极K电流计G的指针一定不会发生偏转
9．在研究光电效应现象时，先后用两种不同色光照射同一光电管，所得的光电流I与光电管两端所加电压U间的关系曲线如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．色光乙的频率小、光强大
B．色光乙的频率大、光强大
C．若色光乙的强度减为原来的一半，无论电压多大，色光乙产生的光电流一定比色光甲产生的光电流小
D．若另一光电管所加的正向电压不变，色光甲能产生光电流，则色光乙一定能产生光电流
10．在光电效应实验中，小明同学用同一实验装置，如图（a）所示，在甲、乙、丙三种光的照射下得到了三条电流表与电压表读数之间的关系曲线，如图（b）所示。则正确的是（　　）
A．乙光的频率大于甲光的频率
B．甲光的波长小于丙光的波长
C．丙光的光子能量小于甲光的光子能量
D．乙光对应的光电子最大初动能小于丙光的光电子最大初动能
11．用同一光电管研究a、b两种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图．则这两种光（　　）
A．照射该光电管时a光使其逸出的光电子最大初动能大
B．b光的能量小
C．a光的频率小
D．a光更不容易衍射
12．用同一光电管研究a、b两种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图所示，则下列说法正确的是（　　）
A．a光的频率大
B．b光的波长小
C．b光子的能量大
D．照射该光电管时b光使其逸出的光电子最大初动能大
13．产生光电效应时，关于逸出光电子的最大初动能Ek，下列说法正确的是（　　）
A．对于同种金属，Ek与照射光的强度无关
B．对于同种金属，Ek与照射光的波长成正比
C．对于同种金属，Ek与照射光的时间成正比
D．对于不同种金属，若照射光频率不变，Ek与金属的逸出功成线性关系
14．如图甲所示是研究光电效应的电路．某同学利用该装置在不同实验条件下得到了三条光电流I与A、K两极之间的电极UAK的关系曲线（甲光、乙光、丙光），如图乙所示．则下列说法正确的是（　　）
A．甲光与乙光的频率相同，且甲光的强度比乙光强
B．对比三条图线可知，对某种确定的金属来说，光电流的遏止电压只由入射光的频率决定
C．丙光的频率比甲、乙光的大，所以光子的能量较大，丙光照射到K极到电子从K极射出的时间间隔明显小于甲、乙光相应的时间间隔
D．用强度相同的甲、丙光照射该光电管，则单位时间内逸出的光电子数相等
15．雨过天晴，天空中悬浮着一颗球形小水珠，一缕阳光水平入射，如图所示，则关于甲光、乙光和丙光，以下表述正确的是（　　）
A．若甲光是氢原子从向跃迁时产生的，则乙光可能是向跃迁时产生的
B．用同一装置做光的双缝干涉实验，甲光的干涉条纹间距一定大于乙光的干涉条纹间距
C．用甲光、乙光和丙光，照射同一金属板，若乙光能发生光电效应，则甲光不一定能发生光电效应，丙光一定能发生光电效应
D．逐渐增大左侧入射光线的入射角，右侧出射光线中丙光最先消失，甲光最后消失
二、填空题
16．用不同频率的光照射某金属，测量其反向遏止电压UC与入射光频率ν，得到UC-ν图象，根据图象求出该金属的截止频率νC=________Hz，金属的逸出功W=____eV，普朗克常量h=______J·s．
17．国际权威学术期刊《自然》于2017年11月30日在线发布，中国暗物质粒子探测卫星“悟空”在太空中测到电子宇宙射线的一处异常波动，这意味着中国科学家取得了一项开创性发现。有理论预言，当两个暗物质粒子相遇时，由于互为反物质，它们便会湮灭，从而产生出高能的γ射线。假设有一个α粒子（）和一个反α粒子（），它们的质量均为m，以相同的动能Ek进行对心碰撞而发生湮灭。已知普朗克常量为h。试回答下列问题：
(1)该反应过程中__________。
A．可能只放出一束光子 B．可能放出两个频率相同的光子
C．可能放出三个频率相同的光子 D．只能放出两个频率相同的光子
(2)该α粒子的动量为__________，其德布罗意波波长为________。
(3)试计算该反应过程中放出的总能量E=_______。（已知真空中光速为c）
已知电子质量me=9.10×10-31kg，光在真空中的传播速度为速为c=3.00×108m/s，则γ光子的能量至少为____J．
18．如图所示，这是工业生产中大部分光电控制设备用到的光控继电器的示意图，它由电源、光电管、放大器、电磁继电器等几部分组成。
(1)示意图中，a端应是电源_______极；
(2)当用绿光照射光电管阴极K时，可以发生光电效应，则_______说法正确。
A．增大绿光照射强度，光电子的最大初动能增大
B．增大绿光照射强度，电路中光电流增大
三、综合题
19．现代科学研究表明，光既具有波动性，又具有粒子性。若已知光速为c，普朗克常量为h，对一束波长为λ的光，求：
(1)光的频率；
(2)光子的能量；
(3)光子的动量。
20．普朗克常量是最基本的物理量之一，它架起了粒子性和波动性之间的桥梁．普朗克常量具体数值可以通过光电效应实验测得．如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线．由图求出：
①这种金属发生光电效应的截止频率；
②普朗克常量．
21．某金属受到频率为=7.0×1014Hz的紫光照射时，释放出来的光电子最大初动能是0.69eV，当受到频率为=11.8×1014Hz的紫外线照射时，释放出来的光电子最大初动能是2.69eV。求：
(1)普朗克常量；
(2)该金属的逸出功和极限频率。
22．用某种金属甲为阴极的光电管观测光电效应现象，如图所示，将开关拨向2，用光子能量为的一束光照射阴极，发现电流表读数不为零，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于时，电流表读数不为零，当电压表读数大于或等于时，电流表读数为零，求：
（1）该束光的波长（保留2位有效数字）；
（2）金属甲的逸出功；
（3）将开关拨向1，当电压表读数为时，电子到达阳极时的最大动能为多少？
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．A
【详解】
戴维孙和G P 汤姆孙分别用电子束射向晶体得到电子的衍射图样，说明电子具有波动性。选项A正确。
故选A。
2．D
【详解】
A．光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，则若减小黄光的光照强度，则光电子的最大初动能不变，选项A错误；
B．金属的逸出功由金属本身决定，与入射光强度无关，选项B错误；
C．红光的频率小于黄光，用黄光照射金属能发生光电效应，则用红光照射该金属不一定能发生光电效应，选项C错误；
D．紫光的频率大于黄光，用黄光照射金属能发生光电效应，则用紫光照射该金属，一定能发生光电效应，选项D正确。
故选D。
3．C
【详解】
中子动量，中子动能
代入数据可以估算出热中子动能的数量级为.
A．，与结论不相符，选项A错误；
B．，与结论不相符，选项B错误；
C．，与结论相符，选项C正确；
D．，与结论不相符，选项D错误；
故选C．
4．A
【详解】
A．黑体辐射电磁波的强度按波长分布与黑体的温度有关，故A项错误，符合题意．
B．德布罗意提出了实物粒子也具有波动性的猜想，而电子衍射实验证实了他的猜想．故B项正确，不符合题意．
C．康普顿效应表明光子除了具有能量之外还具有动量，故C项正确，不符合题意．
D．据玻尔理论，氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子．故D项正确，不符合题意．
故选A．
5．D
【详解】
A．当入射光的频率低于极限频率时，不能发生光电效应，故A错误；
B．根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系，不是正比关系，故B错误；
C．光电子的最大初动能与入射光的强度无关，故C错误；
D．根据光电效应方程，以及可得
q为常数，则遏制电压与光的频率成线性关系，故D正确。
故选D。
6．C
【详解】
光子与电子碰撞过程系统动量守恒,系统动量的矢量和不变,碰前动量向右,故碰撞后系统的动量的矢量和也向右,故碰后光子可能沿方向1振动;因为电子动能增加,故光子动减量小,根据,光子的频率减小,根据,波长变长;故C正确；ABD错误．故选C
7．B
【详解】
A．根据
由于相同，因此甲、乙两种光的频率相等，根据德布罗意公式
甲、乙两种光的光子动量一样大，故A错误；
B．因甲、乙两种光的频率相等，根据光的强度越强，则光电子数目越多，对应的光电流越大，即可判定甲光的强度较大，故B正确；
C．遏止电压相同，光电子最大初动能相同，故C错误；
D．由于不知道饱合光电流，无法求出阴极在单位时间内放出的光电子数，故D错误。
故选B。
8．B
【详解】
A项：用某种光照射金属能否发生光电效应与光的强度无关，所以无法判断a、b光的强度，故A错误；
B项：用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转，知a光频率大于金属的极限频率，故B正确；
C项：由于在光电管两端加了反向电压，有b光照射时，电流计G指针不发生偏转，所以无法判断是否发生光电效应，即无法判断b光的频率与阴极K的极限频率大小，故C错误；
D项：由于在光电管两端加了反向电压时，电流计G的指针发生偏转即电子能从阴极运动到阳极，所以断开开关即不加反向电压时，电子一定能从阴极运动到阳极即电流计G一定发生偏转，故D错误．
故应选：B．
9．D
【详解】
AB．题中图像可得用色光乙照射光电管时遏止电压大，使其逸出的光电子最大初动能大，所以色光乙的频率大，光子的能量大。由题中图像可知，色光甲的饱和光电流大于色光乙的饱和光电流，故色光甲的光强大于色光乙的光强，AB错误；
C．如果使色光乙的强度减半，则只是色光乙的饱和光电流减半，在特定的电压下，色光乙产生的光电流不一定比色光甲产生的光电流小，C错误；
D．色光乙的频率大于色光甲的，故另一个光电管加一定的正向电压，如果色光甲能使该光电管产生光电流，则色光乙一定能使该光电管产生光电流，D正确。
故选D。
10．A
【详解】
乙丙两个的遏止电压相等，且大于甲光的遏止电压，根据知乙丙两光照射产生光电子的最大初动能相等，大于甲光照射产生的光电子最大初动能；根据光电效应方程知逸出功相等，知乙丙两光的频率相等，大于甲光的频率；所以乙丙两光的光子能量相等大于甲光的光子能量；甲光频率小于乙丙两光的频率，则甲光的波长大于乙丙两光的波长，故A正确，B、C、D错误；
故选A。
11．C
【详解】
由光电效应方程mv2=hγ-W0，由题图可得b光照射光电管时反向截止电压大，使其逸出的光电子最大初动能大．故A错误；由b光照射光电管时反向截止电压大，使其逸出的光电子最大初动能大，所以b的频率大，则a的频率小，那么a的波长长，更容易发生衍射，故BD错误，C正确；故选C．
12．A
【详解】
AB．由公式
可知，入射光的频率v和遏止电压的大小Uc成正相关。由图象可得b光的遏止电压较小，所以b光的频率较小，a光的频率较大，由波长和频率的关系
可知，b光的波长较大，a光的波长较小，故A正确；B错误；
C．由
可知，光子频率越大，能量越高，所以a光子的能量大，b光子的能量小，故C错误；
D．由
Ekm=hv-W0
可知入射光的频率越大，光电子的最大初动能越大，所以b光照射产生的光电子最大初动能小，故D错误；
故选A。
13．AD
【详解】
AC．对于同种金属，逸出光电子的最大初动能Ek，取决于入射光的频率，与照射光的强度无关，与照射光的时间无关，故A正确，C错误；
BD．根据光电效应方程，逸出光电子的最大初动能
由上式可以看出：对于同种金属，波长越大，频率越小，最大初动能越小；对于不同种金属，若照射光频率不变，Ek与金属的逸出功W0成线性关系，故B错误，D正确。
故选AD。
14．AB
【详解】
A、由图乙可知，甲乙两光照射后遏止电压相等，则光电子最大初动能相等，根据光电效应方程知，甲乙两光的频率相等，由于甲光照射产生的饱和电流较大，则甲光的强度大于乙光，故A正确．对某种确定的金属来说，光电流的遏止电压取决于光电子的最大初动能，取决于入射光的频率，故B正确．丙光照射产生的遏止电压大，则产生的光电子最大初动能大，根据光电效应方程知，丙光的频率大于甲乙两光，则丙光的光子能量大，光电效应的时间极短，根据题意无法比较光照射到K极到电子从K极射出的时间间隔，故C错误．由于甲乙两光的频率不同，则照射时产生光电子最大初动能不同，用强度相同的光照射，单位时间内逸出的光电子数不等，故D错误．故选AB．
15．BC
【详解】
A．由图看出，三条光线进入小水珠时入射角相同，而甲光的折射角最大，丙光的折射角最小，由知甲的折射率最小，丙的折射率最大，则甲光的频率小于乙光的频率，根据玻尔理论，知若甲光是氢原子从n=4向n=2跃迁时产生的，则乙光不可能是n=3向n=2跃迁时产生的，可能是n=5向n=2跃迁时产生的，故A错误；
B．甲光的频率小于乙光的频率，由波速公式c=λf知，c相同，波长与频率成反比，则甲光的波长大于乙光的波长，根据双缝干涉条纹间距公式，知甲光的干涉条纹间距一定大于乙光的干涉条纹间距，故B正确；
C．甲光的频率最小，丙光的频率最大，用甲光、乙光和丙光，照射同一金属板，若乙光能发生光电效应，则甲光不一定能发生光电效应，丙光一定能发生光电效应，故C正确；
D．由几何知识可知，左侧入射光线的折射角等于右侧出射光线的入射角，根据光路可逆性原理可知，三条光线一定能从右侧射出，不会发生全反射，故D错误。
故选BC。
16． 5.0×1014 2.0 6.4×10－34
【详解】
试题分析：根据UC-ν图象可知该金属的截止频率为：νC＝5.0×1014Hz
根据爱因斯坦光电效应方程有：Ek＝hν－W ①
又由光电子的最大初动能与遏止电压的关系有：Ek＝eUC ②
由①②式联立解得遏止电压UC与入射光频率ν的关系方程为：UC＝－ ③
根据③式和图象可知，金属的逸出功为：W＝2.0eV
普朗克常量为：h＝J·s＝6.4×10－34J·s
17． BC
【详解】
(1)A．若只放出一个光子，则碰撞后的总动量不为0，故A错误；
BCD．若产生两个频率相同的光子，当两个光子速度方向相反时，总动量为0，是可能的。若产生三个频率相同的光子，当三个光子的速度在一个平面内且方向之间的夹角均互为时，总动量也为0，是可能的。故BC正确，D错误。
故选BC。
(2)根据动量与动能之间的关系，可得
其德布罗意波波长
(3)α粒子和反α粒子碰撞湮灭过程中质量亏损为2m，另两个粒子的动能也转化为光子的能量，所以系统放出的总能量
18． 正 B
【详解】
(1)K极发射的光电子向左运动，由此可知电路电流沿顺时针方向，在电源外部，电流由正极流向负极，因此a端是电源的正极。
(2)根据光电效应规律可知，增大光照强度时，光电子的最大初动能不变，但光电流增大，B正确。
19．（1）；（2）；（3）
【详解】
（1）根据波长、频率与波速关系可得
（2）光子的能量
（3）光子的动量
20．①；②
【详解】
①根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hγ-W，Ek-γ图象的横轴的截距大小等于截止频率，由图知该金属的截止频率为：γ0=4.27×1014 Hz．
②根据光电效应方程得，Ekm=hγ-W0，当入射光的频率为γ=5.5×1014Hz时，最大初动能为：Ekm=0.5eV．
当入射光的频率为γ0=4.27×1014Hz时，光电子的最大初动能为0．
则：h×5.5×1014-W0=0.5×1.6×10-19，
即：h×4.27×1014-W0=0
联立两式解得：h=6.5×10-34Js．
答：①这种金属发生光电效应的极限频率4.23×1014Hz～4.29×1014Hz；
②普朗克常量为6.0×10-34Js～6.9×10-34Js．
21．(1) h=6.67×10-34J s；(2) W0=3.57×10-19J，
【详解】
(1)根据光电效应方程知
代入数据，联立方程组，解得普朗克常量为
h=6.67×10-34J s
(2)将普朗克常量带入方程组可得逸出功
W0=3.57×10-19J
根据得，极限频率
22．（1）；（2）；（3）
【详解】
（1）由
可得
带入数据得
（2）由题可知遏止电压为0.8V，由
联立解得
（3）将开关拨向1时加正向电压，由动能定理得
则
答案第1页，共2页