第六章波粒二象性 同步训练（Word版含答案）

第6章波粒二象性
一、选择题（共15题）
1．我国科学家潘建伟领衔的中国“墨子号”量子科学实验卫星科研团队获得了克利夫兰奖，则下列说法正确的是（　　）
A．光量子理论是由普朗克首先提出的
B．光的频率越高，光子的能量就越大
C．当光照时间足够长时，任何一种金属都能发生光电效应
D．氢原子从高能级向低能级跃迁时，可以放出任意频率的光子
2．每年夏季，我国多地会出现日晕现象．日晕是当日光通过卷层云时，受到冰晶的折射或反射形成的．图甲所示为一束太阳光射到六角形冰晶时的光路图，a、b为其折射出的光线中的两种单色光．下列说法正确的是
A．在冰晶中，b光的传播速度小
B．通过同一装置发生双缝干涉，b光的相邻条纹间距大
C．从同种玻璃射入空气发生全反射时，a光的临界角小
D．照射同一光电管时，a光使其逸出的光电子最大初动能大
3．波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有(　　)
A．光电效应现象揭示了光的波动性
B．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等
C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释
D．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性
4．一细束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的三束光,分别照射到相同的金属板a、b、c上,如图所示,已知金属板b有光电子放出,则( ).
A．板a一定不放出光电子 B．板a一定放出光电子
C．板c一定不放出光电子 D．板c一定放出光电子
5．如图所示，两束单色光，分别沿半径方向由空气射入半圆形玻璃砖，出射光合成一束复色光，下列说法正确的是（　　）
A．光的光子频率较大
B．在真空中光传播的速度较小
C．从玻璃向真空中传播时，光发生全反射的临界角较小
D．若用光照射某金属没有光电子逸出，则光照射该金属时也没有光电子逸出
6．2021年1月21日，科研人员利用冷冻电镜断层扫描技术首次“拍摄”到新冠病毒的3D影像，如图所示。冷冻电镜（全称：冷冻透射电子显微镜）是目前结构生物学广泛使用的科研利器，它以高速电子束为“光源”穿透样品，以获得样品内部的结构信息。光学显微镜由于受光的衍射现象限制，最高分辩率仅为，而冷冻电镜的分辨率比光学显微镜高1000倍以上，可达。已知电子的质量为，电子的电荷量为，普朗克常量为，不考虑相对论效应，下列说法正确的是（　　）
A．冷冻电镜的分辨率非常高，是由于电子的德布罗意波长非常长
B．冷冻电镜的分辨率与加速电压有关：加速电压越高，则分辨率越低
C．德布罗意波长为的电子，可由静止电子通过的电压加速而得到
D．若用相同动能的质子代替电子，也能“拍摄”到新冠病毒的3D影像
7．以下说法正确的是：( )
A．氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子电势能增大，原子能量减小；
B．紫外线照射到金属锌板表面时能够产生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的个数增多，光电子的最大初动能增大；
C．氢原子光谱有很多不同的亮线，说明氢原子能发出很多不同的频率的光，它的光谱是连续谱；
D．天然放射现象的发现揭示了原子核有复杂的结构，射线是原子核内的中子转变为质子时产生的高速电子流．
8．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光的光子能量小
C．a光的频率小
D．用a光照射产生的光电流一定大
9．光电传感器是智能技术领域不可或缺的关健器件，而光电管又是光电传感器的重要元件。如图所示，分别用频率为，波长为的a光和频率为，波长为的b光照射某光电管，测出对应的遏止电压之比为1∶3，则（　　）
A．
B．
C．用a、b光照射，对应逸出的光电子最大初动能之比为1∶3
D．仅改加正向电压，对应形成的饱和光电流强度之比也为1∶3
10．两束单色光a和b沿如图所示方向射向半圆形玻璃砖的圆心O，已知a光在底边界面处发生了全反射，两束光沿相同方向射出，则（ ）
A．在玻璃砖中，a光的速度比b光的大
B．如果用a光照射某金属能产生光电效应，则用b光照射该金属也能产生
C．将a光、b光以相同角度斜射到同一块平行玻璃板，透过平行表面后，a光侧移量大
D．分别用a和b在相同条件下做双缝干涉实验，a光的条纹间距比b光的大
11．利用如图甲所示装置进行实验，得到了某金属的图像如图乙所示。下列说法正确的是（　　）
A．该金属的截止频率约为Hz
B．该金属的截止频率约为Hz
C．该图线的斜率为普朗克常量
D．该图线的斜率为这种金属的逸出功
12．某种金属在一束蓝光照射下恰有光电子逸出,要使逸出光电子的最大初动能增大,不可采用的方法是
A．增大蓝光的照射强度 B．延长蓝光照射的时间
C．改用紫光照射 D．改用紫外线照射
13．如图所示是光电管的原理图，已知当有波长为λ0的光照射到阴极K上时，电路中有光电流，下列说法正确的是（　　）
A．若换用波长为λ1（λ1＜λ0）的光照射阴极K时，电路中一定有光电流
B．若换用波长为λ2（λ2＞λ0）的光照射阴极K时，电路中一定有光电流
C．增加电路中电源两极电压，电路中光电流不一定增大
D．若将电源极性反接，电路中可能还有光电流产生
14．已知氢原子的能级图如图所示，一群处于能级的氢原子，用其向低能级跃迁过程中发出的光照射下图电路阴极K的金属，只能测得1条电流随电压变化的图像如图所示。电子电荷量为，则下列说法正确的是（　　）
A．阴极金属的逸出功为12.09
B．题述光电子能使处于能级的氢原子电离
C．若第三张图中饱和电流为，则1s内最少有个氢原子发生跃迁
D．当电压表示数为3V时，到达A极的光电子的动能
二、填空题
15．用弧光灯照射锌板，锌板会带________电，这是由于锌板发射了________，光电效应的规律是：
（1）入射光频率必须________该金属的极限频率才能发生光电效应．
（2）光电子的最大初动能与入射光的________无关，只随入射光的________增大而增大．
（3）光电流强度与入射光的________成正比．
（4）光电子的发射几乎是________的．
16．光照射到金属表面上，能使金属中的_____从表面逸出，这种现象称之为_____，逸出的电子也叫_____，使电子脱离金属表面所做的功的最小值叫_____，这种现象说明光具有粒子性．
17．如图所示是研究光电管产生的电流的电路图，A、K是光电管的两个电极，已知该光电管阴极的极限频率为，元电荷为e，普朗克常量为h。现将频率为（大于）的光照射在阴极上，则：
（1）阴极材料的逸出功等于___________。
（2）加在A、K间的正向电压为U时，到达阳极的光电子的最大动能为___________，将A、K间的正向电压从零开始逐渐增加，电流表的示数的变化情况是___________。
（3）为了阻止光电子到达阳极，在A、K间应加上反向电压的最小值Uc=___________。
18．如图所示，一验电器与锌板相连，在A处用一紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保持一定偏角。根据所学的知识填空。
(1)紫外线照射锌板，___________能量被电子吸收（填“光子”或“光电子”或“光球”）
(2)验电器带___________；锌板带___________；（填“负电荷”或“正电荷”）
(3)用一带少量负电金属小球与锌板接触，验电器指针偏角将___________（填“增大”、“减小”或“不变”）
(4)使验电器指针回到零，再用相同强度的黄光灯照射锌板，验电器指针无偏转。那么，若改用光照强度更大的红光灯照射锌板，可观察到验电器指针___________（填“有”或“无”或“可能”）偏转；
(5)若改用光照强度更弱的蓝光灯照射锌板，可观察到验电器指针___________（填“有”或“无”或“可能”）偏转。
三、综合题
19．如图所示，当开关S断开时，用光子能量为2.4 eV的一束光照射阴极，发现电流表读数不为零。合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.50 V时，电流表读数仍不为零。当电压表读数大于或等于0.50 V时，电流表读数为零。求：
(1)电子的最大初动能为多少电子伏特；
(2)光电管阴极的逸出功为多少电子伏特。
20．光电效应是光具有粒子性的有力证据。如图所示，是测定最大初动能和阴极材料的逸出功的实验装置。当开关S断开时，用光子能量为3.11eV的一束光照射阴极K，发现电流表读数不为零。合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于1.21V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于1.21时，电流表读数为零。从上述实验数据可知，求此时光电子的最大初动能和该阴极材料的逸出功。
21．用频率为ν0的光照射某种金属发生光电效应，测出光电流i随电压U的变化图象如图所示，已知普朗克常量为h，电子的质量m、带电量为-e，求：
①照射在金属表面上的这束光的最小功率P；
②逸出光电子的物质波的最短波长。
22．钙的逸出功是3.2eV，现在用波长200nm的光照射钙的表面。已知普朗克常数h=6.63×10-34J·s，电子电量e=1.6×10-19C，光速c=3×108m/s。（计算结果保留三位有效数字）
（1）求光电子的最大初动能；
（2）求遏止电压；
（3）求钙的截止频率。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
【详解】
A．普朗克提出了量子论，而光量子理论则是爱因斯坦首先提出的，故A错误；
B．根据E=hγ知，则有光的频率越高，光子的能量就越大，故B正确；
C．能否发生光电效应只与入射光的频率有关，与光照时间的长短无关，故C错误；
D．大量氢原子从高能级向低能级跃迁时，根据公式hγ=Em-En可知，辐射光的频率大小由能级差决定，只能发射某些特定频率的光子，故D错误。
故选B。
2．A
【详解】
A．由图看出，太阳光射入六角形冰晶时，a光的偏折角小于b光的偏折角，由折射定律得知，六角形冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率，根据
可知在冰晶中，b光的传播速度小，故A正确；
B．在真空中a光波长大于b光波长，根据
可知，通过同一装置发生双缝干涉，b光的相邻条纹间距小，故B错误；
C．根据
可知从同种玻璃射入空气发生全反射时，a光的临界角大，故C错误；
D．由于六角形冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率，故b光的频率较大；根据公式
E=hv
频率越大，光子的能量越大，即b光光子的能量较大，照射同一光电管时，b光使其逸出的光电子最大初动能大，故D错误；
故选A。
3．D
【详解】
A．光具有波粒二象性，光电效应现象说明光具有粒子性，故A错误；
B．由
可知，动能相同的质子和电子，其动量不同，故其波长也不相同，故B错误；
C．黑体辐射的实验规律不能使用光的波动性解释，而普朗克借助于能量子假说，完美的解释了黑体辐射规律，破除了“能量连续变化”的传统观念，故C错误；
D．衍射是波所特有的现象之一，则热中子束射到晶体上产生的衍射图样说明中子具有波动性，故D正确。
故选D。
4．D
【详解】
试题分析：介质对不同频率的色光折射率不同，频率越高折射率越大，通过三棱镜后偏折得越厉害.由题图可知，经玻璃三棱镜分别射向金属板a、b、c的三束光，频率依次 升高.a、b、c是相同的金属板，发生光电效应的极限频率是相同的，b板有光电子放出时，说明金属的极限频率低于射向b板的光的频率，但不能确定其值是否 也低于射向a板的光的频率，则c板一定有光电子放出，a板不一定有光电子放出.故正确选项为D
故选D
5．D
【详解】
A．由光路可知，a光的偏折程度较小，可知a光的折射率较小，则a光的光子频率较小，选项A错误；
B．在真空中各种光的传播速度相等，选项B错误；
C．从玻璃向真空中传播时，根据
可知，a光发生全反射的临界角较大，选项C错误；
D．因b光的频率大于a光，则若用b光照射某金属没有光电子逸出，则a光照射该金属时也没有光电子逸出，选项D正确。
故选D。
6．D
【详解】
A．冷冻电镜的分辨率非常高，是由于电子的德布罗意波长非常短，A错误；
B．根据德布罗意波长公式
而
对电子加速过程应用动能定理得
联立可得
由此可知，加速电压U越高，则波长越短，分辨率越高，B错误；
C．由公式
得
C错误；
D．根据公式，因为
动能相同时，波长与质量的二次方根成反比，而，所以，由此可知，加速电压U越高，则波长越短，分辨率越高，能“拍摄”到新冠病毒的3D影像， D正确。
故选D。
7．D
【详解】
根据波尔理论可知，核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，氢原子的电势能增大，核外电子遵循：，据此可知电子的动能减小；再据能级与半径的关系可知，原子的能量随半径的增大而增大．故A错误；据光电效应可知，紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，即光子个数增多，所以从锌板表面逸出的光电子的个数越多，但光电子的最大初动能不变．故B错误；光谱有很多不同的亮线，说明氢原子能发出很多不同频率的光，是特征谱线，但它的光谱不是连续谱，故C错误；α粒子散射现象的发现揭示了原子核有复杂的结构，β射线是原子核内的中子转变为质子时产生的，故D正确．故选D.
8．C
【详解】
A、根据知，a光对应的遏止电压较小，则a光使其逸出的光电子最大初动能较小，故A错误；
BC、根据光电效应方程得， ，a光产生的光电子最大初动能较小，则a光的光子能量较小，频率较小，故B错误，C正确；
D、由图可以知道，a光产生的饱和电流较大，但是用a光照射产生的光电流不一定大，光电流大小还与光电管两端电压有关，故D错误．
9．C
【详解】
C．根据动能定理有
解得
已知测出对应的遏止电压之比为1∶3，则用a、b光照射，对应逸出的光电子最大初动能之比为1∶3，故C正确；
AB．根据爱因期坦光电效应方程
可知入射光的频率之比不等于1：3，所以波长之比也不等于1：3，故AB错误；
D．饱和光电流强度与遏止电压无关，与入射光的强度有关，故D错误。
故选C。
10．A
【详解】
本题考查介质的折射率与光的频率的关系，a光发生了全反射，b光发生了折射，反射角与折射角相同，则在此玻璃砖中a光的折射率大于b光的折射率，a光的速度比b光的小；a光频率大于b光频率，如果用a照射某金属能产生光电效应，则用b照射该金属不一定产生光电效应，分别用a和b在相同条件下做单缝衍射实验，a光的中央亮纹比b光的窄，分别用a和b在相同条件下做双缝干涉实验，a光的条纹间距比b光的小；所以答案选A．
11．B
【详解】
CD．设金属的逸出功为，截止频率为，则有
光电子的最大初动能与遏止电压的关系是
又根据光电效应方程有
联立两式解得
故图象的斜率为
选项CD错误；
AB．当时，可解得
由图可知此时
即金属的截止频率约为4.30×1014Hz，选项A错误，B正确。
故选B。
12．CD
【详解】
根据光电效应方程知，最大初动能Ekm=hv-W0，可知入射光的强度不会影响光电子的最大初动能，故A错误；增加照射的时间，不会增大光电子的最大初动能，故B错误；红外线频率小于黄光的频率，不会增大最大初动能，故A错误．紫光和紫外线的频率大于黄光的频率，可以增大光电子的最大初动能，故CD正确．所以CD正确，AB错误．
13．ACD
【详解】
A．波长为λ1（λ1＜λ0）的光的频率一定大于极限频率，电路中一定有光电流，故A正确；
B．波长为λ2（λ2＞λ0）的光的频率有可能小于极限频率，电路中可能没有光电流，故B错误；
C．光电流的强度与入射光的强度有关，当达到饱和光电流时，即使电压增加，光电流也不再增加，故C正确；
D．将电路中电源的极性反接，仍可能有动能较大的光电子到达A极板形成光电流，故D正确；
故选ACD。
14．BD
【详解】
A．由题可知，该群氢原子只有从第3能级跃迁到第一能级的光子照射金属发生光电效应，所以光子能量为12.09eV，结合光电流图像，其遏止电压为1.6V，所以光电子的最大初动能为1.6eV，根据光电效应方程得
A错误；
B．光电子的最大初动能大于使处于能级的氢原子电离所需要的能量。B正确；
C．1s内发出的光电子数目为
C错误；
D．因为光电子具有初动能，所以当正向电压为3V时，到达阳极的动能不小于3eV。D正确。
故选BD。
15． 正 电子 大于 强度 频率 强度 瞬时
【详解】
锌板在弧光灯照射下，发生光电效应，有光电子逸出，锌板失去电子带正电。
(1)入射光的频率必须大于被照金属的极限频率才能产生光电效应。
(2)根据Ekm=hv-W0可知，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大。
(3)入射光的强度超强，单位时间内射到金属上的光子数就越多，发射出光电子数，则形成的光电流越大，所以光电流强度与入射光的强度成正比。
(4)光电效应具有瞬时性，光电子的发射几乎是瞬时的。
16． 电子 光电效应 光电子 逸出功
【详解】
根据光照射到金属表面上，能使金属中的电子从表面逸出，这种现象称之光电效应现象；
使电子脱离金属表面所做的功的最小值叫做逸出功。
17． 先逐渐增大，后趋于稳定
【详解】
（1）阴极材料逸出功与极限频率的关系为
（2）根据爱因斯坦光电效应方程可知，从阴极K逸出的光电子最大初动能为
具有最大初动能的光电子从阴极K到阳极A的过程中，根据动能定理有
解得到达阳极A的光电子的最大初动能为
当正向电压从零开始逐渐增加时，单位时间内到达阳极A的光电子数随着电压的增加而增加，光电流逐渐增大，当电压增大到某一值后，所有的光电子均被阳极A吸收，这时即使再增大电压，光电流也不会再增大。故电流表的示数的变化情况是：先逐渐增大，后趋于稳定。
（3）当从阴极K逸出的具有最大初动能的光电子都不能到达阳极A时，反向电压取最小值，为
18． 光子 正电荷 正电荷 减小 无 可能
【详解】
(1)紫外线照射锌板，光子能量被电子吸收；
(2)锌板中的电子吸收光子的能量从锌板表面逸出，使锌板带正电，验电器与锌板连接，则验电器带正电；
(3)由于锌板带正电，用一带少量负电金属小球与锌板接触，电荷将中和一部分，验电器指针偏角将变小；
(4)用相同强度的黄光灯照射锌板，验电器指针无偏转，说明不能发生光电效应，由于红光灯的能量比黄光灯的能量更小，则改用光照强度更大的红光灯照射锌板，可观察到验电器指针无偏转；
(5)由于用黄光灯照射锌板，验电器指针无偏转，说明不能发生光电效应，蓝光的能量大于黄光的能量但小于紫外线的能量，则蓝光灯照射锌板，可观察到验电器指针可能偏转。
19．(1)0.5eV；(2)1.9 eV
【详解】
(1)由题意可知，截止电压为0.5V，则
则电子的最大初动能为0.5eV；
(2)根据光电效应方程
光电管阴极的逸出功为
20．1.21eV；1.90eV。
【详解】
由题意可知，遏止电压
Uc=1.21V
则光电子的最大初动能
Ekm=eUc=1.21eV
根据光电效应方程得
Ekm=hv-W0
解得逸出功
W0=hv-Ekm=3.11-1.21=1.90eV
21．①P=hν0；②
【详解】
(1)设单位时间内有n个光子照射在金属上，饱和光电流为
，=
又因为
E=nhν0=hν0
解得
P=hν0
(2)由图可知遏止电压为，根据动能定理
物质波的波长公式为
，p=
逸出光电子的物质波的最短波长为
22．（1）4.83×10-19J；（2）3.02V；（3）7.72×1014Hz
【详解】
(1)由爱因斯坦光电效应方程可得
代入数据解得
≈4.83×10-19J
(2)设遏止电压为Uc，则
代入数据解得
V≈3.02V
(3)设钙的截止频率为，则
代入数据解得
≈7.72×1014Hz
答案第1页，共2页