第四章 波粒二象性 单元测试（word版含答案）

第四章、波粒二象性
一、选择题（共16题）
1．2020年5月19日消息，华为5G智能手机在今年一季度全球市场占有率为。第四代移动通信技术4G，采用频段的无线电波；第五代移动通信技术5G，采用频段的无线电波，第5代移动通信技术（简称5G）意味着更快的网速和更大的网络容载能力，与4G相比，5G使用的电磁波（　　）
A．光子能量更大 B．衍射更明显
C．传播速度更快 D．波长更长
2．图甲为氢原子部分能级图，大量的氢原子处于n=4的激发态，向低能级跃迁时，会辐射出若干种不同频率的光。用辐射出的光照射图乙光电管的阴极K，已知阴极K的逸出功为4.54eV，则（　　）
A．这些氢原子能辐射4种不同频率的光子
B．某氢原子辐射出一个光子后，核外电子的速率减小
C．阴极K逸出光电子的最大初动能为8.21eV
D．若滑动变阻器的滑片右移，电路中的光电流一定增大
3．关于光电效应,下列说法正确的是
A．动能最大的光电子的动能与入射光的频率成正比
B．光电子的动能越大,光电子形成的电流强度就越大
C．光子本身所具有的能量取决于光子本身的频率
D．用紫光照射某金属发生光电效应,用绿光照射该金属一定不发生光电效应
4．如图所示，四个示意图所表示的实验中，能说明光具有粒子性的是（　　）
A． B．
C． D．
5．把一块锌板连接在验电器上，并使锌板带负电，验电器指针张开。用紫外线灯照射锌板观察验电器指针发现验电器张开的指针夹角会变小，说明锌板带的负电荷变少了，这意味着紫外线会让电子从锌板表面逸出，则（　　）
A．换红外线灯照射锌板，验电器的指针夹角也一定会变小
B．从锌板逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
C．用一个带正电的导体球接触锌板后，验电器张开的指针夹角可能会变大
D．用强度较弱的紫外线灯照射锌板，单位时间内从锌板上逸出的光电子较多
6．下列关于光的波粒二象性的说法中，正确的是（ ）
A．有的光是波，有的光是粒子
B．光的波长越长，其波动性越显著，波长越短，其粒子性越显著
C．实物粒子的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性
D．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释
7．如图，容器中盛有水，为水面，从A点发出一束白光，射到水面上的O点后，折射光发生了色散照到器壁上a、b之间，对应a、b两种颜色的单色光，下列说法正确的是（　　）
A．在水中，a光的传播速度小于b光的传播速度
B．若发光点A不变而入射点O向右移，则b光首先发生全反射
C．用a光和b光分别在同一双缝干涉实验装置上做实验，b光的条纹间距较宽
D．a光和b光分别照射同一金属，若b光能发生光电效应，则a光也一定能发生光电效应
8．与早期的电缆传输信息相比，光纤通信具有各方面压倒性的优势。日前光纤信号传输主要采用以下三种波长的激光：、、，均大于红光波长（）。下列说法中正确的是（　　）
A．光纤通信利用的是光的折射原理
B．光纤中的激光能使荧光物质发光
C．若用红光照射某光电管能产生光电效应现象，光纤中的激光也一定可以
D．若换用可见光传输信号，其在光纤中的传播速度比现有的三种激光都慢
9．如图所示，分别用频率为、的光照射某光电管，对应的遏止电压之比为1:3，普朗克常量用表示，则（　　）
A．用频率为的光照射该光电管时有光电子逸出
B．该光电管的逸出功为
C．用的光照射时逸出光电子的初动能一定大
D．加正向电压时，用的光照射时饱和光电流一定大
10．用黄光照射一光电管能产生光电效应，欲使光电子从阴极逸出时的最大初动能增大，下列做法可行的是（　　）
A．增大照射光的强度 B．延长照射光的照射时间
C．改用紫光照射 D．改用红光照射
11．关于光电效应，下列说法正确的是（　　）
A．当入射光的频率低于截止频率时，不能发生光电效应
B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能发生光电效应
C．光电效应现象中存在极限频率，导致含有光电管的电路存在饱和电流
D．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多
12．用如图的装置研究光电效应现象，当用能量为3.0eV的光子照射到光电管上时，电流表G的读数为0.2mA，移动变阻器的触点c，当电压表的示数大于或等于0.7V时，电流表读数为0，则 （ ）
A．电键K断开后，没有电流流过电流表G
B．所有光电子的初动能为0.7eV
C．光电管阴极的逸出功为2.3eV
D．改用能量为1.5eV的光子照射，电流表G也有电流，但电流较小
13．如图所示，当开关S断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，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0.60 V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零．则：
A．S断开时光电子的最大初动能的大小为3.1eV
B．S断开时光电子的最大初动能的大小不可求
C．该阴极材料的逸出功为1.9 eV
D．该阴极材料的逸出功为3.1 eV
14．下列说法正确的是（ ）
A．普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一
B．波尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了各种原子光谱的实验规律
C．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为这束光的光强太小
D．德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的猜想，而电子的衍射实验证实了他的猜想
15．爱因斯坦成功地解释了光电效应现象，提出了光子说。与光电效应有关的四个图像如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．如图1装置，如果先让锌板带负电，再用紫外线灯照射锌板，则验电器的张角会变小
B．根据图2可知，黄光越强，光电流越大，说明光子的能量与光强有关
C．由图3可知，为该金属的截止频率
D．由图4可知，E等于该金属的逸出功
16．用如图所示的装置研究光电效应现象．用光子能量为2.75eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，电流表G的示数不为零；移动变阻器的触点c，发现当电压表的示数大于或等于1.7V时，电流表示数为0，则下列说法正确的是（ ）
A．光电管阴极的逸出功为1.05eV
B．电键S断开后，没有电流流过电流表G
C．光电子的最大初动能为1.05eV
D．保持入射光强度不变，改用能量为2.5eV的光子照射，电流表G也有电流，但电流较大
二、填空题
17．康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量，下图给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰后光子可能沿方向___________运动，并且波长___________（填“不变”“变小”或“变长”）．
18．分别用频率为和的两束光照射相同的两块金属板，前者能产生光电效应，后者不能产生光电效应，这说明频率为的光波的波长较_____（填“大”或“小”），若用它分别照射两块不同的金属板，甲板能产生光电效应，乙板不能产生光电效应，这说明它们相比，极限频率较大的是_____板（填“甲”或“乙”）。
19．法国科学家拉普拉斯曾说过：“认识一位巨人的研究方法对于科学的进步并不比发现本身有更少的用处……”．在物理学的重大发现中科学家们创造出了许多物理学方法，如观察、实验、建立模型、物理类比和物理假说等方法．其中物理假说，是根据一定的科学事实和科学理论对研究的问题提出假说性的看法或说明，例如麦克斯韦的电磁场理论、分子动理论等假说，请你再举出两个物理假说的例子________________________；___________________________．
三、综合题
20．德布罗意认为，任何一个运动着的物体，都有一种波与它对应，波长，式中p是运动物体的动量，h是普朗克常量，且．已知某种紫光的波长是440nm，若将电子加速，使它的德布罗意波长是这种紫光波长的万分之一．
（1）求电子的动量的大小．
（2）试推导加速电压跟德布罗意波长的关系，并计算加速电压的大小．（电子质量，电子电荷量）
21．可利用如图1所示的电路研究光电效应中电子的发射情况与光照的强弱、光的频率等物理量间的关系。K、A是密封在真空玻璃管中的两个电极，K受到光照时能够发射电子，K与A之间的电压大小可以调整，电源的正负极也可以对调。
(1)a.电源按图1所示的方式连接，且将滑动变阻器中的滑片置于中央位置附近，试判断：光电管中从K发射出的电子由K向A的运动是加速运动还是减速运动？
b.现有一电子从K极板逸出，初动能忽略不计，已知电子的电量为e，电子经电压U加速后到达A极板，求电子到达A极板时的动能Ek；
(2)美国物理学家密立根为了检验爱因斯坦光电效应方程的正确性，设计实验并测量了某金属的遏止电压UC与入射光的频率。根据他的方法获得的实验数据绘制成如图2所示的图线。已知电子的电量e=1.610－19C，求普朗克常量h。（将运算结果保留1位有效数字）
22．如图所示是光电效应实验的原理图。当频率为v0的可见光照射到阴极K上时，灵敏电流计中有电流通过，则（ ）
（1）若将滑动触头P逐渐由A端移向B端时，观察到的现象是怎样的？请分析其原因。
（2）调换电源两极，将滑动触头P逐渐由A端移向B端，观察到的现象是怎样的？请分析其原因。
23．研究光电效应的规律实验的原理图如图（a）所示，按图（a）所示的电路将图（b）中实物连线．
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．A
【详解】
由题可知，5G使用的电磁波频率更高，光子波长更短，能量更大，衍射更不明显。传播速度均是光速。
故选A。
2．C
【详解】
A．大量氢原子处于n=4的激发态，向低能级跃迁时，会辐射出
即6种不同频率的光子，故A错误；
B．某氢原子辐射出一个光子后，能量减小，轨道半径减小，库仑力做正功，核外电子的速率增大，故B错误；
C．处于n=4的氢原子向低能级跃迁时放出光子最大能量为
由光电效应方程可知
故C正确；
D．若滑动变阻器的滑片右移，正向电压增大，如果光电流达到最大光电流时，则电路中的光电流不变，故D错误。
故选C。
3．C
【详解】
试题分析：A、根据爱因斯坦光电效应方程Ekm=hγ﹣W0，入射光的频率越大，光电子的最大初动能也越大，并不是成正比，故A错误；
B、光电流的强度与入射光的强度有关，入射光越大，单位时间内溢出的光电子数目越多，光电流越大；故B错误；
C、根据E=hγ可知，光子的能量取决于光子本身的频率，故C正确；
D、发生光电效应的条件是入射光的频率大于对应金属的极限频率，当紫光照射某金属恰好发生光电效应，用绿光照射该金属一定不发生光电效应，如今不一定是恰好发生的，故D错误；
故选C．
4．D
【详解】
A．干涉是波的特有性质，本实验是双孔干涉实验，说明光具有波动性．错误；
B．三种射线在磁场偏转的实验，能判定射线的电性，不能说明光的性质．B错误；
C．此实验为带电粒子受磁场的作用，不能说明光的性质，C错误；
D．此实验是光电效应的实验，说明光具有粒子性．D正确。
故选D。
5．C
【详解】
A．红外线的频率低于紫外线的频率，换红外线灯照射锌板，不一定能发生光电效应，即验电器的指针夹角也不一定会变小，A错误；
B．爱因斯坦光电效应方程
表明，光电子的最大初动能与入射光的频率呈线性关系，不是正比关系，B错误；
C．依题意锌板原来带负电，用一个带正电的导体球接触锌板，如果正电远大于负电，则验电器张开的指针夹角可能会变大，C正确；
D．对于同种频率的光，光较强时，单位时间内照射到金属表面的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，用强度较弱的紫外线灯照射锌板，产生的光电子较少，D错误。
故选C。
6．B
【详解】
光既有波动性又有粒子性，A错误；光的波长越长，其波动性越显著，波长越短，其粒子性越显著，故B正确；宏观物体的德布罗意波的波长太小，实际很难观察到波动性，不是不具有波粒二象性，选项C错误；黑体辐射的实验规律可用量子理论来解释．故D错误；故选B.
7．B
【详解】
A．a光的偏折程度较小，故折射率较小，由
可知，a光在水中的传播速度较大，A错误；
B．由
可知，a光的临界角较大，故发光点A不变而入射点O向右移，则b光首先发生全反射，B正确；
C．a光折射率较小，频率较低，由
可知，波长较长，由
可知，用a光和b光分别在同一双缝干涉实验装置上做实验，a光的条纹间距较宽，C错误；
D．只有当入射光的频率高于等于极限频率时才能发生光电效应，a光和b光分别照射同一金属，若b光能发生光电效应，由于a光频率较低，故a光不一定能发生光电效应，D错误。
故选B。
8．D
【详解】
A．光纤通信利用的是光的全反射原理，故A错误；
B．紫外线以及短波的可见光，X射线、射线能使荧光物质发光，光纤中的激光不能使荧光物质发光，故B错误；
C．激光的波长大于红光的波长，则激光的频率小于红光的频率，若用红光照射某光电管能产生光电效应现象，光纤中的激光不一定可以，故C错误；
D．激光的波长大于可见光的波长，则激光的折射率小于可见光的折射率，根据
可知，若换用可见光传输信号，其在光纤中的传播速度比现有的三种激光都慢，故D正确。
故选D。
9．B
【详解】
AB．根据光电效应方程
联立解得
频率为的单色光光子能量
故用频率为的光照射该光电管时不能发生光电效应，即无光电子逸出，故A错误，B正确；
C．根据光电效应方程
可知，光子频率越大，光电子的最大初动能越大，但是逸出光电子的初动能小于等于最大初动能，所以用的光照射时逸出光电子的初动能不一定大，故C错误；
D．在发生光电效应的前提下，饱和光电流的强度只与光照强度有关，电压只是提高光电子的动能，增大电流。到达一定程度之后肯定要受到光电子数量的约束，电流不再增大，故D错误。
故选B。
10．C
【详解】
AB．根据光电效应方程知，光电子的最大初动能与入射光的强度以及光照时间均无关，与入射光的频率有关，故AB错误；
CD．因为红光的频率小于黄光的频率，用红光照射有可能不能发生光电效应，若发生了则光电子的最大初动能减小；而紫光的频率大于黄光的频率，用紫光照射一定能发生光电效应，且光电子的最大初动能一定增大，故C正确，D错误。
故选C。
11．A
【详解】
A．当入射光的频率低于截止频率时，不能发生光电效应，故A正确；
B．当入射光的频率低于截止频率时，不能发生光电效应，与光照射的时间长短无关，故B错误；
C．饱和电流大小与极限频率无关，与入射光的强度有关，故C错误；
D．入射光的光强一定时，频率越高，光子能量越大，入射光中的光子数越少，单位时间内逸出的光电子数就越少，故D错误。
故选A。
12．C
【详解】
电键S断开后，用光子能量为3.0eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，有光电子逸出，则仍然有电流流过电流表．故A错误．该装置所加的电压为反向电压，发现当电压表的示数大于或等于0.7V时，电流表示数为0，知道光电子点的最大初动能为0.7eV，但不是所有光电子的初动能为0.7eV；根据光电效应方程EKm=hγ-W0，W0=2.3eV．故C正确，B错误．改用能量为1.5eV的光子照射，由于光电子的能量小于逸出功，不能发生光电效应，无光电流．故D错误．故选C．
13．C
【详解】
该装置所加的电压为反向电压，发现当电压表的示数大于或等于0.6V时，电流表示数为0，知道光电子的最大初动能为0.6eV，根据光电效应方程EKm=hγ-W0，W0=1.9eV．故ABD错误，C正确；故选C．
14．AD
【详解】
A.普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一，A正确；
B.玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱的实验规律，B错误；
C.一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为这束光的频率太小，故C错误；
D.德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的猜想，而电子的衍射实验证实了他的猜想，D正确．
15．ACD
【详解】
A．如果先让锌板带负电，验电器由于带负电张开一定的角度，当用紫外线灯照射锌板时，产生光电子，则验电器的张角会变小，故A正确；
B．黄光越强，光子数越多，产生的光电子越多，光电流越大，但光子的能量与光强无关，故B错误；
C．根据解得
由图3可知为该金属的截止频率，故C正确；
D．根据知，当时，可得
由图像知纵轴截距为-E，所以有W0=E，即该金属的逸出功为E，故D正确。
故选ACD。
16．AD
【详解】
该装置中光电管所加的电压为反向电压，发现当电压表的示数大于或等于1.7V时，电流表示数为0，则知阴极的遏止电压为1.7V，则光电子点的最大初动能为1.7eV，根据光电效应方程EKm=hγ-W0，得阴极的逸出功为 W0=hγ-EKm=2.75eV-1.7eV=1.05eV．故A正确，C错误．电键S断开后，用光子能量为2.75eV的光照射到光电管上时仍能发生光电效应，有光电子逸出，则有电流流过电流表．故B错误．改用能量为2.5eV的光子照射，2.5eV仍然大于1.7eV，仍然可以发生光电效应，电流表G也有电流，由于光的强度相等，而光子的能量减小，则光子的数目增大，打出的光电子的数目增大，所以电流较大．故D正确．故选AD．
17． 1 变长
【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；由于电子动能增加，故光子动减量小，根据ε=hν，光子的频率减小，根据c=λυ，波长变长；
18． 小 乙
【详解】
分别用频率为和的两束光照射相同的两块金属板，前者能产生光电效应，后者不能产生光电效应，这说明频率为的光波的频率较大，根据 可知，波长较小；
若用它分别照射两块不同的金属板，甲板能产生光电效应，乙板不能产生光电效应，根据 这说明它们相比，极限频率较大的是乙板。
19． 爱因斯坦光子说 光的本性等
【详解】
物理假说，是根据一定的科学事实和科学理论对研究的问题提出假说性的看法或说明，例如光的光子说、光的本性．
20．（1） （2）773V
【详解】
(1)由得，电子的动量
．
(2)电子在电场中加速，由动能定理有
解得
21．(1)a.加速运动；b.；(2)
【详解】
(1)a.根据电源的正负极和电路可知A极板的电势高于K极板，则光电子可加速运动；
b.电子由初速度为零加速，由动能定理得：
(2)爱因斯坦光电效应方程
遏止电压对应为具有最大初动能的光电子由K极板运动到A极板动能减为0，根据动能定理有：
联立以上各式得∶
可见，对于确定的金属来说，一定频率的光，无论光的强弱如何，遏止电压都是一样的。斜率为普朗克常量与元电荷常量之比，由图像求得斜率：
得普朗克常量：
代入数据得：
22．见解析
【解析】
（1）观察到：灵敏电流计中的电流先增大后不变。
其原因为：用频率为v0的可见光照射阴极K时，灵敏电流计中有电流通过，说明产生了光电效应，当将滑动触头P逐渐由A端移向B端时，增加了光电管两端的电压，使单位时间内参与导电的，光电子数增多，所以光电流增大，当光电流达到饱和光电流后，再增大电压则光电流不会增大，所以将滑动触头P逐渐由A端移向B端时，灵敏电流计中的电流先增大后不变。
（2）观察到：灵敏电流计中的电流先减小，减为零后不再随反向电压的增大而变化。
其原因为：调换电源两极，将滑动触头P逐渐由A端移向B端时，光电管两端加了反向电压，使光电管中的光电子减速运动，随着电压的增大，单位时间内参与导电的光电子数减少，所以灵敏电流计中的电流会减小，当反向电压达到遏止电压时，所有光电子都不能到达阳极，此时光电流为零，所以将滑动触头P逐渐由A端移向B端时，灵敏电流计中的电流先减小，减为零后不再随反向电压的增大而变化。
23．见解析
【解析】
试题分析: 实物图连线．
答案第1页，共2页