高二物理粤教版（2019）选择性必修三 第四章 波粒二象性 单元检测（B卷）（含答案）

第四章 波粒二象性 单元检测（B卷）
一、单选题
1．若两个粒子产生的德布罗意波的波长相等，则两粒子一定具有相同的（　　）
A．速度
B．动量
C．加速度
D．动能
2．在下列各组所说的现象中，表现出光具有粒子性的是（　　）
A．光电效应现象 B．光的干涉现象 C．光的衍射现象 D．光的折射现象
3．如图所示为氢原子的能级图，用某种频率的光照射大量处于基态的氢原子，受到激发后的氢原子只能辐射出三种不同频率的光a、b、c，频率νa＞νb＞νc，下列说法正确的是（　　）
A．照射氢原子的光子能量为12.75eV
B．从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出的光频率为νa
C．从n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光频率为νc
D．光a能使逸出功为10.2eV的某金属发生光电效应
4．下列说法中正确的是
A．钍的半衰期为24天．1g钍经过120天后还剩0.2g
B．大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生4种不同频率的光子
C．是核聚变反应
D．光电效应实验中，入射光的强度越大，光电子的最大初动能越大
5．下列实验中，深入地揭示了光的粒子性一面的有(　　)
①X射线被石墨散射后部分波长增大
②锌板被紫外线照射时有电子逸出但被可见光照射时没有电子逸出
③轰击金箔的α粒子中有少数运动方向发生较大偏转
④氢原子发射的光经三棱镜分光后，呈现线状光谱
A．①② B．①②③ C．②③ D．②③④
6．下列说法正确的是（　　）
A．某黑体在不同温度下的辐射强度与波长的关系如图甲所示，则温度T1B．同一光电管的光电流与电压之间的关系曲线如图乙所示，则入射光的频率关系为ν甲=ν乙>ν丙
C．图丙为康普顿效应的示意图，科学家通过X射线的衍射来获得晶体的结构图像，已知普朗克常量为h，真空的光速为c，若X射线在真空中的波长为λ，其对应的光子能量，该光子与电子碰撞后其波长将变大
D．在两种固体薄片上涂上蜡，用烧热的针接触固体背面上一点，蜡熔化的范围如图丁所示，则a一定是非晶体，b一定是晶体
7．如图所示，甲图为演示光电效应的实验装置；乙图为a、b、c三种单色光照射下得到的三条电流表与电压表读数之间的关系曲线。下列关于三束单色光的频率、三束单色光的强度E大小关系，正确的是（　　）
A．a、b、c三种单色光的频率大小关系是:
B．a、b、c三种单色光的频率大小关系是:
C．a、b、c三种单色光的光强大小关系是:
D．a、b、c三种单色光的光强大小关系是:
8．某同学在做光电效应演示实验时，他用某入射光照射金属锌板，发生了光电效应现象。关于该实验，下列说法正确的是（　　）
A．锌的逸出功由入射光的频率决定
B．光电子最大初动能随入射光频率的增大而增大
C．若增大入射光频率，则光电流一定增大
D．若增大入射光强度，则光电子的最大初动能增大
二、多选题
9．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，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，由图可知（ ）
A．该金属的极限频率为4.27×1014Hz
B．该金属的极限频率为5.5×1014Hz
C．该金属的逸出功为0.5eV
D．该图线的斜率表示普朗克常量
10．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，则（　　）
A．若换用波长为λ1（λ1＞λ0）的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流
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．增加电路中电源电压，电路中光电流一定增大
D．若将电源极性反接，电路中可以有光电流产生
11．利用如图所示的电路研究光电效应现象，其中电极K由金属钾制成，其逸出功为2. 25V．用某一频率的光照射时，逸出光电子的最大初动能为1. 50 eV，电流表的示数为I．已知普朗克常量约为6.6×10 34Js,下列说法正确的是( )
A．金属钾发生光电效应的截止频率约为5.5×1014Hz
B．若入射光频率加倍，光电子的最大初动能变为3.00eV
C．若入射光频率加倍，电流表的示数变为2I
D．若入射光频率加倍，遏止电压的大小将变为5.25V
12．如图甲所示，在平静的水面下深h处有一个点光源s，它发出的两种不同颜色的a光和b光在水面上形成了一个有光线射出的圆形区域，该区域的中间为由a、b两种单色光所构成的复色光圆形区域，周围为环状区域，且为a光的颜色（见图乙）。以下列说法正确的是（　　）
A．在同一装置的杨氏双缝干涉实验中，a光产生的任意两条干涉亮条纹中心间距离比b光产生的任意两条干涉亮条纹中心间距离宽
B．若用a、b两种光照射某种金属均可以发生光电效应现象，则用a光照射该金属时产生的光电子初动能更大
C．由点光源S垂直水面发生的光，a光在水中的传播时间比b光长
D．在光中，a光的波长比b光大
三、实验题
13．用金属铷制成的光电管观测光电效应的装置如图甲所示。
（1）图甲中电极A为光电管的__________。（选填“阴极”或“阳极”）
（2）要观察遏止电压，电源正、负极的接线为___________；（选填“左负右正”或“左正右负”）
（3）用不同频率的光照射该光电管，测得遏止电压与入射光频率的关系图像如图乙所示，则该金属的逸出功__________J。已知普朗克常量。（结果保留两位有效数字）
14．如图所示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，将触头P向_____端滑动（选填“a”或“b”），使微安表示数恰好变为零，记下电压表示。
（2）用频率为的光照射光电管，重复（1）中的步骤，记下电压表示数。已知电子的电量为e。由上述实验可知，普朗克常量h=______。（用上述已知量和测量量表示）。
四、解答题
15．查阅表中五种金属的截止频率和截止波长，当用波长为375nm的光照射它们时，哪些可以发生光电效应？
材料 铯Cs 钠Na 锌Zn 银Ag 铂Pt
截止频率/（Hz） 4.55 5.56 8.07 11.53 15.29
截止波长/nm 660 540 372 260 190
16．在康普顿散射实验中，频率为的入射光，与某一静止的电子发生碰撞，碰后电子的动量为p，方向与入射光方向相同．已知普朗克常量为h，光速为c，求碰后光子的波长λ．
17．如图甲所示是研究光电效应饱和电流和遏止电压的实验电路，A、K为光电管的两极，调节滑动变阻器触头P可使光电管两极获得正向或反向电压。现用光子能量E=11.2eV的光持续照射光电管的极板K。移动滑动变阻器触头P，获得多组电压表、电流表读数，作出电流与电压关系的图线如图乙所示。求：
（1）光电管K极材料的逸出功；
（2）恰达到饱和电流3.1μA时，到达A极板的光电子的最大动能。
18．通过测量金属的遏止电压与入射光频率可以算出普朗克常量h，科学家密立根根据实验算出h，并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较，验证了爱因斯坦方程式的正确性。下表是某次实验中得到的某金属的和的一些数据。（已知）
0.541 0.637 0.714 0.809 0.878
5.644 5.888 6.098 6.303 6.501
（1）请分析表格数据，作出的图像；
（2）求出普朗克常量h；
（3）求出该金属的截止频率。
参考答案：
1．B
【详解】根据
可知，若两个粒子产生的德布罗意波的波长相等，则两粒子一定具有相同的动量。
故选B。
2．A
【详解】A．光电效应现象表现出光有粒子性，A正确；
BCD．光的干涉、衍射、折射现象说明光的波动性，不能说明光的粒子性，BCD错误。
故选A。
3．D
【详解】A．受到激发后的氢原子只能辐射出三种不同频率的光，即激发后达到n=3能级，吸收能量为
故A错误；
BC．频率越大光子能量越大，根据能级差，从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出的光频率最小，为νc；从n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光频率中等，为νb；从n=3能级跃迁到n=1能级辐射出的光频率最大，为νa；故BC错误；
D．光a光子能量为12.09eV，能使逸出功为10.2eV的某金属发生光电效应，故D正确。
故选D。
4．C
【详解】钍的半衰期为24天．1g钍经过120天，也就是5个半衰期后，还剩，选项A错误；大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生种不同频率的光子，选项B错误；是核聚变反应，选项C正确；光电效应实验中，入射光的频率越大，光电子的最大初动能越大，选项D错误；故选C.
5．A
【详解】①为康普顿散射，②为光电效应，康普顿散射和光电效应都深入揭示了光的粒子性； ③为α粒子散射，不是光子，揭示了原子的核式结构模型．④为光的折射，揭示了氢原子能级的不连续；故深入地揭示了光的粒子性一面的有①②，故选A.
【点睛】本题考查的知识点较多，在平时学习中要多注意积累一些特殊的光学现象，尤其是课本上涉及到的图片，更要认真理解现象的原理．
6．C
【详解】A．温度越高，黑体辐射强度越大；温度越高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，所以，故A错误；
B．根据爱因斯坦光电效应方程有
据动能定理有
联立解得
根据图像，所以有
故B错误；
C．根据
可知，入射光子与静止的电子发生碰撞，损失能量后，散射光的波长将变长，故C正确；
D．固体a表现为各向同性，可能是多晶体，也可能是非晶体，故D错误。
故选C。
7．B
【详解】AB．由光电效应方程及遏止电压的关系可得
b、c两种光的遏止电压相同，故频率相同，a光的遏止电压较小，频率较低，A错误，B正确；
CD．b、c两种光的遏止电压相同，故频率相同，由图可知，b的饱和电流更大，因此b光束照射时单位时间内产生的光电子数量大，光强大，即有
Eb>Ec
故C、D错误。
故选B。
8．B
【详解】A．锌的逸出功由自身的极限频率决定，A错误；
BD．在光电效应中，根据光电效应方程知
可知，光电子最大初动能随入射光频率的增大而增大，与入射光强度无关，D错误，B正确；
C．光电流的大小与入射光强度有关，与入射光的频率无关，C错误。
故选B。
9．AD
【详解】AB．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4.27×1014Hz．故A正确，B错误；
C．当Ek=hγ-W=0时逸出功为
W=hγ0=6.63×10-34J s×4.27×1014Hz=2.83×10-19J≈1.77eV
故C错误；
D．由Ek=hγ-W，得知该图线的斜率表示普朗克常量h．故D正确；
故选AD。
【名师点睛】此题考查了光电效应知识及物理图线；解决本题的关键掌握光电效应方程，以及知道逸出功与极限频率的关系，结合数学知识即可进行求解；另外要知道1eV=1.6×10-19J的换算关系；此题是基础题，意在考查学生基本规律的应用.
10．BD
【详解】A．若换用波长为λ1（λ1＞λ0）的光，虽然频率减小，但光的频率有可能仍大于极限频率，电路中可能有光电流，故A错误；
B．若换用波长为λ2（λ2＜λ0）的光，频率一定大于极限频率，电路中一定有光电流，故B正确；
C．光电流的强度与入射光的强度有关，当光越强时，光电子数目会增多，而电源电压增加不会改变光电子数目，则光电流也不会影响，故C错误；
D．将电路中电源的极性反接，电子受到电场阻力，到达A极的数目会减小，则电路中电流会减小，但可以有电流产生，故D正确。
故选BD。
11．AD
【详解】设金属的截止频率为，由解得，A正确；由光电效应方程，若入射光的频率加倍，不变，所以光电子的最大初动能并不加倍， B错误；若入射光的频率加倍，电流表的示数不一定是原来的2倍，C错误；由知入射光的能量为hv=3.75eV，若入射光的频率加倍，则，而，所以遏止电压UC=5.25V，D正确；故选AD．
12．AD
【详解】D．在水面上被照亮的圆形区域边缘光线恰好发生全反射，入射角等于临界角C，a光在水面上形成的圆形亮斑面积较大，知a光的临界角较大，根据，知水对a光的折射率比b光小，则在真空中，a光的频率较小，波长较大，选项D正确；
A．在同一装置的杨氏双缝干涉实验中，根据，因为a光波长大，则a光产生的任意两条干涉亮条纹中心间距离比b光产生的任意两条干涉亮条纹中心间距离宽，选项A正确；
B．因为a光的频率较小，则若用a、b两种光照射某种金属均可以发生光电效应现象，根据，则用b光照射该金属时产生的光电子初动能更大，选项B错误；
C．根据 ，因a光的折射率比b光小，则a光在水中的速度较大，则由点光源S垂直水面发生的光，a光在水中的传播时间比b光短，选项C错误。
故选AD。
13． 阳极 左负右正
【详解】（1）[1]由光电管的结构知，打出的电子向A极运动，A为阳极。
（2）[2]要观察遏止电压，应该使电子向阳极运动过程中减速，故电源正、负极的接线为左负右正。
（3）[3]由图发现该金属的截止频率为，则该金属的逸出功
14． a
【详解】（1）[1]逸出电子受到电场阻力时，微安表示数才可能为零，根据电路图，只有K的电势高于A点，即触头P向a端滑动，才能实现微安表示数恰好变为零。
（2）[2]根据光电效应方程得
联立解得
15．铯Cs和钠Na
【详解】当用波长为375nm的光照射它们时，单色光的频率
v = = Hz = 8 × 1014Hz
对比表格可知单色光的频率大于金属铯Cs和钠Na的极限频率，故可发生光电效应的金属是铯Cs和钠Na。
16．
【分析】根据求入射光波长，由求碰前光子动量；
根据动量守恒定律求碰后光子的动量；
再由求碰后光子波长．
【详解】由波速、频率和波长的关系得，频率为的入射光的波长，所以碰前动量为．根据动量守恒定律得：，解得：．又根据得：．
【点睛】熟记公式，，明确动量守恒定律适用于宏观物体，同时也适用于微观粒子的碰撞，是解决本题的关键．
17．（1）5.4eV；（2）8.0eV
【详解】（1）由题图乙可知，用光子能量E=11.2eV的光持续照射光电管的极板K时，遏止电压为Uc=5.8V，根据动能定理以及爱因斯坦光电效应方程可得
解得光电管K极材料的逸出功为
（2）由题图乙可知，恰达到饱和电流3.1μA时，在A、K间有正向电压U=2.2V，电子在两极间加速，设到达A极板的光电子的最大动能为Ekm1，则由动能定理有
解得
Ekm1=8.0eV
18．（1）答案见解析；（2）；（3）
【详解】（1）对照表格，以遏止电压为纵轴，以入射光频率为横轴，作出的图像如图所示
（2）根据爱因斯坦的光电效应方程
可得
由此可知，根据上图图像的斜率
将代入可求出普朗克常量
（3）根据图像的横截距可直接求出该金层的截止频率为