2026届高三物理一轮复习-同步分层精练（六十二）能量量子化光电效应波粒二象性（有解析）

同步分层精练（六十二） 能量量子化 光电效应 波粒二象性
1.(2024·贵州高考)(多选)我国在贵州平塘建成了世界最大单口径球面射电望远镜FAST,其科学目标之一是搜索地外文明。在宇宙中,波长位于搜索地外文明的射电波段的辐射中存在两处较强的辐射,一处是波长为21 cm的中性氢辐射,另一处是波长为18 cm的羟基辐射。在真空中,这两种波长的辐射相比,中性氢辐射的光子 (　 )
A.频率更大 B.能量更小
C.动量更小 D.传播速度更大
2.(2025·吉林期中)一盏灯发光功率为100 W,假设它发出的光向四周均匀辐射,光的平均波长为6.0×10-7 m,在距灯10 m远处,以灯为球心的球面上,1 m2的面积每秒通过的光子(能量子)数约为(普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,光速c=3.0×108 m/s) (　 )
A.2×1015 B.2×1016
C.2×1017 D.2×1023
3.用极微弱的可见光做双缝干涉实验,随着时间的增加,在屏上先后出现如图(a)、(b)、(c)所示的图像,则 (　 )
A.图像(a)表明光具有波动性
B.图像(c)表明光具有粒子性
C.用紫外线观察不到类似的图像
D.实验表明光是一种概率波
4.(2025·福建漳州检测)光电效应在自动化控制领域有着广泛的应用。如图所示的光电控制报警电路中,某一频率的光束照射到光电管,光电管产生光电效应,与光电管连接的电路有电流,电磁铁产生磁场,会吸引报警电路中的开关断开,从而实现自动控制。则 (　 )
A.任意频率的光照射到光电管上,只要光照时间足够长就能产生光电流
B.对于光电管来说,入射光波长必须大于某一极限值,才能产生光电效应
C.该频率的光照射光电管,光的强度越强,单位时间内逸出的电子数越少
D.当物体从光源和光电管间通过时,挡住光束,使报警电路中的开关闭合
5.如图所示,假设入射光子的动量为p0,光子与静止的电子发生弹性碰撞。碰后光子的动量大小为p1,传播方向与入射方向夹角为α,碰后电子的动量大小为p2,出射方向与光子入射方向夹角为β。已知光速为c,普朗克常量为h,下列说法正确的是 (　 )
A.该效应说明光具有波动性
B.碰前入射光的波长为
C.碰后散射光的波长变长
D.碰后电子的能量为p2c
6.(2025·深圳模拟)用如图所示的装置研究光电效应现象,当用光子能量为2.5 eV的光照射到光电管上时,电流表G的示数为0.2 mA,移动变阻器的滑片C,当电压表的示数大于或等于0.7 V时,电流表示数为0,则 (　 )
A.光电管阴极的逸出功为1.8 eV
B.开关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1.8 eV
D.改用能量为1.5 eV的光子照射,有电流流过电流表G,但电流较小
7.(2024年1月·九省联考河南卷)某光源包含不同频率的光,光的强度与频率的关系如图所示。表中给出了一些金属的截止频率νc,用该光源照射这些金属。则 (　 )
金属 νc/
铯 4.69
钠 5.53
锌 8.06
钨 10.95
A.仅铯能产生光电子
B.仅铯、钠能产生光电子
C.仅铯、钠、锌能产生光电子
D.都能产生光电子
8.(2025·广东珠海二中模拟)(多选)在研究甲、乙两种金属光电效应现象的实验中,光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系如图所示,则 (　 )
A.两条图线与横轴的夹角α和β可能不相等
B.若增大入射光频率ν,则所需的遏止电压Uc随之增大
C.若某一频率的光可以使乙金属发生光电效应,则一定也能使甲金属发生光电效应
D.若增大入射光的强度,不改变入射光频率ν,则光电子的最大初动能将增大
9.(2024·新课标卷)三位科学家由于在发现和合成量子点方面的突出贡献,荣获了2023年诺贝尔化学奖。不同尺寸的量子点会发出不同颜色的光。现有两种量子点分别发出蓝光和红光,下列说法正确的是 (　 )
A.蓝光光子的能量大于红光光子的能量
B.蓝光光子的动量小于红光光子的动量
C.在玻璃中传播时,蓝光的速度大于红光的速度
D.蓝光在玻璃中传播时的频率小于它在空气中传播时的频率
10.(2025·重庆检测)某种光伏电池的工作原理如图所示。半径为R的透明导电的球壳为阳极A,球形感光材料为阴极K。现用动量为p的黄光照射K极,K极能发射出最大初动能为Ek的光电子。已知电子电荷量为e,光速为c,普朗克常量为h,忽略光电子重力及之间的相互作用。下列说法正确旳是 (　 )
A.入射光子的波长为
B.阴极感光材料的逸出功为cp-Ek
C.若仅增大入射光强度,电压表的示数将增大
D.若用紫光照射K极,电压表的最大示数将小于
同步分层精练（六十二） 能量量子化 光电效应 波粒二象性
1.(2024·贵州高考)(多选)我国在贵州平塘建成了世界最大单口径球面射电望远镜FAST,其科学目标之一是搜索地外文明。在宇宙中,波长位于搜索地外文明的射电波段的辐射中存在两处较强的辐射,一处是波长为21 cm的中性氢辐射,另一处是波长为18 cm的羟基辐射。在真空中,这两种波长的辐射相比,中性氢辐射的光子 (　 )
A.频率更大 B.能量更小
C.动量更小 D.传播速度更大
解析:选BC　所有电磁波在真空中传播的速度相等,都是光速c,D错误;由光子频率与波长公式ν=,能量公式ε=hν,动量与波长公式p=可知,中性氢辐射的光子波长更长,频率更小,能量更小,动量更小,A错误,B、C正确。
2.(2025·吉林期中)一盏灯发光功率为100 W,假设它发出的光向四周均匀辐射,光的平均波长为6.0×10-7 m,在距灯10 m远处,以灯为球心的球面上,1 m2的面积每秒通过的光子(能量子)数约为(普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,光速c=3.0×108 m/s) (　 )
A.2×1015 B.2×1016
C.2×1017 D.2×1023
解析:选C　在距灯10 m远处,以灯为球心的球面上,1 m2 的面积每秒通过的光子的能量为E=,一个光子的能量为ε=h,1 m2的面积每秒通过的光子(能量子)数约为n==≈2×1017,故选C。
3.用极微弱的可见光做双缝干涉实验,随着时间的增加,在屏上先后出现如图(a)、(b)、(c)所示的图像,则 (　 )
A.图像(a)表明光具有波动性
B.图像(c)表明光具有粒子性
C.用紫外线观察不到类似的图像
D.实验表明光是一种概率波
解析:选D　题图(a)只有分散的亮点,表明光具有粒子性;题图(c)呈现干涉条纹,表明光具有波动性,A、B错误;紫外线也具有波粒二象性,也可以观察到类似的图像,C错误;实验表明光是一种概率波,D正确。
4.(2025·福建漳州检测)光电效应在自动化控制领域有着广泛的应用。如图所示的光电控制报警电路中,某一频率的光束照射到光电管,光电管产生光电效应,与光电管连接的电路有电流,电磁铁产生磁场,会吸引报警电路中的开关断开,从而实现自动控制。则 (　 )
A.任意频率的光照射到光电管上,只要光照时间足够长就能产生光电流
B.对于光电管来说,入射光波长必须大于某一极限值,才能产生光电效应
C.该频率的光照射光电管,光的强度越强,单位时间内逸出的电子数越少
D.当物体从光源和光电管间通过时,挡住光束,使报警电路中的开关闭合
解析:选D　当入射光的频率大于金属的截止频率时才会有光电子从金属中逸出,发生光电效应现象,并且不需要时间的积累,瞬间就可以发生,故A、B错误;该频率的光照射光电管,光的强度越强,单位时间内照射到金属表面上的光子数越多,单位时间内逸出的电子数越多,故C错误;当物体从光源和光电管间通过时,挡住光束,光电效应现象消失,与光电管连接的电路没有电流,电磁铁不产生磁场,报警电路中的开关闭合,故D正确。
5.如图所示,假设入射光子的动量为p0,光子与静止的电子发生弹性碰撞。碰后光子的动量大小为p1,传播方向与入射方向夹角为α,碰后电子的动量大小为p2,出射方向与光子入射方向夹角为β。已知光速为c,普朗克常量为h,下列说法正确的是 (　 )
A.该效应说明光具有波动性
B.碰前入射光的波长为
C.碰后散射光的波长变长
D.碰后电子的能量为p2c
解析:选C　该效应说明光具有粒子性,故A错误;根据德布罗意波公式可得,碰前入射光的波长为λ0=,故B错误;碰撞过程能量守恒,有=+E电子,可知碰后电子的能量为E电子=->0,即λ1>λ0,故C正确,D错误。
6.(2025·深圳模拟)用如图所示的装置研究光电效应现象,当用光子能量为2.5 eV的光照射到光电管上时,电流表G的示数为0.2 mA,移动变阻器的滑片C,当电压表的示数大于或等于0.7 V时,电流表示数为0,则 (　 )
A.光电管阴极的逸出功为1.8 eV
B.开关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1.8 eV
D.改用能量为1.5 eV的光子照射,有电流流过电流表G,但电流较小
解析:选A　由题图可知,光电管两端所加的电压为反向电压,由电压表的示数大于或等于0.7 V时,电流表示数为0,可知光电子的最大初动能为0.7 eV,根据光电效应方程hν=Ek+W0,可得W0=1.8 eV,A正确,C错误;开关S断开后,用光子能量为2.5 eV的光照射到光电管上发生了光电效应,有光电子逸出,则有电流流过电流表G,B错误;改用能量为1.5 eV的光子照射,由于光子的能量小于逸出功,不能发生光电效应,无电流流过电流表G,D错误。
7.(2024年1月·九省联考河南卷)某光源包含不同频率的光,光的强度与频率的关系如图所示。表中给出了一些金属的截止频率νc,用该光源照射这些金属。则 (　 )
金属 νc/
铯 4.69
钠 5.53
锌 8.06
钨 10.95
A.仅铯能产生光电子
B.仅铯、钠能产生光电子
C.仅铯、钠、锌能产生光电子
D.都能产生光电子
解析:选C　根据光电效应方程Ek=hν-W0,金属的逸出功为W0=hνc,由题图可知光源中光的频率范围为1.6×1014 Hz≤ν≤9×1014 Hz,则仅铯、钠、锌能产生光电子。故选C。
8.(2025·广东珠海二中模拟)(多选)在研究甲、乙两种金属光电效应现象的实验中,光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系如图所示,则 (　 )
A.两条图线与横轴的夹角α和β可能不相等
B.若增大入射光频率ν,则所需的遏止电压Uc随之增大
C.若某一频率的光可以使乙金属发生光电效应,则一定也能使甲金属发生光电效应
D.若增大入射光的强度,不改变入射光频率ν,则光电子的最大初动能将增大
解析:选BC　根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0,可知光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像的斜率为普朗克常量h,所以两条图线的斜率一定相等,α和β一定相等,A错误;由Ek=hν-W0可知,若增大入射光频率ν,则产生的光电子的最大初动能增大,再由eUc=Ek可知所需的遏止电压Uc将增大,B正确;光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像的横轴截距等于金属的逸出功W0,由题图可知甲金属的逸出功较小,因此某一频率的光可以使乙金属发生光电效应,则一定能使甲金属发生光电效应,C正确;根据光电效应方程,若不改变入射光频率ν,而增大入射光的强度,则光电子的最大初动能不变,D错误。
9.(2024·新课标卷)三位科学家由于在发现和合成量子点方面的突出贡献,荣获了2023年诺贝尔化学奖。不同尺寸的量子点会发出不同颜色的光。现有两种量子点分别发出蓝光和红光,下列说法正确的是 (　 )
A.蓝光光子的能量大于红光光子的能量
B.蓝光光子的动量小于红光光子的动量
C.在玻璃中传播时,蓝光的速度大于红光的速度
D.蓝光在玻璃中传播时的频率小于它在空气中传播时的频率
解析:选A　由于红光的频率小于蓝光的频率,则红光的波长大于蓝光的波长,根据ε=hν,可知蓝光光子的能量大于红光光子的能量;根据p=,可知蓝光光子的动量大于红光光子的动量,故A正确,B错误;由于红光的折射率小于蓝光,根据v=,可知在玻璃中传播时,蓝光的速度小于红光的速度,故C错误;光从一种介质射入另一种介质中频率不变,故D错误。
10.(2025·重庆检测)某种光伏电池的工作原理如图所示。半径为R的透明导电的球壳为阳极A,球形感光材料为阴极K。现用动量为p的黄光照射K极,K极能发射出最大初动能为Ek的光电子。已知电子电荷量为e,光速为c,普朗克常量为h,忽略光电子重力及之间的相互作用。下列说法正确旳是 (　 )
A.入射光子的波长为
B.阴极感光材料的逸出功为cp-Ek
C.若仅增大入射光强度,电压表的示数将增大
D.若用紫光照射K极,电压表的最大示数将小于
解析:选B　根据德布罗意波长公式可知入射光子的波长为λ=,故A错误;根据爱因斯坦光电效应方程有h=Ek+W0,解得阴极感光材料的逸出功为W0=cp-Ek,故B正确;随着K极逸出的光电子运动到A极,A、K之间的电压逐渐增大,若K电极逸出的最大动能的光电子恰好运动不到A电极,两极间电压达到最大,再增大入射光强度电压表的示数不再增大,根据动能定理有-eU=0-Ek,两极间的最大电压为U=,若用紫光照射K极,可知光电子的最大初动能增大,则有U>,故C、D错误。
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