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2019-2020学年高中物理单元检测AB卷
选修3-5第十七章 波粒二象性-A卷基础篇（原卷版）
（时间：90分钟，满分：100分）
第I卷 选择题
一、单项选择题 (每题3分，8小题，共24分)
1．普朗克能量子假说是为了解释()
A．光电效应的实验规律而提出的 B．康普顿效应而提出的
C．光的波粒二象性而提出的 D．黑体辐射的实验规律而提出的
2．某单色光照射某金属时不能发生光电效应，则下述措施中可能使该金属产生光电效应的是()
A．延长光照时间 B．增大光的强度
C．换用波长较短的光照射 D．换用频率较低的光照射
3．关于物质波，下列说法正确的是()
A．速度相等的电子和质子，电子的波长长
B．动能相等的电子和质子，电子的波长短
C．动量相等的电子和中子，中子的波长短
D．甲电子速度是乙电子的3倍，甲电子的波长也是乙电子的3倍
4．用绿光照射一光电管，产生了光电效应，欲使光电子从阴极逸出时的最大初动能增加，下列做法可取的是 ( )
A．改用红光照射
B．增大绿光的强度
C．增大光电管上的加速电压
D．改用紫光照射
5．下列关于物质波的说法中正确的是( )
A．实物粒子与光子一样都具有波粒二象性，所以实物粒子与光子是本质相同的物体
B．物质波和光波都是概率波
C．粒子的动量越大，其波动性越易观察
D．粒子的动量越大，其波动性越易观察
6．要观察纳米级以下的微小结构，需要利用分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜．有关电子显微镜的下列说法正确的是( )
A．它是利用了电子物质波的波长比可见光短，因此不容易发生明显衍射
B．它是利用了电子物质波的波长比可见光长，因此不容易发生明显衍射
C．它是利用了电子物质波的波长比可见光短，因此更容易发生明显衍射
D．它是利用了电子物质波的波长比可见光长，因此更容易发生明显衍射
7．分别用波长为λ和λ的单色光照射同一金属板，发出的光电子的最大初动能之比为1?：2，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则此金属板的逸出功为( )
A. B.
C.hcλ D.
8．利用光电管研究光电效应实验电路如图所示，用频率为ν1的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则( )
A．用紫外线照射，电流表中不一定有电流通过
B．用红外线照射，电流表中一定无电流通过
C．用频率为ν1的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头移到A端时，电流表中一定无电流通过
D．用频率为ν1的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头向B端滑动时，电流表示数可能不变
二、多项选择题（每题5分,共6小题，选不全得3分，有错误选项不得分，共30分）
9．下列实验中，能证明光具有粒子性的是( )
A．光电效应实验 B．光的双缝干涉实验
C．光的圆孔衍射实验 D．康普顿效应实验
10．光电效应实验中，下列表述正确的是()
A．光照时间越长光电流越大
B．入射光足够强就可以有光电流
C．遏止电压与入射光的频率有关
D．入射光频率大于极限频率才能产生光电子
11.在做光电效应的实验时,某金属被光照射发生了光电效应,实验测得光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν的关系如图所示,由实验图象可求出( )
A.该金属的极限频率和极限波长
B.普朗克常量
C.该金属的逸出功
D.单位时间内逸出的光电子数
12.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粒子性
B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性
C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释
D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波也相等
13．在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95 以上。假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子( )
A．一定落在中央亮条纹处
B．一定落在亮条纹处
C．可能落在暗条纹处
D．落在中央亮条纹处的可能性最大
14.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.从同种玻璃射入空气发生全反射时,a光的临界角大
C.通过同一装置发生双缝干涉,a光的相邻条纹间距大
D.通过同一玻璃三棱镜时,a光的偏折程度大
第Ⅱ卷 非选择题
三、实验题（每空3分，共9分）
15.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．
(1)现用一带少量负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将________(填“增大”、“减小”或“不变”)．
(2)使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转．那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针________(填“有”或“无”)偏转．
(3)实验室用功率P＝1 500 W的紫外灯演示光电效应．紫外线波长λ＝253 nm，阴极离光源距离d＝0.5 m，原子半径取r＝0.5×10－10 m，则阴极表面每个原子每秒钟接收到的光子数为________．(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s)
四、计算题（共3个小题，共37分。）
16.(12分)如图所示，相距为d的两平行金属板A、B足够大，板间电压恒为U，有一波长为λ的细激光束照射到B板中央，使B板发生光电效应，已知普朗克常量为h，金属板B的逸出功为W，电子质量为m，电荷量e，求：
(1)从B板运动到A板所需时间最短的光电子到达A板时的动能；
(2)光电子从B板运动到A板时所需的最长时间．
17.(12分)光具有波粒二象性，光子的能量ε=hν，其中频率ν表示波的特征，在爱因斯坦提出光子说之后，法国物理学家德布罗意提出了光子动量p与光波波长λ的关系p=。若某激光管以P=60 W的功率发射波长λ=663 nm的光束，试根据上述理论计算:
(1)该管在1 s内发射出多少个光子?
(2)若光束全部被某黑体表面吸收，那么该黑体表面所受到光束对它的作用力F为多大?
18．(13分)如图所示，一光电管的阴极用极限波长λ0＝5000的钠制成。用波长λ＝3000的紫外线照射阴极，光电管阳极A和阴极K之间的电势差U＝2.1V，饱和光电流的值(当阴极K发射的电子全部到达阳极A时，电路中的电流达到最大值，称为饱和光电流)I＝0.56 μA。
(1)求每秒钟内由K极发射的光电子数目；
(2)求电子到达A极时的最大动能；
(3)如果电势差U不变，而照射光的强度增到原值的三倍，此时电子到达A极的最大动能是多大？(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s)
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选修3-5第十七章 波粒二象性-A卷基础篇（解析版）
（时间：90分钟，满分：100分）
第I卷 选择题
一、单项选择题 (每题3分，8小题，共24分)
1．普朗克能量子假说是为了解释()
A．光电效应的实验规律而提出的 B．康普顿效应而提出的
C．光的波粒二象性而提出的 D．黑体辐射的实验规律而提出的
【答案】D
【解析】普朗克能量子假说完美解决了经典物理学在黑体辐射问题上遇到的困难，并且为爱因斯坦光子理论、玻尔原子理论奠定了基础．
2．某单色光照射某金属时不能发生光电效应，则下述措施中可能使该金属产生光电效应的是()
A．延长光照时间 B．增大光的强度
C．换用波长较短的光照射 D．换用频率较低的光照射
【答案】C
【解析】由光电效应规律可知，能不能发生光电效应，是由入射光的频率与极限频率的关系决定的，入射光频率必须大于或等于极限频率．波长较短的光频率高，当高于或等于极限频率时就能发生光电效应，故C选项正确．
3．关于物质波，下列说法正确的是()
A．速度相等的电子和质子，电子的波长长
B．动能相等的电子和质子，电子的波长短
C．动量相等的电子和中子，中子的波长短
D．甲电子速度是乙电子的3倍，甲电子的波长也是乙电子的3倍
【答案】A
【解析】由λ＝可知，动量大的波长短．电子与质子的速度相等时，电子动量小，波长长．电子与质子动能相等时，由动量与动能的关系式：p＝可知，电子的动量小，波长长．动量相等的电子和中子，其波长应相等．如果甲、乙两电子的速度远小于光速，甲的速度是乙的三倍，甲的动量也是乙的三倍，则甲的波长应是乙的.
4．用绿光照射一光电管，产生了光电效应，欲使光电子从阴极逸出时的最大初动能增加，下列做法可取的是 ( )
A．改用红光照射
B．增大绿光的强度
C．增大光电管上的加速电压
D．改用紫光照射
【解析】由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，在逸出功一定时，只有增大光的频率，才能增加最大初动能，与光的强度无关，D对．
【答案】D
5．下列关于物质波的说法中正确的是( )
A．实物粒子与光子一样都具有波粒二象性，所以实物粒子与光子是本质相同的物体
B．物质波和光波都是概率波
C．粒子的动量越大，其波动性越易观察
D．粒子的动量越大，其波动性越易观察
【解析】实物粒子虽然与光子具有某些相同的现象，但实物粒子是实物，而光则是传播着的电磁波，其本质不同；物质波和光波都是概率波；又由λ＝可知，p越小，λ越大，波动性越明显．故正确选项为B.
【答案】B
6．要观察纳米级以下的微小结构，需要利用分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜．有关电子显微镜的下列说法正确的是( )
A．它是利用了电子物质波的波长比可见光短，因此不容易发生明显衍射
B．它是利用了电子物质波的波长比可见光长，因此不容易发生明显衍射
C．它是利用了电子物质波的波长比可见光短，因此更容易发生明显衍射
D．它是利用了电子物质波的波长比可见光长，因此更容易发生明显衍射
【解析】 电子显微镜的分辨率比光学显微镜更高，是因为电子物质波的波长比可见光短，和可见光相比，电子物质波更不容易发生明显衍射，所以分辨率更高，A正确．
【答案】 A
7．分别用波长为λ和λ的单色光照射同一金属板，发出的光电子的最大初动能之比为1?：2，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则此金属板的逸出功为( )
A. B.
C.hcλ D.
【解析】 根据爱因斯坦光电效应方程得：＝.解得：W0＝.
【答案】 B
8．利用光电管研究光电效应实验电路如图所示，用频率为ν1的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则( )
A．用紫外线照射，电流表中不一定有电流通过
B．用红外线照射，电流表中一定无电流通过
C．用频率为ν1的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头移到A端时，电流表中一定无电流通过
D．用频率为ν1的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头向B端滑动时，电流表示数可能不变
【答案】D
【解析】选D．因紫外线的频率比可见光的频率高，所以用紫外线照射时，电流表中一定有电流通过，A错误；因不知阴极K的截止频率，所以用红外线照射时不一定发生光电效应，B错误；用频率为ν1的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头移到A端时，UMK＝0，光电效应还在发生，电流表中一定有电流通过，C错误；滑动变阻器的触头向B端滑动时，UMK增大，阴极M吸收光电子的能力增强，光电流会增大，当所有光电子都到达阳极M时，电流达到最大，即饱和电流，若在滑动前，电流已经达到饱和电流，那么再增大UMK，光电流也不会增大，D正确．
二、多项选择题（每题5分,共6小题，选不全得3分，有错误选项不得分，共30分）
9．下列实验中，能证明光具有粒子性的是( )
A．光电效应实验 B．光的双缝干涉实验
C．光的圆孔衍射实验 D．康普顿效应实验
【答案】AD
【解析】选AD．光电效应、康普顿效应现象的出现，使光的电磁说出现了无法逾越的理论难题，只有认为光子具有粒子性才能很好的解释上述现象，故A、D支持光的粒子性，而B、C支持光的波动性，故选A、D．
10．光电效应实验中，下列表述正确的是()
A．光照时间越长光电流越大
B．入射光足够强就可以有光电流
C．遏止电压与入射光的频率有关
D．入射光频率大于极限频率才能产生光电子
【答案】CD
【解析】光电流的大小只与到达阳极的光电子个数有关，A错．由hν＝W0＋Ek和qU＝Ek知，CD正确．
11.在做光电效应的实验时,某金属被光照射发生了光电效应,实验测得光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν的关系如图所示,由实验图象可求出( )
A.该金属的极限频率和极限波长
B.普朗克常量
C.该金属的逸出功
D.单位时间内逸出的光电子数
【解析】金属中电子吸收光子的能量为hν,根据爱因斯坦光电效应方程有Ek=hν-W0,任何一种金属的逸出功W0一定,说明Ek随ν的变化而变化,且是线性关系,所以直线的斜率等于普朗克常量,直线与横轴的截距OA表示Ek=0时的频率ν0,即该金属的极限频率。已知极限频率,根据波速公式可求出极限波长λ0Ek-ν图象并不能知道在单位时间内逸出的光子数。
【答案】ABC
12.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粒子性
B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性
C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释
D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波也相等
【答案】AB
【解析】光电效应说明光的粒子性，所以A正确；热中子在晶体上产生衍射图样，即运动的实物粒子具有波的特性，即说明中子具有波动性，所以B正确；黑体辐射的实验规律说明电磁辐射具有量子化，即黑体辐射是不连续的、一份一份的，所以黑体辐射用光的粒子性解释，即C错误；根据德布罗意波长公式，λ＝，p2＝2mEk，又质子的质量大于电子的质量，所以动能相等的质子和电子，质子的德布罗意波较短，所以D错误．
13．在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95 以上。假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子( )
A．一定落在中央亮条纹处
B．一定落在亮条纹处
C．可能落在暗条纹处
D．落在中央亮条纹处的可能性最大
【答案】CD
【解析】选CD 根据光波是概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不可确定的，但概率最大的是落在中央亮条纹处。也可落在其他亮条纹处，还可能落在暗条纹处，落在暗条纹处的概率很小，故C、D选项正确。
14.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.从同种玻璃射入空气发生全反射时,a光的临界角大
C.通过同一装置发生双缝干涉,a光的相邻条纹间距大
D.通过同一玻璃三棱镜时,a光的偏折程度大
【解析】本题考查光电效应及光的全反射、折射、干涉等问题。由图象可知,用a光照射光电管时的遏止电压小于用b光照射光电管时的遏止电压,故a光的频率要小于b光的频率。据爱因斯坦光电方程Ek=hν-W0可知,照射该光电管时a光逸出的光电子的最大初动能较b小,故A错误;对于同一介质a光的折射率小于b光的折射率,由 sin C=可知,a光的临界角大,所以通过同一玻璃三棱镜时,a光的偏折程度小,故B正确,D错误;由c=λf可知,a光的波长较长,由Δx=λ可知发生双缝干涉时,a光的相邻条纹间距大,故C正确。
【答案】BC
第Ⅱ卷 非选择题
三、实验题（每空3分，共9分）
15.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．
(1)现用一带少量负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将________(填“增大”、“减小”或“不变”)．
(2)使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转．那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针________(填“有”或“无”)偏转．
(3)实验室用功率P＝1 500 W的紫外灯演示光电效应．紫外线波长λ＝253 nm，阴极离光源距离d＝0.5 m，原子半径取r＝0.5×10－10 m，则阴极表面每个原子每秒钟接收到的光子数为________．(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s)
【解析】 (1)当用紫外光照射锌板时，锌板发生光电效应，放出光电子而带上了正电，此时与锌板连在一起的验电器也带上了正电，从而指针发生了偏转．当带负电的小球与锌板接触后，中和了一部分正电荷，从而使验电器的指针偏转减小．
(2)使验电器指针回到零，用钠灯黄光照射，验电器指针无偏转，说明钠灯黄光的频率小于极限频率，红外光比钠灯黄光的频率还要低，更不可能发生光电效应．能否发生光电效应与入射光的强度无关．
(3)以紫外灯为圆心，作半径为d的球面，则每个原子每秒钟接收到的光能量为E＝×πr2＝3.75×10－18 J，因此每个原子每秒钟接收到的光子数为n＝＝＝5个．
【答案】 (1)增大 (2)无 (3)5个
四、计算题（共3个小题，共37分。）
16.(12分)如图所示，相距为d的两平行金属板A、B足够大，板间电压恒为U，有一波长为λ的细激光束照射到B板中央，使B板发生光电效应，已知普朗克常量为h，金属板B的逸出功为W，电子质量为m，电荷量e，求：
(1)从B板运动到A板所需时间最短的光电子到达A板时的动能；
(2)光电子从B板运动到A板时所需的最长时间．
【解析】 (1)根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W，光子的频率为ν＝.所以，光电子的最大初动能为Ek＝－W.
能以最短时间到达A板的光电子，是初动能最大且垂直于板面离开B板的电子，设到达A板的动能为Ek1，由动能定理，得eU＝Ek1－Ek，
所以Ek1＝eU＋－W.
(2)能以最长时间到达A板的光电子，是离开B板时的初速度为零或运动方向平行于B板的光电子．
则d＝at2＝，得t＝d .
【答案】 (1)eU＋－W (2)d
17.(12分)光具有波粒二象性，光子的能量ε=hν，其中频率ν表示波的特征，在爱因斯坦提出光子说之后，法国物理学家德布罗意提出了光子动量p与光波波长λ的关系p=。若某激光管以P=60 W的功率发射波长λ=663 nm的光束，试根据上述理论计算:
(1)该管在1 s内发射出多少个光子?
(2)若光束全部被某黑体表面吸收，那么该黑体表面所受到光束对它的作用力F为多大?
【答案】(1)2.0×1020 (2)2.0×10-7 N
【解析】(1)设在时间Δt内发射出的光子数为n，光子频率为ν，每个光子的能量ε=hν，
所以P=(Δt=1 s)。
而ν=，
解得n==2.0×1020。
(2)在时间Δt内激光管发射出的光子全部被黑体表面吸收，光子的末动量变为零，据题中信息可知，n个光子的总动量为p总=np=n。
根据动量定理有F·Δt=p总，
解得黑体表面对光子束的作用力为
F= N=2.0×10-7 N。
又根据牛顿第三定律，光子束对黑体表面的作用力F'=F=2.0×10-7 N。
18．(13分)如图所示，一光电管的阴极用极限波长λ0＝5000的钠制成。用波长λ＝3000的紫外线照射阴极，光电管阳极A和阴极K之间的电势差U＝2.1V，饱和光电流的值(当阴极K发射的电子全部到达阳极A时，电路中的电流达到最大值，称为饱和光电流)I＝0.56 μA。
(1)求每秒钟内由K极发射的光电子数目；
(2)求电子到达A极时的最大动能；
(3)如果电势差U不变，而照射光的强度增到原值的三倍，此时电子到达A极的最大动能是多大？(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s)
【答案】(1)3.5×1012个 (2)6.01×10－19J (3)6.01×10－19J
【解析】(1)设每秒内发射的电子数为n，则：
n＝＝＝3.5×1012(个)。
(2)由光电效应方程可知：
Ekm＝hν－W0
＝h－h＝hc(－)
在AK间加电压U时，电子到达阳极时的动能为Ek，
Ek＝Ekm＋eU
＝hc(－)＋eU。
代入数值得：Ek＝6.01×10－19J。
(3)根据光电效应规律，光电子的最大初动能与入射光的强度无关。
如果电压U不变，则电子到达A极的最大动能不会变。
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