东营市胜利第三十九中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：波与粒子 综合测试（含解析）

波与粒子
1．在光电效应实验中，用某一频率的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是( )
A．增大入射光的强度，光电流增大
B．减小入射光的强度，光电效应现象将消失
C．改用频率小的光照射，一定不发生光电效应
D．改用频率更大的光照射，光电子的最大初动能变大
2．在光电效应实验中，用某一频率的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是( )
A．增大入射光的强度，光电流增大
B．减小入射光的强度，光电效应现象将消失
C．改用频率小的光照射，一定不发生光电效应
D．改用频率更大的光照射，光电子的最大初动能变大
3．下列说法正确的是
A．光电效应和康普顿效应揭示了光的粒子性，都表明光子既有能量又有动量
B．一定量气体,在压强不变时，分子每秒对器壁单位面积平均碰撞次数随着温度降低而减少
C．折断的粉笔不能粘合在一起是因为受分子斥力的作用
D．组成原子核的核子的总质量大于该原子核的质量，这个现象是质量亏损
4．根据爱因斯坦的“光子说”可知 （ ）
A．“光子说”本质就是牛顿的“微粒说” B．光的波长越大，光子的能量越小
C．一束单色光的能量可以连续变化 D．只有光子数很多时，光才具有粒子性
5．5．有关光的本性，下列说法中正确的是(　　)
A．光具有波动性，又具有粒子性，这是相互矛盾和对立的
B．光的干涉，衍射现象证明光具有粒子性，光电效应现象证明光具有波动性
C．大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性
D．由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光的一切现象，只能认为光具有波粒二象性
6．关于光电效应，下列说法中正确的是(　　)
A．光电子的最大初动能随着入射光的强度增大而增大
B．只要入射光的强度足够强，照射时间足够长，就一定能产生光电效应
C．无论光子能量大小如何，电子吸收光子并积累能量后，总能逸出成为光电子
D．任何一种金属都有一个极限频率，低于这个频率的光不能使它发生光电效应
7．用绿光照射一光电管，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，应
A．改用红光照射
B．增大绿光的强度
C．延长绿光的照射时间
D．改用紫光照射
8．下列说法正确的是
A．两个质子之间，不管距离如何，核力总是大于库仑力
B．β衰变说明原子核内部存在自由电子
C．由爱因斯坦质能方程可知，质量与能量可以相互转化
D．普朗克曾经大胆假设：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子
9．用一束紫外线照射某金属时没有产生光电效应，下列措施中可能产生光电效应的是
A．换用强度更大的紫外线照射 B．换用红外线照射
C．延长紫外线照射时间 D．换用极限波长较大的金属
10．如图所示，与锌板相连的验电器的箔片原来是张开的，现在让弧光灯发出的光照射到锌板，发现与锌板相连的验电器的箔片张角变大，此实验事实说明( )
A．光具有粒子性
B．铝箔张角大小与光照时间有关
C．若改用激光器发出的红光照射锌板，观察到验电器的铝箔张角则一定会变得更大
D．验电器的箔片原来带正电
11．下列说法正确的是(　　)
A．用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，则逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变
B．X射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的
C．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此光子散射后波长变长
D．速度相等的电子和质子，电子的波长大
12．(多选)下列说法正确的是
A．比结合能小的原子核结合成比结合能大的原子核时一定释放核能
B．一定强度的入射光照射某金属发生光电效应时，入射光的频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多
C．根据玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，氢原子的电势能减小，核外电子的运动速度增大
D．β射线的速度接近光速，普通一张白纸就可挡住
13．下列说法正确的是：
A．氢原子从能级3跃迁到能级2辐射出的光子的波长大于从能级2跃迁到能级1辐射出的光子的波长
B．在光电效应实验中，用同种频率的光照射不同的金属表面，从金属表面逸出的光电子的最大初动能Ek越大，则这种金属的逸出功W0越小
C．α射线、β射线和γ射线是三种波长不同的电磁波
D．铀核 衰变为铅核 的过程中，要经过8次α衰变和6次β衰变
14．如图甲所示，在光电效应实验中，某同学用相同频率的单色光分别照射阴极材料为锌和铜的两个不同的光电管，结果都能发生光电效应.图乙为其中一个光电管的遏止电压Uc随入射光频率ν变化的关系图象.对于这两个光电管，下列判断正确的是(　　)
A．因为材料不同，逸出功不同，所以遏止电压Uc不同
B．光电子的最大初动能不同
C．因为光强不确定，所以单位时间逸出的光电子数可能相同，饱和光电流也可能相同
D．两个光电管的Uc－ν图象的斜率可能不同
15．某频率的单色光照射到一块金属板表面时，能发生光电效应，测得光电子的最大初动能为2电子伏。若换用频率是原来的1.8倍的单色光照射该金属，光电子的最大初动能为6电子伏。试求该金属的逸出功。
16．氢原子的能级如图所示。原子从能级n=3向n=1跃迁所放出的光子，正好使某种金属材料产生光电效应。有一群处于n=4能级的氢原子向较低能级跃迁时所发出的光照射该金属。求该金属的截止频率和产生光电子最大初动能的最大值，结果保留两位有效数字。
17．用频率为的紫光照射某金属（极限频率为），且．已知普朗克常量为h．求：
①该金属的逸出功W；
②光电子的最大初动能Ek．
18．玻尔在卢瑟福的原子核式结构学说的基础上，提出具有量子特征的氢原子模型，其能级图如图所示．有一个发光管里装有大量处于n＝4能级的氢原子，利用这个发光管的光线照射金属钠的表面．已知金属钠的极限频率是5.53×1014 Hz，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，1 eV＝1.6×10－19 J.
(1)发光管可能发射几种不同能量的光子？
(2)发光管能使金属钠发生光电效应吗(通过计算回答)?
(3)求出发光管照射金属钠所发射的光电子的最大初动能．
参考答案
1．AD
【解析】试题分析：光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，与入射光的强度无关，根据光电效应方程判断影响光电子最大初动能的因素．
增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积上的光子数增加，光电流增大，A正确；光电效应现象是否消失与光的频率有关，而与照射强度无关，B错误；用频率为ν的光照射光电管阴极，发生光电效应，用频率较小的光照射时，若光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，C错误；根据可知，增加照射光频率，光电子的最大初动能也增大，D正确．
2．AD
【解析】
试题分析：光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，与入射光的强度无关，根据光电效应方程判断影响光电子最大初动能的因素．
增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积上的光子数增加，光电流增大，A正确；光电效应现象是否消失与光的频率有关，而与照射强度无关，B错误；用频率为ν的光照射光电管阴极，发生光电效应，用频率较小的光照射时，若光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，C错误；根据可知，增加照射光频率，光电子的最大初动能也增大，D正确．
【答案】D
【解析】光电效应说明光子具有能量，康普顿效应说明光子不仅具有能量还具有动量，A错误；气体的压强是由大量分子对器壁的碰撞而产生的，它包含两方面的原因：分子每秒对器壁单位面积平均碰撞次数和每一次的平均撞击力．气体的温度降低时，分子的平均动能减小，所以，在压强不变时，分子每秒对器壁单位面积平均碰撞次数随着温度降低而增加，B错误；分子力是短程力，分子之间是存在作用力，但是分子间距离超过分子直径10倍时，分子间作用力几乎不存在了，C错误；组成原子核的核子的总质量大于该原子核的质量，这个现象是质量亏损，D正确．
4．B
【解析】
爱因斯坦的“光子说”认为光是一份一份的不连续的它并不否定光的波动性，而牛顿的“微粒说”与波动说是对立的，因此A不对
由爱因斯坦的“光子说”中光子的能量；可知波长越长，光子的能量越小，因此B正确．
某一单色光，波长恒定，光子的能量也是恒定的，因此C不对
大量光子表现为波动性，而少数光子才表现为粒子性，因此D不对．
5．D
【解析】由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光的一切现象，只能认为光具有波粒二象性，选项D正确，A错误； 光的干涉，衍射现象证明光具有波动性，光电效应现象证明光具有粒子性，选项B错误；单个光子即具有粒子性也具有波动性，只是大量的光子波动性比较明显，个别光子粒子性比较明显，故C错误；故选D.
点睛：光的波粒二象性是指光波同时具有波和粒子的双重性质，但有时表现为波动性，有时表现为粒子性．个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性．
6．D
【解析】光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，选项A错误；发生光电效应与光强和照射的时间无关，选项B错误； 金属内部的电子要想成为光电子必须要吸收大于逸出功的能量，选项C错误； 任何一种金属都有一个极限频率，低于这个频率的光不能使它发生光电效应，选项D正确；故选D.
7．D
【解析】根据光电效应方程知，Ekm=hv-W0，知光电子的最大初动能与入射光的频率有关，频率越高，光电子的最大初动能越大，与入射光的强度以及加速电压无关．故D正确，A、B、C错误．故选D．
【点睛】解决本题的关键掌握光电效应方程，知道最大初动能与什么因素有关．
8．D
【解析】核力属于短程力，距离大到一定程度就变为零，因此并非核力总是大于库仑力，故A错误．β衰变的实质是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，电子不是原子核的组成部分，故B错误．质能方程告诉了我们质量和能量之间的关系，但是并非指质量可以转化为能量，故C错误．普朗克曾经大胆假设：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值?的整数倍，这个不可再分的最小能量值?叫做能量子，故D正确．故选D．
点睛：本题考查了原子物理中的基本概念，对于这些基本概念要熟练掌握并正确应用，同时注意平时的多加记忆，注意β衰变释放的电子来自原子核，不是核外电子，但是电子不是原子核的组成部分．
9．D
【解析】试题分析：发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，与入射光的强度无关，所以A错误，
紫外线的频率比红光的大，换用红外线照射仍不能发生光电效应，故B错误；发生光电效应与光照射的时间无关，故延长紫外线照射时间也不能发生光电效应，故C错误；当用极限波长较大的金属，则极限频率变小，导致逸出功减小，可能使入射光的频率大于极限频率，故D正确．故选：D
考点：光电效应
10．AD
【解析】光电效应说明光具有粒子性．故A正确．光电效应与光的照射时间无关，知铝箔张角大小与光照时间无关．故B错误．若改用激光器发出的红光照射锌板，不一定能使锌板发生光电效应，故其夹角不一定会变得更大．故C错误．弧光灯照射锌板发生光电效应现象，电子从锌板上飞出，锌板带上正电，铝箔张角变大，说明其原来带正电．故D正确．故选AD．
11．ACD
【解析】根据光电效应方程Ekm=hv-W0知，入射光的频率不变，则逸出的光电子最大初动能不变，故A正确；物质波的假设通过电子的衍射证实是正确的，故B错误；在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此光子散射后波长变长，故C正确；速度相等的电子和质子，电子的动量小；根据物质波的波长公式： 可知，电子的波长长；故D正确。所以ACD正确，B错误。
12．AC
【解析】
试题分析：比结合能小的原子核结合成或分解成比结合能大的原子核时有质量亏损，释放核能．故A正确．
一定强度的入射光照射某金属发生光电效应时，入射光的频率越高，单个光子的能量值越大，光子的个数越少，单位时间内逸出的光电子数就越少．故B错误．根据玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，电子从高轨道跃迁到低轨道，电子与原子核之间的距离变小，库仑力做正功，氢原子的电势能减小；电子与原子核之间的距离变小，由库仑力提供向心力可得，核外电子的运动速度增大．故C正确；三种射线中，α射线电离本领最大，贯穿本领最小，普通一张白纸就可挡住．故D错误．故选AC
考点：比结合能；光电效应；波尔理论；三种射线
13．ABD
【解析】n=3和n=2间的能级差小于n=2和n=1间的能级差，则氢原子从能级3跃迁到能级2辐射出的光子频率小于从能级2跃迁到能级1辐射出的光子频率，则氢原子从能级3跃迁到能级2辐射出的光子的波长大于从能级2跃迁到能级1辐射出的光子的波长，故A正确．根据光电效应方程 可知，在光电效应实验中，用同种频率的光照射不同的金属表面，从金属表面逸出的光电子的最大初动能Ek越大，则这种金属的逸出功W0越小，选项B正确； α射线、β射线不是电磁波，只有γ射线是电磁波，选项C错误； 铀核 衰变为铅核 的过程中，要经过次α衰变；β衰变次数为：次，选项D正确；故选ABD.
14．ABC
【解析】
【分析】
【详解】
AB.根据光电效应方程Ekm＝hν－W0和eUc＝Ekm得，单色光的频率相同，金属的逸出功不同，则光电子的最大初动能不同，遏止电压也不同，选项A、B正确；
C.虽然光的频率相同，但光强不确定，所以单位时间逸出的光电子数可能相同，而饱和光电流也可能相同，C正确；
D.因为 ，知Uc－ν图线的斜率为 ，即只与h和e有关，为常数，D错误.
15．W0=3eV
【解析】
【详解】
根据光电效应方程得，，代入数据解得：．
16．
【解析】
【分析】
根据玻尔理论和爱因斯坦光电效应方程，研究该金属的截止频率和产生光电子最大初动能的最大值。
【详解】
根据玻尔理论得到，E3-E1=hγ，解得γ=2.9×1015Hz；
从n=4向n=1跃迁所放出的光子照射金属产生光电子最大初动能最大
根据爱因斯坦光电方程：Ek=（E4-E1）-（E3-E1）
解得：Ek=0.66eV；
【点睛】
本题主要考查了爱因斯坦光电方程，属于基础题。
17．(1)；(2)
【解析】
【详解】
①逸出功
②由光电效应方程
代入得
18．(1)6种　(2)能　(3)10.46 eV
【解析】 (1)由于发光管里装有大量处于能级的氢原子，则其能发出不同能量光子的数目种。)
(2)金属钠的逸出功为

其中， ，
， 都大于逸出功，所以一定能发生光电效应(算出其中一组数据并进行比较，就可以给全分)。
(3)发光管照射金属钠所发射的光电子的最大初动能应为从能级的氢原子跃迁至能级发出的，则。
点睛：对于可能放出光子的组合，掌握光电效应发生条件，理解光电效应方程的应用，注意电子跃迁时，释放能量的计算及单位的转换。