济南济北中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：波与粒子 单元测试（含解析）

波与粒子
1．图为玻尔提出的氢原子能级图，可见光光子的能量在1.61 eV~3.10 eV范围内．现有一个装有大量处于第四能级氢原子的发光管，利用该发光管的光线照射金属钠表面．已知金属钠的逸出功为2.29 eV，则下面结论正确的是
A．发光管能发出5种频率的光子
B．发光管能发出2种频率的可见光
C．发光管发出的所有光子均能使金属钠发生光电效应
D．金属钠所发射的光电子的最大初动能为12.75 eV
2．用波长为和的单色光A和B分别照射两种金属C和D的表面。单色光A照射两种金属时都能产生光电效应现象；单色光B照射时，只能使金属C产生光电效应现象，不能使D产生光电效应现象。设两种金属的逸出功分别为和，则下列选项正确的是
A．＞,＞ B．＞,＜
C．＜,＞ D．＜,＜
3．用一束绿光照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措施是
A．改用红光照射
B．改用紫光照射
C．改用强度更大的绿光照射
D．延长绿光的照射时间
4．入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，下列说法中正确的是(　　)
A．有可能不发生光电效应
B．从光照射到金属表面上至发射出光电子之间的时间间隔将明显增加
C．逸出的光电子的最大初动能将减小
D．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少
5．在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用．下列说法与历史事实不符的是（）
A．密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值
B．康普顿效应表明光子只具有能量，不具有动量
C．居里夫妇从沥青铀矿中分离出钋（Po）和镭（Ra）两种新元素
D．爱因斯坦在光电效应的基础上，提出了光子说
6．如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等，则它们下列哪个物理量也相等()
A．速度 B．动能 C．动量 D．总能量
7．当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，这时（ ）
A．锌板带负电 B．有正离子从锌板逸出
C．有电子从锌板逸出 D．锌板会吸附空气中的正离子
8．物理学重视逻辑，崇尚理性，其理论总是建立在对事实观察的基础上．下列说法正确的是：( )
A．爱因斯坦在光的粒子性的基础上，建立了光电效应方程
B．天然放射现象说明原子内部是有结构的
C．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的枣糕式结构模型
D．汤姆逊通过油滴实验测出了基本电荷的数值
9．在光电效应实验中，两个实验小组分别在各自的实验室，约定用相同频率的单色光，分别照射锌和银的表面，结果都能发生光电效应，如图甲，并记录相关数据．对于这两组实验，下列判断正确的是(　　)
A．饱和光电流一定不同
B．因为材料不同逸出功不同，所以遏止电压Uc不同
C．分别用不同频率的光照射之后绘制Uc～ν图象(ν为照射光频率，图乙为其中一小组绘制的图象)，图象的斜率可能不同
D．因为光强不确定，所以单位时间逸出的光电子数可能相同
10．奥地利的一个科学家团队成功地在两个单光子之间建立起强大的相互作用，据科学家介绍：两个相互作用的光子同时到达显示出与单个光子完全不同的行为，该项成果对信息技术发展可能有革命性的意义．我们通过学习也了解光子的初步知识，下列有关光子现象以及相关说法中正确的有（ ）
A．如果用紫光照射某种金属可以发生光电效应，改用红光照射就一定不能发生光电效应
B．大量光子产生的效果往往显示出波动性
C．根据玻尔理论，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能增大，电势能减小
D．一个处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时最多可以释放3个不同频率的光子
11．用某种频率的光照射锌板时，与锌板相连的静电计的指针张开了一定角度．下列说法正确的是（）
A．锌板带负电
B．验电器的金属球带正电
C．用波长更长的入射光照射锌板，验电器的指针也会张开
D．用频率更高的入射光照射锌板，验电器的指针也会张开
12．如图为演示光电效应的装置，闭合开关S，当用某种频率的光照射光电管时，电流表A有示数，则下列说法中正确的是（ ）
A．断开开关S，则电流表示数为零
B．将滑动变阻器的滑片c向a端移动，电流表的示数减小
C．换用频率更高的光照射光电管，并将电源反接，电流表的示数一定增大
D．增大照射光电管的光照强度，同时将滑动变阻器的滑片c向a端移动，电流表的示数一定增大
13．下列说法中不正确的是（）
A．泊松亮斑是光的衍射现象
B．光的偏振现象说明光是一种纵波
C．康普顿效应进一步证实了光的粒子性
D．干涉法检查被检测平面的平整度应用了光的双缝干涉原理
14．下列说法正确的是：（ ）
A．原子核的结合能越大，其原子核越稳定
B．德布罗意认为电子具有波动性，且其波长与它的动量成反比
C．铀 235 与铀 238 原子核内的中子数不同，因而有不同的半衰期
D．某原子核经过一次α衰变和两次β衰变后，核内中子数减少 4 个
15．如图所示为氢原子能级图，试回答下列问题：
(1)一群处于n＝4能级的氢原子跃迁后可能辐射出几种频率的光子？
(2)通过计算判断：氢原子从n＝4跃迁到n＝2时辐射出的光子，能否使金属铯发生光电效应？若能，则产生的光电子的初动能是否可能为0.48 eV？(已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，金属铯的极限频率为4.55×1014 Hz)
16．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）光电子的最大初动能
（2）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．
17．某金属在光的照射下发生光电效应，光电子的最大初动能与入射光频率v的关系如图所示，试求：
普朗克常量用图中字母表示；
入射光的频率为时，产生的光电子的最大处动能．
18．紫光在真空中的波长为?m，问：
紫光光子的能量是多少？
用它照射极限频率为?Hz的金属钾能否产生光电效应？
若能产生，则光电子的最大初动能为多少？?
参考答案
1．B
【解析】
试题分析：分别计算出从高轨道向低轨道跃迁时释放出的能量，介于1.61eV～3.10eV范围内为可见光，大于2.29eV的能使得金属钠发生光电效应．
从n=4到n=3能级释放的光子能量为，从n=4到n=2能级释放的光子的能量为，从n=4到n=1能级释放的光子的能量为，从n=3到n=2能级释放的光子的能量为，从n=3到n=1能级释放的光子的能量为，从n=2到n=1能级释放的光子的能量为，故其中光子能量介于1.61eV～3.10eV之间的有两种光子，发光管能发出2种频率的可见光，光子能量大于钠的逸出功的有四种，所以不是每个发光管发出的光子都能使得钠发生光电效应，AC错误B正确；金属钠所发射的光电子的最大初动能为，D正确．
2．D
【解析】单色光A照射两种金属时都能产生光电效应现象；单色光B照射时，只能使金属C产生光电效应现象，根据光电效应条件知，单色光A的频率大于单色光B的频率，则λ1＜λ2；单色光B照射时，只能使金属C产生光电效应现象，不能使金属D产生光电效应现象．知金属C的逸出功小于金属D的逸出功，即WC＜WD．故D正确，ABC错误．故选D．
点睛：解决本题的关键掌握光电效应的条件．即入射光的频率大于金属的极限频率，以及知道光子频率越大，波长越小．基础题目．
3．B
【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．能否发生光电效应与入射光的强度和照射时间无关．
用一束绿光照射某金属时不能产生光电效应，知绿光的频率小于金属的极限频率，要能发生光电效应，需改用频率更大的紫光照射，即可能发生，对于红光的频率小于绿光，更不能发生，故A错误B正确；而能否发生光电效应与入射光的强度和照射时间无关，CD错误．
4．D
【解析】入射光的频率不变，则仍然能发生光电效应，故A错误。光的强弱影响的是单位时间内发出光电子的数目，不影响发射出光电子的时间间隔，故B错误，D正确．根据光电效应方程知，EKM=hγ-W0知，入射光的频率不变，则最大初动能不变，故C错误。所以D正确，ABC错误。
5．B
【解析】
密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值，A正确，不符合题意；康普顿效应表明光子不仅具有能量还具有动量，故B错误，符合题意；居里夫妇从沥青铀矿中分离出钋（Po）和镭（Ra）两种新元素，C正确，不符合题意；爱因斯坦在光电效应的基础上，提出了光子说，D正确，不符合题意
6．C
【解析】根据德布罗意波长公式，一个电子的德布罗意波长和一个中子的波长相等，则动量P亦相等， C正确；
7．C
【解析】试题分析：紫外线照射锌板，发生光电效应，此时锌板中有电子逸出，锌板失去电子带正电．故C正确，
考点：考查了光电效应
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8．A
【解析】A、爱因斯坦在量子理论的基础上，提出了光子假说并建立了光电效应方程，光电效应现象以及康普顿效应说明光具有粒子性，所以说爱因斯坦在光的粒子性的基础上，建立了光电效应方程，故A正确；
B、贝克勒尔发现的天然放射性现象，天然放射性现象说明原子核有复杂结构．故B错误；
C、卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子核式结构模型，故C错误；
D、密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值为，选项D错误。
点睛：本题考查对光电效应的理解以及物理学史，是常识性问题，对于物理学上重大发现、发明、著名理论要加强记忆，这也是考试内容之一。
9．BD
【解析】
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，而饱和光电流不一定相同．故A错误D正确；根据光电效应方程和得出，相同频率，不同逸出功，则遏止电压也不同，故B正确；因为，知图线的斜率等于，从图象上可以得出斜率的大小，已知电子电量，可以求出斜率与普朗克常量有关，故C错误．
10．BC
【解析】用紫光照射某种金属可以发生光电效应，可知紫光的频率大于金属的极限频率，红光的频率小于紫光的频率，用红光照射不一定能产生光电效应，故A错误．大量光子波动性比较明显，故B正确．氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，电子的轨道半径减小，根据知，电子动能增大，由于能量减小，则电势能减小，故C正确．一个处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时最多可以释放2个不同频率的光子，分别为n=3跃迁到n=2、n=2跃迁到n=1，故D错误．故选BC.
点睛：本题考查了光电效应、波粒二象性、能级、康普顿效应等基础知识点，关键要熟悉教材，牢记这些基础知识点，注意D选项中是一个氢原子，不是大量的氢原子．
11．BD
【解析】
【详解】
AB．验电器的铝箔张开一个角度，说明可见光照射到锌板，有光电子出来，能使锌板带正电，所以验电器指针带正电，故A错误，B正确；
CD．当入射光的频率大于极限频率时，可以发生光电效应，故该光的频率大于极限频率，所以用频率更高的入射光射光照射锌板，验电器的指针也会张开，但由于波长越长，频率越小，所以改用波长较长的入射光照射时，其频率小于该光的频率，不一定会大于极限频率，故不一定能发生光电效应现象，即验电器的指针不一定会张开，故C错误，D正确。
12．BC
【解析】试题分析：根据是否发生光电效应判断断开开关时，电流表示数是否为零；根据单位时间内到达另一端的电子数目判断电流表示数的变化，光强会影响单位时间内发出光电子数目，通过所加的电压为正向电压还是反向电压分析判断．
当开关S断开时，有光电子飞出到达另一端，则电流表示数不为零，A错误；由图可知，光电管两端所加的电压为反向电压，将滑动变阻器的滑片c向a端移动，反向电压增大，到达另一端的电子数目变少，则电流表的示数减小，B正确；换用频率更高的光照射光电管，则光电子的最大初动能增大，将电源反接，即加正向电压，单位时间内到达另一端的电子数目变多，则电流表德尔示数可能增大，C正确；增大照射光电管的光照强度，单位时间内发出的光电子数目增多，由于反向电压增大，单位时间内到达另一端电子数目不一定增多，则电流表示数不一定增大，D错误．
13．BD
【解析】泊松亮斑是光的圆板衍射现象，A正确；光的偏振现象说明光是一种横波，B错误；康普顿效应进一步证实了光的粒子性，C正确；干涉法检查被检测平面的平整度应用了光薄膜干涉的原理，D错误．
14．BCD
【解析】A、比结合能的大小反映原子核的稳定程度，比结合能越大的原子核越稳定，故A错误；
B、德布罗意认为电子也有波动性，且电子的波长与它的动量成反比，故B正确；
C、原子核的半衰期与原子核内部因素决定，与所处的物理环境和化学状态无关，铀235与铀238原子核内的中子数不同，因而有不同的半衰期，故C正确；
D、某原子核经过一次衰变，电荷数减小2，质量数减小4，一次衰变后电荷数增加1，质量数不变，所以经过一次衰变和两次衰变后，质量数减小4，电荷数不变．所以核内中子数减少4个，故D正确。
点睛：本题考查物理学史，是常识性问题，对于物理学上重大发现、发明、著名理论要加强记忆，这也是考试内容之一。
15．（1）6种（2）
【解析】（1）根据C42=6知，最多可能辐射出6种频率的光子．
（2）由氢原子能级图可知，从能级n=4跃迁到n=2，辐射出的光子中，能量最大值为：
E=E4-E2=-0.85-（-3.4）V=2.55eV，
金属铯的逸出功W=hν=6.63×10-34×4.55×1014J≈3.02×10-19J≈1.89eV．
因为E＞W，所以可以发生光电效应．
由爱因斯坦光电效应方程得：Ekm=E-W，
可知产生的光电子的最大初动能Ekm=2.55-1.89eV=0.66eV，
因为光电子的最大初动能大于0.48eV，所以可以产生0.48eV的光电子．
点睛：本题考查了能级与光电效应的综合运用，知道释放的光子能量等于两能级间的能级差，以及知道发生光电效应的条件.
16．（1） (2)
【解析】
【分析】当光电子以最大初动能逸出，且方向垂直与B板，所需的时间最短，结合动能定理求出到达A板时的动能；
解：(1)当光电子以最大初动能逸出，且方向垂直与B板，所需的时间最短，
根据光电效应方程得,最大初动能为： ；
(2)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B板的电子，设到达A板的动能为EKA；根据动能定理得：，则到达A板的动能为：．
17．(1) (2)
【解析】
【详解】
①由光电效应方程EK=hv-W0，结合图象可知金属的逸出功W0=E，而极限频率为νc，所以hvc-W0=0，
解得：h=
②由光电效应方程：Ek′＝h×3vc?W0＝2E
【点睛】
解决本题的关键掌握光电效应方程EK=hv-W0，知道最大初动能与入射光频率的关系．结合图线的斜率和截距进行分析．
18．(1) (2)能产生光电效应 (3)
【解析】
【分析】
根据波长与波速的关系式求光子的能量；当入射光频率大于极限频率时发生光电效应；根据光电子最大初动能公式求动能．
【详解】
（1）
E=hν=h== 4.42×10-19?J
（2）
ν==6.67×1014?Hz
因为ν＞ν0，所以能产生光电效应．
（3）
Ekm=hν-W0=h（ν-ν0）=1.36×10-19?J．