山东省寿光中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：波与粒子 单元测试题（含解析）

波与粒子
1．在物理学中，没有比光更令人惊奇的了，关于光的产生、本质和应用，下列说法正确的是______
A．光是一份一份的，每一份叫做光子，每一个光子的能量是h，光子打在金属板上，可能发生光电效应
B．光子被U吸收，U会裂变，发生链式反应，产生核能
C．当大批氢原子从n=4能级跃迁到n=1能级时，氢原子会产生3种频率的光子
D．光子是较轻的粒子，与H和H结合能发生聚变反应，吸收能量
2．下列说法正确的是( )
A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子释放的能量
B．一重原子核衰变成粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能
C．核子结合成原子核时会出现质量亏损，亏损的质量转化为释放的能量
D．只有入射光的波长大于金属的极限波长时，光电效应才能产生
3．下列说法正确的是（ ）
A．α粒子散射实验说明原子核内部具有复杂的结构
B．β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的
C．根据玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，氢原子的电势能增大，核外电子的运动动　能减小
D．对于任何一种金属都存在一个极限频率，入射光的频率必须不低于这个极限频率，才能产生光电效应
4．下列说法正确的是（　　）
A．随着温度的升高，黑体辐射各种波长的强度都有所减小
B．放射性元素有半衰期，半衰期不会随温度的升高而发生改变，但对某个特定的原子核，我们并不会知道它何时将发生衰变
C．γ射线一般伴随着α或β衰变产生，在α、β、γ这三种射线中，α射线的穿透能力最强，γ射线电离能力最强
D．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定小于原来重核的结合能，且衰变过程一定伴随质量亏损
5．下列关于物理发展进程中重要事件的描述正确的是（ ）
A．物质波是概率波而机械波不是概率波
B．原子核越大，它的结合能越高，原子核中核子结合得越牢固
C．库仑发现了点电荷的相互作用规律；汤姆孙通过实验测定了元电荷的数值
D．衰变中的电子实质上是基态电子吸收能量后电离成的自由电子
6．下列说法正确的是(　　)
A．核反应方程 92238U→ 90234U＋24He属于裂变
B．爱因斯坦提出了光子学说，成功解释了光电效应现象
C．β衰变中产生的β射线是原子核外电子挣脱原子核束缚后形成的
D．升高放射性物质的温度，可缩短其半衰期
7．下列说法正确的是
A．氢原子光谱是一些分立的明线光谱，这很好地说明了原子中存在原子核，电子绕核高速运动
B．用波长为λ的光照射某金属表面能发生光电效应，则用波长为2λ的光照射该金属表面，逸出的光电子的最大初动能将更大
C．利用β射线的穿透能力较强的特点，可以用来检查几厘米厚的钢板中是否存在缺陷
D．在核反应堆中，为了使快中子减速，可以在铀棒周围用普通水作为减速剂
8．在研究光电效应的实验中，用两束强度不同的绿光和 一束紫光分别照射光电管的阴极，测得如图所示的光 电流与电压的关系图象．下列判断正确的是
A．图线a、c是两束绿光所对应的实验图线，其中a光的强度大
B．图线b、c是两束绿光所对应的实验图线，其中b光的强度大
C．用a光照射光电管所得光电子的动能一定比用b光照射光电管所得光电子的动能大
D．当用a光照射光电管时，所得光电子的动能一定等于eUC1
9．下列说法正确的是
A．法拉第经过十余年的不懈研究，发现了电磁感应现象及其遵循的规律—法拉第电磁感应定律 .
B．光电效现象和康普顿效应都表明光具有粒子性
C．玻尔将量子观念引入原子领域，其理论能够解释所有原子光谱的特征
D．居里夫妇发现了天然放射现象，天然放射现象表明原子核具有复杂的结构
10．下列各图象与实际不相符的是________
A． B．
C． D．
11．一群基态氢原子吸收某种波长的光后，可以发出三种波长的光，这三种光的波长关系为λ3＞λ2＞λ1，已知某金属的极限波长为λ2，则下列说法正确的是(　　)
A．该金属的逸出功为hλ2
B．波长为λ3的光一定可以使该金属发生光电效应
C．基态氢原子吸收的光子的波长为λ1
D．若用波长为λ4的光照射该金属且能发生光电效应，则发生光电效应的光电子的最大初动能为hc
12．下列说法中正确的是 （　　）
A．α粒子散射实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据
B．光电效应和康普顿效应深入揭示了光的粒子性，前者表明光子具有能量，后者表明光子除了具有能量外还具有动量
C．根据玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，氢原子的电势能增大，核外电子的运动速度减小．
D．正负电子对湮灭技术是一项较新的核物理技术．一对正负电子对湮灭后生成光子的事实说
13．在如图一所示的光电管的实验中（电源正负极可以对调），用同一光电管得到了三条可见光的光电流与电压之间的关系曲线（图二中的甲光、乙光、丙光）．下列说法中正确的有（　　）
A．只要电流表中有电流通过，光电管中就发生了光电效应
B．同一光电管对不同颜色的单色光的极限频率（截止频率）与入射光有关
C．（图一中）电流表G的电流方向可以是a流向b、也可以是b流向a
D．（图二中）由于甲光和乙光有共同的Uc2，可以确定甲光和乙光是同一种色光
14．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 (　　)[来
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
15．如图所示,当双刀双掷开关空置时,若用一平行单色光照射光电管阴极K,发生了光电效应,现将双刀双掷电键拨向bb′,用同样的光照射光电管,并使变阻器的片P自左向右移动,当电压表示数为3.1V时,电路中的电流恰为零,若将电键拨向aa′并移动变阻器的滑片P,使电压表示数变为4.5V,求电子到达A极的最大动能．
16．在光电效应实验中，某金属的截止频率相应的波长为λ0，求：
（1）该金属的逸出功为多少？
（2）若用波长为λ（λ＜λ0）的单色光做该实验，求其遏止电压的表达式．（已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h．）
17．某光电管用金属钠作为阴极金属，已知金属钠的逸出功为2.29 eV，现用波长为300 nm的光照射金属钠表面，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，真空中的光速c＝3.0×108m/s, 电子电荷量e＝1.6×10－19 C,1 nm＝10－9 m，求：
（1）金属钠的截止频率
（2）光电子的最大初动能
（3）该光电管的遏止电压．(结果均保留两位有效数字)
18．波长为λ＝0．17 μm的紫外线照射至金属圆筒上使其发射光电子，光电子在磁感应强度为B的匀强磁场中，做最大半径为r的匀速圆周运动时，已知r·B＝5．6×10－6 T·m，光电子的质量m＝9．1×10－31 kg，电荷量e＝1．6×10－19 C，求：
（1）每个光电子的能量；
（2）金属筒的逸出功．
参考答案
1．A
【解析】试题分析：光子说：光是一份一份的，每一份叫做光子，每一个光子的能量是，当入射光的频率大于金属的极限频率时，才会发生光电效应；链式反应与聚变反应都有条件，且反应会释放大量核能．
光是一份一份的，每一份叫做光子，每一个光子的能量是，光子打在金属板上，可能发生光电效应，故A正确； 受中子轰击时才会发生裂变，故B错误；当大批氢原子从n=4能级跃迁到n=1能级时，根据，所以氢原子会产生6种频率的光子，C错误；光子是较轻的粒子，与和结合能发生聚变反应，放出能量，故D错误．
2．B
【解析】原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，故A错误；重核的比结合能比中等核小，因此重核衰变时释放能量，衰变产物的结合能之和大于原来重核的结合能，故B正确；质量亏损只是表明了亏损的质量与释放的能量关系，而不是将亏损质量转化为释放的能量，故C错误； 只有入射光的波长小于金属的极限波长时，光电效应才能产生，选项D错误；故选B.
点睛：比结合能：原子核结合能对其中所有核子的平均值，亦即若把原子核全部拆成自由核子，平均对每个核子所要添加的能量．用于表示原子核结合松紧程度．
结合能：两个或几个自由状态的粒子结合在一起时释放的能量．自由原子结合为分子时放出的能量叫做化学结合能，分散的核子组成原子核时放出的能量叫做原子核结合能.
3．D
【解析】A、卢瑟福通过α粒子散射实验建立了原子核式结构模型，A错误；
B、β衰变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，B错误；
C、氢原子辐射出一个光子后，能量减小，轨道半径减小，动能增大，则电势能减小，C错误；
D、对于任何一种金属都存在一个极限频率，入射光的频率必须等于或高于这个极限频率，才能产生光电效应，D正确。
故选D。
4．B
【解析】随着温度的降低，黑体辐射各种波长的强度都有所减小，选项A错误； 放射性元素有半衰期，半衰期不会随温度的升高而发生改变，但对某个特定的原子核，我们并不会知道它何时将发生衰变，选项B正确；γ射线一般伴随着α或β衰变产生，在α、β、γ这三种射线中，α射线的穿透能力最弱，γ射线电离能力最弱，选项C错误；一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，要释放能量，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，故D错误．故选B.
5．A
【解析】物质波又称德布罗意波，是一种概率波，指空间中某点某时刻可能出现的几率，其中概率的大小受波动规律的支配．与机械波是不同的概念，A正确；比结合能是原子核结合能对其中所有核子的平均值，亦即若把原子核全部拆成自由核子，平均对每个核子所要添加的能量．用于表示原子核结合松紧程度． 结合能是两个或几个自由状态的粒子结合在一起时释放的能量，当比结合能越大，原子核中的核子结合的越牢固，原子核越稳定，B错误；库仑发现了点电荷的相互作用规律，密立根测定了元电荷的数值，C错误； 衰变中产生的射线实际上是原子核内的中子转化为质子同时释放出电子，故D错误；
6．B
【解析】属于衰变，A错误；爱因斯坦提出了光子学说，成功解释了光电效应现象，B正确； 衰变中产生的射线不是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成，实际上是原子核中的中子转化而来的，故C错误；半衰期由原子核自身内部的结构决定的，升高放射性物质的温度，不可缩短其半衰期，故D错误．
7．D
【解析】
A．氢原子光谱是一些分立的明线光谱，这说明了氢原子的能级是分立的，选项A错误；
B．根据，得：；由此可见随着光的波长的增大，光子的能量在减小，波长为λ的光可以发生光电效应，．当改用波长为2λ的光照射该金属表面，则不一定大于零，即不一定能使该金属发生光电效应，选项B错误；
C．β射线是电子流，比并不能用来检查钢板中是否存在缺陷．利用穿透能力较强的特点，进行工业探伤的是γ射线，选项C错误；
D．在核反应堆中，为了控制反应速率，需要使快中子减速，通常采用的办法是在铀棒周围用普通水作为减速剂，选项D正确；
8．A
【解析】
遏制电压与入射光的频率有关，而饱和光电流随入射光的强度的增大而增大，选项A正确，B错误；遏制电压对应着光电子的“最大初动能”，并非每个光电子的动能均相同，选项D错误；b光对应的遏制电压较大，频率较大，故用a光照射光电管所得光电子的动能一定比用b光照射光电管所得光电子的动能小，选项C错误；故选A.
9．B
【解析】法拉第发现了电磁感应现象，纽曼和韦柏先后总结出了法拉第电磁感应定律，选项A错误； 光电效现象和康普顿效应都表明光具有粒子性，选项B正确； 玻尔将量子观念引入原子领域，其理论只能够解释氢原子光谱的特征，选项C错误；贝克勒尔发现了天然放射性现象，说明原子核有复杂的结构，故D错误；故选B.
10．AB
【解析】黑体辐射的强度，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加且极大值向波长较短的方向移动，故A错误；B图中因为α粒子带正电，故在向外的磁场中向右偏转，故B图不正确；光强越强，则饱和光电流越大，故图像C正确；根据α粒子散射实验的结论可知，图像D正确；故图象与实际不相符的是AB.
点睛：α散射实验中，大多少α粒子没有发生偏转，少数发生较大角度偏转，极少数α粒子发生大角度偏转；温度越高，黑体辐射强度的极大值对应的光波波长越短；知道三种射线的特性．
11．CD
【解析】金属的极限波长为λ2，则该金属的逸出功为，选项A错误；因λ3＞λ2，则，则波长为λ3的光不可以使该金属发生光电效应，选项B错误；因三种光的波长关系为λ3＞λ2＞λ1，则频率最大的是波长最短的λ1，则基态氢原子吸收的光子的波长为λ1，选项C正确；若用波长为λ4的光照射该金属且能发生光电效应，则 ,解得发生光电效应的光电子的最大初动能为，选项D正确；故选CD.
12．AB
【解析】粒子散射实验是卢瑟福原子核式结构学说的实验基础；光电效应和康普顿效应都揭示了光的粒子性；根据玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，根据电场力做功，分析电子的电势能和动能的变化；质量守恒定律是自然界的普遍规律；放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间叫半衰期；
A、卢瑟福根据粒子散射实验中少数粒子发生大角度偏转，从而提出了原子核式结构模型，故A正确；
B、光电效应和康普顿效应都揭示了光的粒子性，前者表明光子具有能量，后者表明光子除了具有能量外，还具有动量，故B正确；
C、根据玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，总能量减小，电子的轨道半径减小，电场力对电子做正功，其电势能减小，动能增大，则速度增大，故C错误；
D、一对正负电子对湮灭后生成光子，根据爱因斯坦质能方程可知，光子有与能量相对应的质量，所以这个过程仍遵守质量守恒定律，故D错误；
13．AD
【解析】由图可知，只有电流表有电流，则有光电子通过电流表，因此一定会发生光电效应；故A正确．同一金属，截止频率是相同的．故B错误．由光电管结构可知，光电子由右向左，则电流是从左向右，即a流向b，故C错误；根据，入射光的频率越高，对应的截止电压U截越大．甲光、乙光的截止电压相等，所以甲光、乙光的频率相等，即为同种光，故D正确．故选AD.
14．BD
【解析】若换用波长为λ1（λ1＞λ0）的光的频率有可能大于极限频率，电路中可能有光电流，故A错误；若换用波长为λ2（λ2＜λ0）的光的频率一定大于极限频率，电路中一定有光电流，故B正确；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；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，甚至没有电流，故D正确。所以BD正确，AC错误。
15．7.6eV
【解析】
双刀双掷电键拨向bb′时，该装置所加的电压为反向电压，当电压表的示数为3.1V时，电流表示数为0，知道最大初动能EKm=3.1eV．将电键拨向aa′该装置所加的电压为正向电压，电子到达A极的最大动能为4.5eV+3.1eV=7.6eV.
16．（1）（2）
【解析】
【分析】
【详解】
（1）设金属的截止频率为，则该金属的逸出功
；
（2）对光电子，由光电效应方程得
解得
．
17．（1）5.5×1014 Hz（2）3.0×10－19 J （3）1.9 V
【解析】（1）根据逸出功W0＝hν0，得截止频率：ν0＝ Hz＝5.5×1014 Hz
（2）根据光电效应方程：Ek＝hν－W0＝－W0＝3.0×10－19 J
（3）光电子动能减小到0时，反向电压即遏止电压，根据动能定理：eU＝Ek，
代入数据得：U＝1.9 V
18．（1）4．41×10－19 J （2）7．29×10－19 J
【解析】（1）光电子做匀速圆周运动时，在垂直磁场之间的平面内运动，它的动能即最大动能．
由向心力公式eBv＝
得v＝
所以mv2＝m（）2＝
＝ J
＝4．41×10－19 J．
（2）由爱因斯坦光电效应方程
Ek＝hν－W0
得W0＝hν－mv2
W0＝－mv2，
代入数据得W0＝7．29×10－19 J．