山东省古交市第二高级中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：波与粒子 章末复习题（含解析）

波与粒子
阅读下列材料，回答下列小题
明代学者方以智在《阳燧倒影》中记载：“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必有一面五色”，表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象．如图所示，一束复色光通过三棱镜后分解成两束单色光a、b．
1．如果光束a是蓝光，则光束b可能
A．红光 B．黄光 C．绿光 D．紫光
2．已知入射角i=60°，b光在三棱镜中的折射角r=45°，该三棱镜对b光的折射率为
A． B． C． D．
3．某同学分别用a光和b光进行双缝干涉实验，实验装置完全相同．其中图7为b光的干涉条纹，则图所示的条纹中可能是a光的干涉条纹的是
A．B．C．D．
4．若用a、b光分别照射同一光电管都能发生光电效应，则
A．a光的光子能量大于b光的光子能量
B．用a光照射时光电子的最大初动能大于用b光照射时光电子的最大初动能
C．a光的遏止电压大于b光的遏止电压
D．a光的遏止电压小于b光的遏止电压
5．下列各组现象能说明光具有波粒二象性的是( )
A．光的色散和光的干涉 B．光的干涉和光的衍射
C．光的衍射和光电效应 D．光的反射和光电效应
6．下列说法正确的是
A．氢原子的发射光谱是连续光谱
B．比结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固
C．光子具有波粒二象性，其他的微观粒子不具有波粒二象性
D．氢核、中子和氘核的质量分别为m1、m2、m3，当氢核与中子结合为氘核时， 放出的能量为(m1＋m2－m3)c2
7．下列说法正确的有 ( )。
A．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子总能量增大
B．汤姆生发现电子，表明原子具有核式结构
C．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的光强太小
D．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应
8．一含有光电管的电路如下图甲所示，乙图是用a、b、c光照射光电管得到的I-U图线，Uc1、Uc2表示截止电压，下列说法正确的是(? ?)
A．甲图中光电管得到的电压为反向电压
B．a、b光的波长相等
C．a、c光的波长相等
D．a、c光的光强相等
9．下列说法中正确的是_______
A．发现天然放射现象的意义在于使人类认识到原子具有复杂的结构
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．原子核内的某一核子与其他核子间都有核力作用
D．氢原子的核外电子，在由离核较远的轨道自发跃迁到离核较近的轨道的过程中，放出光子，电子来动能增加，原子的电势能减小
E.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
10．下列说法中正确的是
A．α粒子散射实验证明了原子核还可以再分
B．天然放射现象的发现揭示了原子的核式结构
C．分别用X射线和紫光照射同一金属表面都能发生光电效应，则用X射线照射时光电子的最大初动能较大
D．基态氢原子吸收一个光子跃迁到激发态后，可能发射多种频率的光子
11．产生光电效应时，关于逸出光电子的最大初动能Ek，下列说法正确的是（ ）
A．对于同种金属，Ek与照射光的强度无关
B．对于同种金属，Ek与照射光的波长成反比
C．对于同种金属，Ek与光照射的时间成正比
D．对于同种金属，Ek与照射光的频率成线性关系
E.对于不同种金属，若照射光频率不变，Ek与金属的逸出功成线性关系
12．下列说法正确的是___________
A．光电效应揭示了光的粒子性，而康普顿效应揭示了光的波动性
B．高速运动的质子、中子和电子都具有波动性
C．卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子的核式结构学说
D．核反应方程：中的X为质子
E.一个氢原子处在n＝4的能级，由较高能级跃迁到较低能级时，最多可以发出3种频率的光
13．下列说法正确的是
A．为了解释光电效应现象，爱因斯坦建立了光子说，指出在光电效应现象中，光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系。
B．汤姆逊根据阴极射线在电场和在磁场中的偏转情况断定，阴极射线的本质是带负电的粒子流，并测出了这种粒子的比荷
C．按照波尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子的能量也减小了
D．已知中子、质子和氘核的质量分别为 、、，则氘核的比结合能为（c表示真空中的光速）
E. 放射性元素发生β衰变，新核的化学性质不变。
14．利用光电管研究光电效应实验如图所示，用频率为的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则 (　　)
A．用频率为的紫外光（＞）照射，电流表一定有电流通过
B．用频率为的红外光（＜）照射，电流表中一定无电流通过
C．用频率为的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头移到A端，电流表中一定无电流通过
D．用频率为的可见光照射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
15．在某次光电效应实验中，用波长为λ1的单色光照射金属板，能使金属板发出光电子，测得光电子的最大初动能为E1， 改用波长为λ2的单色光照射金属板，也能使金属板发出光电子，测得光电子的最大初动能为E2， 求该金属板的逸出功Wo和普朗克常量h．（已知真空中的光速为c）
16．金属铝的逸出功，现在用频率为入射光照射铝的表面，（普朗克常量为）求：
（1）光电子的最大初动能；
（2）遏止电压．
17．某同学采用如图所示的实验装置来研究光电效应现象当用某单色光照射光电管的阴极K时，会发生光电效应现象.闭合开关S，在阳极A和阴极K之间加上反向电压通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计中电流恰为零，此时电压表读数为U，这一电压称为遏止电压.现分别用频率为和的单色光照射阴极，测量到遏止电压分别为和，设电子电荷量为e.求：
(1)普朗克常量h；
(2)该阴极K金属的极限频率.
18．密立根实验的目的是:测量金属的遏止电压Uc与入射光频率γ 由此算出普朗克常数h.并与普朗克黑体辐射得到的相比较,以检验爱因斯坦方程的正确性.以下是某次实验中得到的某金属的Uc和γ的几组对应数据:
Uc/V 0.541 0.637 0.714 0.809 0.878
γ/1014Hz 5.644 5.888 6.098 6.303 6.501
下面已经根据上述数据作出了图象（为了作图方便，作图时两个坐标轴的交点并没有选择原点，请读图时注意）.请通过给出的图象求以下二小题.
（1）这种金属的截止频率.
（2）这种方法得到普朗克常量.?
参考答案
1．D
2．C
3．A
4．D
【解析】
此题综合考查了光的折射定律、光的色散、光的干涉以及光电效应等问题；首先应该从光路图中获取信息；光的折射率越大，频率越大，波长越短，据此分析各个选项.
1．由光路可知，b光的折射程度大于a光，则b光的频率大于a，如果光束a是蓝光，则光束b可能是紫光，故选D.
2．根据 ，可知b光的折射率：，故选C.
3．因b的波长小于a光的波长，则根据 可知，b光的条纹间距大于a光，因干涉条纹是平行等距的，则a光的干涉条纹是A图所示，故选A.
4．因a光的频率小于b光的频率，则a光的光子能量小于b光的光子能量，选项A错误；根据爱因斯坦光电效应方程可知，用a光照射时光电子的最大初动能小于用b光照射时光电子的最大初动能，选项B错误；根据可知，a光的遏止电压小于b光的遏止电压，选项C错误，正确；故乡D.
5．C
【解析】光的色散现象，说明太阳光是复色光；光的衍射和衍射是波特有的现象，说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性，光的反射说明光具有粒子性，故C正确．
6．D
【解析】 氢原子的发射光谱是明线光谱，不是连续光谱，选项A错误； 比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固，选项B错误； 光子具有波粒二象性，其他的微观粒子也具有波粒二象性，选项C错误； 氢核、中子和氘核的质量分别为m1、m2、m3，根据质能方程可知，当氢核与中子结合为氘核时， 放出的能量为(m1＋m2－m3)c2，选项D正确；故选D.
7．A
【解析】按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子的势能变大，原子总能量增大，选项A正确； 汤姆生发现电子，表明原子具有复杂结构，选项B错误； 一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的频率太小，选项C错误； 太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应，选项D错误；故选A.
8．C
【解析】如图可知，从金属出来的电子在电场力作用下，加速运动，则对应电压为正向电压，故A错误；光电流恰为零，此时光电管两端加的电压为截止电压，对应的光的频率为截止频率，可知，a、c光对应的截止频率小于b光的截止频率，根据eU截=mvm2=hγ-W，入射光的频率越高，对应的截止电压U截越大．a光、c光的截止电压相等，所以a光、c光的频率相等，则a、c光的波长相等；因b光的截止电压大于a光的截止电压，所以b光的频率大于a光的频率，则a光的波长大于b光的波长，故B错误，C正确；由图可知，a的饱和电流大于c的饱和电流，而光的频率相等，所以a光的光强大于c光的光强，故D错误；故选C．
点睛：解决本题的关键掌握截止电压、截止频率，以及理解光电效应方程eU截= mvm2=hγ，同时注意正向电压与反向电压的区别．
9．BDE
【解析】
试题分析：天然放射现象意义使人类认识到原子核具有复杂结构，所以A项错误；根据爱因斯坦光电效应方程，可知同种频率的光最大初动能越大逸出功越小，所以B项正确；原子核内的某一核子与其相邻的核子有核力作用，所以C项错误；核较远的轨道自发跃迁到离核较近的轨道的过程中，轨道半径减小，电子动能增大，原子电势能减小，所以D项正确；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，根据波长公式，动量减小，波长增大，所以E项正确．
10．CD
【解析】
A、α粒子散射实验提出原子核式结构，A错误；
B、天然放射现象的发现揭示了原子核的复杂结构，B错误；
C、X射线的频率大于绿光，当都能发生光电效应时，则用X射线照射时光电子的最大初动能较大，C正确；
D、当基态的氢原子吸收一个光子跃迁到激发态后，因不稳定，则会向基态跃迁，可能发射多种频率的光子，D正确；
故选CD．
11．ADE
【解析】
根据光电效应规律，对于同种金属，与照射光的强度无关，与光照射的时间无关，Ek与照射光的频率成线性关系，Ek与照射光的波长有关，但不是成反比，选项AD正确BC错误；对于不同种金属，若照射光频率不变，根据光电效应方程，，与金属的逸出功成线性关系，选项E正确．
12．BCE
【解析】
【详解】
A．光电效应和康普顿效应都揭示了光的粒子性，故A错误；
B．根据德布罗意波长可知，高速运动的质子、中子和电子都具有波动性，故B正确；
C．卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子的核式结构学说，故C正确；
D．核反应方程：中的X电荷数为0，质量数为1，则为中子，故D错误；
E．一个氢原子处在n＝4的能级，由较高能级跃迁到较低能级时，最多可以发出3种频率的光，即4→3，3→2，2→1共三种，故E正确。
故选BCE。
13．ABD
【解析】为了解释光电效应现象，爱因斯坦建立了光子说，根据可知光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系，A正确；汤姆逊根据阴极射线在电场和在磁场中的偏转情况断定，阴极射线的本质是带负电的粒子流，并测出了这种粒子的比荷，B正确；按照波尔理论的跃迁假说是原子从一种能级向另一种能级跃迁时，会吸收（或辐射）一定频率的光子；氢原子的核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，氢原子吸收光子，原子的总能量增大，根据知，动能减小，故C错误；原子核的结合能与核子数之比，称做比结合能，故氘核的比结合能为，D正确；原子核发生衰变后，新核的核电荷数发生了变化，故新核（新的物质）的化学性质理应发生改变，E错误．
14．AD
【解析】频率为可见光照射阴极，可以发生光电效应，用频率大于的紫外光照射，所以一定能发生光电效应，所加的电压是正向电压，则一定有电流通过．故A正确；用频率小于的可见光照射，不一定能发生光电效应，不一定有电流通过．故B错误．频率为v0的可见光照射K，变阻器的滑片移到A端，两端的电压为零，但光电子有初动能，故电流表中仍由电流通过．故C错误．频率为v0的可见光照射K，一定能发生光电效应，变阻器的滑片向B端滑动时，可能电流已达到饱和电流，所以电流表示数可能不变．故D正确．故选AD．
点睛：该题考查光电效应的实验以及光电效应发生的条件，解决本题的关键知道光电效应的条件，以及知道当光电流饱和时，电流不变．
15．逸出功为，普朗克常数为
【解析】
由爱因斯坦光电效应方程Ek=hv-W0和 可得：
h?W0＝E1
h?W0＝E2
解得：h= ；
W0=
16．（1）1.32×10-18J （2）8.24V
【解析】
【分析】根据爱因斯坦光电效应方程求光电子的最大初动能，根据动能定理得到遏止电压；
解：（1）铝的逸出功为：
根据爱因斯坦光电效应方程：
解得：
（2）没有光电流时，到达负极的光电子的速度恰好等于0，根据动能定理得到：
解得，遏止电压为：
17．(1) (2)
【解析】
(1)加上反向电压时，光电子在电场中做减速运动，根据动能定理得
－eU＝0－Ekm ①
根据爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W0得
eU1＝hν1－W0 ②
eU2＝hν2－W0 ③
联立①②③得 ；
(2)又因为W0＝hνc可得阴极K金属的极限频率
νc＝ ④
联立①②③④得
点睛：解决本题的关键掌握光电效应方程Ekm＝hν－W0，理解遏制电压的概念，知道最大初动能与遏止电压的关系．
18．（1）=4.27×1014Hz （2）=6.63×10-34J·s
【解析】
根据光电效应方程得，又
解得；
当时，；
图线的斜率，解得．
【点睛】根据光电效应方程得出遏止电压与入射光频率的关系，通过图线的斜率求出普朗克常量．遏止电压为零时，入射光的频率等于截止频率．