上海市甘泉高中2019-2020学年高中物理沪科版选修3-5：波和粒子 综合复习题（含解析）

波和粒子
1．爱因斯坦提出光子说，是为了解释
A．光电效应现象
B．光的衍射现象
C．光的干涉现象
D．光的反射现象
2．“通过观测的结果，间接构建微观世界图景”是现代物理学研究的重要手段，如通过光电效应实验确定了光具有粒子性。弗兰克-赫兹实验是研究汞原子能量是否具有量子化特点的重要实验。实验原理如图1所示，灯丝K发射出初速度不计的电子，K与栅极G间的电场使电子加速，GA间加有0.5V电压的反向电场使电子减速，电流表的示数大小间接反映了单位时间内能到达A极电子的多少。在原来真空的容器中充入汞蒸汽后，发现KG间电压U每升高4.9V时，电流表的示数I就会显著下降，如图2所示。科学家猜测电流的变化与电子和汞原子的碰撞有关，玻尔进一步指出该现象应从汞原子能量量子化的角度去解释。仅依据本实验结果构建的微观图景合理的是
A．汞原子的能量是连续变化的
B．存在同一个电子使多个汞原子发生跃迁的可能
C．相对于G极，在K极附近时电子更容易使汞原子跃迁
D．电流上升，是因为单位时间内使汞原子发生跃迁的电子个数减少
3．在光电效应实验中，先后用频率相同但光强不同的两束光照射同一个光电管．若实验a 中的光强大于实验b中的光强，实验所得光电流I与光电管两端所加电压U间的关系曲线分别以a、b表示，则下列4图中可能正确的是( )
A．B．C． D．
4．研究光电效应的电路如图，当用蓝光照射阴极K时，微安表示数不为零，则以下说法正确的是
A．改用黄光照射阴极K时，微安表示数一定为零
B．增大蓝光的照射强度，光电子的最大初动能一定增大
C．改用紫光照射阴极K时，微安表示数一定不为零
D．移动滑动变阻器滑片到合适位置，可以使微安表示数为零
5．每个光子的能量取决于光的（ ）
A．振幅 B．波长 C．频率 D．速度
6．用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果换一种频率更大的光照射该金属，但光的强度减弱，则(　　)
A．单位时间内逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能减小
B．单位时间内逸出的光电子数增大，光电子的最大初动能减小
C．单位时间内逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能增大
D．单位时间内逸出的光电子数增大，光电子的最大初动能增大
7．入射光照到某金属表面并发生光电效应，若把光强度减弱而频率不变，则(　　)
A．金属的逸出功不变
B．可能不发生光电效应
C．光电子最大初动能会减小
D．从光照到金属上到发射出电子的时间间隔将增长
8．某单色光照射某金属时不能产生光电效应，下列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．换用频率较低的光照射 D．换用波长较短的光照射
9．2009年诺贝尔物理学奖得主威拉德?博伊尔和乔治?史密斯主要成就是发明了电荷耦合器件（CCD）图象传感器。他们的发明利用了爱因斯坦的光电效应原理。如图所示电路可研究光电效应规律。图中标有A和K的为光电管，其中A为阳极，K为阴极。理想电流计可检测通过光电管的电流，理想电压表用来显示光电管两端的电压。现接通电源，用光子能量为10.5eV的光照射阴极K，电流计中有示数，若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动，电流计的读数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为6.0V；现保持滑片P位置不变，以下判断正确的是（　　）
A．光电管阴极材料的逸出功为4.5eV
B．若增大入射光的强度，电流计的读数不为零
C．若用光子能量为12eV的光照射阴极K，光电子的最大初动能一定变大
D．若用光子能量为9.5eV的光照射阴极K，同时把滑片P向左移动少许，电流计的读数一定不为零
10．下列关于实物粒子、光的波粒二象性说法正确的是
A．对于同种金属产生光电效应时，照射光的频率越大，逸出光电子的初动能也越大
B．德布罗意首先提出了物质波的猜想，而电子衍射实验证实了他的猜想
C．人们常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距大致相同
D．门镜可以扩大视野是利用光的衍射现象
11．利用如图甲所示的实验装置研究光电效应现象。当用不同的A、B两种光照射到光电管上时，测得电流计上的示数随电压变化的图像如图乙所示．已知A光的光子能量为5 eV，则
（1）A光照射时射出的光电子的最大初动能为________eV
（2）金属的逸出功为__________eV
（3）A光的频率__________ B光的频率。（填“大于”、“等于”或者“小于”）
12．用图1所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为5 eV的光照射到光电管上时，测得电流计上的示数随电压变化的图像如图2所示．则光电子的最大初动能为________J，金属的逸出功为________J．
13．通过如图甲所示的实验装置测量某金属的遏止电压与入射光频率，作出的图像，由此算出普朗克常量h，图中频率，遏止电压、以及电子的电荷量e为已知，则：
①普朗克常量h=______________
②该金属的截止频率=______________
14．有一种实验装置可以逐个地释放可见光子．在一次实验中,释放的光子频率为6×1014 Hz,光屏每秒钟接收到的光子能量为5×10-13 J,光子释放处到光屏的距离足够远,则根据以上数据可计算出空气中相邻两个光子间的平均距离约为______________________m．(普朗克常量h=6.626×10-34 J·s,保留两位有效数字)
15．在某光电效应实验中，得到的遏止电压Uc与入射光的频率v的关系如图所示，若该直线的斜率为k，横轴截距为b，电子电荷量的绝对值为e，求：
（1）普朗克常量h？
（2）材料的逸出功W0？
16．如图甲所示是研究光电效应规律的光电管．用波长λ＝0.50 μm的绿光照射阴极K，实验测得流过G表的电流I与AK之间的电势差UAK满足如图乙所示规律，取h＝6.63×10－34 J·s．结合图象，求：(结果保留两位有效数字)
(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极K时的最大动能；
(2)该阴极材料的极限波长．
17．已知金属铯的逸出功为1.9 eV，在光电效应实验中，要使铯表面发出的光电子的最大初动能为1.0 eV，求入射光的波长应为多少？(提示1eV= 1.6×10－19J. )
18．在光电效应中，电子获得光子的能量后最终成为光电子，其中一部分能量用于克服金属的阻碍做功，剩下的能量就是光电子的初动能。能量为6.0 eV的光子射入某金属表面后，逸出光电子的最大初动能为2.5 eV，已知h=6.6×J·s，元电荷电荷量为e=1.6×C。求：
（1）金属的逸出功W；
（2）该条件下的遏止电压Ue；
（3）这种金属发生光电效应的极限频率v。（结果保留2位有效数字）
参考答案
1．A
【解析】
爱因斯坦提出光子说，是为了解释光电效应现象，故A正确，BCD错误。
2．B
【解析】
A.从图可知，电流、电压是起伏变化的，即汞原子吸收电子能量是跃迁的，不是连续的，故选项A错误；
B.间电压每升高4.9V时，电流表的示数就会显著下降，这说明4.9eV的能量可能对应汞原子低能级之间的一次跃迁，当电子的动能较大时，存在同一个电子使多个汞原子发生跃迁的可能，故选项B正确；
C.汞原子发生跃迁吸收的能量来自于与电子碰撞时电子的动能，电子的动能越大，越容易使汞原子获得足够的能量发生跃迁；间加的电压使电子加速，因此相对于极，在极附近时电子动能较小，不容易使汞原子发生跃迁，故选项C错误；
D.电流上升，是因为电子通过电场加速，与汞原子碰撞后，剩余动能较多，以至于在间运动时，有足够的能量克服其间的反向电场力做功，到达处的电子数较多，故选项D错误。
3．A
【解析】
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，入射光的频率越高，对应的截止电压U截越大，由于入射光的频率没有变，故遏止电压相同，即图线与横轴的交点相同．由于a光的光强大于b光的光强，所以a的饱和电流大于b的饱和电流．故A故符合要求，故A正确、BCD错误．故选A．
4．C
【解析】
A.虽然黄光频率低于蓝光，但阴极K的极限频率未知，黄光照射时也有可能产生光电流，A项错误；
B.根据光电效应方程，光电子的最大初动能只与 入射光频率和逸出功有关，与光强无关，B项错误；
C.紫光频率高于蓝光，蓝光照射阴极K时，电路中有光电流，紫光照射一定能产生光电流，C项正确；
D.要使电路 中光电流为零，应该加反向的电压并达到遏止电压 ，D项错误。
5．C
【解析】
根据可判断出光子的能量只与与光子的频率因素有关，与振幅、波长和速度均无关。
6．C
【解析】
根据光电效应方程Ekm=hγ-W0得，光强度不影响光电子的最大初动能，光电子的最大初动能与入射光的频率有关；光电效应的条件是入射光的频率大于极限频率，与光的强度无关；入射光的强度影响单位时间内发出光电子的数目，光的强度减弱，单位时间内发出光电子数目减少．故ABD错误，C正确．
7．A
【解析】
【详解】
A．金属逸出功只与材料有关，与入射光无关，故A正确。
B．根据发生光电效应的条件可知，入射光的频率大于金属的极限频率，频率不变，则仍能产生光电效应，故B错误。
C．根据光电效应方程知，入射光的频率不变，则最大初动能不变，故C错误。
D．光电子的发射几乎是瞬时的，故D错误
8．D
【解析】
能不能发生光电效应取决于入射光的频率，与照射时间，及照射强度没有关系，频率越大波长越小，越容易发生光电效应，故D正确；
故选D
9．AC
【解析】
【详解】
A、电流计的读数恰好为零，此时电压表的示数为6.0V，知光电子的最大初动能为6.0eV．根据光电效应方程可得，阴极材料的逸出功；故A正确。
B、光电子的最大初动能与入射光的强度无关，与入射光的频率有关。所以增大入射光的强度，电流计的读数仍为零；故B错误。
C、若用光子能量为12eV的光照射阴极K，根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能一定变大；故C正确。
D、若用光子能量为9.5eV的光照射阴极K，根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能一定减小，把滑片P向左移动少许，电流计的读数可能仍然为零；故D错误。
故选AC。
10．BC
【解析】
【详解】
A.照射光的频率越大，光电子的最大初动能越大，A错误;
B.德布罗意首先提出了物质波的猜想，之后电子衍射实验证实了他的猜想，B正确;
C.由德布罗意公式计算出的热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距大致相同，所以可通过热中子的晶体衍射图案，研究晶体结构，C正确;
D.门镜是利用光的折射来扩大视野的，D错误.
11．（1）2；（2）3；（3）小于
【解析】试题分析：（1）A光照射后遏止电压为-2V，根据动能定理知：?eUC＝mvm2，则光电子最大初动能为：Ekm=2eV．
（2）根据光电效应方程知：Ekm=hv-W0，解得金属的逸出功为：W0=hv-Ekm=5eV-2eV=3eV．
（3）由乙图可知，B光照射后遏止电压较大，则B光照射后光电子的最大初动能较大，逸出功相等，根据光电效应方程知，A光的频率小于B光的频率。
考点：光电效应
【名师点睛】此题是对光电效应的考查；解决本题的关键掌握光电效应方程，知道最大初动能与遏止电压的关系，基础题。
12．（1）；
【解析】试题分析：由图2可知，当该装置所加的电压为反向电压，当电压是-2V时，电流表示数为0，知道光电子点的最大初动能为：2eV=3．2×10-19J，根据光电效应方程EKm=hγ-W0，W0=3eV=4．8×10-19J．
考点：光电效应
13．①②
【解析】试题分析：①根据光电效应方程，
根据动能定理得， ，联立两式解得．
图线的斜率
解得
②根据得， ．
因为，则
考点：考查了光电效应
名师点睛：根据光电效应方程，结合动能定理，通过图线的斜率求出普朗克常量，根据光电效应方程，结合逸出功与截止频率的关系，列方程组求出金属的截止频率．
14．2.4×102
【解析】
设每秒释放光子数为n,有nhν=E,则相邻两个光子间的平均距离,联立解得Δl=2.4×102 m.
【点睛】本题是个综合性较强的题目，要求的理解能力较大，难点在于如何分析光子的个数．
15．：（1）普朗克常量ek；（2）材料的逸出功ekb．
【解析】根据动能定理有： meve2=eUc，
与爱因斯坦光电效应方程： meve2=hν-W0?可得：遏制电压，
结合UC-V图，斜率即，
可得：普朗克常量h=ek，所用材料的逸出功W0=ekb．
点睛:本题考查了爱因斯坦光电效应方程EK=hγ-W，注意将有关的物理知识和数学的图线联系起来，培养用数学知识解决物理问题的能力．
16．(1)4.0×1012个 9.6×10－20 J (2)0.66 μm
【解析】
【详解】
（1）由图可知，最大光电流为0.64μA，则每秒钟阴极发射的光电子数：个
由图可知，发生光电效应时的截止电压是0.6V，所以光电子的最大初动能：；
（2）根据光电效应方程得：
代入数据得：λ=0.66μm
17．
【解析】
【分析】
【详解】
由公式知入射光的频率
波长
．
点睛：求解本题的根据是知道光电效应方程，还有就是要把电子伏特化为焦耳，计算要细心．
18．(1) 3.5eV (2) 2.5V (3)
【解析】（1）由光电效应方程Ek=hν-W可知，
金属的逸出功W=hν-Ek=6.0eV-2.5eV=3.5eV；
（2）根据eUe=Ek可知，那么遏止电压的大小为Ue==3.5V，
（3）根据hv0=W0；得金属发生光电效应的极限频率v==8.4×1014Hz，
点睛：解决本题的关键掌握光电效应方程，结合动能定理进行求解，明确入射光频率，与极限频率的区别，及注意解题过程中的单位转换．