上海市海滨高中2019-2020学年高中物理沪科版选修3-5：波和粒子 单元测试题（含解析）

波和粒子
1．某半导体激光器发射波长为1.5×10－6 m，功率为5.0×10－3 W的连续激光．已知可见光波长的数量级为10－7 m，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，该激光器发出的
A．是紫外线
B．是红外线
C．光子能量约为1.3×10－13 J
D．光子数约为每秒3.8×1017个
2．在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线（甲光、乙光、丙光），如图所示.则可判断出（ ）
A．甲光的频率大于乙光的频率
B．乙光的波长大于丙光的波长
C．乙光的频率大于丙光的频率
D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光对应的光电子最大初动能
3．如图所示，在光电效应实验中，用A、B、C三束光分别照射同一装置中的相同光电管，得到三条不同的光电流与电压之间的关系曲线，根据这组曲线作出的下列判断，正确的是
A．用A光照射光电管时对应的截止频率最大
B．用C光照射光电管时对应的光电子的最大初动能最大
C．若用强度相同的A、B光照射该光电管，则单位时间内逸出的光电子数相等
D．A、C光比较，A光的强度大
4．关于光的本性，下列说法中正确的是（ ）
A．光电效应现象表明在一定条件下，光子可以转化为电子
B．光电效应实验中，只有光的强度足够大时，才能观察到光电流
C．康普顿效应表明光子和电子、质子等实物粒子一样也具有能量和动量
D．光在传播过程中表现为粒子性，在于物质相互作用时表现为波动性
5．如图所示是研究光电效应的电路图，K为光电管的阴极．用黄光照射K板时有光电子逸出，当用紫光照射时，下列说法正确的是（）
A．向右移动变阻器，当灵敏电流计示数刚刚减为零吋，光电管两端的电压称为遏止电压
B．灵敏电流计示数为零后，延长光束的照射时间，可能会在电路中重新形成光电流
C．单位时间内金属表面逸出的光电子数与入射光的强度有关
D．对于某种确定的金属来说，光电子的最大初动能只与入射光的强度有关
6．用如图所示的光电管研究光电效应，用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转．而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，那么( )
A．a光的频率一定大于b光的频率
B．只增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大
C．增加b光的强度可能使电流计G的指针发生偏转
D．用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电流是由d到c
7．产生光电效应时，关于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，光的频率一定时，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
8．如图所示，这是一个研究光电效应的电路图，下列叙述中正确的是(　　)
A．只调换电源的极性，移动滑片P，当电流表示数为零时，电压表示数为遏止电压U0的数值
B．保持光照条件不变，滑片P向右滑动的过程中，电流表示数将一直增大
C．不改变光束颜色和电路，增大入射光束强度，电流表示数会增大
D．阴极K需要预热，光束照射后需要一定的时间才会有光电流
9．实物粒子和光都具有波粒二象性，下列事实中突出体现波动性的是(　　)
A．β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹
B．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构
C．电子束通过双缝实验后可以形成干涉图样
D．光电效应实验中，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
10．现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生．下列说法正确的是（ ）
A．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大
B．入射光的频率变高，饱和光电流变大
C．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大
D．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生
11．用如图甲所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为5eV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乙所示，则金属的逸出功为____eV，当光电管上加正向电压U=2V时，电子到达A极板的最大动能为___eV.

12．神光“Ⅱ”装置是我国规模最大，国际上为数不多的高功率固体激光系统，利用它可获得能量为2400J、波长λ为0．35μm的紫外激光，已知普朗克常量h＝6．63×10－34J·s，则该紫外激光所含光子数为________个（取两位有效数字）。
13．如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线，普朗克常量h＝6.63×10-34J·s，，（直线与横轴的交点坐标4.31，与纵轴交点坐标0.5）．由图可知，斜率表示_____________。
该金属的极限频率为____________Hz，该金属的逸出功为___________J，（结果保留三位有效数字）
若用频率为5.5×1014Hz的光照射该种金属时，则对应的遏止电压应为_____________V。
14．某光电管的阴极K用截止频率为的金属钠制成，光电管阳极和阴极之间的正向电压为，普朗克常量为，电子的电荷量为．用频率为的紫外线照射阴极，有光电子逸出，光电子到达阳极的最大动能是_________；若在光电管阳极和阴极之间加反向电压，要使光电子都不能到达阳极，反向电压至少为______________．
15．已知金属铯的极限波长为λ0，现用波长为λ的光照射铯金属表面，普朗克常量为h，真空中的光速为c，求：
（1）铯金属的逸出功；
（2）发射光电子的最大初动能．
16．铝的逸出功是4.2 eV，现用波长200 nm的光照射铝的表面．普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s求：
(1)铝的极限频率．
(2)光电子的最大动能；（结果用ev 表示）
(3)遏止电压；
17．普朗克常量是最基本的物理量之一，它架起了粒子性和波动性之间的桥梁．普朗克常量具体数值可以通过光电效应实验测得．如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线．由图求出：
①这种金属发生光电效应的截止频率；
②普朗克常量．
18．一光电管的阴极K用截止频率为ν的金属铯制成，光电管阳极A和阴极K之间的正向电压为U.用波长为λ的单色光射向阴极，产生了光电流．已知普朗克常量为h，电子电荷量为e，真空中的光速为c.求：
① 金属铯的逸出功W；
② 光电子到达阳极的最大动能.
参考答案
1．B
【解析】
【详解】
AB．该激光的波长比可见光的波长长，属于红外线．故A错误，B正确．
C．光子能量 E＝h＝6.63×10﹣34×J＝1.326×10﹣19 J．故C错误．
D．每秒钟发出的光子数 n＝＝≈3.8×1016个．故D错误．
2．B
【解析】
【详解】
A. 根据，入射光的频率越高，对应的遏止电压Uc越大，甲光、乙光的遏止电压相等，所以甲光、乙光的频率相等，故A错误。
BC. 丙光的遏止电压大于乙光的遏止电压，所以丙光的频率大于乙光的频率，则乙光的波长大于丙光的波长，故B正确，C错误。
D. 丙光的遏止电压大于甲光的遏止电压，所以甲光对应的光电子最大初动能小于丙光对应的光电子最大初动能，故D错误。
3．D
【解析】
A.同一光电管的逸出功W相同，则截止频率：相同，故A错误；
B.B光对应的遏止电压最大，由：
可知B光的频率最高，B光对应光电子的最大初动能最大，故B错误；
C.由于A、B两光的频率不同，则照射时产生光电子最大初动能不同，用强度相同的光照射，单位时间内逸出的光电子数不等，故C错误；
D. A、C光的遏止电压相等，由：
可知A、C光的频率相等，由于A光照射产生的饱和电流较大，则A光的强度大于C光，故D正确．
4．C
【解析】
A．光电效应现象表明在一定条件下，光子的能量可以被电子吸收，A错误；
B．光电效应实验中，只有光的频率大于金属的极限频率，才能观察到光电流；与光照强度无关，B错误；
C．康普顿效应表明光子和电子、质子等实物粒子一样也具有能量和动量，C正确；
D．光的波长越长，波动性越明显，频率越高，粒子性越明显；大量光子的运动表现为波动性，单个光子的运动表现为粒子性，D错误．
5．AC
【解析】
【详解】
A．向右移动变阻器，当灵敏电流计示数刚刚减为零吋，说明所有的光电子不能到达A极板，此时光电管两端的电压称为遏止电压，选项A正确；
B．灵敏电流计示数为零后，延长光束的照射时间，光电子最大初动能不变，则仍不可能会在电路中重新形成光电流，选项B错误；
C．单位时间内金属表面逸出的光电子数与入射光的强度有关，入射光的强度越大，则单位时间内金属表面逸出的光电子数越多，选项C正确；
D．对于某种确定的金属来说，光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，选项D错误．
6．AB
【解析】
试题分析：由于用单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转，说明发生了光电效应，而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，说明b光不能发生光电效应，即a光的频率一定大于b光的频率；增加a光的强度可使单位时间内逸出光电子的数量增加，则通过电流计G的电流增大；因为b光不能发生光电效应，所以即使增加b光的强度也不可能使电流计G的指针发生偏转；用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电子的方向是由d到c，所以电流方向是由c到d．选项AB正确．
考点：光电效应现象及光电管．
7．AD
【解析】
试题分析：对于同种金属，光的频率一定时，根据光电效应方程，Ek只于入射光的频率有关，而与照射光的强度无关，选项A正确；根据可知对于同种金属，Ek与照射光的波长不是成反比关系，选项B错误；对于同种金属，Ek与光照射的时间无关，选项C错误；根据可知对于同种金属，Ek与照射光的频率成线性关系，选项D正确；故选AD.
考点：光电效应.
8．AC
【解析】
【详解】
A.只调换电源的极性，移动滑片P，电场力对电子做负功，当电流表示数为零时，则有：
那么电压表示数为遏止电压U0的数值，A正确；
B.当其他条件不变，P向右滑动，加在光电管两端的电压增加，光电子运动更快，由：
I＝
得电流表读数变大，若电流达到饱和电流，则电流表示数不会增大，B错误；
C.只增大入射光束强度时，单位时间内光电子数变多，电流表示数变大，C正确；
D.因为光电效应的发生是瞬间的，阴极K不需要预热，D错误．
9．BC
【解析】β粒子在云室中受磁场力的作用，做的是圆周运动，与波动性无关，A错误；可以利用慢中子衍射来研究晶体的结构，说明中子可以产生衍射现象，说明具有波动性，B正确；干涉是波具有的特性，电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，说明电子具有波动性，C正确；光电效应实验，说明的是能够从金属中打出光电子，说明的是光的粒子性，D错误．
10．AC
【解析】
【详解】
A．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大，因为饱和光电流与入射光的强度成正比，故A正确；
B．饱和光电流的大小与入射光的强度有关，与入射光的频率无关，故B错误；
C．根据光电效应的规律得，可知光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，所以入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大，故C正确；
D．如果入射光的频率小于极限频率将不会发生光电效应，不会有光电流产生，故D错误．
11． 3 4
【解析】由图甲可知，当该装置所加的电压为正向电压，当电压是-2V时，电流表示数为0，知道光电子的最大初动能为：Ekm=2eV，根据光电效应方程EKm=hγ-W0，所以W0=3eV．
当光电管上加正向电压U=2V时，根据动能定理可知，电子到达A极板的最大动能为：Ekm′=W+Ekm=2+2=4eV.
12．4．2×1021
【解析】每个光子的能量E0＝hν＝h，故所含的光子数为
n＝＝＝个≈4．2×1021个
13． 普朗克常量h 4.30×1014 2.86×10-19 0.5．
【解析】根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hγ-W，Ek-γ图象的斜率表示普朗克常量h，横轴的截距大小等于截止频率，由图知该金属的截止频率为4.31×1014 Hz．金属的逸出功为：W0=hγ0=6.63×10-34×4.31×1014 J=2.86×10-19J；
根据光电效应方程得：Ekm=hγ-W0，
当入射光的频率为γ=5.5×1014Hz时，代入数据，解得最大初动能为：Ekm=0.8×10-19J．
依据Uc= 解得：Uc═0.5V．
点睛：解决本题的关键掌握光电效应方程，知道最大初动能与入射光频率的关系，并掌握光电效应方程，以及知道逸出功与极限频率的关系，结合数学知识即可进行求解，同时注意遏止电压与最大初动能的关系，及保留3位有效数字．
14．
【解析】根据光电效应方程得，最大初动能为：Ekm=hv?hv0.
根据动能定理得：eU=EK?Ekm
解得：Ek=h(ν?ν0)+eU.
根据动能定理得：?eU=0?Ekm
解得反向电压为：U=h(ν?ν0)/e
15．（1）（2）
【解析】
(1)由逸出功为
而光的波速
联立可得：
(2)根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能为
联立解得：
【点睛】考查爱因斯坦光电效应方程，掌握发生光电效应现象的条件：入射光的频率大于或等于极限频率．根据光电效应方程可求出最大初动能，
16．(1) 1.01×1015 Hz (2) 2.02 eV (3) 2.02 V
【解析】
【分析】
【详解】
(1) 由W＝hν0得极限频率
ν0＝＝Hz≈1.01×1015 Hz.
(2)由爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W可得：
Ekm＝h－W＝(－4.2×1.6×10－19)J＝3.225×10－19 J≈2.02 eV.
(3)由eU＝Ekm得遏止电压
U＝＝2.02 V.
17．①；②
【解析】
①根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hγ-W，Ek-γ图象的横轴的截距大小等于截止频率，由图知该金属的截止频率为：γ0=4.27×1014 Hz．
②根据光电效应方程得，Ekm=hγ-W0，当入射光的频率为γ=5.5×1014Hz时，最大初动能为：Ekm=0.5eV．
当入射光的频率为γ0=4.27×1014Hz时，光电子的最大初动能为0．
则：h×5.5×1014-W0=0.5×1.6×10-19，
即：h×4.27×1014-W0=0
联立两式解得：h=6.5×10-34Js．
答：①这种金属发生光电效应的极限频率4.23×1014Hz～4.29×1014Hz；
②普朗克常量为6.0×10-34Js～6.9×10-34Js．
点睛：解决本题的关键掌握光电效应方程，知道最大初动能与入射光频率的关系，并掌握光电效应方程，以及知道逸出功与极限频率的关系，结合数学知识即可进行求解，同时注意保留两位有效数字．
18．① W＝hν②
【解析】①金属铯的逸出功W=hv．
②根据光电效应方程知，光电子的最大初动能Ekm＝h?W＝h?hv，
根据动能定理得，eU=Ek-Ekm，
解得光电子到达阳极的最大动能Ek=eU+Ekm=eU+h?hv．
点睛：解决本题的关键掌握光电效应方程，知道逸出功与极限频率的关系，注意本题求解的是到达阳极的电子最大动能，不是发生光电效应的最大初动能．