上海市金山中学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．如图，当电键S断开时，用光子能量为3.1eV的一束光照射阴极K，发现电流表读数不为零合上电键，调节滑线变阻器，发现当电压表读数小于0.60V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零由此可知阴极材料的逸出功为( )
A．1.9eV B．0.6eV C．2.5eV D．3.1eV
2．关于下列四幅图说法正确的是（ ）
A．图①中的放射性同位素应选择衰变时放出α粒子的同位素
B．图②中的镉棒的作用是使核反应中的快中子减速
C．图③中的光子碰撞电子后，其波长将变大
D．图④中的电子的动量越大，衍射现象越明显
3．已知用频率为γ的单色光照射某金属表面时，逸出的光电子的最大初动能为E，已知普朗克常量为h，则要使此金属发生光电效应的极限频率应为
A．γ-Eh B．γ+Eh C．γ- D．γ+
4．图甲所示为氢原子能级图，大量处于n＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时能辐射出多种不同频率的光，其中用从n=3能级向n=2能级跃迁时辐射的光照射图乙所示光电管的阴极K时，电路中有光电流产生，则下列说法不正确的是（ ）
A．改用从n=4能级向n=2能级跃迁时辐射的光，一定能使阴极K发生光电效应
B．改用从n=4能级向n=3能级跃迁时辐射的光，不能使阴极K发生光电效应
C．改用从n=4能级向n=1能级跃迁时辐射的光照射，逸出光电子的最大初动能不变
D．入射光的频率增大，逸出光电子的最大初动能也增大
5．下列说法正确的是（ ）
A．光电效应证明光具有粒子性
B．光电子的最大初动能与入射光频率成正比
C．、、三种射线中，射线电离能力最强
D．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应
6．用强度相同的红光和蓝光分别照射同一种金属，均能使该金属发生光电效应．下列判断正确的是(　　)
A．用红光照射时，该金属的逸出功小，用蓝光照射时该金属的逸出功大
B．用红光照射时，该金属的截止频率低，用蓝光照射时该金属的截止频率高
C．用红光照射时，逸出光电子所需时间长，用蓝光照射时逸出光电子所需时间短
D．用红光照射时，逸出的光电子最大初动能小，用蓝光照射时逸出的光电子最大初动能大
7．一束单色光照射到某种金属板上时能发生光电效应，下列说法正确的是
A．光电子的最大初动能与入射光频率成正比
B．人射光波长越短，逸出的光电子最大初动能越大
C．人射光强度越大，逸出的光电子最大初动能越大
D．人射光频率越高，该金属板的逸出功越大
8．两束光线A、B在做双缝干涉实验中，光线A产生的条纹间距较大，则下列判断正确的是
A．光线A的频率高
B．光线B的能量大
C．光线A的动量大
D．若照射同一金属表面，光线A恰能发生光电效应，则B也能发生光电效应
9．如图所示是研究光电效应的电路图，对于某金属用绿光照射时，电流表指针发生偏转．则以下说法正确的是
A．将滑动变阻器滑片向右移动，电流表的示数可能不变
B．将电源的正负极调换，电流表的读数一定不为零
C．如果改用紫光照射该金属时，电流表一定有示数
D．将K极换成逸出功小的金属板，仍用相同的绿光照射时，电流表的示数一定增大
10．用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流大小与入射光的强弱、频率等物理量的关系．图中A、K两极间的电压大小可调，电源的正负极也可以对调．分别用a、b、c三束单色光照射K，调节A、K间的电压U，得到光电流I与电压U的关系如图乙所示．由图可知（ ）
A．单色光a和c的频率相同，但a光强更强些
B．单色光a和c的频率相同，但c光强更强些
C．单色光b的频率大于a的频率
D．单色光b的频率小于a的频率
11．在研究光电效应现象中，发现钠金属表面逸出的光电子的最大初动能Ekmax与入射光频率ν的关系如图所示，若图中ν0、E0已知，则钠金属的逸出功为________，普朗克常量h＝________.
12．如图所示，当开关K断开时，用光子能量为2.8eV的一束光照射阴极P,发现电流表读数不为零.合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.70V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.70V时，电流表读数为零.由此可知阴极材料的逸出功为_______eV；若将照射到阴极P上的该光的照射强度变为原来的2倍，则遏止电压为________V.
13．一点光源以功率P向外发出频率为的单色光，已知普朗克恒量为h，若某种金属逸出功为W，用此光照射该金属时逸出的光电子的最大初动能为________（用给出物理量表示）．
14．美国物理学家密立根用精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量，这项工作成了爱因斯坦方程式在很小误差范围内的直接实验证据．密立根的实验目的是：测量金属的遏止电压Uc与入射光频率ν，由此计算普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程式的正确性．如图所示是根据某次实验作出的Uc-ν图象，电子的电荷量为1.6×10-19C．根据图象求得这种金属的截止频率νc=_________，普朗克常量h=___________．（均保留三位有效数字）
15．人眼对绿光最为敏感，如果每秒有N个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉，现有一个光源以功率P均匀地向各个方向发射波长为λ的绿光，设瞳孔在暗处的直径为D，且不计空气对光的吸收，那么眼睛最远在多大距离能够看到这个光源?(普朗克常量用h表示，真空中光速用c表示)
16．已知某金属的极限波长为0.6 μm，用0.5 μm的光照射该金属表面时发射光电子的最大初动能为多少焦耳？该金属的逸出功为多少焦耳？(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，结果保留2位有效数字)
17．如图所示，阴极材料由铝制成，已知铝的逸出功为，现用波长为的光照射铝的表面，使之产生光电效应．已知电子的电量为e，普朗克常量为h，真空中光速为c。求：
(1)光电子的最大初动能；
(2)电压表示数至少为多大时电流表示数才为零。
18．（下表是按照密立根的方法研究光电效应实验时得到的某金属的遏止电压UC与照射光频率ν的几组数据，并由此绘制UC-ν图象如图所示．求：
（1）这种金属的截止频率；
（2）普朗克常量；
（3）如图乙，在给定的坐标系中完成光电子最大初动能Ek-ν关系图象．
参考答案
1．C
【解析】
根据题意，当电压表读数大于或等于时，即为反向电压为时，从金属出来的电子，在电场阻力作用下，不能到达阳极，则电流表示数为零；根据动能定理，则有光电子的初动能为：；根据爱因斯坦光电效应方程有：，故A、B、D错误，C正确．故选C．
【点睛】光电子射出后，有一定的动能，若能够到达另一极板则电流表有示数，当恰好不能达到时，说明电子射出的初动能恰好克服电场力做功，然后根据爱因斯坦光电效应方程即可正确解答．正确理解该实验的原理和光电效应方程中各个物理量的含义是解答本题的关键，注意理解电流表示数为零的含义．
2．C
【解析】
【详解】
A、射线穿透力弱，一张薄纸就可挡住，射线穿透力较强，可穿过几mm厚铝板，射线穿透力最强，可穿过几cm铅板，所以图①中的放射性同位素应选择衰变时放出射线的同位素，故A错误。
B、镉棒不能释放中子，也不能使中子减速，对铀核裂变也没有阻碍作用，而是利用对中子吸收能力强的特点，控制中子数量的多少而控制核反应速度，故B错误。
C、光子碰撞电子后，根据能量守恒，电子获得了能量，则光子能量减少，光子能量为E=h，h是常量，所以光的频率变小，光速c不变，光子的波长＝，频率变小，则波长变长，故C正确。
D、根据德布罗意波的波长=知，电子的动量越大，其波长就越短，衍射现象就越不明显，故D错误。
故选：C
3．C
【解析】
【详解】
根据光电效应方程：，又因为：，可求极限频率为，所以A、B、D错误；C正确。
4．C
【解析】
【详解】
A．根据跃迁规律可知高能级向低能级跃迁时辐射光子的能量等于这两个能级差，可知从n=4向n=2跃迁时辐射光子的能量大于从n=3向n=2跃迁时辐射光子的能量，则可见一定能使阴极K发生光电效应．故A不符合题意．
B．根据跃迁规律可知高能级向低能级跃迁时辐射光子的能量等于这两个能级差，可知从n=4向n=3跃迁时辐射光子的能量小于从n=3向n=2跃迁时辐射光子的能量，则可见不能使阴极K发生光电效应．故B不符合题意．
C．从n=4能级向n=1能级跃迁时辐射的光子能量大于从n=3向n=2跃迁时辐射光子的能量，那么根据光电效应方程EKm=hγ-W，可知，改用从n=4能级向n=1能级跃迁时辐射的光照射时，入射光能量变大，因此逸出光电子的最大初动能变大．故C符合题意．
D．入射光的强度增大，不会影响逸出光电子的最大初动能变化，只会导致光电子数目的增多．故D不符合题意．
5．A
【解析】
【详解】
A．光电效应现象说明光具有粒子性，但没有否定光的波动性．故A正确．
B．光电效应现象中，根据光电效应方程，Ekm=hv-W0，则有光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系，而不是成正比．故B错误．
C．α、β、γ三种射线，α射线的电离能力最强，γ射线的穿透能力最强．故C错误．
D．发生光电效应的条件是照射光的频率大于金属的极限频率，跟光照时间无关．故D错误．
6．D
【解析】
【分析】
对某种金属，它的截止频率和逸出功是不变的，发生光电效应频率时，频率大的逸出的光电子的初动能大．
【详解】
同种金属的逸出功是相同的，截止频率是相同的，选项AB错误；只要金属能发生光电效应，逸出光电子的时间一样，C错误；蓝光的频率比红光大，由EKm=hγ-W知，用蓝光时逸出的光电子最大初动能大，D正确；故选D．
7．B
【解析】
【详解】
A.根据 可知，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，但不是正比，故A错误．
B.入射光波长越短，光子能量越大，逸出的光电子最大初动能越大，故B正确．
C.逸出光电子的最大初动能与入射光强度无关，故C错误．
D.金属的逸出功由金属自身因素决定，与入射光无关，故D错误．
8．BD
【解析】
【详解】
A.根据条纹间距的表达式可知，光线A产生的条纹间距较大，则A的波长较大，光线A的频率低，选项A错误；
B. 因为B的频率高，则根据E=hγ可知光线B的能量大，选项B正确；
C. 根据可知，光线A的动量小，选项C错误；
D. 因A的频率较低，则根据光电效应规律，若照射同一金属表面，光线A恰能发生光电效应，则B也能发生光电效应，选项D正确。
9．AC
【解析】
【分析】
【详解】
A．滑动变阻器滑片向右移动，电压虽然增大，但若已达到饱和电流，则电流表的示数可能不变，故A正确；
B．电源的正负极调换，仍用相同的绿光照射时，若此时的电压大于反向截止电压，则电流表示数为0，故B错误；
C．如果改用紫光照射该金属时，因频率的增加，导致光电子最大初动能增加，则电流表一定有示数，故C正确；
D．将K极换成逸出功小的金属板，仍用相同的绿光照射时，则光电子的最大初动能增加，但单位时间里通过金属表面的光子数没有变化，因而单位时间里从金属表面逸出的光电子也不变，饱和电流不会变化，则电流表的示数不一定增大，故D错误．
10．AC
【解析】
【详解】
AB、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和c光对应的截止频率小于b光的截止频率，
根据，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；当a、c光照射该光电管，因频率相同，则a光对应的光电流大，因此a光子数多，那么a光的强度较强，故A 正确；B错误；
CD、根据，结合图象可知，b光的频率大于a和c光的频率，C正确；D错误；
故选AC．
11．E0
【解析】
根据爱因斯坦光电效应方程，可知当ν=0时，W=－E0；由图可知斜率表示．
12．2.1eV 0.70V
【解析】
【分析】
【详解】
[1]．用光子能量为2.8eV的光照射时，光电子逸出时的最大初动能，阴极材料的逸出功为W，据爱因斯坦光电效应方程得：
题图中光电管上加的是反向电压，据题意，当反向电压达到U=0.70 V以后，具有最大初动能的光电子也不能到达阳极，因此
解得
；
[2]．若将照射到阴极P上的该光的照射强度变为原来的2倍，遏止电压为
13．
【解析】
【分析】
【详解】
根据光电效应方程得，光电子的最大初动能．
14．4.26-4.28×1014Hz 普朗克常量为6.29×10-34J?s
【解析】
【分析】
【详解】
[1]．由爱因斯坦光电效应方程hγ=W+Ek得：
hγ=hγc+eUc
变形得
Uc=（γ-γc）
由题图可知，Uc=0对应的频率即为截止频率γc得
γc=4.27×1014Hz
[2]．图线的斜率为
==3.93×10-15V?s??
代入电子电量计算得
h=6.29×10-34J?s
点睛：此题要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．
15．
【解析】
【分析】
根据光子能量和光速和波长关系知光源每秒发出的光子的个数，根据人眼瞳孔的直径求面积，根据每秒有N个绿光的光子射入瞳孔，眼镜就能察觉到，也就是说在瞳孔所处的球面上能保证每秒N个绿光的光子射入瞳孔，知人眼球所在面积需要满足的公式，进而得r的大小。
【详解】
设瞳孔与光源相距为r，
在1s内，r处单位面积上的能量为
瞳孔在1s内接收到的能量为
若此时刚好可以看到
由以上式子联立可得
【点睛】
此题考查光学部分，找到人眼瞳孔的面积和人眼所在位置相对光源的面积关系，注意结合数学知识解题。
16．6.6×10－20 J　 ， 3.3×10－19 J
【解析】试题分析：根据W=hv0即可求出该金属的逸出功，然后根据爱因斯坦光电效应方程，求解光电子的最大初动能。
金属发生光电效应的极限频率ν0＝。金属的逸出功
W0＝hν0＝h =3.3×10－19 J
由光电效应方程Ek＝hν－W0＝h －h＝hc(－)＝6.6×10－20 J
点睛：本题主要考查了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。
17．(1)；(2)
【解析】
【分析】
根据光电效应方程Ekm=hv-W0，求解光电子的最大初动能；当光电管两极间存在反向电压时，电子做减速运动，光电流恰好为零时，光电子达到K极的速度恰好为零，根据动能定理求解。
【详解】
(1)根据光电效应方程
Ek＝hν－W0
根据
最大初动能
(2)电流表示数为零时，根据动能定理有
eUc＝Ek
代入
解得
【点睛】
本题主要考查了光电效应方程，知道最大初动能与遏止电压的关系。
18．(1) （2） (3)
【解析】
解：（1）由图甲可知，金属的极限频率Hz
（2）在图象中取（Hz，0.50V）点，设普朗克常量为h，由动能定理和光电效应方程可得
则
解得
（3）由于
则
Ek-ν关系图象如图所示