上海市民立中学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．入射光照射到金属表面上发生了光电效应，若入射光的强度减弱，但频率保持不变，那么以下说法正确的是（　　）
A．单位时间内从金属表面逸出的光电子的数目减少
B．从光照射到金属表面到发射出光电子之间的时间间隔明显增加
C．逸出的光电子的最大初动能减小
D．有可能不再产生光电效应
2．关于热辐射，下列说法中正确的是(　　 )
A．一般物体的热辐射强度只与物体的温度有关
B．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，所以黑体一定是黑的
C．一定温度下，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值
D．温度升高时，黑体辐射强度的极大值向波长增大的方向移动
3．如图所示的是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能EK与入射光频率的关系图像。由图像可知（ ）
A．该金属的逸出功等于E
B．由该图像可得出普朗克常量
C．入射光的频率为2时，产生的光子的最大初动能为2E
D．入射光的频率为2时，由该金属做成的光电管的遏制电压为
4．现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光照射时，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，射光的光强变大，饱和光电流变大
B．入射光的频率变高，饱和光电流一定变大
C．入射光的频率变高，光强不变，光电子的最大初动能不变
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
5．下列宏观概念中，是量子化的为（ ）
A．物体的质量
B．弹簧振子的能量
C．汽车的个数
D．卫星绕地球运行的轨道
6．分别用波长为和的单色光照射同一金属板，发出的光电子的最大初动能之比为。以表示普朗克常量，表示真空中的光速，则此金属板的逸出功为（ ）
A． B． C． D．
7．在光电效应实验中，李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．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率
D．甲光的光照强度小于乙光的光照强度
8．用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能随入射光频率变化的图象。已知钨的逸出功是，锌的逸出功是，若将二者的图线画在一个坐标图中，用实线表示钨，用虚线表示锌，则正确反映这一过程的图是（ ）
A．B．C．D．
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）图像传感器．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，理想电压表用来指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K射出的光电子是具有瞬时性的
B．光电管阴极材料的逸出功为4.5Ev
C．若增大入射光的强度，电流计的读数不为零
D．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
10．光电效应实验的装置如图所示，用弧光灯照射锌板，验电器指针张开一个角度，则下面说法中正确的是（ ）
A．用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转
B．用绿色光照射锌板，验电器指针会发生偏转
C．锌板带的是负电荷
D．使验电器指针发生偏转的是正电荷
11．宏观物体的物质波波长非常小，极不易观察到它的________.
12．射线是放射性物质发出的电磁波，波长在2×10-10m以下，是一种能量很大的光子流．一个光子的能量至少相当于_____个频率为3×1014Hz的红光光子的能量．在医疗上用射线作为“手术刀”来切除肿瘤，若刀输出功率为10mW，则在1s内射出的光子数至少有______个．（普朗克常量h=6.63×10-34J·s）
13．使金属钠产生光电效应的光最长波长是5000×10-10m，则金属钠的逸出功W0=_______．现用频率在3.90×1014Hz到7.50×1014Hz范围内的光照射钠，那么，使钠产生光电效应的频率范围是从______Hz到______Hz．(普朗克常数h=6.63×10-34J·s)．
14．因为微观粒子具有十分明显的_______性，所以不能象宏观物体运动那样可以用精确的轨道来描述；对光子的测量越精确，其动量的不确定性就越_____，用表示微观粒子的不确定性，用表示微观粒子动量的不确定性，则两者的关系为____________，上式称_____________。
15．紫光在真空中的波长为?m，问：
紫光光子的能量是多少？
用它照射极限频率为?Hz的金属钾能否产生光电效应？
若能产生，则光电子的最大初动能为多少？?
16．已知某金属的极限波长为λ0，用波长为λ的光照射该金属表面，
求：（1）该金属的逸出功．
（2）逸出光电子的最大初动能．
17．如图所示，一光电管的阴极用极限波长λ0=500nm的钠制成，用波长λ=300nm的紫外线照射阴极，光电管阳极A和阴极K之间的电势差U=2.1V，饱和光电流的值（当阴极K发射的电子全部到达阳极A时，电路中的电流达到最大值，称为饱和光电流）I=0.56μA，（普朗克常量h=6.63×10-34J?s）
（1）求每秒钟内由K极发射的光电子数目；
（2）求电子到达A极时的最大动能．
18．用频率为ν0的光照射某种金属发生光电效应，测出光电流i随电压U的变化图象如图所示，已知普朗克常量为h，电子的带电量为e，求：
①照射在金属表面上的这束光的最小功率P；
②该金属的极限频率νc．
参考答案
1．A
【解析】A、入射光的强度减弱，则入射光的光子的数目减少，单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减小，故A正确；
B、若能发生光电效应，发生光电效应的时间与光的强度无关，故B错误；
C、入射光照射到某金属表面上发生光电效应。若入射光的强度减弱,频率保持不变,可知仍然可以发生光电效应,根据光电效应方程Ekm=hv?W0知，光电子的最大初动能不变，故C错误；
D、入射光照射到某金属表面上发生光电效应。若入射光的强度减弱，频率保持不变，可知仍然可以发生光电效应，故D错误。
故选：A。
2．C
【解析】
A、辐射强度按照波长的分布情况随物体的温度而有所不同,这是热辐射的一种特性,故A错误.?
B、黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，但不是所黑体一定是黑的，故B错误；
C、根据黑体辐射规律可以知道一定温度下，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值，故C正确；
D、温度升高时,黑体辐射强度的极大值向波长减小的方向移动，故D错误；
故选C
3．A
【解析】
试题分析：根据爱因斯坦的光电效应方程，光子的最大初动能，图像的纵轴截距即为逸出功，故A正确；图像的斜率即为普朗克常量，，故B错误；由图像可知，入射光的频率为2时，产生的光子的最大初动能为E，故C错误；根据动能定理，遏制电压，故D错误。
考点：光电效应。
4．A
【解析】
A．根据光电效应实验得出的结论知，保持照射光的频率不变，照射光的强度变大，饱和电流变大，故A正确；
B．根据光电效应方程Ekm=hv-W0知，照射光的频率变高，光电子的最大初动能变大，饱和光电流不一定变大，故B错误；
C．入射光的频率变高，光强不变，光电子的最大初动能变大，选项C错误；
D．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，当入射光的频率小于金属的截止频率，不会发生光电效应，不会有光电流产生，选项D错误；
5．C
【解析】
【分析】
量子一词来自拉丁语quantus，意为“多少”，代表“相当数量的某事”．在物理学中常用到量子的概念，量子是一个不可分割的基本个体．例如，一个“光的量子”是光的单位．而量子力学、量子光学等等更成为不同的专业研究领域．其基本概念是所有的有形性质也许是“可量子化的“．“量子化“指其物理量的数值会是一些特定的数值，而不是任意值．
【详解】
汽车的个数的数值只能取正整数，不能取分数或小数，因而是不连续的，是量子化的．其它三个物理量的数值都可以取小数或分数，甚至取无理数也可以，因而是连续的，非量子化的．
6．A
【解析】
【详解】
由光电效应方程得
又EK2=2EK1，联立得金属板的逸出功
A.与计算结果一致，故选项A符合题意；
B.与计算结果不一致，故选项B不合题意；
C.与计算结果不一致，故选项C不合题意；
D.与计算结果不一致，故选项D不合题意。
7．B
【解析】
【详解】
A.根据光电效应方程，遏止电压与入射光频率的关系
入射光的频率越高，对应的遏止电压越大，甲光、乙光的遏止电压相等，所以甲光、乙光的频率相等，故选项A不合题意；
B.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，由c=知，乙光的波长大于丙光的波长，故选项B符合题意；
C.同一种金属，截止频率是相同的，故选项C不合题意；
D.甲的光电流比乙光大，因此甲光的光照强度大于乙光的光强度，故选项D不合题意．
8．B
【解析】
【详解】
AB.依据光电效应方程
可知，图线的斜率代表了普朗克常量h，因此钨和锌的图线应该平行；图线的横轴截距代表了截止频率，而，因此钨的截止频率大些，故选项A不合题意，选项B符合题意；
CD.由上分析知，钨和锌的图线应该平行，故选项CD不合题意。
9．ABD
【解析】
【详解】
A.射出的光电子是具有瞬时性的，故A符合题意；
B.电流计的读数恰好为零，此时电压表的示数为6.0V，根据动能定理得，eUc=Ekm=6eV．再根据光电效应方程知W0=hv－Ekm=10.5eV－6eV=4.5eV，故B符合题意；
C.光电效应产生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，故C不符合题意；
D.增大入射光的光子能量，根据光电效应方程知，光电子的最大初动能变大，故D符合题意．
10．AD
【解析】
【详解】
A.将擦得很亮的锌板连接验电器，用弧光灯照射锌板（弧光灯发出紫外线），验电器指针张开一个角度，说明锌板带了电。A选项符合题意。
B.绿光的频率小于紫外线，额绿光不一定能使锌板发生光电效应，选项B不符合题意。
CD.进一步研究表明锌板带正电，这说明在紫外线的照射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出来，锌板中缺少电子，于是带正电，CD选项不符合题意。
11．波动性
【解析】
【详解】
宏观物体的动量很大，根据可知，宏观物体的物质波波长非常小，而波长越小，越不容易观察到它的波动性．
12．5×103 1.0×1013
【解析】
【详解】
由光子的能量为，真空中光速，则，由题有：，得；设若γ刀输出功率为10mW，则在1s内射出的光子数至少有N个．则有．
13．3.98×10-19J6.00×10147.50×1014
【解析】
【详解】
使金属钠产生光电效应的光最长波长是，最小频率为，最大频率为7.50×1014Hz，钠金属的逸出功．
14．波动性大不确定关系
【解析】
【详解】
微观粒子具有明显的波动性，对光子的测量越精确，其动量的不确定性就越大，粒子的位置与动量不可同时被确定，位置的不确定性与动量的不确定性遵守不等式：，该关系式被称为不确定关系．
15．(1) (2)能产生光电效应 (3)
【解析】
【分析】
根据波长与波速的关系式求光子的能量；当入射光频率大于极限频率时发生光电效应；根据光电子最大初动能公式求动能．
【详解】
（1）
E=hν=h== 4.42×10-19?J
（2）
ν==6.67×1014?Hz
因为ν＞ν0，所以能产生光电效应．
（3）
Ekm=hν-W0=h（ν-ν0）=1.36×10-19?J．
16．（1）h；（2）-h
【解析】
【详解】
（1）当时，对应的频率为极限频率，
则，而，所以；
（2）根据光电效应方程得：；
17．（1）3.5×1012个；（2）6.01×10-19?J
【解析】
【分析】
根据饱和电流的大小，结合求出每秒内由K极发射的光电子数目；根据光电效应方程求出光电子的最大初动能，结合动能定理求出电子到达A极时的最大动能．
【详解】
（1）每秒钟内由K极发射的光电子数个；
（2）阴极K金属的逸出功，
光电子的最大初动能，
由动能定理，
则电子到达A极的最大动能．
18．① ②
【解析】
①设单位时间内有n个光子照射在金属上，饱和光电流为，即，根据功率定义：；
②由图可知遏止电压为，根据动能定理：，由爱因斯坦光电效应方程：，，由以上两式解得．