上海市南汇中学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．下列描绘三种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是（　　）
A．B．C．D．
2．在探究光电效应现象时，某小组的同学分别用频率为ν1、ν2的单色光照射密封管真空管的钠阴极（阴极K），钠阴极发射出的光电子最大速度之比为2:1，光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流，实验得到了两条光电流与电压之间的关系曲线（为甲光、乙光），如图所示，普朗克常量用h表示．则以下说法正确的是（　　）
A．甲图对应单色光的频率为
B．乙光的强度大于甲光的强度
C．该金属的逸出功为
D．该金属的截止频率为
3．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．
4．用某种单色光照射某金属表面，没有发生光电效应，下列做法中有可能发生光电效应的是（ ）
A．增加照射时间 B．改用波长更长的单色光照射
C．改用光强更大的单色光照射 D．改用频率更高的单色光照射
5．如图甲，合上开关，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极K，发现电流表读数不为零．调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零，当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零．把电路改为图乙，当电压表读数为2 V时，逸出功及电子到达阳极时的最大动能为(　　)
A．1.5 eV　0.6 eV
B．1.7 eV　1.9 eV
C．1.9 eV　2.6 eV
D．3.1 eV　4.5 eV
6．如图，在研究光电效应实验中，发现用A单色光照射光电管时，电流表G指针会发生偏转，而用B单色光照射光电管时不发生光电效应，则
A．A光的强度大于B光的强度
B．B光的频率大于A光的频率
C．A光照射光电管时流过G表的电流方向是由b流向a
D．A光照射光电管时流过G表的电流方向是由a流向b
7．如图所示在光电效应现象中，光电管阴极K的极限频率为0，现用频率为(0)的光照射在阴极上，若在A、K之间加一数值为U的反向电压时，光电流恰好为零，已知普朗克常数为h，电子电荷量为e，则（ ）
A．阴极材料的逸出功为eU
B．有光电子逸出，且光电子的最大初动能可表示为eU
C．有光电子逸出，且光电子的最大初动能可表示为h－h0
D．有光电子逸出，且光电子的最大初动能为零
8．对某种金属的光电效应，其遏止电压Uc与入射光频率v的关系图象如图所示．则由图象可知
A．当入射光的频率为时，有光电子逸出
B．入射光的光照强度增大时，遏止电压增大
C．若已知电子电量e，就可以求出普朗克常量h
D．入射光的频率为2v0时，产生的光电子的最大初动能为hv0
9．有时我们能观察到日晕现象，如图甲所示，日晕是当太阳光线在卷层云中的冰晶折射时而产生的。图乙所示为一束太阳光射到六角形冰晶时的光路图，a、b为其折射出的两种单色光。下列说法正确的是（　　）
A．a光的频率大于b光的频率
B．分别用a、b两种光在相同条件做双缝干涉实验，a光得到的干涉条纹间距较宽
C．先后照射某金属，若b光照射时能逸出光电子，则a光照射时一定能逸出光电子
D．a光和b光这两种光子可能是某元素原子分别从第二、第三激发态跃迁到第一激发态时辐射出的
10．用波长为的单色光照射某种金属，发生光电效应，逸出的动能最大的光电子恰好能使处于基态的氢原子电离。已知真空中的光速为c，普朗克常量为h，基态氢原子的能量为E0。则下列说法正确的是
A．单色光的光子能量为
B．逸出的光电子的最大初动能为E0
C．该金属的截止频率为+
D．该金属的逸出功为
11．美国物理学家密立根利用光电管对光电效应现象进行研究，得到金属的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系如图，由此可计算出普朗克常量h。电子电量用e表示，由图象中的数据可知，这种金属的截止频率为____，计算出普朗克常量表达式为h=______。
12．由爱因斯坦光电效应方程可以画出光电子的最大初动能和入射光的频率的关系，若该直线的斜率和横轴截距分别为k和b，电子电荷量的绝对值为e，则普朗克常量可表示为_______ , 所用材料的逸出功可表示为__________ 。 （结果均用k和b表示）
13．如图甲，合上开关，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极K，发现电流表读数不为零。调节滑动变阻器，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，光电子的最大初动能为____。把电路改为图乙，当电压表读数为2V时，电子到达阳极时的最大动能为_______。图乙中，电压表读数为2V不变而照射光的强度增到原来的三倍，此时电子到达阳极时的最大动能是_______。
14．深沉的夜色中，在大海上航行的船舶依靠航标灯指引航道，如图所示是一个航标灯自动控制电路的示意图．电路中的光电管阴极K涂有可发生光电效应的金属．下表反映的是各种金属发生光电效应的极限频率和极限波长，又知可见光的波长在400~770nm（）．
各种金属发生光电效应的极限频率和极限波长：
根据上图和所给出的数据，你认为：
(1)光电管阴极K上应涂有金属________．
(2)控制电路中的开关S应和__________（选填“a”和“b”）接触．
(3)工人在锻压机、冲床、钻床等机器上劳动时，稍有不慎就会把手压在里面，造成工伤事故．如果将上述控制电路中的电灯换成驱动这些机器工作的电机，这时电路中开关S应和________接触，这样，当工人不慎将手伸入危险区域时，由于遮住了光线，光控继电器衔铁立即动作，使机床停止工作，避免事故发生．
15．如图是光电效应实验示意图．当能量为E＝3.1 eV的光照射金属K时，产生光电流．若K的电势高于A的电势，且电势差为0.9 V，光电流刚好截止．那么当A的电势高于K的电势，且电势差也为0.9 V时．
(1)光电子从金属中逸出时的最大初动能为多少电子伏特？
(2)光电子到达A极的最大动能是多少电子伏特？
(3)此金属的逸出功是多少电子伏特？
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＝6.63×10﹣34J?s．结合图象，求：（以下所求结果均保留两位有效数字）
（1）每秒钟阴极发射的光电子数；
（2）光电子飞出阴极K时的最大动能为多少焦耳；
（3）该阴极材料的极限频率．
17．铝的逸出功W0=4.2eV，现在用波长100nm的光照射铝表面，已知普朗克常量h=6.63×10－34J·s，光速c=3.0×108m/s，求：
(1)光电子的最大初动能；
(2)铝的遏止电压(保留3位有效数字)；
(3)铝的截止频率(保留3位有效数字)．
18．红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道的闪光，每道闪光称为一个光脉冲，现有一红宝石激光器，发射功率为P=1.0×105W，所发射的光脉冲持续时间△t=1.0×10-11s，波长为693.4nm(1nm=10-9m).求：
(1)每个光脉冲的长度．
(2)每个光脉冲含有的光子数．（h=6.63×10-34J·s）
参考答案
1．B
【解析】
【详解】
AD.黑体辐射以电磁辐射的形式向外辐射能量，温度越高，辐射越强越大，AD错误；
BC.黑体辐射的波长分布情况也随温度而变，如温度较低时，主要以不可见的红外光进行辐射，在500℃以至更高的温度时，则顺次发射可见光以至紫外辐射。即温度越高，辐射的电磁波的波长越短，C错误B正确；
2．D
【解析】
【详解】
A.根据，入射光的频率越高，对应的截止电压U截越大，因此乙光的频率小于甲光的频率，则甲光对应的单色光频率为ν1；故A错误.
B.由图可知，甲的饱和电流大于乙的饱和电流，而甲光的频率高，所以甲光的光强大于乙光的光强；故B错误.
C.根据，钠阴极发射出的光电子最大速度之比为2：1，则最大初动能之比为4:1，解得该金属的逸出功为；故C错误.
D.根据逸出功和截止频率的关系可知，，解得：；故D正确.
3．B
【解析】
【详解】
ABCD、光子能量为:①
根据爱因斯坦光电效应方程可以知道光电子的最大初动能为:?②
根据题意: ③
联立①②③可得逸出,故B正确；ACD错误；
4．D
【解析】
因为光电效应的发生是瞬时的，所以增加照射时间也不会发生光电效应，故A错误；用单色光照射金属表面，没有发生光电效应，换用波长较长一些的单色光，频率变小，更不会发生光电效应．故B错误；增大单色光的强度也不会发生光电效应，故C错误；改用频率更高的单色光照射，增加了光子的能量，所以有可能发生光电效应，故D正确．所以ABC错误，D正确．
5．C
【解析】
【详解】
设用光子能量为的光照射时，光电子的最大初动能为，阴极材料逸出功为，
当反向电压达到：以后，具有最大初动能的光电子也达不到阳极
因此，有：
由光电效应方程：
由以上二式：，．
所以此时最大初动能为，该材料的逸出功为．
当电压表读数为时，则电子到达阳极时的最大动能为：，故C正确，ABD错误；
6．D
【解析】
【详解】
AB.因为A色光照射能发生光电效应，B色光照射不能发生光电效应，则A光的频率大于B光的频率。故A B错误。
CD.发出的光电子从阴极移动到阳极，然后从b到a经过电流表，则流过电流表的电流方向为a流向b。故C正确，D错误。
7．BC
【解析】
【详解】
A．阴极材料的逸出功W0= h0，故A错误。
B．由于入射光频率0，则能发生光电效应，有光电子逸出，由于在A、K之间加一数值为U的反向电压时，光电流恰好为零，根据动能定理：eU=Ekm，光电子的最大初动能可表示为eU，故B正确。
CD．根据爱因斯坦光电效应方程：h=h0+ Ekm，光电子的最大初动能Ekm可表示为h－h0，故C正确，D错误。
8．CD
【解析】
【详解】
A.由图可知，只有当入射光的频率大于或等于极限频率v0时，才会发生光电效应现象．故A错误．
B.根据光电效应方程Ekm=hv-W0和eUC=EKm得遏止电压与入射光的强度无关．故B错误．
C.根据光电效应方程Ekm=hv-W0和eUC=EKm得，，知图线的斜率等于，从图象上可以得出斜率的大小，已知电子电量，可以求出普朗克常量，故C正确；
D.当遏止电压为零时，最大初动能为零，则入射光的能量等于逸出功，所以W0=hv0．若入射光的频率为2v0时，根据光电效应方程，Ekm=hv-W0=hv0．即入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为hν0，故D正确．
9．BD
【解析】
【详解】
A.由图看出，太阳光射入六角形冰晶时，光的偏折角小于光的偏折角，由折射定律得知，六角形冰晶对光的折射率小于对光的折射率，则光频率小于光的频率，故选项A错误；
B.光频率小于光的频率，则光的波长大于光的波长，因此用、两种光在相同条件做双缝干涉实验，光得到的干涉条纹间距较宽，故选项B正确；
C.根据发生光电效应的条件，先后照射某金属，若光照射时能逸出光电子，光频率小于光的频率，则光照射时不一定能逸出光电子，故选项C错误；
D.因光光子的能量较大，结合跃迁能量即为两能级之差，则光和光光子可能是某元素原子分别从第二、第三激发态跃迁到基态时辐射出的，故选项D正确；
10．AC
【解析】
【详解】
A.单色光的能量:;故A正确.
B.由于动能最大的光电子恰好能使处于基态的氢原子电离，则光电子的最大初动能为;故B错误.
CD.根据光电效应方程: 可得：,;故C正确，D错误.
11．
【解析】
【分析】
【详解】
[1][2]根据
Ekm=hv-W0=eUc
解得
可知，当Uc=0时，对应的频率为截止频率，所以截止频率为，
图线的斜率，可得
12．k kb
【解析】
【详解】
根据光电效应方程得，，分析可知与成一次函数关系，知图线的斜率等于普朗克常量，即为：，与图象比较可知，横轴截距b为金属的极限频率，则料的逸出功为：。
【点睛】
只要记住并理解了光电效应的特点，只要掌握了光电效应方程就能顺利解决此题，所以可以通过多看课本加强对基础知识的理解．
13．0.6eV2.6eV2.6eV
【解析】
【详解】
因为反向电压为0.60V时，电流表读数为零，则光电子的最大初动能Ekm=eU=0.6eV；
把电路改为图乙，电压表读数为2V，该电压为正向电压，电子到达阳极时的最大动能为2.6eV；
电压表读数为2V不变而照射光的强度增到原来的三倍，此时电子到达阳极时的最大初动能不变，为2.6eV。
14．铯 b a
【解析】
【分析】
发生光电效应的条件是入射光的波长小于金属的极限波长，根据条件确定阴极K上涂有的是什么金属．根据夜晚没有光，但是指示灯亮，来确定控制电路的开关与哪一端接触；根据无光时，不发生光电效应，光控继电器停止工作，来确定控制电路的开关与哪一端接触．
【详解】
（1）因为可见光的波长只小于铯的极限波长，所以光电管阴极K上应涂上金属铯．（2）夜晚没有光，不发生光电效应，但是指示灯亮，知开始开关K与b端相连．（3）无光时，不发生光电效应，继电器停止工作，知开始时开关与a端相连．
【点睛】
解决本题的关键掌握光电效应的条件，当入射光的频率大于金属的极限频率，或入射光的波长小于金属的极限波长时，会发生光电效应．
15．(1) 0.9 eV (2) (3) 2.2 eV
【解析】
【分析】
【详解】
（1）若K的电势高于A的电势，且电势差为0.9 V，光电流刚好截止．
有：Ekm＝mvm2＝eU＝0.9 eV
（2）根据动能定理得，
则光电子到达A极的最大动能：
（3）根据光电效应方程得，Ekm＝hν－W0
解得逸出功W0＝hν－Ekm＝3.1 eV－0.9 eV＝2.2 eV.
16．（1）4.0×1012个； （2）9.6×10﹣20J ；（3）4.6×1014Hz
【解析】
【详解】
解：(1)每秒发射光电子个数：个
(2) 光电子飞出阴极K时的最大动能：
(3)由光电方程可得：
代入数据可得极限频率：
17．（1）1.317×10－18J （2）8.23V （3）1.01×1015Hz
【解析】
【分析】
【详解】
(1)根据光电效应方程： ，代入数据得：Ekm=1.317×10－18J
(2)光电子动能减小到0时，反向电压即遏制电压，根据动能定理：eUc= Ekm
代入数据得：Uc=8.23V
(3) 根据据逸出功W0= hν0
代入数据得：ν0=1.01×1015Hz
18．(1) 3×10-3m (2)
【解析】
【分析】
【详解】
(1)每个光脉冲的长度
(2)每个光脉冲的能量
每个光子的能量
每个光脉冲含有的光子数
代入数据得