上海市中原中学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．用图示装置研究光电效应现象，阴极K与滑动变阻器的中心触头c相连，当滑片P移到c点时，光电流为零.为了产生光电流，可采取的措施是（ ）
A．增大入射光的频率 B．把P向a移动
C．把P向b移动 D．增大入射光的强度
2．关于光电效应，下列说法正确的是
A．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
B．光的频率一定时，入射光越强，饱和电流越大
C．光的频率一定时，入射光越强，遏止电压越大
D．光子能量与光的速度成正比
3．如图所示是光电管的使用原理图。已知当有波长为λ0的光照然射到阴极K上时，电路中有光电流，则
A．若换用波长为λ1（λ1>λ0）的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流
B．若换用波长为λ2(λ2<λ0)的光照射阴极K时，电路中一定有光电流产生
C．增加电路中电源两极电压，电路中光电流一定增大
D．若将电源极性反接，电路中一定没有光电流
4．在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连。用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图所示，这时
A．锌板带正电
B．锌板带负电
C．指针不带电
D．锌板有正电子飞出
5．某同学采用如图所示的实验装置研究光电效应现象。当用某单色光照射光电管的阴极K时，会发生光电效应现象。闭合开关S，在阳极A和阴极K之间加上反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计中电流恰为零，此时电压表的电压值U称为遏止电压。现分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极，测量到遏止电压分别为U1和U2，设电子质量为m、电荷量为e，则下列说法中正确的是
A．用频率为ν1的光照射时，光电子的最大初速度v
B．阴极K金属的逸出功W0=eU
C．阴极K金属的极限频率
D．普朗克常量
6．一单色光照到某金属表面时，有光电子从金属表面逸出，下列说法中正确的是（ ）
A．无论增大照射光的频率还是增加照射光的强度，金属的逸出功都不变
B．只延长照射光照射时间，光电子的最大初动能将增加
C．只增大照射光的频率，光电子的最大初动能将增大
D．只增大照射光的强度，单位时间内逸出的光电子数目将增多
7．电子的运动受波动性的支配，对于氢原子的核外电子，下列说法正确的是( )
A．氢原子的核外电子可以用确定的坐标描述它们在原子中的位置
B．电子绕核运动时，可以运用牛顿运动定律确定它的轨道
C．电子绕核运动的“轨道”其实是没有意义的
D．电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置
8．量子理论是现代物理学两大支柱之一.量子理论的核心观念是“不连续”.关于量子理论，以下说法正确的是（ ）
A．普朗克为解释黑体辐射，首先提出“能量子”的概念
B．爱因斯坦实际上是利用量子观念和能量守恒定律解释了光电效应
C．康普顿效应证明光具有动量，也说明光是不连续的
D．海森伯的不确定性关系告诉我们电子的位置是不能准确测量的
9．光电效应的实验结论是：对于某种金属(　　)
A．无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应
B．无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应
C．频率超过极限频率的入射光，频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大
D．频率超过极限频率的入射光，光照强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小
10．在光电效应实验中，小强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．甲光对应的光电子最大初动能小于丙光的光电子最大初动能
11．在做光电效应的实验时,某种金属被光照射发生了光电效应,实验测得光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν的关系如图所示,已知直线的斜率为K，横截距是ν0,由实验图可求出普朗克常量是_________该金属的逸出功是________（用K、ν0 表示）
12．伦琴射线管是用来产生X射线的一种装置，构造如图所示．真空度很高（约为10-4 Pa）的玻璃泡内，有一个阴极K和一个阳极A，由阴极发射的电子受强电场的作用被加速后打到阳极，会产生X光内的各种能量的光子，其中光子能量最大值等于电子的动能．已知阳极和阴极之间的电势差U，普朗克常数h，电子电荷量e和光速c，则可知该伦琴射线管产生的X光的最大频率为________，最短波长为________．
13．如图甲为氢原子的能级图，大量处于n=4激发态的氢原子跃迁时，发出多个能量不同的光子，其中频率最大的光子能量为_____eV，若用此光照射到逸出功为2.75 eV的光电管上，则加在该光电管上的反向遏止电压为____V．
14．利用如图所示的电路做光电效应实验，当光照射到光电管的金属材料上时，灵敏电流计中没有电流通过．经检查实验电路完好．则发生这种现象的原因可能有______________和_______．
15．“神光Ⅱ”装置是我国规模最大的高功率激光系统，利用它可获得能量为2400J、波长λ=0.35um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多少？
16．如图为通过某光电管的光电流与两极间电压的关系当用光子能量为4.5V的蓝光照射光电管的阴极K时对应图线与横轴的交点U1=-2.37V(普朗克常量h=6.63×10-34J﹒s电子电量e=1.6×10-19C
(1)求阴极K发生光电效应的极限频率;(该小题计算结果保留两位有效数字)
(2)当用光子能量为7.0eⅴ的紫外线持续照射光电管的阴极K时,求光电子逸出的最大初动能
(3)当某种频率的紫外线持续照射光电管的阴极K时,测得饱和光电流为0.32μA,求阴极K在1秒内发射出的光电子数
17．紫光在真空中的波长为4.5×10-7m，h=6.63×10-34J·s，c=3×108m/s，请问（结果保留三位有效数字）：
（1）紫光光子的能量是多少？
（2）用他照射极限频率为v0=4.62×1014Hz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？
18．如图所示为氢原子的能级图，现有大量氢原子处于第4能级。求：
（1）这些氢原子跃迁会产生多少种不同频率的光子；
（2）这些不同频率的光子照到逸出功为2.25eV的某种金属上，产生的光电子的最大初动能。
参考答案
1．A
【解析】
【详解】
当滑片P移到c点时，光电流为零，没有发生光电效应，只有入射光的频率大于金属的极限频率时，才能产生光电效应，电路中才能产生光电流，所以增大入射光的频率可以产生光电流
A.符合题意，故A正确
B.不符合题意，故B错误
C.不符合题意，故C错误
D.不符合题意，故D错误
2．B
【解析】
【详解】
A．根据光电效应方程，得知光电子的最大初动能与入射光的频率、金属的逸出功都有关，与入射光的强度无关,。但是最大初动能不与入射光的频率成正比。所以A错误。
B．而如果光的频率一定，入射光越强，则饱和光电流越大。所以B正确。
C．又根据知遏止电压与光的频率有光，与光的强度无关。所以C错。
D．光子的能量为所以光子的能量与光的频率成正比。所以D错误。
3．B
【解析】
【详解】
A.用波长为λ0的光照射阴极K，电路中有光电流，说明入射光的频率大于金属的极限频率，换用波长为λ1的光照射阴极K，因为λ1＞λ0，根据可知，波长为λ1的光的频率不一定大于金属的极限频率，因此不一定不能发生光电效应现象，故A错误；
B.同理可以判断，若换用波长为λ2（λ2＜λ0）的光照射阴极K时，电路中一定有光电流。故B正确；
C.光电流的大小与入射光的强度有关，在一定频率与强度的光照射下，光电流大小与电压大小之间的关系为：开始时，光电流随电压U的增加而增大，当U大到一定程度时，光电流达到饱和值，这时即使再增大U，在单位时间内也不可能有更多的光电子定向移动，光电流也就不会再增加，即饱和光电流是在一定频率与强度的光照射下的最大光电流，增大电源电压，若光电流达到饱和值，则光电流也不会增大，故C错误；
D.将电源极性反接，若光电子的最大初动能大于光电管两极间电场力做的功，电路中仍有光电流产生，故D错误。
4．A
【解析】
【分析】
锌板在弧光灯照射下，发生光电效应，锌板失去电子，从而可以得出锌板和指针的电性。
【详解】
锌板在弧光灯照射下，发生光电效应，有光电子逸出，光电子带负电，锌板失去电子带正电，验电器与锌板相连，导致指针带正电。
A．锌板带正电，与分析结果相符，故A正确；
B．锌板带负电，与分析结果不符，故B错误；
C．指针不带电，与分析结果不符，故C错误；
D．锌板有正电子飞出，与分析结果不符，故D错误。
【点睛】
本题考查光电效应现象的分析，较为简单。
5．D
【解析】
【详解】
A.当用频率为的光照射时，根据动能定理得，解得光电子的最大初速度，故选项A错误；
B.根据光电效应方程得，解得逸出功，故选项B错误；
CD.根据光电效应方程有，，联立解得普朗克常量，极限频率，故选项C错误，D正确。
6．ACD
【解析】
【详解】
A. 金属的逸出功由金属本身因素决定，与照射光的频率，强度无关，故A正确.
BC. 根据光电效应方程Ekm=hv－W0知，光电子的最大初动能与照射光的照射时间无关，与照射光频率有关，照射光频率越大，光电子的最大初动能越大，故B错误，C正确.
D. 增大照射光的强度，则单位时间内逸出的光电子数目增多，故D正确．
7．CD
【解析】
【分析】
【详解】
微观粒子的波动性是一种概率波，对应微观粒子的运动，牛顿运动定律已经不适用了，所以氢原子的核外电子不能用确定的坐标描述它们在原子中的位置，故AB不正确；电子的“轨道”其实是没有意义的，电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置，故CD正确；
8．ABC
【解析】
【详解】
A．普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一，A正确；
B．爱因斯坦用光子说很好地解释了光电效应，实际上是利用量子观念和能量守恒，B正确；
C．康普顿效应表明光子除了具有能量之外还具有动量，即有粒子性与波动性，C正确；
D．根据不确定原理，在微观领域，不可能同时准确地知道粒子和动量，但电子的位置是能准确测量的，D错误；
9．AC
【解析】
【详解】
A. 根据光电效应的规律，无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应，选项A正确；
B. 能否发生光电效应与光照的时间无关，选项B错误；
C. 根据光电效应方程Ekm=hv-W0知，频率超过极限频率的入射光，频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大，选项C正确；
D. 根据光电效应方程Ekm=hv-W0知，频率超过极限频率的入射光所产生的光电子的最大初动能与光强无关，选项D错误；
10．BD
【解析】
【详解】
A．根据截可知入射光的频率越高，对应的截止电压截越大，甲光、乙光的截止电压相等，所以甲光、乙光的频率相等，故选项A错误；
B．丙光的截止电压大于乙光的截止电压，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，故选项B正确；
C．截止频率是针对发生光电效应物体的，不是针对入射光的，故选项C错误；
D．丙光的截止电压大于甲光的截止电压，根据截可知甲光对应的光电子最大初动能小于丙光的光电子最大初动能，故选项D正确。
11．
【解析】
根据爱因斯坦光电效应方程，任何一种金属的逸出功W一定，说明EK随频率f的变化而变化，且是线性关系（与y=ax+b类似），直线的斜率K等于普朗克恒量，直线与横轴的截距表示EK=0时的频率，所以该金属的逸出功是．
12．
【解析】
【分析】
【详解】
光子的最大能量E=eU=hν，解得ν=，则最短波长。
【点睛】
根据动能定理求出电子的最大动能，从而得出光子的最大能量，根据E=hν求出最大频率，根据频率和波长的关系求出最短波长．
13．12.75; 10;
【解析】
根据=6知，大量处于n=4的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种能量不同的光子．能级间跃迁放出或吸收光子的能量满足hγ=Em-En．所以频率最大的是从4→1的跃迁，光子能量为：E=E4-E1=-0.85+13.60eV=12.75eV．另外从3→1的能级差为-1.51+13.60eV=12.09eV．从2→1的能级差为-3.40+13.60eV=10.2eV．三种跃迁的能级差均大于金属的逸出功2.75 eV.
14．入射光的频率小于极限频率 所加反向电压大于遏止电压
【解析】
【详解】
当光照射到光电管的金属材料上时，灵敏电流计中没有电流通过，则说明可能没有发生光电效应，即入射光的频率小于极限频率；也可能是所加反向电压大于遏止电压。
15．4.23×1021（个）
【解析】
【详解】
一个紫外激光光子的能量，则该紫外激光所含光子数（个）.
16．(1) ；(2) ；(3)
【解析】
【详解】
（1）光电子的最大初动能为
根据爱因斯坦光电效应方程知阴极K的逸出功
所以阴极K的极限频率；
（2）光电子逸出的最大初动能；
（3）阴极K一秒内发射的光电子数。
17．（1）4.42×10-19?J；（2）能；1.36×10-19?J．
【解析】
【详解】
（1）由题意可得紫光光子的能量为：
（2）紫光光子的频率为：，因为ν＞ν0，所以能产生光电效应；由光电效应方程可得光电子的最大初动能为：Ekm=hν-W???
得：Ekm=h（ν-ν0）=6.63×10-34×（6.67×1014-4.62×1014）=1.36×10-19?J
18．（1）6种；（2）10.5eV。
【解析】
【详解】
（1）大量氢原子从n＝4的能级跃迁能产生＝6种不同频率的光；
（2）氢原子从n＝4的能级向n＝1发生跃迁，发射光子能量最大，产生的光电子的最大初动能也最大；
光子的能量：Em＝E4﹣E1＝﹣0.85﹣（﹣13.6）＝12.75eV
当照射光电管放出能量为：Ekm＝12.75﹣2.25＝10.5eV