上海市大境中学2019-2020学年高中物理沪科版选修3-5：波和粒子 章末复习题（含解析）

波和粒子
1．下面哪些现象属于光的衍射现象（?? ）
A．雨后美丽的彩虹?
B．对着日光灯从两铅笔的缝中看到的色彩条纹
C．阳光下肥皂膜上的彩色条纹?
D．光通过三棱镜产生的色彩条纹
2．在X射线管中，由阴极发射的电子被加速后打到阳极，会产生包括X光子在内的各种能量的光子，其中光子能量的最大值等于电子的动能，已知阳极与阴极之间的电势差U、普朗克常量h、电子电量e和光速c，则可知该X射线管发出的X光子的
A．最短波长为 B．最长波长为
C．最小频率为 D．最大频率为
3．双缝于涉实验的装置如图所示，绿光通过单缝S后，投射到具有双缝的挡板上，双缝和与单缝S的距离相等，光通过双缝后在与双缝平行的屏上形成干涉条纹，屏上O点距双缝和的距离相等，P点是距O点最近的第一条亮条纹．如果将入射光换成其他色光，则下列说法中正确的是
A．若将入射光换成红光，则在O点将出现红光的亮条纹
B．若将入射光换成紫光，则在O点不可能出现紫光的亮条纹
C．若将入射光换成红光，则红光的第一条亮条纹在P点的下方
D．若将入射光换成紫光，则紫光的第一条亮条纹在P点的上方
4．某同学以线状白炽灯为光源，利用游标卡尺两测量脚间形成的狭缝观察光的衍射现象后，总结了以下几点，其中正确的是
A．若狭缝与灯丝平行，形成黑白条纹且条纹与狭缝平行
B．若狭缝与灯丝垂直，形成彩色条纹且条纹与狭缝垂直
C．衍射条纹的疏密程度与狭缝的宽度有关
D．衍射条纹的间距与光的波长无关
5．如果有光照射光电管，那么在如图所示电路中
A．一定没有光电流
B．可能回路中有顺时针方向的光电流
C．可能回路中有逆时针方向的光电流
D．回路中一定有顺时针方向的光电流
6．在光电效应现象中，物体表面发射出的粒子是（ ）
A．光子 B．质子 C．中子 D．电子
7．如图所示，一验电器与锌板相连，现用一弧光灯照射锌板，关灯后，指针保持一定偏角，下列判断中正确的是（ ）
A．用一带负电（带电量较少）的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将增大
B．用一带负电（带电量较少）的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将减小
C．使验电器指针回到零后，改用强度更大的弧光灯照射锌板，验电器指针偏角将比原来大
D．使验电器指针回到零后，改用强度更大的红外线灯照射锌板，验电器指针一定偏转
8．同一阴极材料，分别受到a、b、c三个光源照射，测得的光电流与电压的关系如图所示。下列说法正确的是
A．三个光源的频率fc>fb>fa
B．三个光源的光子能量Eb>Ea=Ec
C．三个光源的光通过同一双缝干涉装置得到的干涉条纹间距xa>xb>xc
D．三个光源打出的光电子的最大初动能
9．用能量为E的光子照射到光电管阴极后，测得光电流与电压的关系如图所示，已知电子的质量为m、电荷量为e，普朗克常量为h，则下列说法中正确的是
A．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
B．入射光的光强增强可改变反向遏止电压
C．光电子对应的物质波的波长λ=
D．光电管阴极金属的逸出功为W＝E－eUc
10．如图所示，在平静水面下的一个点光源S分别发出单色光a、b，照在水面上形成光斑；其中a单色光照射形成的光斑比b单色光照射形成的光斑大。则下列说法正确的是
A．水对a光的临界角比b光的小
B．a光光子的能量比b光的大
C．a光光子的动量比b光的小
D．a光照射某金属能逸出光电子，则b光照射该金属也一定能逸出光电子
11．用频率为ν的光照射某光电管，发射的光电子的最大初动能为E，若改用频率为2ν的光照射该光电管，则发射的光电子的最大初动能是_____________
12．利用图甲所示电路研究光电效应中金属的遏止电压Uc与入射光频率的关系。图中A、K两极间的电压大小可调，直流电源的正负极也可以对调。某金属在光的照射下产生光电效应，其遏止电压Uc与入射光频率的关系图象如图乙所示，图中U、均已知，电子电荷量用e表示。则由图象可求得该金属的逸出功W0=__________，普朗克常量h=_______（用题中字母表示）。
13．某光电管的阴极是用金属钾制成的，它的逸出功为2．21 eV，用波长为2．5×10- 7 m的紫外线照射阴极，已知真空中的光速为3．0×108 m/s，元电荷为1．6×10-19 C，普朗克常量为6．63×10-34 J·s．则钾的极限频率是_______Hz，该光电管发射的光电子的最大初动能是________J．（保留二位有效数字）
14．如图所示，一静电计与锌板相连，在A处用一弧光灯照锌板，关灯后，指针保持一定偏角．
(1)现用一带负电的金属小球与锌板接触，则静电计指针偏角将________.(填“增大”?“减小”或“不变”)
(2)使静电计指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，静电计指针无偏转，那么，若改用强度更大的红外线照射锌板，可观察到静电计指针________(填“有”或“无”)偏转.
15．用能量为E的光子照射到光电管阴极后，测得光电流与电压的关系如图所示，已知电子的质量为m、电荷量为e，普朗克常量为h，试求：
①光电子的最大初动能和对应物质波的波长。
②光电管阴极金属的逸出功W。
16．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与入射光频率v，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．如图乙所示，是根据某次实验作出的图像，电子的电荷量．试根据图像和题目中的已知条件：
（1）写出爱因斯坦光电效应方程．
（2）求这种金属的截止频率．
（3）用图像的斜率k，写出普朗克常量h的表达式，并根据图像中的数据求出普朗克常量h．
17．某金属在光的照射下发生光电效应，光电子的最大初动能与入射光频率的关系如图所示，试求：
①普朗克常量（用图中字母表示）；
②入射光的频率为时，产生的光电子的最大处动能．
18．如图所示,当开关S断开时,用光子能量为2.5eV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0.60V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。
(1)求此时光电子的最大初动能的大小;
(2)求该阴极材料的逸出功。
参考答案
1．B
【解析】
【详解】
A. 雨后天空美丽的彩虹，属于光的折射现象，故A错误；
B. 对着日光灯从两支紧靠的铅笔间窄缝看到的彩色条纹，是光绕过障碍物传播的现象，故属于光的衍射现象，而之所以看到彩色条纹，是由于不同的色光波长不同，发生叠加造成亮条纹的位置不同，故B正确；
C. 阳光下肥皂膜上的彩色条纹，是属于薄膜干涉现象，故C错误；
D. 太阳光通过三棱镜产生彩色条纹，是由于光发生了色散现象即属于光的折射现象，故D错误．
故选B.
2．D
【解析】
【详解】
由阴极发射的电子被加速后打到阳极时电子的动能
由题意可知光子能量的最大值等于电子的动能，故能量最大的光子的能量为
而光子的能量
故最短波长为
当波长最短时，光的频率最大，故最大频率
故选D。
3．A
【解析】
【详解】
AB．因为O点与双缝间的路程差等于0，知该点出现明条纹，故A正确，B错误；
CD．根据双缝干涉条纹的间距公式知，因为红光的波长大于绿光，紫光的波长小于绿光，则红光的条纹间距大于绿光，紫光的条纹的间距小于绿光，所用红光的第一条亮纹在P点的上方，紫光的第一条亮纹在P点的下方，故CD错误。
故选A。
4．C
【解析】
【详解】
AB．在用游标卡尺两脚间形成的狭缝观察以线状白炽灯为光源的光的衍射现象时狭缝必需与灯丝平行，这时彩色衍射条纹与狭缝平行，狭缝与灯丝垂直时观察不到明显的衍射条纹，故AB错误；
C．衍射条纹的间距随狭缝变宽而变小，即狭缝越宽，衍射条纹间距越小，故C正确；
D．波长越大衍射现象越明显，故波长越大，衍射条纹间距越大，故D错误。
故选C。
5．B
【解析】
【详解】
当光的频率大于光电管的极限频率时，能发生光电效应，回路中有顺时针方向的光电流，当光的频率小于光电管的极限频率时，不能发生光电效应，回路中没有光电流，故B正确。
故选B。
6．D
【解析】
光电效应是用光照射金属，然后金属表面有电子逸出的现象，所以在光电效应现象中，物体表面发射出的粒子是电子，故D对；ABC错；
7．BC
【解析】
AB．当弧光灯照射锌板，锌板发生光电效应逸出光电子，锌板带正电，因此验电器有一个偏角．当带负电的小球接触金属板，金属板带电量减小，张角也因此减小，故A错误，B正确；
C．用强度更大的弧光照射，逸出的光电子将更多，带电量将更大，张角也就更大，故C正确；
D．改用红外灯，频率减小，不一定会发生光电效应，故指针不一定偏转，故D错误．
故选：BC
8．BD
【解析】
【详解】
A．根据遏止电压和光频率的关系式：
可知，三个光源的频率大小关系为：，故A错误；
B．根据光子能量：
可知，三个光源的光子能量大小关系为：，故B正确；
C．三个光源的频率大小关系为：，则波长关系为：，根据双缝干涉的干涉条纹间距公式：
可知，干涉条纹间距的大小关系为：，故C错误；
D．同一阴极材料逸出功相等，根据光电效应方程：
可知三个光源打出的光电子的最大初动能，故D正确。
故选BD．
9．CD
【解析】
【详解】
A．由题图知遏止电压为Uc，所以光电子的最大初动能为Ekm＝eUc，根据爱因斯坦的光电效应方程知，最大初动能与入射光的频率不成正比，A错误；
B．遏止电压与入射光的强度无关，B错误；
C．光电子动量为p，可得
p＝
物质波波长：
λ＝＝
C正确；
D．根据爱因斯坦光电效应方程可得：
W＝E－eUc
D正确．
故选CD。
10．CD
【解析】
【详解】
AB．单色光照射形成的光斑比单色光照射形成的光斑大，说明光的全反射临界角大，根据可知：
因此有：
，
根据光子能量可知光光子的能量比光的小，故A、B错误；
C．根据德布罗意波波长公式可知，光光子的动量比光的小，故C正确，
D．根据光电效应方程可知，频率小的光照射某金属能发生光电效应，则光照射该金属也一定能逸出光电子，故D正确；
故选CD。
11．hν＋E
【解析】根据，金属的逸出功为，若改用频率为2ν的光照射该光电管，则发射的光电子的最大初动能
12．
【解析】
【详解】
由Ekm=hv-W0和eUC=EKm得出：，结合图像则：?得h=；解得W0=eU。
13．5.3×1014Hz 4.4×10-19?J
【解析】
试题分析：（1）根据据逸出功W0=hγ0，得：；
（2）根据光电效应方程：EK=hγ-W0…①
光速、波长、频率之间关系为：…②
由①②解得：EK=4．4×10-19J
考点：光电效应方程
【名师点睛】本题考察知识点简单，但是学生在学习中要牢记公式以及物理量之间的关系，逸出功W0=hγ0，和光电效应方程：EK=hγ-W； 同时注意逸出功计算时的单位，及运算的准确性．
14．减小 无
【解析】
【分析】
【详解】
(1) 弧光灯照锌板，锌板发生光电效应，光电子逸出，锌板带正电，用一带负电的金属小球与锌板接触，锌板所带正电减少，静电计指针偏角减小．
(2)使静电计指针回到零，改用黄光照射锌板，静电计不发生偏转，则黄光频率低于截止频率；红外线的频率低于黄光频率，也低于锌板发生光电效应的截止频率，红外线照射锌板，锌板不发生光电效应，静电计指针不偏转．
15．① , ②
【解析】：①由图知遏止电压为Uc，所以光电子的初动能为 ,光电子的动量为p，可求，物质波波长：；②根据光电效应方程可求逸出功为：
16．（1）（2）（3）
【解析】
【详解】
（1）爱因斯坦光电效应方程．
（2）时对应的频率为截止频率．由动能定理时对应的遏止电压．故由图读出时，这种金属的截止频率．
（3）由，解得，即斜率，代入数值计算得．
17．①
②
【解析】
试题分析：①由光电效应方程，结合图像可知金属的逸出功，极限频率为νc，所以，解得．
②由光电效应方程，则：．
考点：光电效应
【名师点睛】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．
18．(1) Ek=0.6 eV　(2) W0=1.9 eV
【解析】设用光子能量为2.5 eV的光照射阴极P时,光电子的最大初动能为Ek,阴极材料逸出功为W0,当反向电压达到U=0.60V以后,具有最大初动能的光电子也达不到阳极,因此eU=Ek,光电效应方程:Ek=hν-W0。
由以上两式解得Ek=0.6 eV,W0=1.9eV。
所以此时最大初动能为0.6 eV,该阴极材料的逸出功为1.9eV。
【点睛】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．