上海市甘泉高中2019-2020学年高中物理沪科版选修3-5：波和粒子 单元测评题（含解析）

波和粒子
1．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．将滑动变阻器滑动片向右移动，电流表的示数一定增大
B．当滑动变阻器不动时，光电流大小与光强成正比
C．将 K 极换成逸出功小的金属板，仍用相同的绿光照射时，遏止电压不变
D．将电源的正负极调换，仍用相同的绿光照射时，将滑动变阻器滑动片 向右移动一些， 电流表的读数一定为零
2．如图所示是某金属在光的照射下，光电子的最大初动能Ek与入射光的波长的倒数（1/λ）的关系图象，由图象可知
A．图象中的λ0是产生光电效应的最小波长
B．普朗克常量和光速的乘积hc=Eλ0
C．该金属的逸出功等于-E
D．若入射光的波长为λ0/3，产生的光电子的最大初动能为4E
3．激光的主要特点之一是它的频率很大，设P表示激光功率，λ表示激光波长，则激光器每秒射出的光子数是
A．h B． C． D．Phcλ
4．光子有能量，也有动量，它也遵守有关动量的规律．如图所示，真空中有一“∞”字形装置可绕通过横杆中点的竖直轴OO′ 在水平面内灵活地转动，其中左边是圆形黑纸片，右边是和左边大小、质量均相同的圆形白纸片．当用平行白光垂直照射这两个圆面时，关于此装置开始时转动情况（俯视）下列说法中正确的是
A．逆时针方向转动 B．顺时针方向转动 C．都有可能 D．不会转动
5．在如图所示的光电管的实验中（电源正负极可以对调），用同一光电管得到了三条可见光的光电流与电压之间的关系曲线（图二中的甲光、乙光、丙光）．下列说法中正确的有（?? ）
A．同一光电管对不同颜色的单色光有各自不同的极限频率
B．只要电流表中有电流通过，光电管中就发生了光电效应
C．（图一中）电流表G的电流方向可以是a流向b、也可以是b流向a
D．（图二中）如果乙光是黄光，则丙光可能是紫光
6．一束绿光照射某金属发生了光电效应，则以下说法正确的是( )
A．若增加绿光的照射强度，则单位时间内逸出的光电子数增加
B．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子的最大初动能增加
C．若改用紫光照射，则可能不会发生光电效应
D．若改用紫光照射，则逸出的光电子的最大初动能增加
7．下列叙述正确的是
A．一切物体都在辐射电磁波，电磁波具有能量
B．光是一种电磁波
C．普朗克提出了能量子假说
D．自然界的能量守恒，不同形式的能可互相转化，所以不需要节约能源
8．用一束绿光照射某金属，能产生光电效应，现在把入射光的条件改变，再照射这种金属，下列说法正确的是
A．把这束绿光遮住一半，则可能不产生光电效应
B．把这束绿光遮住一半，则逸出的光电子数将减少
C．若改用一束红光照射，则可能不产生光电效应
D．若改用一束蓝光照射，则逸出光电子的最大初动能将增大
9．用频率为v0的光子恰好能使某种金属发生光电效应。下列说法正确的是
A．此金属的逸出功为hv0
B．当照射光的频率v大于v0时，若v增大，则此金属的逸出功增大
C．当照射光的频率v大于v0时，若光强增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍
D．当用频率为2v0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hv0
10．如图是氢原子的能级图，a、b、c为原子跃迁时所发出的三种光。当用c光照射某种金属时恰能发生光电效应，下列说法正确的是
A．c光的频率小于b光的频率
B．a光的频率大于b光的频率
C．换成a光照射该种金属，一定会发生光电效应
D．换成b光照射该种金属，可能会发生光电效应
11．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。把电路改为图乙,当电压表读数为2V时,则逸出功为_______,电子到达阳极时的最大动能为_________．
12．美国物理学家密立根利用图甲所示的电路研究金属的遏止电压与入射光频率的关系如图乙所示．入射光的频率增大，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片向_______（填“M”或“N”）端移动，已知电子电量为表示，则可从图乙中的数据算出普朗克常量=_________．
13．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400～770 nm(1 nm＝10-9 m)．
各种金属发生光电效应的极限频率和极限波长：
金属 铯 钠 锌 银 铂
极限频 率( Hz) 4.545×
1014 6.000×
1014 8.065×
1014 1.153×
1014 1.529×
1014
极限波 长(μm) 0.660 0 0.500 0 0.372 0 0.260 0 0.196 2
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________(填“a”和“b”)接触；
14．用一束单色光照射截止频率为νc=1.5×1015 Hz的某种金属，产生的光电子的最大初动能Ek=6eV，该单色光一个光子的动量为______kg.m/s．（普朗克常量h=6.63×10﹣34 J.s，光在真空中的速度c=3×108m/s）（结果保留两位有效数字）
15．静止的钍(Th)核发生β衰变时放出一个β粒子而变成一个镤(Pa)核，同时产生了一个能量为ε的中微子．已知真空中光速为C，普朗克常量为h．求：
①该中微子的频率； ②衰变后β粒子和镤核的合动量的大小．
16．某光电管用金属钠作为阴极金属，已知金属钠的逸出功为2.29 eV，现用波长为300 nm的光照射金属钠表面，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，真空中的光速c＝3.0×108m/s, 电子电荷量e＝1.6×10－19 C,1 nm＝10－9 m，求：
（1）金属钠的截止频率
（2）光电子的最大初动能
（3）该光电管的遏止电压．(结果均保留两位有效数字)
17．人体表面辐射本领的最大值落在波长为940μm处，它对应的是何种辐射？能量子的值为多大？
18．有一个成语叫做“炉火纯青”，原意说的是道士炼丹时候的温度控制，温度高低主要是靠看火焰的颜色，温度低的时候，是偏红的，温度最高的时候，才呈现青色，所以炉火纯青表示温度已经足够高了。怎样用热辐射来解释温度与颜色的关系？
参考答案
1．B
【解析】
【详解】
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错误；当滑动变阻器不动时，光电管两端电压一定，则光电流大小与光强成正比，选项B正确；将 K 极换成逸出功小的金属板，仍用相同的绿光照射时，则最大初动能变大，根据可知，遏止电压变大，选项C错误．电源的正负极调换，仍用相同的绿光照射时，将滑动变阻器滑片向右移一些，若此时的电压仍小于反向截止电压，则电流表仍可能有示数，故D错误；
2．B
【解析】
【详解】
由光电效应方程可得：，则图象中的λ0是产生光电效应的最大波长，选项A错误；当时， ；且，则hc=Eλ0，选项B正确，C错误；若入射光的波长为λ0/3，产生的光电子的最大初动能为，选项D错误。
3．B
【解析】
【详解】
激光的强度由光子数目决定。因为
则单位时间内射出的光子数
故B正确。
4．A
【解析】
【详解】
白纸反射各种色光，故用平行白光垂直照射白纸片时光子会被反弹回去，而黑纸面会吸收各种色光，即光子与黑纸片碰撞后具有相同的速度方向，结合动量守恒知光子与白纸片碰撞后，白纸片会获得较大速度，故此装置会逆时针方向转动（俯视）．
故ACD选项错误，B正确．
5．BD
【解析】
【详解】
A、光电管的极限频率由光电管本身决定，与入射光的颜色无关，故A错误。B、只要电流表中有电流通过，可知有光电子逸出，即光电管发生光电效应，故B正确。C、光电子从光电管的右端逸出，流过电流表G的电流方向为a到b，故C错误。D、丙光照射光电管，遏止电压较大，即光电子的最大初动能较大，根据光电效应方程Ekm=hv-W0知，丙光的频率较大，如果乙光是黄光，则丙光可能是紫光，故D正确。故选BD。
【点睛】
解决本题的关键掌握光电效应方程，会根据遏止电压的大小比较光子频率，知道同一种色光，遏止电压相等，光强不同，饱和电流不同．
6．AD
【解析】
光的强度增大，则单位时间内逸出的光电子数目增多，根据光电效应方程知，光电子的最大初动能不变，故A正确、B错误；因为紫光的频率大于绿光的频率，一定发生光电效应，故C错误；根据光电效应方程Ekm=hv-W0知，光电子的最大初动能增加，故D正确．所以AD正确，BC错误．
7．ABC
【解析】
【详解】
A．一切物体都在辐射电磁波，电磁波具有能量，选项A正确；
B．光是一种电磁波，选项B正确；
C．普朗克提出了能量子假说，选项C正确；
D．自然界的能量守恒，但能直接应用的能源使用后品质降低，不能直接应用，所以可利用能源越来越少，需要节约能源，故D错误。
8．BCD
【解析】
【分析】
【详解】
能否发生光电效应与入射光的强度无关，只由入射光的频率决定，A错；将光遮住一半则光强减弱，逸出的光电子的数目减少，B正确；改用红光照射则光的频率降低，有可能低于截至频率，不发生光电效应，C正确；光电子的最大初动能，蓝光的频率更大；可知D对；
9．AD
【解析】
【详解】
A．用频率为v0的光子恰好能使某种金属发生光电效应，可知此金属的逸出功为hv0，选项A正确；
B．金属的逸出功与入射光的频率无关，由金属本身性质决定，故B错误。
C．光电子的最大初动能与光强无关，故C错误。
D．金属逸出功为hv0，根据光电效应方程得，用频率为2ν0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为：
Ekm=h?2v0-hv0=hv0
故D正确。
10．BC
【解析】因为Em-En=hv，则Ea＞EC＞Eb，依据E=hγ，可知，γa＞γc＞γb，可知a光的频率最高，b光的频率最低，故A错误，B正确；因为a光的能量大于c光的能量，所以能发生光电效应，故C正确；因为b光的能量小于c光的能量，所以不能发生光电效应，故D错误。所以BC正确，AD错误。
11． 1.9eV 2.6eV
【解析】设用光子能量为2.5eV的光照射时，光电子的最大初动能为Ekm，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=Ekm
由光电效应方程：Ekm=hν-W0；由以上二式：Ekm=0.6eV，W0=1.9eV． 所以此时最大初动能为0.6eV，该材料的逸出功为1.9eV．当电压表读数为2V时，则逸出功及电子到达阳极时的最大动能为Ekm=0.6+2=2.6eV；
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，注意逸出的最大初动能与到达阳极时的最大动能的区别．
12．
【解析】（1）入射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，则需所加电压变大，滑动变阻器的滑片P应向N端移动，
（2）由，
故答案为：(1). (2). 。
13． 铯或钠 b
【解析】（1）因为可见光的波长只有小于铯的极限波长，所以光电管阴极K上应涂上金属铯或钠．
（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．
14．6.5×10﹣27
【解析】
根据光电效应方程，Ekm=hν-W=hν-hνc；
则有：
再依据，及，则有：
15．① ②
【解析】
①根据
得
② 设粒子和镤核的合动量为P1，中微子的动量P2，根据动量守恒
P1+P2=0
由 得
所以粒子和镤核的合动量大小为 　
16．（1）5.5×1014 Hz（2）3.0×10－19 J （3）1.9 V
【解析】（1）根据逸出功W0＝hν0，得截止频率：ν0＝ Hz＝5.5×1014 Hz
（2）根据光电效应方程：Ek＝hν－W0＝－W0＝3.0×10－19 J
（3）光电子动能减小到0时，反向电压即遏止电压，根据动能定理：eU＝Ek，
代入数据得：U＝1.9 V
17．红外辐射 2．12×10－22J
【解析】查表可得波长为940 μm的辐射为红外辐射，E＝hν＝h＝J＝2．12×10－22J
【答案】见解析
【解析】黑体辐射与温度之间有着密切的关系，热辐射的光谱是连续光谱，辐射光谱的性质与温度有关，在室温下，大多数物体辐射不可见的红外光。但当物体被加热到500℃左右时，开始发出暗红色的可见光，随着温度的不断上升，辉光逐渐亮起来，而且波长较短的辐射越来越多，大约在1500℃时就会变成明亮的白炽光。这说明同一物体在一定温度下所辐射的能量，在不同光谱区域的分布是不均匀的，而且温度越高，光谱中与能量最大的辐射相对应的频率也越高。因此，火焰颜色也随之而改变。