上海市海滨高中2019-2020学年高中物理沪科版选修3-5：波和粒子 章末综合复习题（含解析）

波和粒子
1．关于光电效应，下列说法正确的是
A．入射光的频率低于截止频率时才会发生光电效应现象
B．在光照条件不变的情况下，随着所加电压增加，光电流会一直增加
C．光电子的最大初动能不仅与入射光的频率有关，还与光电管两端所加电压有关
D．光电效应现象揭示了光的粒子性
2．已知钠发生光电效的的极限波长为540 mn，若用波长为380—470nm的紫色片照射钠，光电子的的最大初动能Ek与入射紫光波长的Ek- 图线中可能正确的是
A．B．C．D．
3．用一束绿光和一束蓝光照射某种金属的表面，均发生了光电效应．下列说法正确的是
A．蓝光照射金属时，逸出的光电子最大初动能更大
B．蓝光照射金属时，单位时间内逸出的光电子数更多
C．增加光照强度，逸出的光电子最大初动能增大
D．如果换作红光照射，一定能使该金属发生光电效应
4．下列说法中正确的是（ ）
A．质量大的物体，其德布罗意波长小
B．质量小的物体，其德布罗意波长小
C．动量大的物体，其德布罗意波长小
D．速度大的物体，其德布罗意波长小
5．1927年戴维孙和汤姆孙分别完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一.如图所示的是该实验装置的简化图，下列说法正确的是(　　)
A．亮条纹是电子到达概率大的地方
B．该实验说明物质波理论是正确的
C．该实验再次说明光子具有波动性
D．该实验说明实物粒子具有波动性
6．如图是金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能与入射光频率的关系图象。由图象可知（ ）
A．该金属的逸出功等于
B．该金属的逸出功等于
C．入射光的频率为时，产生的光电子的最大初动能为
D．入射光的频率为，产生的光电子的最大初动能为
7．用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图(a)、(b)、(c)所示的图像，则
A．图像(a)表明光具有粒子性
B．图像(c)表明光具有波动性
C．用紫外光观察不到类似的图像
D．实验表明光是一种概率波
8．爱因斯坦成功地解释了光电效应现象，提出了光子说，关于与光电效应有关的四个图像的说法正确的是（ ）
图1为光电效应实验，图2为光电流与电压的关系，图3为金属的遏止电压U与入射光频率的关系，图4为光电子最大初动能与入射光频率的关系．
A．如图甲装置，如果先让锌板带负电，再用紫外线照射锌板，则验电器的张角可能变小
B．根据图乙可知，黄光越强，光电流越大，说明光子的能量与光强有关
C．由图丙可知2为该金属的截止频率
D．由图丁可知E等于该金属的逸出功
9．光通过单缝所发生的现象，用位置和动量的不确定性关系的观点加以解释，正确的是(　)
A．单缝宽，光是沿直线传播，这是因为单缝宽，位置不确定量Δx大，动量不确定量Δp小，可以忽略
B．当能发生衍射现象时，动量不确定量Δp就不能忽略
C．单缝越窄，中央亮纹越宽，是因为位置不确定量小，动量不确定量大的缘故
D．以上解释都是不对的
10．某种金属在光的照射下产生光电效应，其遏止电压与入射光频率的关系图象如图所示．则由图象可知（ ）
A．任何频率的入射光都能产生光电效应
B．该金属的逸出功等于
C．入射光的频率发生变化时，遏止电压不变
D．若已知电子电量e，就可以求出普朗克常量h
E.入射光的频率为时，产生的光电子的最大初动能为
11．研究光电效应电路如图甲所示．用频率都为ν、强度不同的两束光B、C分别照射密封真空管的钠极板（阴极K），钠极板发射出的光电子（带电荷量为e）被阳极A吸收，在电路中形成光电流．其光电流I与A、K之间的电压UAK的关系如图所示，可知B光的强度___________C光的强度（选填“大于”、“等于”或“小于”），金属钠的逸出功为___________（已知普郎克常量为h）．
12．如图所示，一光电管的阴极K用极限波长为λ0的金属制成．用波长为λ的紫外线照射阴极K，加在光电管阳极A和阴极K之间的电压为U，电子电荷量为e，普朗克常量为h，光速为c，光电子到达阳极时的最大动能为____；若将此入射光的强度增大，则光电子的最大初动能____（选填“增大”、“减小”或“不变”）．
13．光照射某金属产生光电效应时，实验测得光电子最大初动能与照射光频率的图象如图所示，其中图线与横轴交点坐标为5.5×1014 Hz.用一束波长范围为4.0×10－7～9.0×10－7 m的可见光照射该金属时，求光电子的最大初动能．(已知普朗克常量为h＝6.6×10－34 J·s)
14．如图所示为光电效应中光电流随入射光的强度、入射光的频率和外加电压变化的图象，在横轴上的截距表示加上反向电压达到一定值时光电流为零，这个电压称为遏止电压Uc，加上正向电压，电压达到一定值时，对于某一频率的光，在光的强度一定的情况下，光电流也趋于一定，这个电流称为饱和光电流，根据图中提供的信息可以判断出，在光电效应中，遏止电压与________有关，与________无关，饱和光电流与________和________有关，与________无关．(填“入射光的频率”、“入射光的强度”或“外加电压”)
15．用不同频率的光照射某金属产生光电效应，测量金属的遏止电压Uc与入射光频率ν，得到Uc—ν图像如图所示，根据图像求出该金属的截止频率和普朗克常量各为多少。（已知电子电荷量e＝1.6×10-19 C）
16．如图所示,当双刀双掷开关空置时,若用一平行单色光照射光电管阴极K,发生了光电效应,现将双刀双掷电键拨向bb′,用同样的光照射光电管,并使变阻器的片P自左向右移动,当电压表示数为3.1V时,电路中的电流恰为零,若将电键拨向aa′并移动变阻器的滑片P,使电压表示数变为4.5V,求电子到达A极的最大动能．
17．在光电效应实验中，某金属的截止频率相应的波长为λ0，求：
（1）该金属的逸出功为多少？
（2）若用波长为λ（λ＜λ0）的单色光做该实验，求其遏止电压的表达式．（已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h．）
18．阅读如下资料并回答问题：
自然界中的物体由于具有一定的温度，会不断向外辐射电磁波，这种辐射与温度有关，因此被称为热辐射．热辐射具有如下特点：①辐射的能量中包含各种波长的电磁波；②物体温度越高，单位时间从物体表面单位面积上辐射的能量越大；③在辐射的总能量中，各种波长所占的百分比不同．
处于一定温度的物体在向外辐射电磁能量的同时，也要吸收由其他物体辐射的电磁能量，如果它处在平衡状态，则能量保持不变．若不考虑物体表面性质对辐射与吸收的影响，我们定义一种理想的物体，它能100%地吸收入射到其表面的电磁辐射，这样的物体称为黑体．单位时间内从黑体表面单位面积辐射的电磁波的总能量与黑体绝对温度的四次方成正比，即P0＝σT4，其中常量σ＝5．67×10－8 W/（m2·K4）．
在下面的问题中，把研究对象都简单地看成黑体．
有关数据及数学公式：太阳半径RS＝6．96×105 km，太阳表面温度T＝5 770 K，火星半径r＝3 395 km，球面积S＝4πR2，其中R为球的半径．
（1）太阳热辐射能量的绝大多数集中在波长为2×10－7～1×10－5 m范围内，求相应的频率范围．
（2）每小时从太阳表面辐射的总能量为多少？
（3）火星受到来自太阳的辐射可以认为垂直射到面积为πr2（r为火星半径）的圆盘上，已知太阳到火星的距离约为太阳半径的400倍，忽略其他天体及宇宙空间的辐射，试估算火星的平均温度．
参考答案
1．D
【解析】
A.由光电效应规律，当v＞v0时才会发生光电效应，故A错误；
B.当电流达到饱和光电流时，电压增大，电流不变，故B错误；
C.由光电效应方程：Ek＝hv?W0，光电子的最大初动能与电压无关，故C错误；
D.光电效应说明 了光不是连续，而是一份一份的，提示了光的粒子性，故D正确；
2．C
【解析】
紫光可以使钠发生光电效应，根据爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0，则Ｅk－λ图像是非线性图像；
A．图像与结论不相符，选项A错误；
B．图像与结论不相符，选项B错误；
C．图像与结论相符，选项C正确
D．图像与结论不相符，选项D错误
3．A
【解析】
【详解】
A．因为蓝光频率更高，根据光电效应方程：，所以蓝光照射时，光电子最大初动能更大，A正确
B．单位时间逸出的光电子数与光强有关，由于不知道光的强度，所以无法确定，B错误
C．根据：，可知最大初动能与光强无关，C错误
D．因为红光的频率比绿光的还小，无法确定是否会发生，D错误
4．C
【解析】
根据p＝mv，德布罗意波公式λ＝，可得C正确，质量大和质量小的物体其动量不一定大，因此AB错误，速度大的物体其动量也不一定大，因此D错误
5．ABD
【解析】
【详解】
A．由题意可知，亮条纹是电子到达概率大的地方，暗条纹是粒子到达的概率小，故A正确；
BCD．电子是实物粒子，能发生衍射现象，该实验说明物质波理论是正确的，不能说明光子的波动性，故BD正确，C错误。
【点睛】
考查衍射现象的作用，理解电子是实物粒子，掌握电子衍射的意义，注意光的波动性与粒子的波动性的区别．
6．ABC
【解析】
【详解】
A.由题图并结合得，，故逸出功，故选项A符合题意；
B.当时，，故，故选项B符合题意；
C.时，可得出，故选项C符合题意；
D.当入射光的频率为时，不发生光电效应，故选项D不符合题意。
7．ABD
【解析】
（a）中是少量的光打在底板上，出现的是无规则的点子，显示出光是粒子性；（b）中延长光照时间，使大量光子打在底板上，出现了明暗相间的干涉条纹或衍射条纹，显示了光的波动性；（c）中用紫外光仍可看到条纹，只是条纹宽度较窄．表明光的波动性和粒子性这一对矛盾在一定条件下可以相互转化，这是一种概率统计波．ABD正确
8．AD
【解析】
【详解】
A.如果先让锌板带负电，再用紫外线照射锌板时，由于光电效应激发出电子，锌板带电量减小，验电器的张角会变小，等锌板电量为零时，验电器就无法张开；如果紫外线继续照射锌板，就会使锌板带正电，验电器的张角又会增大，故A正确；
B.由图乙可知，电压相同时，光照越强，光电流越大，只能说明光电流强度与光的强度有关，光子的能量只与光的频率有关，与光的强度无关，故B错误；
C.对于某种金属材料，只有当入射光的频率大于某一频率时，电子才能从金属表面逸出，形成光电流，这一频率就称为截止频率．光电效应中截止频率由金属本身的材料决定，图丙中遏止电压为零时所对应的入射光的频率为截止频率，2对应的遏止电压不为零，故C错误；
D.根据光电效应方程，知道丁图图线的纵轴截距的绝对值表示逸出功，则逸出功为E，当最大初动能为零，入射光的频率等于金属的极限频率，则金属的逸出功等于，故D正确．
9．ABC
【解析】
【详解】
A. 单缝宽，光是沿直线传播，这是因为单缝宽，位置不确定量△x大，动量不确定量△p小，可以忽略，故A正确。
B. 能发生衍射现象时，动量不确定量△p，较大，则就不能忽略，故B正确；
C. 单缝越窄，中央亮纹越宽，是因为位置不确定量越小，动量不确定量越大的缘故，故C正确；
D. 由上分析可知，D错误；
10．BDE
【解析】
【分析】
【详解】
v0为截止频率，只有入射光的频率等于或大于v0时，才能发生光电效应，故A错误；由爱因斯坦光电效应方程可知， ，由图象可知，该金属的逸出功等于，故B正确；入射光的频率越大，光电子的最大初动能越大，遏止电压越大，故C错误；，变形得： ，图象的斜率为 ，由此，若已知电子电量e，可求得普朗克常量h，故D正确；当入射光的频率为3v0时，由爱因斯坦光电效应方程可知，产生的光电子的最大初动能为2hv0，故E正确；故选BDE．
11．大于
【解析】
试题分析：由图像可知，B光的饱和光电流大于A光，所以B光的强度大于C光的强度；由图像可知，反向截止电压为U0，则光电子的最大初动能为U0e，由光电效应方程可知，金属钠的逸出功为
考点：光电效应
12． 不变
【解析】
电子从阴极射出时的最大初动能，根据动能定理得，光电子到达阳极时的最大动能为；
入射光的强度增大，电子的最大初动能不变，则电子到达阳极的动能不变；
【点睛】通过光电效应方程，结合动能定理求出电子到达阳极的最大动能；光的强度不影响光电子的最大初动能．
13．1.32×10－19J.
【解析】
【分析】
【详解】
根据
爱因斯坦光电效应方程：．
14．入射光的频率 入射光的强度 入射光的频率 入射光的强度 外加电压
【解析】
由题图可知，黄光与蓝光的频率不同，遏止电压不同，说明遏止电压与入射光的频率有关，而黄光的强弱不同，但遏止电压相同，说明遏止电压与入射光的强度无关；加上正向电压，电压达到一定值时，对于某一频率的光，在入射光的强度一定的情况下，光电流也趋于一定，说明饱和光电流与外加电压无关，而入射光的频率不同，光强不同，饱和光电流都不同，说明饱和光电流与入射光的频率和强度都有关．
15．1.0×1015 　6.4×10－34 J·s
【解析】
【分析】
【详解】
根据光电效应方程得，Ekm=hv-W0=hv-hv0
又Ekm=eUC
解得 。
知图线的斜率 ，
解得h=6.4×10-34J。s
当Uc=0，v=v0=1.0×1015Hz。
【点睛】
此题要根据光电效应方程得出遏止电压与入射光频率的关系，通过图线的斜率求出普朗克常量。遏止电压为零时，入射光的频率等于截止频率。
16．7.6eV
【解析】
双刀双掷电键拨向bb′时，该装置所加的电压为反向电压，当电压表的示数为3.1V时，电流表示数为0，知道最大初动能EKm=3.1eV．将电键拨向aa′该装置所加的电压为正向电压，电子到达A极的最大动能为4.5eV+3.1eV=7.6eV.
17．（1）（2）
【解析】
【分析】
【详解】
（1）设金属的截止频率为，则该金属的逸出功
；
（2）对光电子，由光电效应方程得
解得
．
18．（1）3×1013～1．5×1015 Hz （2）1．38×1030J （3）204 K
【解析】首先由频率公式ν＝，求出太阳辐射的频率范围，然后根据单位时间内从黑体表面单位面积辐射的电磁波的总能量与黑体绝对温度的关系式P0＝σT4，求出每小时太阳辐射的总能量，接着可认为太阳各个方向均匀辐射，即能量均匀分布到各个方向上，通过太阳辐射的总能量即可求出火星单位面积单位时间吸收的能量，最后认为火星达到热平衡时吸收的能量等于辐射的能量，即可求出火星的温度．
（1）由ν＝得，ν1＝＝Hz＝1．5×1015 Hz，ν2＝＝Hz＝3×1013 Hz，所以辐射的频率范围是3×1013～1．5×1015 Hz．
（2）每小时从太阳表面辐射的总能量E＝P0t·S＝σT4t·4π，式中t＝3 600 s，
代入数据得E＝5．67×10－8×5 7704×3 600×4×3．14×（6．96×105×103）2 J＝1．38×1030 J．
（3）火星单位时间内吸引来自太阳的辐射能量P入＝4πσT4·＝
火星单位时间单位面积内向外辐射的能量为σT′4
所以火星单位时间内向外辐射的能量P出＝4πr2σT′4（其中4πr2为火星的表面积，T′为火星的温度）
火星处于热平衡状态，则P入＝P出，
即＝4πr2σT′4
得火星的温度T′＝＝204 K．