上海市金山中学2019-2020学年高中物理沪科版选修3-5：波和粒子 单元综合检测题（含解析）

波和粒子
1．关于物质波，下列说法正确的是(　　)
A．速度相等的电子和质子，电子的波长长
B．动能相等的电子和质子，电子的波长短
C．动量相等的电子和中子，中子的波长短
D．甲电子速度是乙电子的3倍，甲电子的波长也是乙电子的3倍
2．关于光的本性，下列说法中正确的是（　　）
A．光电效应现象表明在一定条件下，光子可以转化为电子
B．光电效应实验中，只有光的强度足够大时，才能观察到光电流
C．光在传播过程中表现为粒子性，在与物质相互作用时表现为波动性
D．康普顿效应表明光子和电子、质子等实物粒子一样也具有能量和动量
3．如图所示是光电管的原理图，已知当有波长为λ0的光照到阴极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
C．增加电路中电源电压，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产生
4．在光电效应实验中，分别用a、b两种单色光先后照射到同种金属上，均能产生光电子，测得相应的遏制电压分别为Ua和Ub，且Ua>Ub，下列说法正确的是
A．在真空中，a光的波长大于b光的波长
B．在同一介质中，a光的传播速度大于b光的传播速度
C．同一介质对a光的折射率大于对b光的折射率
D．从同一介质射入真空，a光的临界角大于b光的临界角
5．大量处于基态的氢原子吸收了某种单色光的能量后能发出3种不同频率的光子，分别用它们照射一块逸出功为W0的金属板时，只有频率为ν1和ν2（ν1>ν2）的两种光能发生光电效应．下列说法正确的是
A．金属板的极限频率为
B．光电子的最大初动能为h(ν1+ν2)-W0
C．吸收光子的能量为h(ν1+ν2)
D．另一种光的光子能量为h(ν1-ν2)
6．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．超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小
D．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
7．用a、b两种单色光分别照射处于基态的一群氢原子，用a光照射时，氢原子辐射出6种不同频率的光子，用b光照射时，氢原子辐射出3种不同频率的光子，则a、b两种单色光的特性下列说法正确的是
A．以相同角度斜射到同一玻璃板透过平行表面后，b光的侧移量大
B．a、b两种单色光分别照射同一光电管，且都产生了光电效应，则a光的遏止电压大
C．a、b两种单色光相遇能产生干涉现象
D．a、b两种单色光都能产生多普勒和偏振现象
8．如图所示，是某次试验中得到的甲.乙两种金属的遏止电压Uc与入射光频率ν关系图象，两金属的逸出功分别为W甲、W乙，如果用ν0频率的光照射两种金属，光电子的最大初动能分别为E甲、E乙，则下列关系正确的是（ ）
A．W甲＜W乙
B．W甲＞W乙
C．E甲＞E乙
D．E甲= E乙
9．如图所示的电路中，K、A是密封在真空玻璃管中的两个电极．现用光入射到K，发现电流表有读数．调节滑动变阻器滑片的位置，可以改变K、A两极间电压．下列说法不正确的是：
A．保持入射光不变，滑片从O点向B点滑动的过程中，电流表读数会逐渐增大继而几乎不变
B．保持入射光不变，滑片从B点向O点滑动到某一位置，电流表读数可能为零
C．用频率不同的光入射，电流表读数为零时的电压表读数不同
D．用频率相同但光强不同的光入射，电流表读数的最大值不同
10．新华中学高三物理兴趣小组用实验探究光的色散规律，他们将半圆形玻璃砖放在竖直面内，在其左方竖直放置一个很大的光屏P，让一复色光束SA射向玻璃砖的圆心O后，有两束单色光a和b射向光屏P，如图所示．他们根据实验现象提出了以下四个猜想，你认为正确的是
A．单色光a的波长大于单色光b的波长
B．单色光a的频率大于单色光b的频率
C．若用b光照射锌板发生了光电效应，则a光照射锌板也能发生光电效应
D．当光束SA绕圆心O逆时针转动过程中，在光屏P上最早消失的是b光
11．一个德布罗意波长为λ1的中子和另一个德布罗意波长为λ2的氘核同向正碰后结合成一个氚核（碰撞过程中不受其他外力），该氚核的德布罗意波长为_______________________．
12．已知金属铯的逸出功为W0，在光电效应实验中，要使铯表面发出的光电子的最大初动能为Ek，入射光的波长应为______．（已知真空中的光速为c，普朗克常量为h）
13．已知钠发生光电效应的极限波长为λ0＝5×10－7m，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s；现用波长为λ＝4×10－7m 的光照射用金属钠作阴极的光电管，求：
(1)钠的逸出功W0＝________ J
(2)为使光电管中的光电流为零，在光电管上所加反向电压U至少为(写出表达式)________ (用h、U、电子电量e、真空光速c、λ0、λ等字母来表示)
14．如图所示,当开关断开时,用能量为的一束光照射阴极发现电流表读数不为零.合上开关,调节滑动变阻器,发现电压表读数大于或等于时,电流表读数为零.由此可知阴极材料的逸出功为____；

若将照射到阴极上的该光的照射强度变为原来的3倍,则遏止电压为_________.
15．铝的逸出功是4.2 eV，现在将波长200 nm的光照射铝的表面．求：
(1)光电子的最大初动能；
(2)遏止电压；
(3)铝的极限频率．
16．已知小灯泡的功率，设小灯泡发光时向四周均匀辐射平均波长的光，求在距离灯泡处，每秒钟落在垂直于光线方向上面积为处的光子数是多少？（已知，计算结果保留两位有效数字）
17．电子经电势差为U=2000V的电场加速，电子的质量m=0.9×10﹣30kg，求此电子的德布罗意波长．已知普朗克常数h=6.6×10﹣34J·s．
18．生活中很多地方杀毒都用到紫外线，紫外线的波长范围大致是100nm﹣400nm ． 100nm、400nm电磁波辐射的能量子ε的值是多少？
参考答案
1．A
【解析】
试题分析：由λ＝可知，动量大的波长短，电子与质子的速度相等时，电子动量小，波长长．A对；
电子与质子动能相等时，由动量与动能的关系式p＝可知，电子的动量小，波长长．B错；
动量相等的电子和中子，其波长应相等．C错；
如果甲、乙两电子的速度远小于光速，甲的速度是乙的三倍，甲的动量也是乙的三倍，则甲的波长应是乙的，D错；
故答案选A.
考点：物质波 动能 动量
点评：德布罗意波的波长与粒子的质量速度的乘积有关，即由粒子的动量决定，根据德布罗意波的波长公式计算比较即可
2．D
【解析】
本题考查光的本性，根据光电效应的规律、光的波粒二象性、康普顿效应进行分析解答。
【详解】
A.光电效应现象表明在一定条件下，光子的能量可以被电子吸收，故A不符合题意；
B.光电效应实验中，只有光的频率大于金属的极限频率，才能观察到光电流；与光照强度无关；故B不符合题意；
C.光的波长越长，波动性越明显，频率越高，粒子性越明显；大量光子的运动表现为波动性，单个光子的运动表现为粒子性，故C不符合题意；
D.康普顿效应表明光子和电子、质子等实物粒子一样也具有能量和动量，故D符合题意。
【点睛】
本题考查波粒二象性的基本内容，理解光电效应的规律、光的波粒二象性以及康普顿效应是解题的关键。
3．B
【解析】
A、用波长为λ0的光照射阴极K时，电路中有光电流，知波长为λ0的光照射阴极K时，发生了光电效应。换用波长为λ1(λ1>λ0)的光照射阴极K时，由于频率变小，不一定发生光电效应，电路中不一定有光电流，故A错误；
B、换用波长为λ2(λ2<λ0)的光照射阴极K时，频率变大，一定能发生光电效应，电路中一定有光电流，故B项正确；
C、增加电路中电源的路端电压，如果已经达到饱和电流，电流不再增大，故C错误；
D、将电路中电源的极性反接，光电子做减速运动，还可能到达阳极，所以还可能有光电流，故D错误。
故选：B。
4．C
【解析】
【详解】
A、根据可知两种单色光的频率关系为，根据可知光的波长小于光的波长，故选项A错误；
BCD、由于光的频率大于光的频率，在同一介质中，光的折射率大于光的折射率，根据可知在同一介质中，光的传播速度小于光的传播速度，由临界角公式可知光发生全反射的临界角小于光发生全反射的临界角，故选项C正确，B、D错误．
5．AD
【解析】
A、金属板的极限频率为，得，A正确；
B、频率为ν1的光子照射到金属板时逸出的光电子初动能最大，则光电子的最大初动能为，B错误；
C、吸收光子的能量为hν1，C错误；
D、逸出的三种光子能量关系为：，所以另一种光的光子能量为h(ν1-ν2)，D正确．
故选AD．
6．AD
【解析】
【分析】
【详解】
A.每种金属都有它的极限频率，只有入射光子的频率大于极限频率时,才会发生光电效应.只要光的频率小于极限频率,无论光照强度多强,都不能发生光电效应,故A正确;
B.发生光电效应的条件是光的频率大于极限频率,与光照强度无关,故B错误
C.由光电效应方程，可知入射光子的频率越大，产生的光电子的最大初动能也越大，与入射光的强度无关,故C错误
D. 由光电效应方程，可知入射光子的频率越大，所产生的光电子的最大初动能就越大，故D正确．
7．BD
【解析】
【详解】
A．光照射一群基态氢原子，原子的能量升高到能级，最多能辐射出6种不同频率的光子，光照射一群基态氢原子，原子的能量升高到能级，最多能辐射出3种不同频率的光子，所以光的频率大于光的频率，光的折射率大于光的折射率，以相同角度斜射到同一玻璃板透过平行表面后，光的偏向角较大，光的侧移量大，故选项A错误；
B．根据和光的频率大于光的频率可知光的遏止电压大，故选项B正确；
C．干涉现象是两列或两列以上频率相同的波在空间中重叠时发生叠加从而形成新波形的现象，所以、两种单色光相遇不能产生干涉现象，故选项C错误；
D．多普勒效应是所有波的特性，偏振现象是横波特有的现象，所以、两种单色光能发生多普勒效应和偏振等所有波的现象，故选项D正确．
8．AC
【解析】
【分析】
【详解】
AB.根据光电效应方程得：
Ekm=hγ-W0=hγ-hγ0
又Ekm=qUc
解得：
知Uc-γ图线；当Uc=0，γ=γ0；由图象可知，金属甲的极限频率小于金属乙，则金属甲的逸出功小于乙的，即W甲＜W乙，故A符合题意，B不符合题意；
CD.如果用v0频率的光照射两种金属，根据光电效应方程，当相同的频率入射光时，则逸出功越大的，其光电子的最大初动能越小，因此E甲＞E乙，故C符合题意，D不符合题意．
9．CD
【解析】
【分析】
【详解】
A. 保持入射光不变，滑片从O点向B点滑动的过程中，正向电压增大，电流表读数会逐渐增大，当达到饱和电流时，继续增大电压，电流不变，故A项与题意不相符；
B. 保持入射光不变，滑片从B点向O点滑动到某一位置，光电管两端电压减小，即正向电压减小，即使正向电压为0，电流表读数也不为零，故B项与题不相符；
C.要使电流表读数为0，在光电管两端为截止电压，由
可知电流表读数为零时的电压表读数不同，故C项与题意相符；
D. 光强不同，即单位时间逸出的光电子数不同，饱和光电流不同，故D项与题意相符．
10．AD
【解析】
【详解】
AB、由图知光的偏折程度小于光，所以根据折射定律得知光的折射率小于光的折射率，光的频率小于光的频率，由可知光的波长大于光的波长，故选项A正确，B错误；
C、用光照射锌板发生了光电效应，由单色光的频率小于单色光的频率和光电效应方程可知用光照射锌板不一定能发生光电效应，故选项C错误；
D、由知光的临界角较大，光的临界角较小，则当光束绕圆心逆时针转动过程中，入射角增大，光最早发生全反射，所以在光屏上最早消失的是光，故选项D正确；
11．
【解析】
中子的动量，氘核的动量
对撞后形成的氚核的动量，所以氚核的德布罗意波波长为
【点睛】任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有德布罗意波．分别写出中子和氘核的动量的表达式，然后根据动量守恒定律得出氚核的动量，代入公式即可．
12．
【解析】
【详解】
据爱因斯坦光电效应方程可得
又光的波长，联立解得
13． 4×10－19　
【解析】（1）由WA=hγ0即得：WA=h=6.63×10-34×≈4.0×10-19?J
（2）根据光电效应方程得：Ue=h（?）
解得：
点睛：考查爱因斯坦光电效应方程，掌握发生光电效应现象的条件：入射光的频率大于或等于极限频率，该题是考查基础知识的好题．
14．2.0 0.6
【解析】
【分析】
【详解】
根据题意光电子的初动能为：
根据爱因斯坦光电效应方程有：
.
将该光的照射强度变为原来的3倍，频率不变，逸出光电子的最大初动能不变，遏止电压不变，根据
．
15．(1)2.02 eV　(2)2.02 V　(3)1.01×1015Hz
【解析】
【分析】
【详解】
(1)由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可得：
Ek＝h－W0＝3.23×10－19J＝2.02 eV．
(2)由eUc＝Ek，可得遏止电压．
(3)由W0＝hν0得极限频率：．
16．个
【解析】
每个光子
每秒发射光子数个

解得：个
17．λ=2.75×10﹣11m
【解析】
【分析】
【详解】
根据德布罗意波长公式：
电子在电场中加速度由动能定理有Ek=Ue
且P2=2mEk
代入数据解得：λ=2.75×10-11m．
【点睛】
本题考查了物质波波长的计算公式，明确各物理量的含义和关系，代入数据计算即可．
18．100nm、400nm电磁波辐射的能量子ε的值分别是19.9X10-17J和4.98X10-17J
【解析】
【详解】
由，100nm电磁波辐射的能量子ε的值：E1＝6.626×10?34×≈19.9×10?17J；400nm电磁波辐射的能量子ε的值：E2＝6.626×10?34×≈4.98×10?17J．