高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第三册第四章 波粒二象性本章综合与测试导学案及答案

章末检测试卷(四)

(时间：75分钟　满分：100分)

一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分)

1．下列说法正确的是(　　)

A．就物质波来说，速度相等的电子和质子，电子的波长长

B．原来不带电的一块锌板，被弧光灯照射时，锌板带负电

C．红光光子比紫光光子的能量大

D．光电效应和康普顿效应均揭示了光具有波动性

答案　A

解析　物质波波长λ＝＝，速度相等的电子和质子，电子质量较小，则电子的波长长，故A项正确．原来不带电的一块锌板，被弧光灯照射时，电子从锌板逸出，锌板带正电，故B项错误．红光的频率小于紫光的频率，光子能量ε＝hν，则红光光子比紫光光子的能量小，故C项错误．光电效应和康普顿效应均揭示了光具有粒子性，故D项错误．

2．(2020·南宁三中高二期中)对于物质的波粒二象性，下列说法不正确的是(　　)

A．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性

B．运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道

C．运动的宏观物体，其德布罗意波波长比起物体的尺寸小很多，因此很难观察到它的波动性

D．宏观物体的运动有特定的轨道，所以宏观物体不具有波粒二象性

答案　D

解析　德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的概念，认为一切运动的物体都具有波粒二象性，故A正确，D错误；物质具有波动性，运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道，故B正确；一切物质都具有波粒二象性，宏观物体的德布罗意波的波长太小，实际很难观察到波动性，故C正确．

3．关于光电效应，下列说法正确的是(　　)

A．截止频率越大的金属材料逸出功越大

B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应

C．从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小

D．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多

答案　A

解析　每种金属都有一个截止频率，截止频率越大的金属材料逸出功越大，A正确；发生光电效应的条件是入射光的频率大于截止频率，与入射光照射的时间无关，B错误；由Ek＝hν－W0可知光电子的最大初动能越大，有可能是入射光子的能量越大，C错误；在发生光电效应的情况下，单位时间发出的光电子数目由入射光子的数目决定，光强一定，入射光频率越高，光子数目越少，D错误．

4.(2020·南昌二中高二月考)如图1所示为一光电管电路图，滑动变阻器滑动触头P位于AB中点，开关S闭合后，用光照射光电管阴极K，电流表G指针无偏转，若要使电流表G指针偏转，可采取的措施是(　　)

图1

A．延长光照时间

B．增大照射光强度

C．用频率更高的光照射

D．换用电动势更大的电源供电

答案　C

解析　光电效应的发生与光的频率有关，根据电路结构可知光电管左端是正极，右端是负极，可知只能通过提高光的频率使电流表G指针偏转，A、B、D错误，C正确．

5．(2020·涿鹿中学高二月考)对波粒二象性的理解，下列说法错误的是(　　)

A．光电效应揭示了光的粒子性，而康普顿效应从动量方面进一步揭示了光的粒子性

B．德布罗意提出：实物粒子也具有波动性，而且粒子的能量和动量跟它所对应的波的频率和波长之间，遵从ν＝和λ＝的关系

C．光的波长越短，光子的能量越大，光的粒子性越明显

D．如果一个电子的德布罗意波波长和一个中子的德布罗意波波长相等，则它们的动能也相等

答案　D

6.用同一光电管研究a、b两种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系图像如图2所示．关于这两种光的比较，下列说法正确的是(　　)

图2

A．a光的频率大

B．b光子的能量小

C．增大a光的光照强度，其对应的饱和光电流增大

D．a光照射该光电管时逸出的光电子的最大初动能大

答案　C

解析　由题图可得b光照射光电管时遏止电压大，由Ek＝hν－W0＝eUc可知b光照射光电管时逸出的光电子的最大初动能大，b光的频率大，光子的能量大，故A、B、D错误；增大a光的光照强度，单位时间内产生的光电子数增多，所以饱和光电流增大，故C正确．

7．(2020·湖北高二期末)爱因斯坦提出了光量子概念，并成功解释了光电效应现象，因此获得了1921年诺贝尔物理学奖．光电管就是利用光电效应制作的一种光电器件，把光电管连入图3甲所示的电路可以研究金属的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系，描绘出的图像如图乙所示．已知电子的电荷量为e，电表均为理想电表．下列说法正确的是(　　)

图3

A．当入射光的频率减小到某一数值，刚好不发生光电效应时的电压是遏止电压

B．当电路断开时，若入射光的频率为ν1，则电压表示数为U1

C．K极的逸出功为hν2－eU1

D．普朗克常量为

答案　D

解析　当入射光的频率减小到某一数值，使光电子到达阳极的速度刚好为0时，此时的电压为遏止电压，并不是不能发生光电效应，故A错误；当电路断开时，电压表的示数为0，故B错误；K极的逸出功即为不加电压时刚好发生光电效应时光子具有的能量，即为W0＝hν2，故C错误；由光电效应方程有Ek＝hν－W0结合题图乙可知，eU1＝hν1－hν2，解得h＝，故D正确．

二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分)

8．现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生．下列说法正确的是(　　)

A．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大

B．入射光的频率变高，饱和光电流变大

C．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生

D．遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关

答案　AD

解析　根据光电效应实验得出的结论：保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大，故A正确，B错误；遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关，保持入射光的光强不变，若入射光的频率低于截止频率，则没有光电流产生，故C错误，D正确．

9.如图4所示，某种单色光射到光电管的阴极上时，电流表有示数，则(　　)

图4

A．入射的单色光的频率必须大于阴极材料的截止频率

B．增大单色光的强度，电流表的示数将增大

C．滑片P向左移，电流表示数将增大

D．滑片P向左移，电流表示数将减小，甚至为零

答案　ABD

解析　单色光射到光电管的阴极上时，电流表有示数，说明发生了光电效应，因此入射的单色光的频率一定大于阴极材料的截止频率，选项A正确；增大单色光的强度，则产生的光电流增大，电流表的示数增大，选项B正确；当滑片P向左移时，K极的电势比A极高，光电管上加的是反向电压，故选项C错误，D正确．

10．(多选)(2020·合肥一六八中学高二月考)爱因斯坦成功地解释了光电效应现象，提出了光子假说，关于与光电效应有关的四个图像如图5所示，下列说法正确的是(　　)

图5

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ν2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

答案　ACD

解析　如果先让锌板带负电，验电器由于带负电，张开一定的角度，当紫外线照射锌板时，产生光电子，则验电器的张角先变小，故A正确；黄光越强，光子数越多，产生的光电子越多，光电流越大，但光子的能量与光强无关，故B错误；根据Ek＝hν－W0＝eUc，解得Uc＝－＝(ν－ν0)，由题图丙可知ν2为该金属的截止频率，故C正确；根据光电效应方程有Ek＝hν－W0，当ν＝0时，可得：Ek＝－W0，由题图丁知纵轴截距为－E，可知W0＝E，即该金属的逸出功为E，故D正确．

三、非选择题(本题共5小题，共54分)

11．(8分)如图6所示，一验电器与锌板相连，在A处用一紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保持一定偏角．

图6

(1)现用一带少量负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将________(选填“增大”“减小”或“不变”)．

(2)使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转．那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针________(选填“有”或“无”)偏转．

(3)为了进一步研究光电效应的规律，设计了如图7所示的电路．图中标有A和K的为光电管，其中K为阴极，A为阳极．现接通电源，用光子能量为10.5 eV的光照射阴极K，电流计中有示数，若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动，电流计的读数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为6.0 V，则光电管阴极材料的逸出功为________ eV；现保持滑片P位置不变，增大入射光的强度，电流计的读数________(选填“为零”或“不为零”)．

图7

答案　(1)减小　(2)无　(3)4.5　为零(每空2分)

解析　(1)在A处用一紫外线灯照射锌板，锌板发生光电效应，光电子射出后，锌板带正电，用一带少量负电的金属小球与锌板接触，会使锌板上带的正电减少，验电器指针偏角将减小．

(2)用钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转，说明黄光不能使锌板发生光电效应；改用红外线灯照射锌板，红外线的频率小于黄光的频率，红外线也不能使锌板发生光电效应，验电器指针无偏转．

(3)当滑片滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为6.0 V，说明遏止电压为6.0 V，即最大初动能Ek＝6.0 eV，光电管阴极材料的逸出功为4.5 eV.现保持滑片P位置不变，增大入射光的强度，电流计的读数为零．

12．(6分)(2018·江苏卷)光电效应实验中，用波长为λ0的单色光A照射某金属板时，刚好有光电子从金属表面逸出．当波长为的单色光B照射该金属板时，光电子的最大初动能为________，A、B两种光子的动量之比为________．(已知普朗克常量为h、光速为c)

答案　(3分)　1∶2(3分)

解析　该金属的逸出功W0＝hν0＝h

波长为的单色光的频率ν＝

根据光电效应方程得，光电子的最大初动能Ek＝hν－W0＝h－h＝

根据p＝，得A、B两光子的动量之比

＝＝.

13．(11分)小明用阴极为金属铷的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图8甲所示．已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s.(计算结果保留3位有效数字)

图8

(1)图甲中电极A为光电管的什么极？

(2)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率ν0和逸出功W0分别是多少？

(3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014 Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek是多少？

答案　(1)阳极　(2)5.20×1014 Hz　3.45×10－19 J　(3)1.19×10－19 J

解析　(1)由光电管的结构知，A为阳极．(3分)

(2)Uc－ν图像中横轴的截距表示截止频率，则ν0＝5.20×1014 Hz，(2分)

逸出功W0＝hν0≈3.45×10－19 J(3分)

(3)由爱因斯坦的光电效应方程得Ek＝hν－W0≈1.19×10－19 J．(3分)

14．(14分)(2020·怀仁市第一中学高二月考)铝的逸出功是4.2 eV，现在用波长为200 nm的光照射铝的表面，求：(h＝6.626×10－34 J·s)

(1)光电子的最大初动能；

(2)遏止电压；

(3)铝的截止频率．

答案　(1)3.2×10－19 J　(2)2 V　(3)1.0×1015 Hz

解析　(1)根据光电效应方程有：Ek＝hν－W0(2分)

c＝λν(2分)

代入数据解得：Ek≈3.2×10－19 J(2分)

(2)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：eUc＝Ek(2分)

得：Uc＝ V＝2.0 V(2分)

(3)根据逸出功W0＝hν0(2分)

得截止频率：ν0＝＝ Hz≈1.0×1015 Hz.(2分)

15.(15分)(2021·江苏苏州市高二期中)如图9所示，电源的电动势均为E，内阻不计，光电管的阴极K用截止波长为λ0的材料制成．将开关S拨向1，将波长为λ的激光射向阴极，改变光电管A和阴极K之间的电压，可测得光电流的饱和值为Im，已知普朗克常量h，电子电荷量e.

图9

(1)求t时间内由K极发射的光电子数N；

(2)当阳极A和阴极K之间的电压为U1时，求电子到达A极时的最大动能Ekm；

(3)将开关S拨向2，能测出对应的遏止电压，求入射激光频率的最大值νm.

答案　(1)　(2)U1e＋hc　(3)＋

解析　(1)根据Imt＝Ne(2分)

解得t时间内由K极发射的光电子数为N＝(1分)

(2)根据爱因斯坦光电效应方程有Ek＝hν－hν0＝h－h(3分)

所以当阳极A和阴极K之间的电压为U1时，电子到达A极过程有U1e＝Ekm－Ek(3分)

解得：Ekm＝U1e＋hc(2分)

(3)将开关S拨向2时，遏止电压最大值为E，当遏止电压最大时对应的入射激光频率最大，则Ee＝Ekm′＝h(νm－)(2分)

解得： νm＝＋.(2分)