沪科版（2020）选修第三册第二节 波粒二象性单元测试测试题

第四章   波粒二象性

(时间：75分钟　分值：100分)

一、单项选择题(本大题共7小题，每小题4分，共28分．每小题中只有一个选项是正确的，选对得4分，错选、不选或多选不得分．)

1．关于光的波粒二象性的说法，正确的是(　　)

A．一束传播的光，有的光是波，有的光是粒子

B．光波与机械波是同样的一种波

C．光的波动性是由于光子间的相互作用而形成的

D．光是一种波，同时也是一种粒子，光子说并未否定电磁说，在光子能量ε＝hν中，频率ν仍表示的是波的特性

D　解析：光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性，当光和物质作用时，是“一份一份”的，表现出粒子性；单个光子通过双缝后在空间各点出现的可能性可以用波动规律描述，表现出波动性．粒子性和波动性是光子本身的一种属性，光子说并未否定电磁说．

2．关于光电效应，以下说法正确的是(　　)

A．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比

B．光电子的最大初动能越大，形成的光电流越强

C．能否产生光电效应现象，取决于入射光光子的能量是否大于金属的逸出功

D．用频率是ν1的绿光照射某金属发生了光电效应，改用频率是ν2的黄光照射该金属一定不发生光电效应

C　解析：Ek＝hν－W0一次函数关系，所以A错误；光电流的强弱主要是取决于光电子的数目，故B错误；只有入射光频率才能够发生光电效应C正确；黄光频率小于绿光的频率，但是发生光电效应只需要黄光频率大于截止频率，就可以产生光电效应，D错误．

3．近年来，数码相机已经家喻户晓，用来衡量数码相机性能的一个非常重要的指标就是像素，1像素可理解为光子打在光屏上的一个亮点．现知300万像素的数码相机拍出的照片比30万像素的数码相机拍出的等大的照片清晰得多，其原因可以理解为(　　)

A．光是一种粒子，它和物质的作用是一份一份的

B．光的波动性是大量光子之间的相互作用引起的

C．大量光子表现光具有粒子性

D．光具有波粒二象性，大量光子表现出光的波动性

D　解析：数码相机拍出的照片不是白点，不能说明显示粒子性，故不选择A；光的波粒二象性是光的内在属性，即使是单个光子也有波动性，跟光子的数量和光子之间是否有相互作用无关，所以B错误；大量光子表明光具有波动性，所以C错误；光具有波粒二象性，大量光子表现出光的波动性，D正确．

4．用波长为λ1和λ2的单色光A和B分别照射两种金属C和D的表面．单色光A照射两种金属时都能产生光电效应现象；单色光B照射时，只能使金属C产生光电效应现象，不能使金属D产生光电效应现象，设两种金属的逸出功分别为WC和WD，则下列选项正确的是 (　　)

A．λ1>λ2，WC>WD　　 B．λ1>λ2，WC<WD

C．λ1<λ2，WC>WD   D．λ1<λ2，WC<WD

D　解析：由题意知，A光光子的能量大于B光光子的能量，根据E＝hν＝h，得λ1<λ2；又因为单色光B只能使金属C产生光电效应现象，不能使金属D产生光电效应现象，所以WC<WD，故D正确．

5．(2021·南通中学月考)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，频率越大，单位时间内逸出的光电子数就越多

A　解析：每种金属都有一个截止频率，截止频率越大，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，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，入射光的频率越大，光子数目越少，单位时间内逸出的光电子数越少，D错误．

6．硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能．若有N个频率为ν的光子打在光电池极板上，这些光子的总能量为(h为普朗克常量)(　　)

A．hν   B．Nhν

C．Nhν   D．2Nhν

C　解析：据光子说可知，光子能量与频率有关，一个光子能量为ε＝hν(h为普朗克常量)，N个光子的能量为Nhν，所以选项C正确．

7．(2021·临沂一中月考)如图所示，当开关S断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极K，发现电流表读数不为零．闭合开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于等于0.60 V时，电流表读数为零．由此可知阴极材料的逸出功为   (　　)

A．0.60 eV   B．1.9 eV

C．2.5 eV   D．3.1 eV

B　解析：光电管两端加反向遏止电压时，初动能最大的光电子速度刚好减为零，由动能定理，有－eUc＝0－Ekm，可得Ekm＝0.6 eV，由爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W0，解得W0＝hν－Ekm＝2.5 eV－0.6 eV＝1.9 eV，选项B正确，A、C、D错误．

二、多项选择题(本大题共3小题，每小题6分，共18分，每小题有多个选项是正确的，全选对得6分，少选得3分，选错、多选或不选不得分．)

8．(2021·浙江绍兴上虞区高二下期末)(多选)目前用于照明用的荧光粉，大部分是粉末状的以汞原子发出的紫外线为激发源的光致发光荧光粉．它们是利用氧化物晶体中孤立离子的电子跃迁来发光的．简要原理如下：在玻璃管中两极间加电压，使电子发射出来，撞击汞原子发出紫外线，紫外线照射到荧光粉上发出可见光．已知汞原子可能的能级为E1＝－10.4 eV，E2＝－5.5 eV，E3＝－2.7 eV，E4＝－1.6 eV，其紫外线主要是从E2到E1能级跃迁时放出的，某荧光粉在经此紫外线照射后发出540 nm的绿光．普朗克常量为6.63×10－34 J·s，下列说法中正确的是(　　)

A．要使得汞原子产生紫外线，电子能量必须等于4.9 eV

B．汞原子发出的紫外线的波长为253.7 nm

C．大量处于n＝5能级的汞原子，可以发出10种不同的光子

D．荧光粉发出的绿光可能使处于基态的汞原子的能级跃迁到更高状态

BC　解析：电子属于实物粒子，与汞原子相撞时，只要满足电子的能量大于等于E2、E1的能级差，即4.9 eV就可以，故A错误；根据跃迁方程，有h＝E2－E1，代入数据可得λ＝253.7 nm，即汞原子发出的紫外线的波长为253.7 nm，故B正确；根据跃迁规律可知，大量处于n＝5能级的汞原子能发出光子种类有C＝10，所以可以发出10种不同的光子，故C正确；绿光的光子能量为E＝h，代入数据，可得E＝2.3 eV<E2－E1，所以荧光粉发出的绿光不能使处于基态的汞原子的能级跃迁到更高状态，故D错误．

9．(2021·福建莆田高二下期末)额温枪是新冠病毒防控的重要装备之一，其原理为：人体辐射的红外线照射到温度传感器，发生光电效应、将光信号转化为电信号，从而显示出人体的温度．已知人的体温正常时能辐射波长约为10 μm的红外线，如图甲所示，用该红外线照射光电管的阴极K时，电路中有光电流产生，光电流随电压变化的图像如图乙所示，已知

h＝6.63×10－34 J·s，e＝1.6×10－19 C，c＝3.0×108 m/s.则(　　)

A．波长10 μm的红外线在真空中的频率为3×1013 Hz

B．将图甲中的电源正负极反接，一定不会产生电信号

C．由图乙可知，产生的光电子最大初动能为2 eV

D．由图乙可知，该光电管的阴极金属逸出功约为1.67×10－20 J

AD　解析：波长10 μm的红外线在真空中的频率为f＝＝ Hz＝3.0×1013 Hz，故A正确；由题图乙知，该红外线的遏止电压为0.02 V，将题图甲中的电源正负极反接，若所加反向电压小于遏止电压，仍然有光电子到达A板，还会产生电信号，故B错误；根据爱因斯坦光电效应方程可得，产生的光电子最大初动能为Ekm＝eUc＝0.02 eV，故C错误；根据爱因斯坦光电效应方程可得Ekm＝hν－W0，又Ekm＝eUc，由题图乙可知，该光电管的阴极金属逸出功约为W0＝hν－eUc＝6.63×10－34×3×1013 J－0.02×1.6×10－19 J≈1.67×10－20 J，故D正确．

10．(2021·湖南师大附中月考)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Uc与入射光频率ν的关系，描绘出图乙中的图像，由此算出普朗克常量h.电子电荷量用e表示，下列说法正确的是(　　)

A．入射光的频率增大，为了测遏止电压，则滑动变阻器的滑片P应向M端移动

B．由Ucν图像可知，这种金属的截止频率为νc

C．增大入射光的强度，光电子的最大初动能也增大

D．由Ucν图像可求普朗克常量的表达式为h＝

BD　解析：入射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，则遏止电压增大，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片P向N端移动，A错误；根据光电效应方程Ekm＝hν－W0知，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，C错误；当遏止电压为零时，ν＝νc，根据

Ekm＝hν－W0＝eUc，解得Uc＝－，由题图乙知，当ν＝ν1时，Uc＝U1，则h＝，B、D正确．

三、非选择题(本大题共5小题，共54分．)

11.(8分)如图所示的实验电路，当用黄光照射光电管中的金属涂层时，毫安表的指针发生了偏转．若将电路中的滑动变阻器的滑片P向右移动到某一位置时，毫安表的读数恰好减小到零，此时电压表读数为U.若此时增加黄光照射的强度，则毫安表________(选填“有”或“无”)示数．若此时改用蓝光照射光电管中的金属涂层，则毫安表________(选填“有”或“无”)示数．

解析：光电效应的原理是当有频率足够大的光照射到金属表面时，将会使金属中的电子获得足够能量而从表面逸出，逸出的光电子向另一极板定向移动而形成电流．当增加黄光照射的强度时，不能增加光电子的最大初动能，故毫安表无示数．当改用蓝光照射时，光电子的最大初动能增大，光电子能到达A极，形成电流．

答案：无　有

12．(10分)如图所示，一静电计与锌板相连，在A处用一弧光灯照射锌板，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________(选填“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________(选填“有”或“无”)偏转．

解析：(1)锌板在紫外线照射下，发生光电效应现象，有光电子飞出，锌板带正电，将一带负电的金属小球与锌板接触，将锌板上的正电荷中和一部分，锌板正电荷减少，则静电计指针偏角将变小．注意，静电计与锌板带同种电荷．

(2)要发生光电效应现象，照射光的频率必须高于这种金属的极限频率，而与照射光的强度无关．用黄光照射，静电计指针无偏转，即不能发生光电效应现象，当改用强度更大的红外线照射时，因为红外线的频率比黄光的要低，所以用红外线照射更不能发生光电效应现象，静电计指针无偏转．

答案：(1)减小　(2)无

13．(12分)在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长λ＝6.4×10－7m，每个激光脉冲的能量E＝1.5×10－2J.求每个脉冲中的光子数目．(已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3×108m/s，计算结果保留一位有效数字)

解析：光子能量ε＝，

光子数目n＝，

代入数据得n≈5×1016.

答案：5×1016

14．(12分)德布罗意认为：任何一个运动着的物体，都有着一种波与它对应，波长是λ＝，式中p是运动着的物体的动量，h是普朗克常量．已知某种紫光的波长是440 nm，若将电子加速，使它的德布罗意波长是这种紫光波长的10－4倍，求：

(1)电子的动量的大小；

(2)试推导加速电压跟德布罗意波波长的关系，并计算加速电压的大小．(电子质量m＝9.1×10－31 kg，电子电荷量e＝1.6×10－19 C，普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，计算结果保留一位有效数字)

解析：(1)由λ＝知电子的动量p＝＝1.5×10－23 kg·m/s.

(2)电子在电场中加速，有eU＝mv2，

又mv2＝，

联立解得U＝＝≈8×102 V.

答案：(1)1.5×10－23 kg·m/s　(2)U＝　8×102 V

15．(12分)铝的逸出功是4.2 eV，现在用波长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)铝的截止频率．

解析：(1)根据光电效应方程Ekm＝hν－W0，得

Ekm＝－W0，

代入数据，解得Ekm＝3.225×10－19 J.

(2)由Ekm＝eU0，

可得U0＝，

代入数据，解得U0≈2.016 V.

(3)由hν0＝W0，

可得ν0＝，

代入数据，解得ν0≈1.014×1015 Hz.

答案：(1)3.225×10－19 J　(2)2.016 V　(3)1.014×1015 Hz