沪科技版（2020）选修第三册第二节 波粒二象性测试题

这是一份沪科技版（2020）选修第三册第二节 波粒二象性测试题，共6页。试卷主要包含了单项选择题，多项选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

一、单项选择题(本题共7小题，每小题6分，共42分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的)
1．(2022·齐齐哈尔市高二期末改编)在人类历史的进程中，物理学的发展促进了科学技术的不断进步，推动了人类文明的发展。下列说法正确的是( )
A．普朗克提出了“光子说”，并很好的解释了黑体辐射的规律
B．德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越长
C．戴维孙和革末观察到了电子的衍射现象，证实了电子的波动性
D．频率高的光子不具有波动性，波长较长的光子不具有粒子性
2．(2022·石家庄市高二月考)“测温枪”(学名“红外线辐射测温仪”)具有响应快、非接触和操作方便等优点。它是根据黑体辐射规律设计出来的，能将接收到的人体热辐射转换成温度显示。若人体温度升高，则人体热辐射能谱密度I及其极大值对应的波长λ的变化情况是( )
A．I增大，λ增大 B．I增大，λ减小
C．I减小，λ增大 D．I减小，λ减小
3．(2022·石家庄市高二期末)a、b两种光的频率之比为νa∶νb＝2∶1，将两种光分别照射到截止频率为eq \f(νb,2)的金属上，则a、b两种光子的动量之比及产生的光电子的最大初动能之比分别为( )
A．2∶1 3∶1 B．1∶2 3∶1
C．2∶1 1∶3 D．1∶2 1∶3
4．(2022·成都市高二月考)2017年年初，我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100 nm附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲。“大连光源”因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎。据此判断，能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，真空光速c＝3×108 m/s)( )
A．10－21 J B．10－18 J
C．10－15 J D．10－12 J
5．(2022·苏州市高二期末)1985年华裔物理学家朱棣文成功利用激光冷冻原子，现代激光制冷技术可实现10－9 K的低温。一个频率为ν的光子被一个相向运动的原子吸收，使得原子速率减为零，已知真空中光速为c，普朗克常量为h，根据上述条件可确定原子吸收光子前的( )
A．速度 B．动能
C．物质波的波长 D．物质波的频率
6．(2022·驻马店市高二期末)图甲是“探究光电效应”的实验电路图，光电管截止电压UKA随入射光频率ν的变化规律如图乙所示。下列说法正确的是( )
A．入射光的频率ν不同时，截止电压UKA不同
B．入射光的频率ν不同时，UKA－ν图像的斜率不同
C．图甲所示电路中，当电压增大到一定数值时，电流表的示数将达到饱和电流
D．只要入射光的光照强度相同，光电子的最大初动能就一定相同
7．(2022·金华市高二期中)氢原子的能级图如图甲所示，一群处于第4能级的氢原子，向低能级跃迁过程中能发出6种不同频率的光，其中只有频率为νa、νb两种光可让图乙所示的光电管阴极K发生光电效应。分别用频率为νa、νb的两个光源照射光电管阴极K，测得电流随电压变化的图像如图丙所示。下列说法中正确的是( )
A．处于第4能级的氢原子可以吸收一个能量为0.75 eV的光子并电离
B．图丙中的图线a所表示的光是氢原子由第4能级向基态跃迁发出的
C．图丙中的图线b所表示的光的光子能量为12.75 eV
D．用图丙中的图线a所表示的光照射阴极K时，光电子的最大初动能比用图线b所表示的光照射时大
二、多项选择题(本题共3小题，每小题8分，共24分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得8分，选对但不全的得4分，有选错的得0分)
8．(2022·重庆渝中高二月考)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的截止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为普朗克常量。下列说法正确的是( )
A．若νa>νb，则一定有UaB．若νa>νb，则一定有Eka>Ekb
C．若UaD．若νa>νb，则一定有hνa－Eka>hνb－Ekb
9.(2022·大庆市高二期末)用如图所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为3.6 eV的光照射到光电管上时，电流表G有读数。移动滑动变阻器的滑片c，当电压表的示数大于或等于0.9 V时，电流表读数为0，则以下说法正确的是( )
A．光电子的初动能可能为0.8 eV
B．光电管阴极的逸出功为0.9 eV
C．开关S断开后，电流表G示数不为0
D．改用能量为2 eV的光子照射，电流表G有读数
10.(2022·成都市高二期末)金属甲和金属乙发生光电效应时，光电子的最大初动能Ek与入射光的波长倒数eq \f(1,λ)的关系如图所示，已知普朗克常量为h，真空中的光速为c。则( )
A．金属甲、乙的Ek－eq \f(1,λ)图线的斜率均等于h
B．金属乙的逸出功为hcb
C．要使金属甲发生光电效应，入射光的波长需要大于eq \f(1,a)
D．能使金属乙发生光电效应的入射光，一定能使金属甲发生光电效应
三、非选择题(本题共2小题，共34分)
11．(15分)(2023·江苏卷)“夸父一号”太阳探测卫星可以观测太阳辐射的硬X射线。硬X射线是波长很短的光子，设波长为λ。若太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，卫星探测仪镜头正对着太阳，每秒接收到N个该种光子。已知探测仪镜头面积为S，卫星离太阳中心的距离为R，普朗克常量为h，光速为c，求：
(1)每个光子的动量p和能量E；
(2)太阳辐射硬X射线的总功率P。
12．(19分)(2022·威海市高二月考)已知氢原子处于基态时能量为E1，处于量子数为n的激发态能级时能量为eq \f(E1,n2)，现有一群氢原子处于n＝3的激发态能级，在向低能级跃迁过程中，能放出若干种频率的光子，用它们照射某金属表面，发现从n＝2能级向n＝1能级跃迁时辐射出的光恰能使该金属发生光电效应，普朗克常量为h，求：(所有答案用题目中所给字母表示)
(1)该金属的极限频率；
(2)能从该金属表面逸出的光电子的最大初动能；
(3)若用光照的办法使处于n＝3能级的氢原子电离，则照射光频率至少多大。

参考答案：
1．C [为了解释黑体辐射的规律，普朗克提出了“量子说”，光子说是爱因斯坦提出的，A错误；微观粒子的德布罗意波长为λ＝eq \f(h,p)，其中p为微观粒子的动量，故动量越大，其对应的波长就越短，故B错误；戴维孙和革末做了电子束在晶体表面上散射的实验，观察到了电子衍射现象，证实了电子的波动性，故C正确；光子既具有波动性也具有粒子性，D错误。]
2．B [随着温度升高，各种波长的辐射能谱密度都有增加，所以人体热辐射的能谱密度I增大；随着温度的升高，辐射能谱密度的峰值向波长较短的方向移动，所以λ减小。故选B。]
3．A [由p＝eq \f(h,λ)＝eq \f(hν,c)得，a、b两种光子的动量之比为2∶1。又因为Ek＝hν－W0，所以Eka＝2hνb－heq \f(νb,2)＝eq \f(3hνb,2)，Ekb＝hνb－eq \f(hνb,2)＝eq \f(hνb,2)，则a、b两种光子的最大初动能之比为3∶1。故选A。]
4．B [一个处于极紫外波段的光子的能量约为
E＝hν＝eq \f(hc,λ)＝eq \f(6.6×10－34×3×108,100×10－9) J≈2×10－18 J
由题意可知，光子的能量应比电离一个分子的能量稍大，因此数量级应相同。故选B。]
5．C [光子碰撞前动量p1＝heq \f(ν,c)，光子被吸收过程，动量守恒，由题意知原子碰前的动量大小与光子动量大小相等，即p2＝p1，又满足p2＝eq \f(h,λ)，联立可得原子吸收光子前的物质波的波长λ＝eq \f(c,ν)，C正确；由Ek＝eq \f(p22,2m)及E＝hν′可知，要求得原子吸收光子前的动能Ek、物质波的频率ν′，还需知道原子的质量m，B、D错误；由Ek＝eq \f(1,2)mv2可知无法求出原子吸收光子前的速度，A错误。]
6．A [根据Ekm＝hν－W0，可知入射光的频率不同时，电子的最大初动能不同，又eUKA＝Ekm，得UKA＝eq \f(h,e)ν－eq \f(W0,e)，可知入射光的频率ν不同时，截止电压UKA不同，A项正确；由UKA＝eq \f(h,e)ν－eq \f(W0,e)，知UKA－ν图像的斜率k＝eq \f(h,e)，与入射光的频率ν无关，B项错误；题图甲所示电路中，必须把电源正负极反接，才能用来验证光电流与电压的关系，即当电压增大到一定数值时，电流表的示数将达到饱和电流，C项错误；根据Ekm＝hν－W0可知，光电子的最大初动能与入射光的光照强度无关，D项错误。]
7．C [处于第4能级的氢原子至少要吸收能量为0.85 eV的光子才能电离，故A错误；让题图乙所示的光电管阴极K发生光电效应，所以发生光电效应的能量值对应的跃迁为氢原子由第4能级向基态跃迁或氢原子由第3能级向基态跃迁，由题图丙可知，b光的截止电压大，a光的截止电压小，根据光电效应方程Ek＝hν－W0，及eU0＝Ek知b光为氢原子由第4能级向基态跃迁发出的，a光为氢原子由第3能级向基态跃迁发出的，故B错误；题图丙中的图线b所表示的光的光子能量为Eb＝E4－E1＝－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV，故C正确；由题图丙可知，b光的截止电压大，a光的截止电压小，根据光电效应方程Ek＝hν－W0，用题图丙中的图线a所表示的光照射阴极K时，光电子的最大初动能比用图线b所表示的光照射时小，故D错误。]
8．BC [由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，又由动能定理有Ek＝eU，当νa>νb时，Eka>Ekb，Ua>Ub，A错误，B正确；若Ua9．AC [由题意可知，当电压表的示数大于或等于0.9 V时，电流表读数为0，即截止电压为0.9 V，对光电子由动能定理可得－eU＝0－Ekmax，即光电子的最大初动能为0.9 eV，所以光电子的初动能可能为0.8 eV，故A正确；由爱因斯坦光电效应方程Ekmax＝hν－W0，可得W0＝hν－Ekmax＝(3.6－0.9) eV＝2.7 eV，故B错误；由题意可知，当用光子能量为3.6 eV的光照射到光电管上时，电流表G有读数，即有光电子逸出，开关S断开后，光电子仍然能达到阳极即能形成光电流，故C正确；由于2 eV小于阴极的逸出功，故改用能量为2 eV的光子照射，不能发生光电效应，即电流表G没有读数，故D错误。]
10．BD [根据光电效应方程Ek＝eq \f(1,λ)hc－W0，知两图线的斜率均为hc，故A错误；乙图线与横轴交点对应Ek＝0，即0＝eq \f(1,λ)hc－W0，且由乙图线可知eq \f(1,λ)＝b，联立解得W0＝hbc，故B正确；由甲图可知，Ek＝0时，则极限频率为eq \f(1,λa)＝a，解得极限波长为λa＝eq \f(1,a)，故要使金属甲发生光电效应，入射光的波长需要小于eq \f(1,a)，故C错误；由图可知，乙的极限波长小，因此极限频率大于甲的极限频率，根据光电效应发生的条件，可知能使金属乙发生光电效应的入射光，一定能使金属甲发生光电效应，故D正确。]
11．(1)eq \f(h,λ) heq \f(c,λ) (2)eq \f(4πR2Nhc,Sλ)
解析 (1)由题意可知每个光子的动量为p＝eq \f(h,λ)(2分)
每个光子的能量为E＝hν＝heq \f(c,λ)(3分)
太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，根据题意设t时间内发射总光子数为n，
则eq \f(n,tN)＝eq \f(4πR2,S)(3分) 可得n＝eq \f(4πR2Nt,S)(2分)
所以t时间内辐射光子的总能量W＝E′＝nheq \f(c,λ)＝eq \f(4πR2Nthc,Sλ)(3分)
太阳辐射硬X射线的总功率P＝eq \f(W,t)＝eq \f(4πR2Nhc,Sλ)。(2分)
12．(1)－eq \f(3E1,4h) (2)－eq \f(5,36)E1 (3)－eq \f(E1,9h)
解析 (1)由W0＝hν0
又有W0＝eq \f(E1,4)－E1＝－eq \f(3,4)E1(3分) 解得ν0＝eq \f(W0,h)＝－eq \f(3E1,4h)(3分)
(2)氢原子从n＝3能级向n＝1能级跃迁辐射出的光子能量最大，此时从金属表面逸出的光电子初动能最大，设为Ekm，
则有hν＝eq \f(E1,9)－E1＝－eq \f(8,9)E1，(3分)
由Ekm＝hν－W0得Ekm＝－eq \f(8,9)E1－(－eq \f(3,4)E1)＝－eq \f(5,36)E1(4分)
(3)因为放出的光子能量满足hν＝En－Em，可知，从n＝3能级跃迁到无穷远需要的最小能量为ΔE＝0－(eq \f(E1,32))＝－eq \f(E1,9)(3分)
那么对应的频率为ν′＝－eq \f(E1,9h)。(3分)