鲁科版（2019）高中物理选择性必修第三册 第6章《波粒二象性》拔高练习

2024鲁科版高中物理选择性必修第三册同步综合拔高练五年高考练考点1　光电效应的理解及应用　　　　　　　　　　　　　　　1.(2022浙江6月选考,7)图为氢原子的能级图。大量氢原子处于n=3的激发态,在向低能级跃迁时放出光子,用这些光子照射逸出功为2.29 eV的金属钠。下列说法正确的是 (　　)A.逸出光电子的最大初动能为10.80 eVB.n=3跃迁到n=1放出的光子动量最大C.有3种频率的光子能使金属钠产生光电效应D.用0.85 eV的光子照射,氢原子跃迁到n=4激发态2.(2021江苏,8)如图所示,分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究,其截止频率ν1<ν2,保持入射光不变,则光电子到达A极时的最大动能Ekm随电压U变化关系的图像是 (　　)3.(2020天津,1)在物理学发展的进程中,人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究,获得正确的理论认识。下列图示的实验中导致发现原子具有核式结构的是 (　　)4.(2019天津理综,5)如图为a、b、c三种光在同一光电效应装置中测得的光电流和电压的关系。由a、b、c组成的复色光通过三棱镜时,下述光路图中正确的是 (　　)5.(2019北京理综,19)光电管是一种利用光照射产生电流的装置,当入射光照在管中金属板上时,可能形成光电流。表中给出了6次实验的结果。由表中数据得出的论断中不正确的是 (　　)A.两组实验采用了不同频率的入射光B.两组实验所用的金属板材质不同C.若入射光子的能量为5.0 eV,逸出光电子的最大动能为1.9 eVD.若入射光子的能量为5.0 eV,相对光强越强,光电流越大考点2　对波粒二象性的理解6.(2022全国乙,17)一点光源以113 W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6×10-7 m的光,在离点光源距离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为3×1014个。普朗克常量为h=6.63×10-34 J·s。R约为 (　　)A.1×102 m　　　　B.3×102 m　　C.6×102 m　　　　D.9×102 m7.(2022浙江1月选考,16)电子双缝干涉实验是近代证实物质波存在的实验。如图所示,电子枪持续发射的电子动量为1.2×10-23 kg·m/s,然后让它们通过双缝打到屏上。已知电子质量取9.1×10-31 kg,普朗克常量取6.6×10-34 J·s,下列说法正确的是 (　　)A.发射电子的动能约为8.0×10-15 JB.发射电子的物质波波长约为5.5×10-11 mC.只有成对电子分别同时通过双缝才能发生干涉D.如果电子是一个一个发射的,仍能得到干涉图样8.(2022湖南,1)关于原子结构和微观粒子波粒二象性,下列说法正确的是 (　　)A.卢瑟福的核式结构模型解释了原子光谱的分立特征B.玻尔的原子理论完全揭示了微观粒子运动的规律C.光电效应揭示了光的粒子性D.电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的粒子性9.(2021浙江6月选考,13)已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,电子的质量为9.11×10-31 kg。一个电子和一滴直径约为4 μm的油滴具有相同动能,则电子与油滴的德布罗意波长之比的数量级为 (　　)A.10-8　　B.106　　C.108　　D.101610.(2020浙江7月选考,5)下列说法正确的是 (　　)A.质子的德布罗意波长与其动能成正比B.天然放射的三种射线,穿透能力最强的是α射线C.光电效应实验中的截止频率与入射光的频率有关D.电子束穿过铝箔后的衍射图样说明电子具有波动性11.[2019江苏单科,12(3)]在“焊接”视网膜的眼科手术中,所用激光的波长λ=6.4×10-7 m,每个激光脉冲的能量E=1.5×10-2 J。求每个脉冲中的光子数目。(已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,光速c=3×108 m/s,计算结果保留一位有效数字)三年模拟练应用实践　　　　　　　　　　　　　　　1.(2023山东济南一模)2023年2月27日,我国自主研制的空间站双光子显微镜首获航天员皮肤三维图像。该种显微镜成像时,需要将介质分子从基态S0激发到激发态Sn,双光子显微镜是通过让介质分子同时吸收两个光子a实现此激发过程,如图甲所示;单光子显微镜是让介质分子只吸收一个光子b实现此激发过程,如图乙所示。则光子a和光子b的波长之比为 (　　)甲乙A.1∶1　　B.2∶1　　C.4∶1　　D.1∶22.(2023山东淄博一中二模)电子显微镜的工作原理是用高电压对电子束加速,最后打在感光胶片上,观察显微图像。现用电子显微镜观测某生物大分子的结构,为满足测量要求,将显微镜工作时的观测线度设定为电子的德布罗意波波长的n倍,其中n>1。已知普朗克常量h、电子质量m和电子电荷量e,电子的初速度不计,显微镜工作时的加速电压为U,则该显微镜的观测线度为 (　　)A.nℎUme　　　　B.mU2ℎ2n2e313C.nℎ2meU　　　　D.Uℎn2me3.(2022山东淄博期末)紫外光电管是利用光电效应原理对油库等重要场所进行火灾报警的装置,其工作电路如图所示,其中A为阳极,K为阴极,只有当明火中的紫外线照射到K极时,电压表才有示数且启动报警装置。已知太阳光中的紫外线频率主要为7.5×1014~9.5×1014 Hz,而明火中的紫外线频率主要为1.1×1015~1.5×1015 Hz,下列说法正确的是 (　　)A.为避免太阳光中紫外线干扰,K极材料的截止频率应大于1.5×1015 HzB.只有明火照射到K极的时间足够长,电压表才会有示数C.电源左边接正极有利于提高报警装置的灵敏度D.可以通过图中电压表示数变化监测火情的变化4.(2022黑龙江齐齐哈尔二模)如图甲所示为氢原子的部分能级图,现有大量处于n=4能级的氢原子将发生跃迁。图乙为光电效应演示装置,现用氢原子跃迁发出的光照射锌板,已知锌板的逸出功为3.4 eV。下列说法正确的是 (　　)A.最多能发出6种频率的光B.锌板不会发生光电效应C.锌板会发生光电效应,验电器内的金属片带负电D.锌板会发生光电效应,从锌板打出的光电子的最大初动能为9.35 eV5.(2023山东新高考联合质量测评)如图甲所示,大量处于第4能级的氢原子向低能级跃迁时能发出多种频率的光,分别用这些频率的光照射图乙电路中的阴极K,只能得到3条光电流随电压变化的关系曲线,如图丙所示。下列说法正确的是 (　　)甲乙丙A.a光照射光电管产生的光电子动能一定比c光大B.该氢原子共发出3种频率的光C.滑动变阻器滑片滑到最左端时,电流表示数一定为0D.图中M点的数值为-4.45迁移创新6.(2022河南周口期中)如图所示是工业生产中大部分光电控制设备用到的光控继电器的示意图,它由电源、光电管、放大器、电磁继电器等几部分组成。其原理是:当光照射光电管时电路中产生光电流,经放大器放大的电流产生的磁场使铁芯M被磁化,将衔铁N吸住。当光照消失时,电路中电流消失,衔铁N自动离开M。(1)示意图中,为了尽可能增大光电流,a端应是电源的　　　　极(填“正”或“负”)。 (2)当用绿光照射光电管阴极K时,可以发生光电效应,则下列说法正确的是　　　　。 A.增大绿光照射强度,光电子的最大初动能增大B.增大绿光照射强度,电路中的光电流增大C.仅改用同等强度的紫光照射,光电子的最大初动能不变D.仅改用同等强度的紫光照射,光电子的最大初动能变大(3)已知用光照强度为Iva的a光和光照强度为Ivb的b光照射该光电管,分别产生的光电流I与电源电压U的关系如图中曲线所示[其中电源按(1)问连接时电压为正],且在电源电压和入射光频率确定时,光电流与光照强度成正比。则a光的频率　　　　b光的频率(填“大于”“小于”“等于”或“无法比较”)。实验发现,用光照强度为Iva的a光照射该光电管时,电压须大于等于+0.2 V,继电器才能将衔铁吸附。若用光照强度为Ivb的b光照射该光电管,调整电源电压,当继电器刚好能将衔铁吸附时,电源电压为　　　　 V(需指出正负);若将电源电压调整为+1.6 V,用a光照射该光电管,能使继电器将衔铁吸附的最小光强为　　　　Iva(结果保留两位有效数字)。 本章达标检测见增分测评卷 　　　期末学业水平检测见增分测评卷 综合拔高练五年高考练1.B　从n=3跃迁到n=1放出的光电子能量最大,根据Ek=E-W0可得此时最大初动能为Ek=9.8 eV,故A错误;根据p=ℎλ=ℎνc和E=hν得p=Ec,又因为从n=3跃迁到n=1放出的光子能量最大,故可知动量最大,故B正确;大量氢原子从n=3的激发态跃迁基态能放出C32=3种频率的光子,其中从n=3跃迁到n=2放出的光子能量为ΔEk=3.4 eV-1.51 eV=1.89 eV<2.29 eV,不能使金属钠产生光电效应,其他两种均可以,故C错误;由于从n=3跃迁到n=4能级需要吸收的光子能量为ΔE=1.51 eV-0.85 eV=0.66 eV≠0.85 eV,所以用0.85 eV的光子照射,不能使氢原子跃迁到n=4激发态,故D错误。故选B。2.C　逸出电子的最大初动能Ek0=hν-W0①,逸出功W0=hνc②;电子由K板至A板电场力做正功,为eU=Ekm-Ek0③,联立方程得出Ekm=eU+hν-hνc,由公式可知Ekm-U图线的斜率表示e,因为ν1<ν2,所以纵轴截距hν-hν1>hν-hν2,所以选C。3.D　A项是双缝干涉实验,说明光具有波动性;B项是光电效应实验,说明光具有粒子性;C项是电磁波的发射与接收;导致发现原子具有核式结构的是卢瑟福的α粒子散射实验,D正确。故选D。4.C　由题述“同一光电效应装置”可知金属的逸出功相同,再由I-U图像中遏止电压关系得知三种光的频率νb>νc>νa,则三种光在三棱镜中的折射率nb>nc>na,据此可判断通过棱镜后光的折射情况,C选项正确,A、B、D项均错误。5.B　表格中入射光子的能量不同,根据光子的能量E=hν可知两组实验采用的入射光的频率不同,再由光电效应方程解得两组实验中金属的逸出功都是3.1 eV,所以A选项正确,B选项不正确。当入射光子的能量为5.0 eV时,Ekm=hν-W=1.9 eV,故C选项正确。当入射光子的能量为5.0 eV时,相对光强越强,单位时间内飞出的光电子越多,光电流越大,所以D项正确。6.B　一个光子的能量为E=hν,ν为光的频率,光的波长与频率的关系为c=λν,光源每秒发出的光子的个数为n=Pℎν=Pλℎc,P为光源的功率,光子以球面波的形式传播,那么以光源为球心的球面上的光子数相同,此时距光源的距离为R处,每秒垂直通过每平方米的光子数为3×1014个,此处球面的表面积为S=4πR2,则nS=3×1014,联立以上各式解得R≈3×102 m,故选B。7.BD　根据动量的大小与动能的关系可知发射电子的动能Ek=p22m=(1.2×10−23)22×9.1×10−31 J≈8.0×10-17 J,故A错误;发射电子的物质波波长λ=ℎp=6.6×10−341.2×10−23 m=5.5×10-11 m,故B正确;物质波是概率波,每个电子依次通过双缝都能发生干涉现象,只是需要大量电子显示出干涉图样,故C错误,D正确。故选B、D。8.C　玻尔的量子化模型很好地解释了原子光谱的分立特征,A错误;玻尔的原子理论成功地解释了氢原子的分立光谱,但不足之处是它保留了经典理论中的一些观点,如电子轨道的概念,并没有完全揭示微观粒子的运动规律,B错误;光电效应揭示了光的粒子性,C正确;电子束穿过铝箔后的衍射图样证实了电子的波动性,质子、中子及原子、分子均具有波动性,D错误。故选C。9.C　根据德布罗意波长公式λ=ℎp和动量与动能关系式p=2mEk,联立得λ=ℎ2mEk,由题意可知,电子与油滴的动能相同,则其波长与质量的二次方根成反比,所以有λ电λ油=m油m电,m油=ρ·16πd3=0.8×103×16×3.14×(4×10-6)3 kg≈2.7×10-14 kg,代入数据解得λ电λ油=2.7×10−149.11×10−31≈1.7×108,所以C正确。A、B、D错误。10.D　质子的波长λ=ℎp,动量与动能的关系为p=2mEk,所以λ=ℎ2mEk,故A选项错误;三种射线中γ射线的穿透能力最强,故B选项错误;金属的截止频率决定于金属材料本身,与入射光的频率无关,故C选项错误;衍射现象是波特有的性质,D选项正确。11.答案　5×1016解析　光子能量ε=ℎcλ,光子数目n=Eε,代入数据得n=5×1016。三年模拟练1.B　将介质分子从基态S0激发到激发态Sn,两过程吸收的光子能量一样多,则有2hνa=hνb,则光子频率关系为νaνb=12,波长和频率成反比,故光子a和光子b的波长之比为2∶1。故选B。2.C　电子被加速,由动能定理得eU=Ek,又p=2mEk,λ=ℎp,L=nλ,联立可得L=nℎ2meU,故选C。3.D　太阳光中的紫外线频率主要为7.5×1014~9.5×1014 Hz,为避免太阳光中的紫外线干扰,K极材料的截止频率应大于9.5×1014 Hz,A错误;只要明火中的紫外线照射到K极,就会发生光电效应,电压表就会有示数,B错误;电源左边接正极时,光电管上被施加反向电压,发生光电效应时到达阳极的光电子数减少,因此会降低报警装置的灵敏度,C错误;明火中紫外线的强度越大,产生的光电流越大,由欧姆定律知,电压表的示数越大,故可通过电压表示数变化监测火情的变化,故D正确。4.AD　根据玻尔理论可知,大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁,产生的光子的种类N=C42=6种,A正确;氢原子从n=4能级跃迁到n=1能级时,辐射的光子能量最大,其值为ΔE=E4-E1=12.75 eV>W0=3.4 eV,故锌板会发生光电效应,B错误;锌板发生光电效应时,锌板由于失去电子而带正电,验电器内的金属片带正电,C错误;根据爱因斯坦光电效应方程可得光电子的最大初动能为Ekm=hν-W0=12.75 eV-3.4 eV=9.35 eV,D正确。故选A、D。5.D　由图丙可知,a光的遏止电压最大,即a光的频率最大,则a光照射光电管产生的光电子最大初动能比c光大,但动能不一定大,故A错误;该氢原子发出光的频率个数N=C42=6种,故B错误,当加速电压为0时,由于光电子有动能,仍能进入电路,故电流表示数不一定为0,故C错误;a光是由能级4跃迁到能级1产生的光,则有hνa=E4-E1=12.75 eV,由光电效应方程得hνa=W+Ekma且Ekma=7 eV,解得W=5.75 eV,c光是由能级2跃迁到能级1产生的光,由hνc=W+Ekmc且Ekmc=eUc得Uc=-4.45 V,故D正确。故选D。6.答案　(1)正　(2)BD　(3)小于　-0.4　0.79解析　(1)有光照射光电管时,阴极K发射电子,电路中产生电流,为尽可能增大光电流,光电管两端加正向电压,故a端接电源的正极。(2)根据光电效应实验规律可知,仅增大光照强度时,光电子的最大初动能不变,但光电流增大,故A错误,B正确;因为紫光的频率大于绿光的频率,根据Ek=hν-W0可知,光电子的最大初动能增加,故C错误,D正确。(3)由于b光的图线与横轴的交点在a光的图线与横轴交点的左侧,a光的遏止电压小于b光的遏止电压,根据爱因斯坦光电效应方程可得eUc=hν-W0,可知a光的频率小于b光的频率。由题意可知,用a光照射该光电管,且电源电压为+0.2 V时,继电器刚好能将衔铁吸附,a光对应的光电流Ia=11I0;如果使用b光照射该光电管,要使继电器刚好能将衔铁吸附,b光对应的光电流Ib=11I0,对应的此时电源电压为-0.4 V。根据题意得,若用光照强度为Iva的a光照射该光电管且电压等于+0.2 V,继电器刚好能将衔铁吸附,此时的光电流Ia=11I0,当电源电压调整为+1.6 V,此时的光电流Ia'=14I0,要使继电器刚好能将衔铁吸附,就要降低光强使光电流恢复为11I0,根据光电流与光强成正比,得能使继电器将衔铁吸附的最小光强为11I014I0Iva≈0.79Iva。组次入射光子的能量/eV相对光强光电流大小/mA逸出光电子的最大动能/eV1234.04.04.0弱中强2943600.90.90.94566.06.06.0弱中强2740552.92.92.91.B2.C3.D4.C5.B6.B7.BD8.C9.C10.D1.B2.C3.D4.AD5.D