高考物理一轮复习课时练38《波粒二象性》(含解析)

这是一份高考物理一轮复习课时练38《波粒二象性》(含解析)，共14页。试卷主要包含了5×1014 Hz，5 eV等内容，欢迎下载使用。

小题狂练eq \(○,\s\up1(38)) 小题是基础 练小题 提分快
1.[云南省建水六中测试](多选)下列说法正确的是( )
A．光的波粒二象性是用牛顿的微粒说加上惠更斯的波动的规律来描述的
B．光的波粒二象性彻底推翻了麦克斯韦的电磁理论
C．光子说并没有否定电磁说，光子的能量E＝hν，ν表示波的特性，E表示粒子的特性
D．个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性
答案：CD
解析：爱因斯坦的“光子说”与惠更斯的波动说揭示了光具有波粒二象性，A错误；麦克斯韦根据他的电磁理论，认为光是一种电磁波，而赫兹证实了电磁波的存在，电磁波传播速度跟光速相同，麦克斯韦提出光是一种电磁波，光子说并没有否定光的电磁说，在光子能量公式E＝hν中，频率ν表示波的特性，E表示粒子的特性，B错误，C正确；光波不同于宏观概念中的那种连续的波，它是表明大量光子运动规律的一种概率波，个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性，D正确．
2．[江西省上饶一中模拟]某激光器能发射波长为λ的激光，发射功率为P，c表示光速，h表示普朗克常量，则激光器每秒发射的能量子数为( )
A.eq \f(Pc,hλ) B.eq \f(hc,λ)
C.eq \f(Pλ,hc) D.eq \f(λc,hP)
答案：C
解析：每个光子的能量为E＝hν＝heq \f(c,λ)，设每秒(t＝1 s)激光器发出的光子数是n，则Pt＝nE，即P＝nheq \f(c,λ)，得n＝eq \f(λP,hc)，C正确，A、B、D错误．
3．[安徽省合肥模拟]一单色光照到某金属表面时，有光电子从金属表面逸出，下列说法中错误的是( )
A．无论增大入射光的频率还是增加入射光的强度，金属的逸出功都不变
B．只延长入射光的照射时间，光电子的最大初动能将增加
C．只增大入射光的频率，光电子的最大初动能将增大
D．只增大入射光的强度，单位时间内逸出的光电子数目将增多
答案：B
解析：金属的逸出功只与金属本身有关，与照射光无关，选项A正确；增大入射光的频率，入射光光子的能量变大，金属的逸出功不变，故光电子的最大初动能增大，选项C正确；增大入射光的强度，则单位时间内入射光的光子数目增大，逸出的光电子数目也将增多，选项D正确；延长入射光的照射时间，入射光光子的能量不变，光电子的最大初动能不变，选项B符合题意．
4．[安徽省六安一中模拟](多选)如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点坐标为(4.3×1014 Hz,0)，与纵轴交点坐标为(5.5×1014 Hz,0.5 eV)．由图可知( )
A．该金属的截止频率为4.3×1014 Hz
B．该金属的截止频率为5.5×1014 Hz
C．该图线的斜率表示普朗克常量
D．该金属的逸出功为0.5 eV
答案：AC
解析：当最大初动能为零时，入射光的光子能量与逸出功相等，即入射光的频率等于金属的截止频率，可知金属的截止频率为4.3×1014 Hz，A正确，B错误；根据Ekm＝hν－W0知，图线的斜率表示普朗克常量，C正确；金属的逸出功为W0＝hν0＝6.63×10－34×4.3×1014 J＝1.78 eV，故D错误．
5．[天津市耀华中学检测]在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图所示，则可判断出( )
A．甲光的频率大于乙光的频率
B．乙光的波长小于丙光的波长
C．乙光的频率小于丙光的频率
D．对于同种金属，甲光对应的光电子的最大初动能大于丙光对应的光电子的最大初动能
答案：C
解析：甲、乙光截止电压相同，故它们的频率相同，A错误；乙光截止电压比丙光低，故乙光频率比丙光低，波长比丙光长，B错误；乙光截止电压比丙光低，故乙光的频率比丙光低，C正确；甲光截止电压比丙光低，根据eU＝eq \f(1,2)mveq \\al(2,max)＝hν－W0，甲光对应的光电子最大初动能小于丙光对应的光电子最大初动能，D错误．
6．[西藏林芝一中模拟]如图所示是实验室用来研究光电效应原理的装置图，电表均为理想电表，当入射光的能量等于9 eV时，灵敏电流表检测到有电流流过，当电压表示数等于5.5 V时，灵敏电流表示数刚好等于0.则下列说法正确的是( )
A．若增大入射光的强度，光电子的最大初动能将增大
B．若入射光光子的能量小于3.5 eV，改变电源的正、负极方向，则电流表示数可能会不等于0
C．光电管材料的逸出功等于3.5 eV
D．增大入射光的波长，在电压表示数不变的情况下，电流表示数会变大
答案：C
解析：根据爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W0，可知光电子的最大初动能与光的强度无关，A错误；该装置所加的电压为反向电压，发现当电压表的示数等于5.5 V时，电流表示数刚好为0，知光电子的最大初动能为5.5 eV，根据爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W0，可得W0＝3.5 eV.若入射光光子的能量小于3.5 eV，则不能发生光电效应，电流表示数一定会等于0，B错误，C正确；增大入射光的波长，则光的频率减小，根据爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W0，则知光电子的最大初动能减小，在电压表示数不变的情况下，电流表示数可能会变小，D错误．
7．[天津市静海六中检测](多选)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eq \f(W0,h)
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)
答案：AD
解析：金属板的极限频率满足hν0＝W0，得ν0＝eq \f(W0,h)，A正确；频率为ν1的光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Ek＝hν1－W0，B错误；吸收光子的能量为hν1，C错误；逸出的三种光子能量关系为：hν1＝hν2＋hν3，所以另一种光的光子能量为h(ν1－ν2)，D正确．
8．[2014·广东卷](多选)在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是( )
A．增大入射光的强度，光电流增大
B．减小入射光的强度，光电效应现象消失
C．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应
D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大
答案：AD
解析：根据光电效应规律可知，增大入射光的强度，光电流增大，A项正确；减小入射光的强度，光电流减小，光电效应现象并不消失，B项错误；改用小于ν的入射光照射，如果入射光的频率仍然大于光电管阴极材料的极限频率，仍能发生光电效应，C项错误；由爱因斯坦光电效应方程可知，增大入射光的频率，光电子的最大初动能增大，D项正确．
9．[2013·北京卷]以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出．强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实．
光电效应实验装置示意如图．用频率为ν的普通光源照射阴极K，没有发生光电效应．换用同样频率ν的强激光照射阴极K，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U，即将阴极K接电源正极，阳极A接电源负极，在K、A之间就形成了使光电子减速的电场．逐渐增大U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是下列的(其中W为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电荷量)( )
A．U＝eq \f(hν,e)－eq \f(W,e) B．U＝eq \f(2hν,e)－eq \f(W,e)
C．U＝2hν－W D．U＝eq \f(5hν,2e)－eq \f(W,e)
答案：B
解析：用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应．由题意知最大初动能Ek＝eU，根据爱因斯坦光电效应方程有：nhν＝W＋Ek＝W＋eU(n≥2)，得：U＝eq \f(nhν－W,e)(n≥2)，则B项正确，其他选项错误．
10．[名师原创]关于波粒二象性，下列说法中正确的是( )
A．图1中紫光照射到锌板上可以发生光电效应，则其他可见光照射到锌板上也一定可以发生光电效应
B．图2中入射光的强度越大，则在阴极板上产生的光电子的最大初动能越大
C．图3说明光子既有粒子性也有波动性
D．戴维孙和G.P.汤姆孙利用图4证明了电子具有波动性
答案：D
解析：在可见光中，紫光的频率最大，故紫光光子的能量最大，紫光照射到锌板上可以发生光电效应，但其他可见光照射到锌板上不一定发生光电效应，A错误；入射光的强度只能改变单位时间内逸出光电子的数量，但不能增大逸出光电子的最大初动能，B错误；光的散射揭示了光的粒子性，没有揭示光的波动性，C错误；衍射是波特有的现象，故电子束衍射实验证明了电子具有波动性，D正确．
11.
[名师原创]在用不同频率的光分别照射钨(W)和锌(Zn)做光电效应实验时，得到了如图所示的光电子最大初动能与入射光频率的关系图象．由此可知( )
A．图象斜率表示普朗克常量的倒数
B．锌的逸出功大于钨的逸出功
C．光电子最大初动能与入射光的频率成正比
D．若增加光照强度，产生的光电子最大初动能增大
答案：B
解析：根据爱因斯坦光电效应方程有Ek＝hν－W0，其中W0为金属的逸出功，W0＝hνc，由此可知在Ek—ν图象中，图象斜率表示普朗克常量h，横轴截距大小表示该金属的极限频率νc的大小，由题图可知锌的极限频率大于钨的极限频率，锌的逸出功大于钨的逸出功，选项A错误，B正确；光电子最大初动能与入射光的频率成线性关系，但不是成正比，选项C错误；若增加光照强度，产生的光电子数目增多，但光电子的最大初动能不变，选项D错误．
12．[湖南省湘潭一中摸底]如图所示，是某次实验中得到的甲、乙两种金属的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图象，两金属的逸出功分别为W甲、W乙，如果用ν1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C．E甲>E乙 D．E甲＝E乙
答案：A
解析：根据爱因斯坦光电效应方程得：Ekm＝hν－W0＝hν－hν0，又Ekm＝eUc；解得：eUc＝hν－hν0；由Uc－ν图线可知，当Uc＝0，ν＝ν1，金属甲的极限频率大于金属乙的，则金属甲的逸出功大于乙的，即W甲>W乙．如果用ν1频率的光照射两种金属，根据光电效应方程，当相同频率的入射光照射时，则逸出功越大，其光电子的最大初动能越小，因此E甲13．[辽宁省沈阳重点中学联考](多选)图1所示为氢原子能级图，大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时能辐射出多种不同频率的光，其中用从n＝4能级向n＝2能级跃迁时辐射的光照射图2所示光电管的阴极K时，电路中有光电流产生，则( )
A．若将滑片右移，电路中光电流增大
B．若将电源反接，电路中可能有光电流产生
C．若阴极K的逸出功为1.05 eV，则逸出的光电子最大初动能为2.4×10－19 J
D．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时辐射出的光子中只有4种光子能使阴极K发生光电效应
答案：BC
解析：将滑片右移，光电管两端的电压增大，但之前光电流是否达到饱和并不清楚，因此光电管两端的电压增大，光电流不一定增大，A错误；将电源极性反接，所加电压阻碍光电子向阳极运动，但若eU14．[吕梁模拟](多选)黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知( )
A．随着温度升高，各种波长的辐射强度都增加
B．随着温度降低，各种波长的辐射强度都增加
C．随着温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
D．随着温度升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
答案：AC
解析：由题图可知，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加，且随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故A、C正确，B、D错误．
15．[2015·全国卷Ⅱ改编](多选)实物粒子和光都具有波粒二象性．下列事实中突出体现波动性的是( )
A．电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样
B．β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹
C．光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关
D．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构
答案：AD
解析：干涉是波特有的现象，选项A正确；射线在云室中穿过，留下的径迹是粒子的轨迹，选项B错误；光电效应体现了光的粒子性，选项C错误；电子显微镜利用了电子的波动性来观测物质的微观结构，选项D正确．
16.[南昌模拟]如图所示为研究光电效应现象的装置，阴极K与滑动变阻器的中心抽头c相连，当滑动触头P从a移到c的过程中，光电流始终为零，为了产生光电流，可采取的措施是( )
A．增大入射光的强度 B．增大入射光的频率
C．将P从c向a移动 D．将P从c向b移动
答案：B
解析：能否产生光电效应与入射光的强度无关，故A错误；增大入射光的频率，当入射光的频率大于金属的极限频率时，产生光电效应，金属中有光电子逸出，电路中能产生光电流，故B正确；将P从c向a移动，P点电势大于c点的电势，光电管加上正向电压，但不能产生光电效应，没有光电流形成，故C错误；将P从c向b移动，不能产生光电效应，没有光电流形成，故D错误．
课时测评eq \(○,\s\up1(38)) 综合提能力 课时练 赢高分
一、选择题
1．关于光电效应和康普顿效应的规律，下列说法正确的是( )
A．光电效应中，金属板向外发射的光电子又可以叫做光子
B．康普顿效应说明光具有波动性
C．对于同种金属而言，遏止电压与入射光的频率无关
D．石墨对X射线散射时，部分X射线的散射光波长会变长，这个现象称为康普顿效应
答案：D
解析：光电效应中，金属板向外发射的电子叫光电子，光子是光量子的简称，A错误；根据光电效应方程hν＝W0＋eUc可知，对于同种金属而言(逸出功一样)，入射光的频率越大，遏止电压也越大，即遏止电压与入射光的频率有关，C错误；在石墨对X射线散射时，部分X射线的散射光波长会变长的现象称为康普顿效应，康普顿效应说明光具有粒子性，B错误、D正确．
2．[2018·湖南长沙市高三统模拟](多选)金属钙的逸出功为4.3×10－19 J，普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s，以下说法正确的是( )
A．用波长为400 nm的单色光照射金属钙，其表面有光电子逸出
B．用波长为400 nm的单色光照射金属钙，不能产生光电效应现象
C．若某波长的单色光能使金属钙产生光电效应现象，则增大光的强度将会使光电子的最大初动能增大
D．若某波长的单色光能使金属钙产生光电效应现象，则减小光的强度将会使单位时间内发射的光电子数减少
答案：AD
解析：波长为400 nm的单色光的光子能量为E＝heq \f(c,λ)＝4.95×10－19 J，大于钙的逸出功，可以产生光电效应现象．根据光电效应规律，光电子的最大初动能决定于入射光的频率而与其强度无关，但强度决定了单位时间内发射的光电子数的多少，正确选项为A、D.
3．下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是( )
答案：A
解析：随着温度的升高，黑体辐射强度与波长有这样的关系：一方面，各种波长的辐射强度都有增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．由此规律可知应选A.
4.
研究光电效应的电路如图所示，用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流．则在如图所示的光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图象中，正确的是( )
答案：C
解析：光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与光照强度无关，因此在入射光频率相同的情况下，遏止电压相同，在能发生光电效应的前提下，光电流随着光照强度增大而增大，C正确；A、B表示入射光频率相同的情况下，遏止电压不相同，均错误；D表示在发生光电效应时，光电流随着光照强度增大而减小，D错误．
5．如图所示，真空中有一平行板电容器，两极板分别用锌板和铜板制成(锌板和铜板的截止频率分别为ν1和ν2，且ν1<ν2)，极板的面积为S，间距为d.锌板与灵敏静电计相连，锌板和铜板原来都不带电．现用频率为ν(ν1<ν<ν2)的单色光持续照射两板内表面，假设光电子全部到达另一极板，则电容器的最终带电荷量Q正比于( )
A.eq \f(d,S)(ν1－ν) B.eq \f(d,S)(ν1－ν2)
C.eq \f(S,d)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(ν－ν1,νν1))) D.eq \f(S,d)(ν－ν1)
答案：D
解析：现用频率为ν(ν1<ν<ν2)的单色光持续照射两板内表面，根据光电效应的条件，知该单色光照射锌板能发生光电效应，照射铜板不能发生光电效应．通过光电效应方程知，光电子的最大初动能Ekm＝hν－hν1.临界状态是电子减速到负极板时速度刚好为零．根据动能定理有eU＝Ekm＝hν－hν1.平行板电容器的电容C∝eq \f(S,d)，而Q＝CU，所以Q∝eq \f(S,d)(ν－ν1)，故D正确．
6．(多选)下列关于光电效应的说法中正确的是( )
A．在光电效应中，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
B．只有入射光的频率大于所照射金属的极限频率时才能发生光电效应
C．对于某种金属，只要入射光的强度足够大，就会发生光电效应
D．用大于金属极限频率的光照射该金属时，入射光越强，饱和电流越大
E．光电效应的发生基本不需要时间积累，只需入射光的波长小于所照射金属的极限波长
答案：BDE
解析：在光电效应中，入射光的频率必须大于所照射金属的极限频率，逸出光电子的最大初动能与入射光的强度无关，它随入射光频率的增大而增大，但不是正比关系，A、C错误，B正确；用大于极限频率的光照射金属时，入射光越强，饱和电流越大，光电子的发射一般不超过10－9 s，D、E正确．
7.
(多选)如图所示在光电效应现象中，光电管阴极K的极限频率为ν0，现用频率为ν(ν>ν0)的光照射在阴极上，若在A、K之间加一数值为U的反向电压时，光电流恰好为零，已知普朗克常数为h，电子电荷量为e，则( )
A．阴极材料的逸出功为hν0
B．有光电子逸出，且光电子的最大初动能可表示为eU
C．有光电子逸出，且光电子的最大初动能可表示为hν－hν0
D．有光电子逸出，且光电子的最大初动能为零
E．无光电子逸出，因为光电流为零
答案：ABC
解析：由逸出功的意义知阴极材料的逸出功W0＝hν0，A对；由于入射光的频率ν>ν0，所以能发生光电效应，有光电子逸出，E错；A、K间加的是反向电压，则电子飞出后要做减速运动，当速度最大的光电子到达阳极A时速度减为零，光电流恰好为零，由动能定理得Ekm＝eU，B对、D错；由爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W0，且W0＝hν0，则有Ekm＝hν－hν0，C对．
8．(多选)如图所示，电路中所有元件都是完好的，当光照射到光电管上时，灵敏电流计指针未发生偏转，可能的原因是( )
A．入射光强度较弱
B．入射光波长太长
C．光照射时间太短
D．电源正负极接反
E．入射光频率太低
答案：BDE
解析：灵敏电流计指针未发生偏转，可能是未发生光电效应现象，即入射光的频率小于金属的截止频率(入射光的波长大于金属的极限波长)，与光照强度无关，A错，B、E对；光电效应的发生是瞬间的，与入射光的照射时间无关，C错；灵敏电流计指针未发生偏转，还可能是由于电源正、负极接反，光电子做减速运动，不能到达阳极，电路中不能形成电流，D对．
9．下列说法中正确的是( )
A．物质波属于机械波
B．只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性
C．德布罗意认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波和它对应，这种波叫物质波
D．宏观物体运动时，看不到它的波动性，所以宏观物体运动时不具有波动性
答案：C
10．[湖北八校联考](多选)如图甲所示，在光电效应实验中，某同学用相同频率的单色光，分别照射阴极材料为锌和铜的两个不同的光电管，结果都能发生光电效应．图乙为其中一个光电管的遏止电压Uc随入射光频率ν变化的函数关系图象．对于这两个光电管，下列判断正确的是( )
A．因为材料不同逸出功不同，所以遏止电压Uc不同
B．光电子的最大初动能不同
C．因为光强不确定，所以单位时间逸出的光电子数可能相同，饱和光电流也可能相同
D．两个光电管的Uc－ν图象的斜率可能不同
答案：ABC
解析：根据光电效应方程Ek＝hν－W0和Uce＝Ek得，频率相同，逸出功不同，则遏止电压也不同，A正确；根据光电效应方程Ek＝hν－W0得，频率相同，逸出功不同，则光电子的最大初动能也不同，B正确；虽然光的频率相同，但
光的强度不确定，所以单位时间内逸出的光电子数可能相同，饱和光电流也可能相同，C正确；由Uc＝eq \f(hν,e)－eq \f(W0,e)知图线的斜率为eq \f(h,e)，即只与h和e有关，斜率为常数，一定相同，D错误．
二、非选择题
11．用如图甲所示的装置研究光电效应，当用光子能量为5 eV的光照射光电管时，测得电流表的示数随电压变化的图象如图乙所示．则光电子的最大初动能为________J，阴极所用材料的逸出功为__________J．(电子电荷量e＝1.6×10－19 C)
答案：3.2×10－19 4.8×10－19
解析：由题图乙可知，当该装置所加的电压为反向电压且此电压为－2 V时，电流表示数为0，即光电子的最大初动能为Ekm＝2 eV＝3.2×10－19 J，根据爱因斯坦光电效应方程知Ekm＝hν－W0，代入数值得W0＝3 eV＝4.8×10－19 J.
12．光具有波粒二象性，光子能量E0＝hν(ν为光子频率)，在爱因斯坦提出光子说后，法国物理学家德布罗意提出了光子动量与光波波长的关系p＝eq \f(h,λ)，若某激光管以功率PW＝60 W发射波长λ＝663 nm的光束，则该激光管在1 s内发射出的光子数为________，若光束全部被某黑体表面吸收，则该光束对黑体表面的作用力大小为______．(光在真空中传播速度c＝3×108 m/s，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s)
答案：2×1020 2×10－7 N
解析：令在时间Δt＝1 s内发射出的光子数为n，由能量守恒知PWΔt＝nhν，而ν＝eq \f(c,λ)，联立得n＝eq \f(PWλΔt,hc)，代入数值得n＝2×1020；由题意知在时间Δt内全部被黑体表面吸收的光子的总动量为p总＝np＝neq \f(h,λ)，由动量定理知FΔt＝p总，联立得F＝eq \f(nh,λΔt)＝eq \f(nhν,λνΔt)＝eq \f(PW,c)，代入数值得F＝2×10－7 N，由牛顿第三定律知该光束对黑体表面的作用力大小为2×10－7 N.