2025届高考物理一轮复习专题训练 波粒二象性

这是一份2025届高考物理一轮复习专题训练 波粒二象性，共12页。试卷主要包含了单选题，多选题，填空题，计算题等内容，欢迎下载使用。

一、单选题
1．用如图甲所示的实验装置研究光电效应，电路中电源的正负极可以对调，用一定强度、频率为ν的激光照射阴极K时，得到的光电子遏止电压为，饱和电流为，如图乙所示。已知光电子的质量为m，所带的电荷量为，普朗克常量为h，下列说法正确的是( )
A.阴极K的逸出功为
B.阴极K单位时间内射出的光电子数为
C.光电子的最大初速度为
D.阴极K的截止频率为
2．光电效应是物理学中一个重要而神奇的现象。在高于某特定频率的电磁波的照射下，某些物质内部的电子会逸出而形成电流。如果用频率为ν的光照射某金属表面，逸出光电子的最大初动能为E；若改用频率为的另一种光照射该金属表面，逸出光电子的最大初动能为。已知普朗克常量为h，则为( )
A.B.C.D.
3．下列关于光电效应的叙述不正确的是( )
A.对任何一种金属都存在一个“极限频率”，入射光的频率必须大于等于这个频率，才能产生光电效应
B.光电流的大小与入射光的强度有关
C.用不可见光照射金属一定比可见光照射金属产生的光电子的最大初动能要大
D.光电效应几乎是瞬时发生的
4．某同学用频率范围为的电磁波照射钨、钙、钠、钾、铷五种金属，下表给出了这五种金属的逸出功。已知普朗克常量为。下列说法正确的是( )
A.五种金属都能发生光电效应
B.只有三种金属能够发生光电效应
C.钨不能发生光电效应
D.逸出的光电子的最大初动能的最大值为3.32eV
5．中科院暗物质粒子探测卫星“悟空”（DAMPE）的探测成果在《自然》杂志上在线发表：宇宙空间中存在着质量为m、动能为的新物理粒子，科学家推测，它可能就是暗物质。普朗克常量为h。根据以上信息，这种新物理粒子的物质波的波长为( )
A.B.C.D.
6．G.P.学家G.P.汤姆孙在实验中让静止的电子束通过电场加速后，通过多晶薄膜得到了如图所示的衍射图样，该实验说明了实物粒子也具有波动性，运动的实物粒子对应的波称为物质波.已知电子的比荷为k，普朗克常量h，若加速电压为U，被加速后电子的物质波波长为λ，则电子的质量为( )
A.B.C.D.
7．下列关于教材中四幅插图的说法正确的是( )
A.甲图松香是晶体
B.乙图泊松亮斑的存在表明，光具有粒子性
C.丙图救护车从身边疾驶而过时，鸣笛的音调会由低变高
D.丁图蒸发皿中，较小的水银滴在表面张力的作用下接近球形
8．如图所示，某种材料制成太阳能电池的主体部分由P型半导体和N型半导体结合而成。当太阳光照射到该材料上时，材料吸收光子发生光电效应，自由电子向N型一侧移动，从而在两端形成电势差。已知该材料至少需要吸收波长为λ的绿光才能发生光电效应，普朗克常量为h，光速为c，则( )
A.N型半导体电势高于P型半导体
B.该材料的逸出功为
C.用光强相同的紫光和蓝光照射该材料，蓝光照射时，通过负载的电流较大
D.用光强更强的黄光照射该材料，只要照射时间足够长，也能产生光电效应
9．太阳内部核反应的主要模式之一是质子—质子循环，循环的结果可表示为，已知和的质量分别为和为光速。在4个转变成1个的过程中，释放的能量约为( )
A.8 MeVB.16 MeVC.26 MeVD.52 MeV
10．下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是( )
A.有的光是波，有的光是粒子B.光子与电子是同样的一种粒子
C.光的波长越长，其波动性越显著D.康普顿效应表明光具有波动性
11．下列说法中正确的是( )
A.质量大的物体，其德布罗意波长短B.速度大的物体，其德布罗意波长短
C.动量大的物体，其德布罗意波长短D.动能大的物体，其德布罗意波长短
12．如图，光电管接入电路，用紫外线照射光电管阴极时，发生了光电效应，回路中形成电流。下列说法正确的是( )
A.电流方向为
B.电流方向为
C.光照时间越长，光电子的最大初动能越大
D.入射光光强增大，光电子的最大初动能增大
二、多选题
13．关于近代物理学，下列图像在描述现象中，解释正确的是( )
A.如图甲所示，由黑体的辐射强度与辐射光波长的关系可知，随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长方向移动
B.如图乙所示，发生光电效应时，入射光越强，光电子的最大初动能也就越大
C.如图丙所示，金属的遏止电压与入射光的频率ν的图像中，该直线的斜率为，纵轴截距为（为金属的逸出功）
D.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），如图丁所示。则可判断甲、乙、丙光的频率关系为
14．一群处于第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，将这些光分别照射到图甲电路阴极K的金属上，只能测得3条电流随电压变化的图像如图乙所示，已知氢原子的能级图如图丙所示，则下列推断正确的是( )
A.图乙中的c光是氢原子由第4能级向基态跃迁发出的
B.图乙中的b光光子能量为12.09 eV
C.动能为1 eV的电子能使处于第4能级的氢原子电离
D.阴极金属的逸出功可能为6.75 eV
15．如图甲所示，某种复合光由红、绿两种颜色的光组成，实验小组以此复合光照射光电管的阴极K（红、绿单色光均可使该光电管发生光电效应），进行光电效应实验。设光电管电压为U时测得的光电流为I，测得多组数据，并作出图像如图乙所示，已知红光光子频率为，绿光光子频率为，光电管的逸出功为，普朗克常量为h，电子电荷量大小为e，下列结论正确的是( )
A.光电子的最大初动能为
B.测量遏止电压时，滑片P应向a移动
C.遏止电压
D.红光的光照强度小于绿光的光照强度
三、填空题
16．在研究光电效应实验中，光电管的阴极材料为铯（Cs），用某一频率的光照射，实验测得光电流I随光电管两端电压U变化图像如图所示，图像与横轴交点为，已知铯的逸出功为W，普朗克常量为h，电子电荷量的绝对值为e，则该实验产生的光电子的最大初动能为_____，入射光的频率为______。
17．如图所示为在光电效应实验中，用a、b、c三束光照射同一金属的表面时，形成的光电流大小随外加电场电压的变化关系，三束光中频率最大的为________光，若该金属的逸出功为W，电子的电荷量为e，普朗克常量为h，b光的遏止电压为，结合图象中的条件，可以表示出b光频率为_________。
四、计算题
18．研究表明，用具有一定能量的电子轰击处于基态的氢原子，当电子能量大于等于氢原子的能级差时，氢原子就会发生跃迁，剩余能量仍保留为电子的动能.如图所示，甲为氢原子的能级图，乙为研究光电效应的实验电路图，用一束能量为12.79 eV的电子束轰击一群处于基态的氢原子，被激发后的氢原子向低能级跃迁，辐射出的光子照射到用钨做成阴极K的光电管上，已知金属钨的逸出功是4.54 eV，电子电荷量为，普朗克常量为，真空中光速.则：
（1）处于激发态的氢原子能辐射出几种光子？这几种光子中最短波长为多少？
（2）当电压表示数为多大时，微安表的示数刚好为零？
参考答案
1．答案：B
解析：A.根据光电效应方程有，根据最大初动能与遏止电压的关系有，解得，故A错误；B.由于饱和电流为，根据电流的定义式有，阴极K单位时间内射出的光电子数为，解得，故B正确；C.光电子的最大动能为，结合上述解得，故C错误；D.令截止频率为，则有，解得，故D错误。故选B。
2．答案：D
解析：由光电效应方程可得，，解得，故D正确，ABC错误。故选D。
3．答案：C
解析：A.根据产生光电效应的条件可知，对任何一种金属都存在一个“极限频率”，入射光的频率必须大于等于这个频率，才能产生光电效应，A不符合题意；B.入射光的强度影响单位时间内发出光电子的数目，即影响光电流的大小，B不符合题意；C.红外线属于不可见光，且红外线的频率比可见光的频率小，根据光电效应方程知，产生的光电子的最大初动能小，C符合题意；D.根据光电效应的特点可知，光电效应几乎是瞬时发生的，D不符合题意。故选C。
4．答案：C
解析：ABC.由于所用电磁波的频率范围为，所以光子能量范围为当入射光的能量大于逸出功时，即可以发生光电效应，故AB错误，C正确;D.根据光电效应方程可得铷逸出的光电子的最大初动能有最大值，最大值为故D错误。故选C。
5．答案：D
解析：新物理粒子的波长为
新物理粒子的动量为
新物理粒子的动能为
联立解得
故选D。
6．答案：A
解析：电子经过加速后，根据动能定理可得，可得，电子的动量为，被加速后电子的物质波波长为，可得电子的质量为，故选A。
7．答案：D
解析：A.甲图松香是非晶体，故A错误；B.乙图泊松亮斑的存在表明，光具有波动性，故B错误；C.丙图救护车从身边疾驶而过时，根据多普勒效应可知，鸣笛的音调会由高变低，故C错误；D.丁图蒸发皿中，较小的水银滴在表面张力的作用下接近球形，故D正确。故选D。
8．答案：C
解析：A.自由电子向N型一侧移动，N型半导体聚集负电荷，电势更低，故A错误;B.发生光电效应时极限波长与逸出功需满足故B错误;D.光电效应是否发生与入射光的频率有关，与光强无关，黄光的频率比绿光小，故不能发生光电效应，故D错误；C.用光强相同的紫光和蓝光照射该材料，因为蓝光频率较小，光子能量较小，故单位时间内到达金属板的光子数目较多，产生的光电子较多，通过负载的电流较大，C正确。故选C。
9．答案：C
解析：由核反应方程可知，4个转变成1个的过程中的质量亏损为，释放的核能为，故C正确。
10．答案：C
解析：A.一切光都具有波粒二象性，光的有些行为（如干涉、衍射）表现出波动性，光的有些行为（如光电效应、康普顿效应）表现出粒子性，所以不能说有的光是波，有的光是粒子，A错误；B.虽然光子与电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场的形式存在的物质，所以，不能说光子与电子是同样的一种粒子，B错误；C.光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，粒子性就越显著，C正确；D.康普顿效应表明光具有粒子性，D错误；故选C。
11．答案：C
解析：根据德布罗意波波长的公式，其中h是常量，动量p大的物体，其波长短，故C正确，ABD错误.
故选：C.
12．答案：B
解析：AB.电子从光电管阴极逸出，而电子带负电，与电流方向相反，故电流方向为，A错误，B正确；CD.逸出光子的最大动能只与入射光的频率有关，故CD错误。故选B。
13．答案：CD
解析：如题图甲所示，由黑体的辐射强度与辐射光波长的关系可知，随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动，A错误；如题图乙所示，发生光电效应时，入射光频率越大，光电子的最大初动能也就越大，B错误；根据光电效应方程有，得，整理得，如题图丙所示，金属的遏止电压与入射光的频率ν的图像中，图线的斜率为，纵轴截距为，C正确；根据，可知入射光的频率越高，对应的遏止电压越大。甲光、乙光的遏止电压相等，所以甲光、乙光的频率相等；丙光的遏止电压最大，所以丙的频率最大，则可判断甲、乙、丙光的频率关系为，D正确。
14．答案：BCD
解析：第4能级的氢原子向低能级跃迁过程中可能的情况为：，能发出6种不同频率的光，能量值的大小关系排列从大到小为：，但只检测到3条电流，所以发生光电效应的能量值为：，由题图乙可知，a的遏止电压最大，其次为b和c，根据光电效应方程及知，各光对应的跃迁：a为为为光的光子能量为，A错误，B正确；使处于第4能级的氢原子电离所需的最小能量为，所以动能为的电子能使处于第4能级的氢原子电离，C正确；由第2能级到第1能级辐射的光子的能量值；由第4能级到第2能级辐射的光子的能量值，由于只能测得3条电流随电压变化的图像，即只有三种光子能发生光电效应，则该金属的逸出功大于，小于等于，D正确。
15．答案：AB
解析：
16．答案：；
解析：该实验产生的光电子的最大初动能为
根据光电效应方程，得入射光的频率为
17．答案：b；
解析：根据光电效应方程，，因b光的遏止电压最大，则b光频率最大；根据题意，，b光频率为。
18．答案：（1）6种；
（2）8.21 V
解析：（1）根据题意有，可知氢原子能跃迁到能级，从能级向低能级跃迁，总共能产生不同频率的光子种数为种，由能级向能级跃迁时辐射的光子的波长最短，辐射的光子能量为，
有，
解得辐射出的光子的最短波长为.
（2）根据爱因斯坦光电效应方程可得光电子的最大初动能，
根据动能定理得，
解得遏止电压.
金属
钨
钙
钠
钾
铷
4.54
3.20
2.29
2.25
2.13