79 课下巩固精练卷(四十) 光电效应 波粒二象性(Word练习)-【正禾一本通】2025年高考物理高三一轮总复习高效讲义

[课下巩固精练卷(四十)]　光电效应　波粒二象性 ________________________________________________________________________ (每题5分，建议用时：50分钟) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 考点 基础题 综合题 黑体辐射 3，5，6 — 光电效应及图像 2，7 8，9，10，11，15 波粒二象性　物质波 1，4 12，13，14 【基础落实练】 1．下列说法错误的是(　　 ) A．普朗克在研究黑体的热辐射问题时提出了能量子假说 B．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的照射时间太短 C．康普顿效应进一步证实了光的粒子性 D．任何一个运动物体，大到太阳、地球，小到电子、质子，都与一种波相对应，这就是物质波，物质波是概率波 解析：选B。普朗克在研究黑体的热辐射问题时提出了能量子假说，故A正确，不符合题意；发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，与入射光的光照时间无关，故B错误，符合题意；康普顿效应进一步证实了光的粒子性，故C正确，不符合题意；无论是大到太阳、地球，还是小到电子、质子，都与一种波相对应，这就是物质波，物质波是概率波，故D正确，不符合题意。 2．(2023·海南统考模拟预测)用紫外光电管制作的火灾报警器的灵敏度非常高，其能够探测5 m远处香烟头燃烧时火焰发出的紫外线，因此被称为“火焰发现者”，但它对可见光完全没有反应，因此在使用过程中不需要过滤任何可见光。已知光电管内部金属材料发生光电效应的极限频率为ν0，对应的波长为λ0；可见光的最高频率为ν1，对应的波长为λ1；可见光的最低频率为ν2，对应的波长为λ2。下列说法正确的是(　　 ) A．ν0一定大于ν1 B．λ0一定大于λ1 C．ν0一定小于ν2 D．λ0一定大于λ2 解析：选A。根据题意可知，用可见光照射这种光电管时不能发生光电效应，说明可见光的最高频率ν1小于光电管内部金属的极限频率ν0，选项A正确、C错误；根据公式λ＝可知，频率ν越高，波长λ越短，故λ0一定小于λ1和λ2，选项B、D错误。 3．量子力学是研究物质世界微观粒子运动规律的物理学分支，它为人类科技进步、科学发展作出了许多贡献，量子科技或将帮助人类实现如今难以企及的梦想。下列关于量子理论的创立，说法正确的是(　　) A．爱因斯坦首先提出了能量子假设 B．普朗克首先认为微观粒子的能量是不连续的 C．在对热辐射研究的过程中，很多学者由于“紫外灾难”而失去了生命 D．黑体只从外界吸收电磁波，不向外界辐射电磁波 解析：选B。普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假设，故A错误；普朗克首先认为微观粒子的能量是不连续的，称为微观世界普朗克量子理论，故B正确；在对热辐射研究的过程中，发生了用经典物理学无法解释的现象，称为“紫外灾难”，故C错误；能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体叫作黑体，黑体不反射电磁波，但是可以向外辐射电磁波，故D错误。 4．下列说法正确的是(　　 ) A．光的干涉说明光是概率波，与电子相联系的德布罗意波不是概率波 B．ε、p与ν、λ是分别描述物质的粒子性与波动性的物理量，ε＝hν、p＝把实物粒子的波动性与粒子性结合起来 C．En＝E只能说明氢原子的轨道与能量具有量子化，其他原子有些不具备量子化特征 D．不确定关系ΔxΔp≥，说明粒子的位置测量越精确即Δx更小，则动量的测量也会更准确即Δp更小 解析：选B。光的干涉说明光是概率波，与电子相联系的德布罗意波也是概率波，A错误；ε＝hν、p＝把实物粒子的波动性与粒子性结合起来，从而揭示了实物粒子的波动性与粒子性的密切关系，B正确；En＝E说明氢原子的轨道与能量具有量子化，一切微观现象都具备量子化特征，C错误；不确定关系ΔxΔp≥，说明粒子的位置测量越精确即Δx更小，则动量的测量一定会更不准确即Δp更大，D错误。 5．一盏灯发光功率为100 W，假设它发出的光向四周均匀辐射，光的平均波长6.0×10－7m，在距电灯10 m远处，以电灯为球心的球面上，1 m2的面积每秒通过的光子(能量子)数约为(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s)(　　 ) A．2×1015 B．2×1016 C．2×1017 D．2×1023 解析：选C。在距电灯10 m远处，以电灯为球心的球面上，1 m2的面积每秒通过的光子的能量为E＝，一个光子的能量为ε＝h，1 m2的面积每秒通过的光子(能量子)数为n＝＝≈2×1017，故选C。 6．如图所示是黑体的辐射强度与其辐射波长的关系图像，下列说法正确的是(　　 ) A．温度越高，黑体辐射的电磁波的波长越大 B．温度越高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 C．黑体的辐射强度按波长的分布与材料的表面状况有关 D．普朗克通过对黑体辐射的研究，提出了能量子的概念 解析：选D。温度越高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，但黑体辐射的电磁波波长并不是越大，A、B错误；一般物体的辐射强度除去与温度有关外，还和物体的材料及表面状态有关，但黑体的辐射强度按波长的分布只与黑体的温度有关，C错误；普朗克通过对黑体辐射的研究，提出了能量子的概念，D正确。 7．利用光电子的初动能Ek＝eUc和爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，可以得到关系式Uc＝ν－，Uc是遏止电压、ν是照射光的频率、W0是被照射金属的逸出功。用光照射金属发生光电效应时Uc­ν图像是一条倾斜直线。如图所示，图线③是金属钨Uc­ν图像，图线②与③平行。下列说法中正确的是(　　 ) A．图线③的斜率是普朗克常量h B．图线②与③比较，图线②对应金属的逸出功等于金属钨的逸出功 C．若图线③是正确的，则图线①是错误的 D．图线①与②是同一种金属的Uc­ν图像 解析：选C。根据题意，Uc­ν图线的斜率为均为，若图线③是正确的，则图线①是错误的，故A错误，C正确；根据Uc＝ν－，当照射光的频率相同时，图线②所对应的遏止电压大于图线③对应的遏止电压，说明图线②对应金属的逸出功小于图线③金属钨的逸出功，故B错误；同一种金属的逸出功相同，所以当照射光的频率相同时，图线①和②的遏止电压不相等，图线①与②不是同一种金属的Uc­ν图像，故D错误。 【综合提升练】 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极时动能的最大值Ekm随电压U变化关系的图像是(　　 ) 解析：选C。光电管所加电压为正向电压，则根据爱因斯坦光电效应方程可知光电子到达A极时动能的最大值Ekm＝Ue＋hν－hν截止，可知Ekm­U图像的斜率相同，均为e；截止频率越大，则图像在纵轴上的截距越小，因ν1<ν2，则图像C正确，A、B、D错误。 9．德国物理学家P·勒纳德、英国物理学家J.J.汤姆孙等相继进行了实验研究，发现照射到金属表面的光能使金属中的电子从表面逸出，这个现象称为光电效应。现在用两种单色光a和b照射同一种金属，光电流与电压的关系如图乙所示，Is为饱和光电流，Uc为遏止电压的大小。下列说法正确的是(　　 ) A．截止频率与入射光的频率有关 B．a光的频率小于b光的频率 C．若仅增加a光的光强，饱和光电流将增大 D．若仅增加a光的光强，则遏止电压Uc1将增加 解析：选C。截止频率是光照射金属时产生光电效应的最低频率，由金属材料本身决定，与入射光的频率无关，A错误；由图乙可知，a光的遏止电压大于b光的遏止电压，由hν－W0＝mv，mv＝eUc得Uc＝ν－，可知a光的频率大于b光的频率；遏止电压与入射光的强弱无关，仅增加a光的光强，其遏止电压不变，B、D错误；频率相等时，入射光的强弱决定了电流的强弱，若仅增加a光的光强，单位时间从金属表面溢出的光电子数量变多，饱和光电流将增大，C正确。 10．图甲为氢原子能级示意图的一部分，图乙为研究光电流与电压关系的电路。处于n＝3能级的大量氢原子自发跃迁，辐射出的光照射光电管的阴极K，通过实验只能得到图丙所示的2条光电流随电压变化的图线，则下列说法正确的是(　　 ) A．根据本实验提供的数据能计算出普朗克常量h的值 B．变阻器的滑片移动到最左端时，电流表的示数为0 C．b光照射出的光电子最大初动能大于a光照射出的光电子最大初动能 D．图丙中Ub的值为－4.45 V 解析：选D。变阻器的滑片移动到最左端时，所加的反向电压为零，电流表的示数不为0，故B错误；根据光电效应方程可得Ek＝hν－W0，根据动能定理可得－eUc＝0－Ek，联立可得eUc＝hν－W0，由图丙可知，a光对应的遏止电压大于b光对应的遏止电压，则a光照射出的光电子最大初动能大于b光照射出的光电子最大初动能，a光的光子能量大于b光的光子能量，根据题意有Ea＝hνa＝E3－E1＝－1.5l eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，Eb＝hνb＝E2－E1＝－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，则有e|Ua|＝hνa－W0，e|Ub|＝hνb－W0，联立可得e|Ua|－e|Ub|＝hνa－hνb＝12.09 eV－10.2 eV＝1.89 eV，可得|Ub|＝|Ua|－1.89 V＝6.34 V－1.89 V＝4.45 V，则图丙中Ub的值为－4.45 V，由于不知道逸出功，则根据本实验提供的数据不能计算出普朗克常量h的值，故A、C错误，D正确。 11．(2023·江苏南京模拟)如图所示为某学习小组的同学在研究光电效应现象时，通过实验数据描绘的光电流与光电管两端电压的关系图像，已知图线甲、乙所对应的光的频率分别为ν1、ν2，逸出的光电子的最大速度之比为2∶1.则下列说法正确的是(　　 ) A．ν1∶ν2＝4∶1 B．甲光与乙光的波长之比为1∶4 C.|U1|∶|U2|＝2∶1 D．用乙光实验时，单位时间内从阴极表面逸出的光电子数较多 解析：选D。由于光电子的最大速度之比为2∶1，由Ekm＝mv2可得，最大初动能之比为4∶1，由爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W0可知，甲、乙两种光的频率之比不等于4∶1，又由c＝λν可知，甲、乙两种光的波长之比不等于1∶4，故A、B错误；又因Ekm＝eUc，则遏止电压之比为|U1|∶|U2|＝4∶1，故C错误；由以上分析可知乙光的频率比甲光的频率小，又由图像可知乙的饱和光电流比甲的大，则乙光的光照强度大于甲光的光照强度，所以在单位时间内照射到阴极的光子数多，从阴极表面逸出的光电子数较多，故D正确。 12．(多选)用1 000 V的电压对初速度为0的电子加速，然后让它们通过双缝打到屏上，得到如图所示的图样，图甲、图乙、图丙分别表示100多个电子、3 000多个电子、70 000多个电子通过双缝后的干涉图样，取电子的质量me＝9×10－31 kg，电荷量e＝1.6×10－19 C，普朗克常量取6.6×10－34 J·s，下列说法正确的是(　　 ) A．加速后电子的物质波波长约为4×10－11 m B．与电子、光子相联系的德布罗意波是概率波 C．图丙的图样是由于电子之间相互作用引起的 D．在微观物理学中电子的物质波可以用“轨迹”来描述电子的运动 解析：选AB。由德布罗意波长公式可得λ＝，而动量p＝＝，两式联立得λ＝≈4×10－11 m，A正确；物质波同时也是概率波，B正确；根据图样可知，是因为电子的波动性引起的干涉图样，C错误；物质波是一种概率波，没有确定的位置，在微观物理学中不可以用“轨迹”来描述粒子的运动，故D错误。 13．(多选)处在同一激发态的原子跃迁到Ⅰ态和Ⅱ态时分别产生a光和b光。用a、b光分别照射同一光电管阴极时都能发生光电效应，且对应的遏止电压Ua＝2Ub，则(　　 ) A．I态和Ⅱ态对应的能量EⅠ<E Ⅱ B．a光和b光的光子动量 pa<pb C.a光和b光的光子能量εa＝2εb D．a和b光分别入射同一双缝干涉装置时相邻亮纹间距Δxa<Δxb 解析：选AD。遏止电压Ua＝2Ub，说明a光子的能量大于b光子的能量，则a的波长小于b的波长，根据光子的动量公式p＝，可知光子动量pa>pb，故B错误；光子的能量等于原子跃迁前、后两个能级之间的能量差，由于a光子的能量大于b光子，说明能级EⅠ<EⅡ，故A正确；根据双缝干涉的条纹间距公式Δx＝λ，可知波长较小的a光子，其光束的干涉条纹相邻亮纹的间距更小，即Δxa<Δxb，故D正确；在光电效应中，光电子的最大初动能等于光子能量与逸出功之差，即Ek＝hν－W0，而遏止电压与电子电荷量的乘积等于光电子的最大初动能，即Ek＝eUc，联立两式可得eUc＝hν－W0，由Ua＝2Ub，有hνa－W0＝2hνb－2W0，整理得hνa＝2hνb－W0，即εa＝2εb－W0，故C错误。 14．(多选)(2023·牡丹江市第二高级中学阶段练习)实物粒子的波动性不容易被观察到，可以利用金属晶格(大小约10－10 m)作为障碍物观察电子的衍射图样从而研究其波动性，方法是让电子通过电场加速，然后让电子束照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样。已知电子的质量为m、电荷量为e，初速度为零，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法中正确的是(　　 ) A．该实验中加速电压U形成的电场一定要是匀强电场 B．实验中电子束的德布罗意波长λ＝ C．加速电压U越大，电子束的衍射现象越不明显 D．若用速度相同的质子代替电子，衍射现象将更加明显 解析：选BC。根据eU＝mv2和λ＝＝，得λ＝，知加速电场不一定是匀强电场，A错误；B正确；加速电压U越大，电子束的波长越小，衍射现象越不明显，C正确；若用速度相同的质子代替电子，波长减小，衍射现象更不明显，D错误。 15．(多选)如图所示，两个电源的电动势均为E，内阻不计。K是光电管的阴极，A是光电管的阳极，它们都是半径为r的圆形金属板。两圆心间距离为l，两圆心连线与两板垂直，当两板间存在电压时，板间的电场可视为匀强电场(不计边缘效应)。R为滑动变阻器，长度ab＝bc＝cd＝df。电压表V(0刻度在表盘中间)和灵敏电流计G均为理想电表。频率为ν的细激光束照射到K的中心O上，使阴极发射光电子。闭合开关S，当滑动变阻器的滑动触头P从c向左滑动到达b处时，灵敏电流计G读数刚好为0；当滑动变阻器的滑动触头P从c向右滑动到d后，再向f滑动的过程中，电压表V读数增大而灵敏电流计G的读数保持不变。不计光电子之间的相互作用和重力。普朗克常量为h、电子带电量为－e(e为元电荷)，电子质量为m，下列说法正确的是(　　 ) A．光电子的最大初动能为Ee B．阴极K的金属材料的逸出功为hν－ C．阳极A的半径不小于2l D．换用光强更大的同种激光照射阴极K，滑动变阻器的滑动触头P从c向右滑动到d后，再向f滑动的过程中，电压表V读数增大、灵敏电流计G的读数也增大 解析：选BC。假设两电源左侧电势为2E，两点源中间电势为E，右侧电势为0，则b点电势为E，所以当滑动变阻器滑片P在b点时，UkA＝E，滑动变阻器滑片P在b处时，灵敏电流计G读数刚好为0，则光电子的最大初动能为，阴极K的金属材料的逸出功为hν－，故A错误，B正确；滑动触头P到达d处，所有方向射出的电子都能到达A板，则当电子出射方向平行于K板时，运动到A板的过程为类平抛运动，有＝mv，解得v0＝，此时UAK＝，l＝·t2，所以r＝v0t＝2l，故C正确；换用光强更大的同种激光照射阴极K，滑动变阻器的滑动触头P从c向右滑动到d后，再向f滑动的过程中，电压表V读数增大，阴极发射出的电子在电场力的作用下都到达A极，电流达到饱和电流，灵敏电流计G的读数不变，故D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$