单元检测卷(5) 波粒二象性-【金版新学案】2024-2025学年高中物理选择性必修3同步课堂高效讲义配套练习（粤教版2019）

单元检测卷(四)　波粒二象性 (时间：90分钟　满分：100分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) 一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分。每小题只有一个选项符合题目要求) 1．(2023·广东东莞高二期末)有关近代物理，下列描述正确的是(　　) A．普朗克的假设认为微观粒子的能量是连续的 B．光电效应实验证明了光具有波动性 C．光子的能量与光的强度有关 D．光既具有波动性，又具有粒子性 答案：D 解析：普朗克的假设认为微观粒子的能量是不连续的，A错误；光电效应实验证明了光具有粒子性，B错误；光子能量为hν，可知光子的能量与光的强度无关，与光的频率有关，频率越高，光子的能量越大，C错误；光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，而光电效应说明光具有粒子性，D正确。 2．光子的动量为p，真空中光速为c，则光子的能量可以表示为(　　) A．pc B． C．2pc D． 答案：A 解析：光子的能量为ε＝hν，又λ＝，c＝λν，可得光子的能量为ε＝pc，故选A。 3．在微观物理学中，不确定性关系告诉我们，如果以Δx表示粒子位置的不确定量，以Δp表示粒子在x方向上动量的不确定量，则ΔxΔp≥式中h是普朗克常量，其单位是(　　) A．kg·m/s B．kg·m2/s C．kg·m/s2 D．kg·m2/s2 答案：B 解析：位置的不确定量Δx的单位为m，动量的不确定量Δp的单位为kg·m/s，π没有单位，则普朗克常量h的单位为kg·m2/s。故选B。 4.如图所示的光电管，阴极和阳极密闭在真空玻璃管内部，用黄光照射时，发生了光电效应，则以下可以使光电子最大初动能增大的是(　　) A．改用红光照射光电管 B．改用蓝光照射光电管 C．增强黄光的照射强度 D．延长黄光的照射时间 答案：B 解析：由光电效应方程有Ek＝hν－W0，可知，光电子的最大初动能与光照的频率有关，与光照的强度和时间无关，增大光电子的最大初动能，需要增大入射光的频率。故选B。 5．单色光B的频率为单色光A的两倍，用单色光A照射到某金属表面时，从金属表面逸出的光电子最大初动能为E1。用单色光B照射该金属表面时，逸出的光电子最大初动能为E2，则该金属的逸出功为(　　) A．E2－E1 B．E2－2E1 C．2E1－E2 D． 答案：B 解析：根据光电效应方程，用单色光A照射到某金属表面时，有E1＝hν－W0，用单色光B照射到某金属表面时，有E2＝h·2ν－W0，联立解得W0＝E2－2E1，故B正确。 6.如图所示，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，其逸出功的大小关系为W1>W2，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(　　) 答案：C 解析：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＝eU＋hν－W0，可知Ekm­U图像的斜率相同，均为e；逸出功越大，则图像在纵轴上的截距越小，因W1>W2，则题图C正确，A、B、D错误。 7.人们利用光电效应原理制作了紫外光电管，来对油库等重要场所进行火灾报警，其工作电路如图所示。只有当明火中的紫外线照射到K极时，电流表有示数同时报警装置启动。已知太阳光中紫外线波长在3.0×10－7～4.0×10－7m之间，而明火中的紫外线波长在2.0×10－7～2.7×10－7m之间，下列说法正确的是(　　 ) A．通过电流表的电流是由c到d B．只有明火照射时间足够长，电流表才会有示数 C．可以通过图中电流表示数的变化监测火情的变化 D．为避免太阳光中紫外线干扰，K极材料的截止频率应大于1.5×1015Hz 答案：C 解析：光电子是从c到d通过电流表，而电流方向与电子定向移动方向相反，则通过电流表的电流是由d到c，故A错误；光电效应具有瞬时性，只要明火中的紫外线照射到K极，电流表立即就有示数，故B错误；若火情变大，则明火中会有更多且更高频率的紫外线照射到K极上，将有更多的光电子运动到A极板，形成更大的光电流，电流表示数变大，反之，则电流表示数变小，所以可以通过图中电流表示数的变化监测火情的变化，故C正确；当发生明火时，需要启动报警装置，根据c＝λf可知，明火中的紫外线频率主要在1.1×1015～1.5×1015Hz之间，为避免太阳光中紫外线干扰，K极材料的截止频率应大于1.1×1015Hz，故D错误。 二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分) 8．下列关于实物粒子、光的波粒二象性说法正确的是(　　) A．对于同种金属产生光电效应时，照射光的频率越大，逸出光电子的最大初动能也越大 B．德布罗意首先提出了物质波的猜想，而电子衍射实验证实了他的猜想 C．人们常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距大致相同 D．门镜可以扩大视野是利用光的衍射现象 答案：ABC 解析：根据光电效应方程可得Ek＝hν－W0，同种金属逸出功相同，对于同种金属产生光电效应时，逸出光电子的最大初动能Ek与照射光的频率成线性关系，照射光的频率越大，逸出光电子的最大初动能也越大，故A正确；德布罗意首先提出了物质波的猜想，而电子衍射实验证实了他的猜想，故B正确；热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距大致相同，能发生明显的衍射现象，所以人们常利用热中子研究晶体的结构，故C正确；门镜可以扩大视野是利用光的折射现象，故D错误。 9．爱因斯坦成功地解释了光电效应现象，提出了光子假说，下列关于与光电效应有关的四个图像，说法正确的是(　　) A．如图甲装置，如果先让锌板带负电，再用紫外线照射锌板，则验电器的张角可能变小 B．根据图乙可知，黄光越强，光电流越大，说明光子的能量与光强有关 C．由图丙可知，该金属的截止频率为ν2 D．由图丁可知，该金属的逸出功为E 答案：ACD 解析：如果先让锌板带负电，验电器由于带负电，张开一定的角度，当紫外线照射锌板时，发生光电效应，有电子从锌板逸出，则验电器的张角可能变小，故A正确；黄光越强，光子数越多，产生的光电子越多，光电流越大，但光子的能量与光强无关，故B错误；根据Ek＝hν－W0＝eUc，解得Uc＝－＝(ν－ν0)，题图丙可知ν2为该金属的截止频率，故C正确；根据光电效应方程有Ek＝hν－W0，当ν＝0时，可得Ek＝－W0，由题图丁知纵轴截距为－E，则W0＝E，即该金属的逸出功为E，故D正确。 10．已知人体温度越低辐射的红外线波长越长，人的体温正常时能辐射波长为10 μm的红外线，如图甲所示，用该红外线照射光电管的阴极K时，电路中有光电流产生；图乙中的图线分别为a、b两人发出的红外线产生的光电流随电压变化的图像。已知h＝6.63×10－34 J·s，c＝3.0×108 m/s，则下列说法正确的是(　　) A．由图乙可以判断出a发出的红外线的频率小于b发出的红外线的频率 B．将图甲中电源的正负极反接，回路中的电流表示数一定为零 C．人体温正常时辐射出的红外线的光子能量约为2.0×10－20 J D．由图乙可知，a的体温高于b的体温 答案：AC 解析：对同种金属材料而言，根据光电效应方程结合动能定理有eUc＝Ek＝hν－W0，可知入射光的频率越大，光电子的最大初动能越大，对应的遏止电压越大，由题图乙可以得出，a发出的红外线的频率小于b发出的红外线的频率，a的体温低于b的体温，故A正确，D错误；将题图甲中的电源正负极反接，若电源电压小于遏止电压，回路中还会有电流通过，故B错误；人体温正常时辐射出的红外线的光子能量为ε＝h＝6.63×10－34× J≈2.0×10－20 J，故C正确。 三、填空题(本题共2小题，共15分) 11．(7分)A、B两种光子的能量之比为2∶1，则在真空中A、B两种光子的速度之比为________；频率之比为________；动量之比为________；波长之比为________。 答案：1∶1　2∶1　2∶1　1∶2 解析：在真空中光子的速度均为光速，所以速度之比为1∶1，由ε＝hν＝h可知，频率之比为2∶1，波长之比为1∶2，由p＝可知动量之比为2∶1。 12．(8分) 如图甲所示，一验电器与锌板相连，在A处用一紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保持一定偏角。 (1)现用一带少量负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将________(选填“增大”“减小”或“不变”)。 (2)使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转。那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针________(选填“有”或“无”)偏转。 (3)为了进一步研究光电效应的规律，设计了如图乙所示的电路，图中标有A和K的为光电管，其中K为阴极，A为阳极。现接通电源，用光子能量为10.5 eV的光照射阴极K，电流计中有示数，若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动，电流计的读数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为6.0 V，则光电管阴极材料的逸出功为________ eV。 答案：(1)减小　(2)无　(3)4.5 解析：(1)在A处用紫外线灯照射锌板，锌板产生光电效应，光电子射出后，锌板带正电，用一带少量负电的金属小球与锌板接触，会使锌板上带的正电荷减少，则验电器指针偏转角将减小。 (2)产生光电效应需要入射光的频率大于截止频率，与光照强度无关。用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转，说明黄光不能使锌板产生光电效应，即黄光的频率低于截止频率。改用强度更大的红外线灯照射锌板，红外线的频率小于黄光的频率，则红外线也不能使锌板产生光电效应，验电器指针无偏转。 (3)当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为6.0 V，说明遏止电压为6.0 V，则最大初动能为Ek＝eUc＝6.0 eV，由光电效应方程hν＝Ek＋W0可得，光电管阴极材料的逸出功为W0＝hν－Ek＝10.5 eV－6 eV＝4.5 eV。 13．(9分)电子由静止经电势差为U＝200 V的电场加速，电子质量m0＝9.1×10－31 kg，求此电子的德布罗意波的波长。(h＝6.63×10－34 J·s，e＝1.6×10－19 C，结果保留小数点后2位) 答案：8.69×10－11 m 解析：根据动能定理可知eU＝m0v2 德布罗意波的波长λ＝，而p＝m0v 联立并代入数据可得λ≈8.69×10－11 m。 14．(14分)美国物理学家密立根用如图所示的装置测量光电效应中的几个重要物理量。已知电子的电荷量e＝1.60×10－19 C。 (1)开关S断开时，用单色光照射光电管的K极，电流表的读数I＝1.76 μA。求单位时间内打到A极的电子数N； (2)开关S闭合时，用频率ν1＝5.8×1014 Hz和ν2＝6.8×1014 Hz的单色光分别照射光电管的K极，调节滑动变阻器，电压表示数分别为U1＝0.13 V和U2＝0.53 V时，电流表的示数刚好减小到零。求普朗克常量h。 答案：(1)1.1×1013个　(2)6.4×10－34 J·s 解析：(1)由I＝，且q＝Nte 代入数据解得N＝＝＝个＝1.1×1013个。 (2)设用频率为ν的光照射K极时，逸出的光电子的最大初动能为Ek，对应的遏止电压为U，逸出功为W0 根据光电效应方程有 Ek1＝hν1－W0，Ek2＝hν2－W0 根据动能定理有eU1＝Ek1，eU2＝Ek2 联立并代入数据解得 h＝＝6.4×10－34 J·s。 15. (16分)如图所示，电源的电动势均为E，内阻不计，光电管的阴极K用截止波长为λ0的材料制成。将开关S拨向1，将波长为λ的激光射向阴极，改变光电管阳极A和阴极K之间的电压，可测得光电流的饱和值为Im，已知普朗克常量h，电子电荷量e。 (1)求t时间内由K极发射的光电子数N； (2)当阳极A和阴极K之间的电压为U1时，求电子到达A极时的最大动能Ekm； (3)将开关S拨向2，为能测出对应的遏止电压，求入射激光频率的最大值νm。 答案：(1)　(2)eU1＋hc　(3)＋ 解析：(1)根据Imt＝Ne 解得t时间内由K极发射的光电子数为N＝。 (2)根据爱因斯坦光电效应方程有 Ek＝hν－hν0＝h－h 将开关S拨向1，阳极A和极阴K之间加正向电压，当阳极A和阴极K之间的电压为U1时，电子到达A极过程，由动能定理有eU1＝Ekm－Ek 解得Ekm＝eU1＋hc。 (3)将开关S拨向2时，遏止电压最大值为E，当遏止电压最大时对应的入射激光频率最大，则有eE＝Ek′＝h 解得νm＝＋。 学生用书↓第78页 学科网（北京）股份有限公司 $$