课时分层作业42 光电效应 波粒二象性-【高考DNA解码】2026年高考物理一轮总复习学生用书word（江苏专用）

课时分层作业(四十二)　光电效应　波粒二象性 说明：选择题每小题4分；本试卷共64分。 题组一　黑体辐射与能量子 1．下列描绘两种温度下黑体辐射强度与频率关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是(　　) A　　　　　　　　　　B C　　　　　　　　　　D 2．(2024·湖南卷)量子技术是当前物理学应用研究的热点，下列关于量子论的说法正确的是(　　) A．普朗克认为黑体辐射的能量是连续的 B．光电效应实验中，红光照射可以让电子从某金属表面逸出，若改用紫光照射也可以让电子从该金属表面逸出 C．康普顿研究石墨对X射线散射时，发现散射后仅有波长小于原波长的射线成分 D．德布罗意认为质子具有波动性，而电子不具有波动性 题组二　光电效应规律和方程的应用 3．如图所示，把一块不带电的锌板用导线连接在验电器上，当用某频率的紫外线照射锌板时，发现验电器指针偏转一定角度，下列说法正确的是(　　) A．验电器带正电，锌板带负电 B．验电器带负电，锌板也带负电 C．若改用红光照射锌板，验电器的指针一定也会偏转 D．若改用同等强度频率更高的紫外线照射锌板，验电器的指针也会偏转 4．光伏发电是提供清洁能源的方式之一，光伏发电的原理是光电效应。设频率为2ν的入射光照射某金属A时刚好发生光电效应，照射某金属B时光电子的最大初动能为hν。下列说法正确的是(　　) A．金属A的截止频率是金属B的2倍 B．持续增大照射金属A的入射光的强度，可以不断增大光电子的最大初动能 C．以频率为ν的入射光照射金属A，当光强增加一倍，光电流的大小也增加一倍 D．若用频率为3ν的光分别照射A、B两种金属，光电子的最大初动能之比为2∶1 5．(2024·徐州模拟)用频率为ν的a光照射截止频率为ν0的金属时发生了光电效应，用b光照射时不发生光电效应现象。已知普朗克常量为h，电子电荷量大小为e。则(　　) A．该金属的逸出功为hν B．a光的强度一定比b光强 C．若用a光实验，将P右移，电流表示数变大 D．调节P使电流表的示数恰好为零，此时电压表示数为(ν－ν0) 题组三　光电效应图像的理解和应用 6．研究某种金属的光电效应规律，所得相关图像分别如图甲、乙、丙、丁所示，Ek为光电子的最大初动能、ν为入射光的频率、I为光电流、U为两极板间的电压、Uc为遏止电压。下列说法正确的是(　　) A．由图甲知，入射光的频率为时，产生的光电子的最大初动能为 B．由图乙知，入射光的光照强度越大，光电子的最大初动能越大 C．由图丙知，入射光2的频率大于入射光1的频率 D．由图丁知，入射光的频率大于νc时，入射光的频率越大，遏止电压越大 7．(2025·江苏南京模拟)如图甲所示为研究光电效应的实验装置，阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极。如图乙所示是用单色光1和单色光2分别照射同一阴极K时，得到的光电流随电压变化关系的图像，电子电荷量的绝对值为e，普朗克常量为h，则下列说法正确的是(　　) A．在保持入射光不变的情况下向右移动滑片P可以增大饱和电流 B．对应同一阴极K，光电子最大初动能与入射光的频率成正比 C．单色光1和单色光2的频率之差为 D．单色光1的波长比单色光2的波长短 题组四　光的波粒二象性和物质波 8．量子通信和量子计算取得了较大进展，也受到了社会的广泛关注。我国在量子信息领域处于世界领先地位。2016年8月，我国的量子卫星“墨子号”发射成功，为实现远距离量子通信提供了有利条件。2020年3月，我国科学家创造了509公里光纤量子通信新记录。2020年12月，中国科学技术大学宣布该校潘建伟等人成功构建76个光子的量子计算原型机“九章”，这一突破使我国成为全球第二个实现“量子优越性”的国家。量子通信和量子计算都用到了量子力学里有趣的“量子纠缠”现象。该理论认为，若两个有量子特性的微观粒子在相互作用后，共同处于一个确定的量子态上，其性质就可以用一个统一的波函数描述。如果观察者对其中一个进行测量后，可以立即对另一个的状态做出推测。一对处于纠缠态的微观粒子，即使分离很远的空间距离，只要它们都不与周围其他粒子发生相互作用，那么这对粒子将一直处于纠缠态。请根据以上材料，判断下列说法错误的是(　　) A．在宏观世界，不容易观察到量子纠缠现象，是因为粒子容易与环境发生相互作用，导致纠缠很快消失 B．借助于量子通信，可以帮人们实现超光速的信息传递 C．使用量子卫星进行通信，可以有效减少光子在传播时穿过的大气层的厚度，从而减少大气层带来的不利影响 D．“九章”之所以取得比经典计算机快得多的运算速度，是因为量子计算机运行时用到了波函数的叠加和干涉 9．(2024·江苏苏州一模)表中列出了几种不同物质在某种速度下的德布罗意波长和频率为1 MHz的无线电波的波长，由表中数据可知不正确的是(　　) 物质 质量/kg 速度/(m·s-1) 波长/m 弹子球 2.0×10-2 1.0×10-2 3.3×10-30 电子 9.1×10-31 5.0×106 1.2×10-10 无线电波 (1 MHz) 3.0×108 3.0×102 A．要检测弹子球的波动性几乎不可能 B．无线电波通常情况下只能表现出波动性 C．电子照射到金属晶体上能观察到它的波动性 D．只有可见光才有波动性 10．一点光源以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h＝6.63×10-34 J·s，真空中光速c＝3×108 m/s。则R约为(　　) A．1×102 m B．3×102 m C．6×102 m D．9×102 m 11．用如图所示装置进行光电效应实验：用频率为ν的单色光照射金属阴极K，滑动变阻器的滑片P与固定端O都在中央位置时，灵敏电流计G中有电流通过。下列说法正确的是(　　) A．增大该单色光的强度，灵敏电流计G示数不一定增大 B．滑片P向b端移动可测遏止电压Uc C．滑片P向a端移动过程中，灵敏电流计G示数一定不断增大 D．换用频率小于ν的单色光照射金属阴极K，灵敏电流计G中一定没有电流通过 12．(2025·江苏南通模拟预测)如图甲所示，用某种单色光研究光电效应现象，改变K极的材料进行探究。则遏止电压Uc随K极材料的逸出功W变化的关系图像如图乙所示，根据图线的斜率和截距可以求得(　　) A．光子的频率 B．光电子的电荷量 C．普朗克常量 D．材料的截止频率 13．如图所示，分别用1、2两种单色光研究光电效应现象，其频率ν1<ν2，改变K极的材料进行探究。则遏止电压Uc随K极材料的逸出功W变化的关系图像可能是(　　) A　　　　　　　　　　B C　　　　　　　　　　D 14．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．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光对应的光电子最大初动能 C．乙光在水中的传播速度比丙光在水中传播的速度小 D．位于水面下同一深度的乙光和丙光组成的点光源中乙光照亮水面的面积大 15．(8分)(2021·江苏新高考适应性考试)我国中微子探测实验利用光电管把光信号转换为电信号。如图所示，A和K分别是光电管的阳极和阴极，加在A、K之间的电压为U。现用发光功率为P的激光器发出频率为ν的光全部照射在K上，回路中形成电流。已知阴极K材料的逸出功为W0，普朗克常量为h，电子电荷量为e。 (1)求光电子到达A时的最大动能Ekm； (2)若每入射N个光子会产生1个光电子，所有的光电子都能到达A，求回路的电流强度I。 1 / 7 学科网（北京）股份有限公司 $$ 课时分层作业(四十二) 1．B　[根据黑体辐射实验规律，黑体辐射的强度与波长的关系为：随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加，则各种频率的辐射强度也都增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，即向频率较大的方向移动，分析图像，只有B项符合黑体辐射实验规律，故B项正确。] 2．B　[普朗克认为黑体辐射的能量是量子化的，A错误；紫光的频率大于红光的频率，由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，若改用紫光照射此金属表面，一定能发生光电效应，即可以让电子从金属表面逸出，B正确；康普顿散射实验发现，X射线被较轻物质(石墨、石蜡等)散射后除了有波长与原波长相同的成分外还有波长较长的成分，C错误；德布罗意认为实物粒子具有波粒二象性，D错误。] 3．D　[锌板在紫外线的照射下发生光电效应，逸出带负电的光电子，这样锌板本身带的正电荷就会多于负电荷，所以锌板带正电，验电器通过导线和锌板连在一起，所以验电器自然也就带上了正电荷，故选项A、B错误；光电效应发生的条件是照射光的频率大于金属板的极限频率，照射光的频率越高，金属板越容易发生光电效应，红光的频率低于紫外线的频率，也低于锌板的极限频率，所以改用红光照射锌板时，不会发生光电效应，验电器的指针不会偏转，若改用同等强度频率更高的紫外线照射锌板，验电器的指针一定会偏转，故选项C错误，D正确。] 4．A　[根据题意，由光电效应方程可知，金属A的截止频率为2ν，又有hν＝h·2ν－WB0，可得WB0＝hν，则金属B的截止频率为ν，即金属A的截止频率是金属B的2倍，故A正确；由光电效应方程可得，光电子的最大初动能Ekm＝hν－W0，可见，最大初动能与入射光的强度无关，故B错误；由于ν小于金属A的截止频率2ν，则用频率为ν的入射光照射金属A，无论光照强度如何，都不会发生光电效应，都不会有光电流产生，故C错误；由光电效应方程可知，用频率为3ν的光分别照射A、B两种金属，光电子的最大初动能之比为＝＝，故D错误。] 5．D　[该金属的截止频率为ν0，则逸出功为hν0，故A错误；a光的频率一定比b光高，a光的强度不一定比b光强，故B错误；若用a光实验，将P右移，光电管两端加反向电压，电流表示数减小，故C错误；调节P使电流表的示数恰好为零，则eU＝hν－hν0，解得遏止电压U＝(ν－ν0)，此时电压表示数为(ν－ν0)，故D正确。] 6．D　[根据Ek＝hν－W0，W0＝hνc，结合题图甲可知，νc为截止频率，当入射光的频率为时，不能发生光电效应，不能产生光电子，故A错误；光电子的最大初动能由入射光的频率与金属的逸出功共同决定，与光照强度无关，故B错误；根据题图丙可知Uc1>Uc2，根据eUc1＝Ek1＝hν1－W0，eUc2＝Ek2＝hν2－W0，则有ν1>ν2，即入射光2的频率小于入射光1的频率，故C错误；由Uc＝ν－可知入射光的频率大于νc时，入射光的频率越大，遏止电压越大，故D正确。] 7．C　[饱和电流由光照强度决定，故A错误；光电子的最大初动能Ek＝hν－W0，Ek与入射光的频率ν不成正比，故B错误；由eUc＝Ek＝hν－W0可得，单色光1和单色光2的频率之差为Δν＝，故C正确；由eUc＝Ek＝hν－W0可得，因Uc2>Uc1，所以ν2>ν1，即λ1>λ2，故D错误。] 8．B　[根据材料可知，在宏观世界，不容易观察到量子纠缠现象，是因为粒子容易与环境发生相互作用，导致纠缠很快消失，故A正确；根据狭义相对论可知，光速不能被超越，故B错误；使用量子卫星进行通信，可以有效减少光子在传播时穿过的大气层的厚度，从而减少大气层带来的不利影响，故C正确；“九章”之所以取得比经典计算机快得多的运算速度，是因为量子计算机运行时用到了波函数的叠加和干涉，故D正确。本题选错误的，故选B。] 9．D　[由于弹子球德布罗意波长极短，故很难观察其波动性，故A正确；无线电波波长为3.0×102 m，大于普通物体的尺寸，很容易发生明显衍射现象，故通常情况下只能表现出波动性，故B正确；电子的波长为1.2×10-10 m，与原子的尺寸接近，故照射到金属晶体上能观察到它的波动性，故C正确；根据德布罗意的物质波理论，电磁波和实物粒子都具有波粒二象性，故D错误。因选不正确的，故选D。] 10．B　[设每个光子的能量大小为ε，则有ε＝hν＝h＝6.63×10-34× J＝3.315×10-19 J，因为该光源辐射的功率为113 W，由W＝Pt可知，每秒向外辐射的能量为W＝113×1 J＝113 J，即以光源为球心，每秒通过某球面的光子能量为 113 J，故距离光源R处的球面满足数学公式3×1014×3.315×10-19×4πR2＝113，解得R≈300 m，故B正确，A、C、D错误。] 11．B　[当滑动变阻器的滑片P与固定端O都在中央位置时，两极板间所加电压为0，灵敏电流计G中有电流通过，表明发生了光电效应，此时增大该单色光的强度，则单位时间内逸出的光电子的数目增多，灵敏电流计G示数一定随之增大，A错误；滑片P向b端移动，极板间所加的是反向电压，则可测遏止电压Uc，B正确；滑片P向a端移动过程中，极板间所加的是正向电压，灵敏电流计G示数先增大，当增大至饱和电流时，电流为一定值，即滑片P向a端移动过程中，灵敏电流计G示数先增大后不变，C错误；根据题意，不能够确定频率ν与金属的截止频率的关系，即换用频率小于ν的单色光照射金属阴极K，当该单色光频率仍然大于金属的截止频率时，灵敏电流计G中仍然有电流通过，D错误。] 12．B　[根据爱因斯坦的光电效应方程和动能定理可得eUc＝Ekm＝hν－W，变形可得Uc＝－W＋，因Uc­W图像的斜率的绝对值为k＝，可得光电子的电荷量为e＝，故B正确；Uc­W图像的纵截距为b＝，可得光子的频率和普朗克常量的乘积为hν＝eb＝，故不能单独求出光子的频率和普朗克常量，而材料的截止频率因条件不足而无法求出，故A、C、D错误。] 13．D　[根据光电效应方程可知＝hν－W，根据动能定理有＝－eUc，联立可得Uc＝－W＋，则两种光的Uc­W图像的斜率相同，均为－，截距b＝，因为ν1<ν2，则b1＝<＝b2，故选D。] 14．D　[由于是同一光电管，因而不论对哪种光，金属的截止频率和逸出功相同，对于甲、乙两种光，遏止电压相同，由eUc＝＝hν－W0知两种光的频率相同，故A错误；丙光的遏止电压较大，对应的光电子的最大初动能较大，因而丙光的频率较高，波长较短，故B错误；根据折射率和频率的关系可知乙光折射率小于丙光折射率，故根据n＝可知在某一介质中乙光的速度大于丙光的速度，故C错误；根据sin C＝可知乙光发生全反射的临界角比丙光大，所以乙光和丙光组成的点光源中乙光照亮水面的面积大，故D正确。] 15．解析：(1)根据光电效应方程可知 Ek0＝hν－W0 逸出的光电子在电场中加速向A运动，根据动能定理有Ue＝Ekm－Ek0 联立解得Ekm＝Ue＋hν－W0。 (2)设每秒钟到达K极的光子数量为n，则 P＝nhν 设每秒钟逸出光电子个数为a，则a＝ 回路的电流强度I＝＝ae 联立得I＝。 答案：(1)Ue＋hν－W0　(2) 1 / 4 学科网（北京）股份有限公司 $$