第六章 波粒二象性 模拟测试卷-2025-2026学年高二下学期物理鲁科版选择性必修第三册

第6章　波粒二象性 (时间:75分钟　满分:100分) 一、单项选择题:本题共4小题,每小题4分,共16分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。 1.(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 2.德布罗意认为实物粒子也具有波动性,他给出了德布罗意波波长的表达式λ=。现用同样的直流电压加速原来静止的一价氢离子H+和二价钙离子Ca2+,已知氢离子与钙离子的质量比为1∶40,加速后的氢离子和钙离子的德布罗意波的波长之比为(　　) A.1∶4 B.4∶1 C.1∶4 D.4∶1 3.用一束绿光照射光电管金属时不能产生光电效应,则下述措施可能使该金属产生光电效应的是(　　) A.延长光照时间 B.保持光的频率不变,增大光的强度 C.换用一束蓝光照射 D.增大光电管的正向加速电压 4.用波长为λ1和λ2的单色光A和B分别照射两种金属C和D的表面。单色光A照射两种金属时都能产生光电效应现象;单色光B照射时,只能使金属C产生光电效应现象,不能使金属D产生光电效应现象。设两种金属的逸出功分别为WC和WD,则下列选项正确的是(　　) A.λ1>λ2,WC>WD B.λ1>λ2,WC<WD C.λ1<λ2,WC>WD D.λ1<λ2,WC<WD 二、多项选择题:本题共4小题,每小题6分,共24分。每小题有多项符合题目要求,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有错选的得0分。 5.关于光的波粒二象性的说法正确的是(　　) A.一束传播的光,既有波动性,又有粒子性 B.光波与机械波是同种波 C.光的波动性是由光子间的相互作用而形成的 D.光是一种波,同时也是一种粒子,光子说并未否定电磁说,在光子能量ε=hν中,仍表现出波的特性 6.关于物质波,下列说法不正确的是(　　) A.所有物体不论其是否运动,都有对应的物质波 B.任何一个运动着的物体都有一种波和它对应,这就是物质波 C.运动的电场、磁场没有相对应的物质波 D.只有运动着的微观粒子才有物质波,对于宏观物体,不论其是否运动,都没有相对应的物质波 7.一激光器发光功率为P,发出的激光在折射率为n的介质中波长为λ,若在真空中速度为c,普朗克常量为h,则下列叙述正确的是(　　) A.该激光在真空中的波长为nλ B.该激光的频率为 C.该激光器在t s内辐射的能量子数为 D.该激光器在t s内辐射的能量子数为 8.用如图所示的装置演示光电效应现象。当用某种频率的光照射到光电管上时,电流表G的读数为i。下列说法正确的是(　　) A.将电池的极性反转,则光电流减小,甚至可能为零 B.用较低频率的光来照射,依然有光电流,但电流较小 C.将变阻器的触点c向b移动,光电流减小,但不为零 D.只要电源的电动势足够大,将变阻器的触点c向a端移动,电流表G的读数必将一直变大 三、非选择题:共60分。考生根据要求作答。 9.(3分)波粒二象性是微观世界的基本特征,　　　　　和　　　　　揭示了光的粒子性,　　　　　和　　　　　揭示了光的波动性。(均选填“光的干涉”“光的衍射”“光电效应”或“康普顿效应”)  10.(3分)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,方法是让电子通过电场加速后,让电子束照射到金属晶格上,从而得到电子的衍射图样。已知电子质量为m,电荷量为e,初速度为0,加速电压为U,普朗克常量为h,则加速后电子的德布罗意波长为λ=　　　　。若电子质量m=9.1×10-31 kg,加速电压U=300 V,则电子束　　　　(选填“能”或“不能”)发生明显衍射现象。  11.(3分)光电管中金属材料的极限波长为λ0,现用一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时发出的光照射该光电管,只有一种频率的光能发生光电效应,其频率为ν,已知普朗克常量为h,真空中光速为c,则用该光照射时光电子的最大初动能为　　　,氢原子基态能量为　　　　。(用题中所给物理量表示)  12.(6分)采用如图甲所示电路可研究光电效应规律,现分别用a、b两束单色光照射光电管,得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系图像如图乙所示。 (1)实验中当灵敏电流表有示数时将滑片P向右滑动,则电流表示数一定不会　　　　(选填“增大”“不变”或“减小”)。  (2)照射阴极材料时,　　　　(选填“a光”或“b光”)使其逸出的光电子的最大初动能大。  (3)若a光的光子能量为5 eV,图乙中Uc2=-2 V,则光电管的阴极材料的逸出功为　　　　 J。(e=1.6×10-19 C)  13.(6分)如图所示是研究光电效应的电路,阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极,K在受到光照时能够逸出光电子。阳极A吸收阴极K发出的光电子,在电路中形成光电流。如果用单色光a照射阴极K,电流表的指针发生偏转;用单色光b照射光电管阴极K时,电流表的指针不发生偏转,a光的波长一定　　　　(选填“小于”“等于”或“大于”)b光的波长,只增加a光的强度可能使通过电流表的电流　　　(选填“减小”“不变”或“增大”),使逸出的电子最大初动能变大的方法是　　　　　　　　　　　　　　　　,阴极材料的逸出功与入射光的频率　　　(选填“有关”或“无关”)。  14.(10分)当波长λ=200 nm的紫外线照射到金属上时,逸出的光电子最大初动能Ekm=5.6×10-19 J。已知普朗克常量h=6.6×10-34 J·s,光在真空中的传播速度c=3.0×108 m/s。求: (1)紫外线的频率; (2)金属的逸出功。 15.(12分)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)若对调电源正、负极,光电管两端电压至少为多少,才可使电流表G示数为零; (2)若每入射100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I。 16.(17分)如图所示,伦琴射线管两极加上一高压电源,即可在阳极A上产生X射线。(h=6.63×10-34 J·s,电子电荷量e=1.6×10-19 C) (1)若高压电源的电压为20 kV,求X射线的最短波长; (2)若此时电流表读数为5 mA,1 s内产生5×1013个平均波长为1.0×10-10 m的光子,求伦琴射线管的工作效率。 参考答案 1.B　普朗克认为黑体辐射的能量是量子化的,故A错误;入射光的频率大于或等于金属的截止频率能产生光电效应,紫光的频率大于红光的频率,红光能让金属产生光电效应,则紫光也能让金属产生光电效应,故B正确;石墨对X射线的散射过程遵循动量守恒,光子和电子碰撞后,电子获得一定的动量,光子动量变小,根据λ=可知波长变长,故C错误;德布罗意认为物质都具有波动性,故D错误。 2.D　离子加速后的动能为Ek=qU,离子的德布罗意波波长λ=,所以,故选D。 3.C　用一束绿光照射某金属时不能产生光电效应,知绿光的频率小于金属的极限频率,要能发生光电效应,需改用频率更大的光照射(如蓝光)。能否发生光电效应与入射光的强度和照射时间无关。故C正确,A、B、D错误。 4.D　A光光子的能量大于B光光子,根据E=hν=h,得λ1<λ2;又因为单色光B只能使金属C产生光电效应现象,不能使金属D产生光电效应现象,所以WC<WD,故选项D正确。 5.AD　光具有波粒二象性,个别光子的作用效果往往表现为粒子性;大量光子的作用效果往往表现为波动性,故A正确;光波是电磁波,故B错误;光波是概率波,个别光子的行为是随机的,表现为粒子性,大量光子的行为往往表现为波动性,不是由光子间的相互作用形成的,故C错误;光是一种波,同时也是一种粒子,在光子能量ε=hν中,频率ν仍表示的是波的特性,它体现了光的波动性与粒子性的统一,故D正确。 6.ACD　任何一个运动着的物体,都有一种波与它对应,即物质波,物质波有两类,即实物和场,故B正确。 7.AC　激光在介质中的折射率n=,故激光在真空中的波长λ0=nλ,A正确;激光频率ν=,B错误;由能量关系Pt=Nε,c=λ0ν,λ0=nλ及ε=hν得N=,C正确,D错误。 8.AC　将电池的极性反转,光电管中仍然有光电子产生,只是电流表读数可能为零,故A正确;当光照频率小于极限频率时,不能发生光电作用,则没有电流,故B错误;触头c向b端移动,导致阳极与阴极的电压减小,则电场力也减小,所以单位时间内到达阳极的光电子数减少,光电流减小,故C正确;只要电源的电压足够大,将变阻器的触头c向a端移动,受到电场力增大,当逸出的光电子可以全部到达阳极时,再继续增大电压,电流表读数不会再变大,故D错误。 9.答案 光电效应　康普顿效应　光的干涉　光的衍射 解析 光电效应和康普顿效应揭示了光的粒子性,光的干涉和光的衍射揭示了光的波动性。 10.答案 　能 解析 由eU=Ek及p=得λ=;将U=300 V代入,得λ= m=0.71×10-10 m λ与金属晶格差不多,所以能发生明显衍射。 11.答案 hν-　- 解析 根据光电效应方程有Ekmax=hν-W0 其中逸出功为W0=h 解得Ekmax=hν- 一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时发出的光照射该光电管,只有一种频率的光能发生光电效应,可知,该光子为n=4能级跃迁至基态时辐射的光子,根据玻尔理论有hν=E4-E1 其中E4= 解得E1=-。 12.答案 (1)减小　(2)b光　(3)4.8×10-19 解析 (1)当滑片P向右滑动时,正向电压增大,光电子做加速运动,若光电流达到饱和,则电流表示数不变,若没达到饱和,则电流表示数增大。 (2)由题图乙知b光的遏止电压大,由eUc=Ek知b光照射阴极材料时逸出的光电子的最大初动能大。 (3)由光电效应方程Ek=hν-W,可知光电管的阴极材料的逸出功为(5-2)eV=3 eV=4.8×10-19 J。 13.答案 小于　增大　换用比a光频率更大的光照射阴极K　无关 解析 用单色光b照射光电管阴极K时,电流表的指针不发生偏转,说明用b光不能发生光电效应,即a光的波长一定小于b光的波长;只增加a光的强度可使阴极K单位时间内逸出的光电子数量增加,故通过电流表的电流增大;换用比a光频率更大的光照射阴极K时能使逸出的电子的最大初动能变大;阴极材料的逸出功只与阴极材料有关,与入射光的频率无关。 14.答案 (1)1.5×1015Hz　(2)4.3×10-19 J 解析 (1)根据波长与频率的关系可得 ν= Hz=1.5×1015 Hz。 (2)根据光电效应方程Ekm=hν-W0 得金属的逸出功W0=hν-Ekm=6.6×10-34×1.5×1015 J-5.6×10-19 J=4.3×10-19 J。 15.答案 (1)　(2) 解析 (1)根据光电效应方程Ekm=hν-W0 设遏止电压为U,根据动能定理得eU=Ekm 解得U=。 (2)设t时间内通过的电荷量为q,根据电流的定义 q=It 设光电子数为n q=ne n= 解得I=。 16.答案 (1)6.2×10-11 m　(2)0.1% 解析 (1)伦琴射线管阴极上产生的热电子在20 kV高压加速下获得的动能全部变成X光子的能量,X光子的波长最短 由W=Ue=hν= 得λ= m =6.2×10-11 m。 (2)高压电源的电功率P1=UI=100 W, 每秒产生X光子的能量P2==0.1 W 效率为η=×100%=0.1%。 学科网（北京）股份有限公司 $