寒假作业 第四章 原子结构和波粒二象性 （单元检测） 单元检测 -2025-2026学年高二上学期物理人教版选择性必修第三册

高中物理选择性必修第三册寒假作业 第四章《原子结构和波粒二象性》（单元检测）答案 一、单项选择题（共计7题，每小题4分，共计28分） 1关于光电效应，下列说法正确的是(　　) A．只要入射光的强度足够强，就可以使金属发生光电效应 B．光子的能量大于金属的逸出功就可以使金属发生光电效应 C．照射时间越长光电子的最大初动能越大 D．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 答案　B 2．如图，弧光灯发出的光，经过下列实验后产生了两个重要的实验现象：①经过一狭缝后，在后面的锌板上形成明暗相间的条纹；②与锌板相连的验电器的铝箔张开了一定的角度．则这两个实验现象分别说明(　　) A．①和②都说明光有波动性 B．①和②都说明光有粒子性 C．①说明光有粒子性，②说明光有波动性 D．①说明光有波动性，②说明光有粒子性 答案　D 解析　现象①是光的衍射，说明了光具有波动性；现象②是光电效应，说明了光具有粒子性，故A、B、C错误，D正确． 3．下列关于物质波的说法正确的是(　　) A．宏观物体也具有波动性 B．质子比电子更容易形成晶格衍射图样 C．两个物体的动能不相等，物质波的波长一定不相等 D．两个物体的动量不相等，物质波的波长可能相等 答案　A 解析　不管是微观粒子还是宏观运动的物体，都具有波动性，A正确；电子的质量远小于质子的质量，其物质波的波长比质子的大，电子比质子更容易形成晶格衍射图样，B错误；根据物质波的波长公式λ＝可知，两个物体的动能不相等，但两个物体的动量可能相等，则物质波的波长可能相等，C错误；根据物质波的波长公式可知，两个物体的动量不相等，物质波的波长不可能相等，D错误． 4.有一颗质量为5.0 kg的炮弹，当其以200 m/s的速度运动时，它的德布罗意波的波长是(　　) A.6.63×10－36 m B.6.63×10－37 m C.3.32×10－36 m D.3.32×10－36 m 答案　B 解析　炮弹的德布罗意波的波长为λ1＝＝＝ m＝6.63×10－37 m，故B正确。 5．用不同频率的紫外线分别照射锌和钨的表面而发生光电效应，可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率ν变化的Ek－ν图像，已知锌的逸出功是3.24 eV，钨的逸出功是3.28 eV，若将两者的图线画在同一个Ek－ν坐标系中，用实线表示锌，虚线表示钨，则能正确反映这一过程的是(　　) 答案　A 解析　根据光电效应方程Ek＝hν－W0，其中W0为金属的逸出功，则有W0＝hν0.由此可知在Ek－ν图像中，斜率表示普朗克常量h，横轴截距大小表示该金属截止频率的大小．由题意可知，锌的逸出功小于钨的逸出功，因此由ν0＝可知，锌的截止频率小于钨的截止频率，且两图线斜率相同，故A正确，B、C、D错误． 6.如图所示，是某种火灾报警装置的工作电路图，它的核心部件为紫外线光电管，其中A为阳极，K为阴极，发生火灾时c、d端有输出电压实施报警．已知地表附近太阳光中的紫外线光子能量介于3.1～3.9 eV之间，明火中的紫外线光子能量介于4.4～6.2 eV之间．几种金属单质的逸出功如表所示，若光电管阴极材料K选用金属铝，则下列说法正确的是(　　) 金属单质 钾 钠 锌 铝 逸出功/eV 2.25 2.29 3.38 4.21 A．太阳光照射时c、d端有输出电压 B．明火照射时c、d端有输出电压 C．若阴极材料选用金属锌，能实现有效报警 D．明火中的紫外线波长越长，光电子的最大初动能越大 答案　B 解析　因为太阳光中的紫外线光子能量介于3.1～3.9 eV之间，小于金属铝的逸出功4.21 eV，则太阳光照射时，不会发生光电效应，c、d端没有输出电压，A错误；明火中的紫外线光子能量介于4.4～6.2 eV之间，大于金属铝的逸出功，则明火照射时，会发生光电效应，c、d端有输出电压，B正确；若阴极材料选用金属锌，3.9 eV大于金属锌的逸出功3.38 eV，则用太阳光照射时，会发生光电效应，也能报警，但不能实现有效报警，C错误；根据E＝h，可知明火中的紫外线波长越长，能量越小，根据Ekm＝hν－W0，则光电子的最大初动能越小，D错误． 7.如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点坐标为4.27，与纵轴的交点坐标为0.5)。由图可知(　　) A.该金属的极限频率为4.27×1014 Hz B.该金属的极限频率为5.5×1014 Hz C.该图线的斜率表示普朗克常量的倒数 D.该金属的逸出功为0.5 eV 答案　A 解析　根据光电效应方程Ek＝hν－W0可知，图线的斜率表示普朗克常量，图线与ν轴的交点对应的频率表示极限频率；Ek－ν图像中ν＝0时对应的Ek的值表示逸出功的负值，易知该金属的逸出功不等于0.5 eV，所以选项A正确。 2、 多项选择题（共计3题，每小题5分，选对但不全得3分，错选不得分，共计15分） 8.下列有关光的波粒二象性的说法正确的是(　　) 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；光的波长越短，其粒子性越显著 D．康普顿效应表明光具有粒子性 答案　CD 解析　一切光都具有波粒二象性，光的有些现象(如干涉、衍射)表现出波动性，有些现象(如光电效应、康普顿效应)表现出粒子性，A错误．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．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．康普顿效应表明光具有粒子性，D正确． 9.在光电效应实验中，先用光强较强的黄光照射光电管，发生光电效应，现在改用光强较弱的紫光照射光电管，下列叙述正确的是(　　) A.光电子的最大初动能变大 　　 B.不发生光电效应 C.饱和电流一定变小 　　 D.遏止电压变大 答案　ACD 解析　紫光的频率大于黄光频率，根据光电效应可知，改用紫光照射，可以发生光电效应，由eUc＝Ekm＝hν－W0可知，光电子的最大初动能变大，遏止电压变大，故A、D正确，B错误；饱和电流与光照强度有关，改用较弱的紫光照射，可知饱和电流一定变小，故C正确。 10.如图是某金属在光的照射下逸出的光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像，由图像可知(　　) A.该金属的逸出功等于E－hν0 B.该金属的逸出功等于hν0 C.入射光的频率为2ν0时，逸出的光电子的最大初动能为hν0 D.当入射光的频率ν大于ν0时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍 答案　BC 解析　根据Ekm＝hν0－W0，得金属的截止频率等于ν0，纵轴截距的绝对值等于金属的逸出功，逸出功等于E，则E＝W0＝hν0，故B正确，A错误；根据Ekm′＝2hν0－W0，而E＝W0＝hν0，故Ekm′＝hν0＝E，故C正确；根据光电效应方程Ekm＝hν－W0可知，光电子的最大初动能与入射光的频率是线性关系，不是成正比，所以若ν增大一倍，则光电子的最大初动能不是增大一倍，故D错误。 3、 填空题（共计2题，共计16分） 11．(8分)如图所示，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；现保持滑片P位置不变，增大入射光的强度，电流计的读数________(选填“为零”或“不为零”)． 答案　(1)减小　(2)无　(3)4.5　为零(每空2分) 解析　(1)在A处用一紫外线灯照射锌板，锌板发生光电效应，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减少，验电器指针偏角将减小． (2)用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发生光电效应；改用红外线灯照射锌板，红外线的频率小于黄光的频率，红外线也不能使锌板发生光电效应，验电器指针无偏转． (3)当滑片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，即最大初动能Ek＝6.0 eV，光电管阴极材料的逸出功为4.5 eV.现保持滑片P位置不变，增大入射光的强度，电流计的读数为零． 12在研究“光电效应”现象时，有如图甲、乙所示的两种电路连接方式．试回答下列问题： (1)通过图________(选填“甲”或“乙”)所示的电路进行研究，可以得出光电子的最大初动能只与照射光的频率有关，而与照射光的强弱无关的结论；通过图_____(选填“甲”或“乙”)所示的电路进行研究，可以得出照射光的强度大小决定了逸出光电子数目多少的结论． (2)某次实验时，先用图甲所示电路研究，调节滑动变阻器，发现当电压表示数大于或等于1.5 V时，电流表示数为零，再用图乙所示电路研究，则当电压表示数为3 V时，电子到达阳极时的最大动能为________ eV. 答案　(1)甲　乙　(2)4.5 解析　(1)题图甲的电压加在光电管上是反向电压，光电子飞出后做减速运动，增大电压让电流表刚好无电流时对应遏止电压，可用来研究光电子最大初动能的大小，可以得出光电子的最大初动能只与照射光的频率有关，而与照射光的强弱无关的结论． 题图乙的电压加在光电管上是正向电压，让尽量多的光电子能加速参与导电，形成光电流，利用饱和电流的大小反映照射光的强度，可以得出照射光的强度大小决定了逸出光电子数目多少的结论． (2)由题图甲可知遏止电压为1.5 V， 则有－eUc＝0－Ekm， 可得最大初动能为Ekm＝eUc＝1.5 eV. 题图乙中的电压让所有光电子加速，由动能定理有eU1＝Ek1－Ekm， 则电子到达阳极时的最大动能为Ek1＝eU1＋Ekm＝3 eV＋1.5 eV＝4.5 eV. 四、解答题（共计3题，共计41分） 13．(10分)小明用阴极为金属铷的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示．已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s.(计算结果保留3位有效数字) (1)图甲中电极A为光电管的什么极？ (2)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率ν0和逸出功W0分别是多少？ (3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014 Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek是多少？ 答案　(1)阳极　(2)5.20×1014 Hz　3.45×10－19 J　(3)1.19×10－19 J 解析　(1)由光电管的结构知，A为阳极．(3分) (2)Uc－ν图像中横轴的截距表示截止频率，则ν0＝5.20×1014 Hz，(2分) 逸出功W0＝hν0≈3.45×10－19 J(3分) (3)由爱因斯坦的光电效应方程得Ek＝hν－W0≈1.19×10－19 J．(3分) 14．(14分)铝的逸出功是4.2 eV，现在用波长为200 nm的光照射铝的表面，求：(h＝6.626× 10－34 J·s) (1)光电子的最大初动能； (2)遏止电压； (3)铝的截止频率． 答案　(1)3.2×10－19 J　(2)2.0 V　(3)1.0×1015 Hz 解析　(1)根据光电效应方程有： Ek＝hν－W0(2分) c＝λν(2分) 代入数据解得：光电子的最大初动能Ek≈3.2×10－19 J(2分) (2)光电子动能减小到0时，反向电压即遏止电压，根据动能定理：eUc＝Ek(2分) 得：Uc＝ V＝2.0 V(2分) (3)根据逸出功W0＝hν0(2分) 得截止频率：ν0＝＝ Hz≈1.0×1015 Hz.(2分) 15.(17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，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)U1e＋hc　(3)＋ 解析　(1)根据Imt＝Ne(3分) 解得t时间内由K极发射的光电子数为N＝(2分) (2)根据爱因斯坦光电效应方程有 Ek＝hν－hν0＝h－h(3分) 所以当阳极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U1e＝Ekm－Ek(3分) 解得：Ekm＝U1e＋hc(2分) (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Ee＝Ekm′＝h(νm－)(2分) 解得：νm＝＋.(2分) 学科网（北京）股份有限公司 $ 高中物理选择性必修第三册寒假作业 第四章《原子结构和波粒二象性》（单元检测）试卷 一、单项选择题（共计7题，每小题4分，共计28分） 1关于光电效应，下列说法正确的是(　　) A．只要入射光的强度足够强，就可以使金属发生光电效应 B．光子的能量大于金属的逸出功就可以使金属发生光电效应 C．照射时间越长光电子的最大初动能越大 D．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 2．如图，弧光灯发出的光，经过下列实验后产生了两个重要的实验现象：①经过一狭缝后，在后面的锌板上形成明暗相间的条纹；②与锌板相连的验电器的铝箔张开了一定的角度．则这两个实验现象分别说明(　　) A．①和②都说明光有波动性 B．①和②都说明光有粒子性 C．①说明光有粒子性，②说明光有波动性 D．①说明光有波动性，②说明光有粒子性 3．下列关于物质波的说法正确的是(　　) A．宏观物体也具有波动性 B．质子比电子更容易形成晶格衍射图样 C．两个物体的动能不相等，物质波的波长一定不相等 D．两个物体的动量不相等，物质波的波长可能相等 4.有一颗质量为5.0 kg的炮弹，当其以200 m/s的速度运动时，它的德布罗意波的波长是(　　) A.6.63×10－36 m B.6.63×10－37 m C.3.32×10－36 m D.3.32×10－36 m 5．用不同频率的紫外线分别照射锌和钨的表面而发生光电效应，可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率ν变化的Ek－ν图像，已知锌的逸出功是3.24 eV，钨的逸出功是3.28 eV，若将两者的图线画在同一个Ek－ν坐标系中，用实线表示锌，虚线表示钨，则能正确反映这一过程的是(　　) 6.如图所示，是某种火灾报警装置的工作电路图，它的核心部件为紫外线光电管，其中A为阳极，K为阴极，发生火灾时c、d端有输出电压实施报警．已知地表附近太阳光中的紫外线光子能量介于3.1～3.9 eV之间，明火中的紫外线光子能量介于4.4～6.2 eV之间．几种金属单质的逸出功如表所示，若光电管阴极材料K选用金属铝，则下列说法正确的是(　　) 金属单质 钾 钠 锌 铝 逸出功/eV 2.25 2.29 3.38 4.21 A．太阳光照射时c、d端有输出电压 B．明火照射时c、d端有输出电压 C．若阴极材料选用金属锌，能实现有效报警 D．明火中的紫外线波长越长，光电子的最大初动能越大 7.如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点坐标为4.27，与纵轴的交点坐标为0.5)。由图可知(　　) A.该金属的极限频率为4.27×1014 Hz B.该金属的极限频率为5.5×1014 Hz C.该图线的斜率表示普朗克常量的倒数 D.该金属的逸出功为0.5 eV 2、 多项选择题（共计3题，每小题5分，选对但不全得3分，错选不得分，共计15分） 8.下列有关光的波粒二象性的说法正确的是(　　) 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；光的波长越短，其粒子性越显著 D．康普顿效应表明光具有粒子性 9.在光电效应实验中，先用光强较强的黄光照射光电管，发生光电效应，现在改用光强较弱的紫光照射光电管，下列叙述正确的是(　　) A.光电子的最大初动能变大 　　 B.不发生光电效应 C.饱和电流一定变小 　　 D.遏止电压变大 10.如图是某金属在光的照射下逸出的光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像，由图像可知(　　) A.该金属的逸出功等于E－hν0 B.该金属的逸出功等于hν0 C.入射光的频率为2ν0时，逸出的光电子的最大初动能为hν0 D.当入射光的频率ν大于ν0时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍 3、 填空题（共计2题，共计16分） 11．(8分)如图所示，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；现保持滑片P位置不变，增大入射光的强度，电流计的读数________(选填“为零”或“不为零”)． 12在研究“光电效应”现象时，有如图甲、乙所示的两种电路连接方式．试回答下列问题： (1)通过图________(选填“甲”或“乙”)所示的电路进行研究，可以得出光电子的最大初动能只与照射光的频率有关，而与照射光的强弱无关的结论；通过图_____(选填“甲”或“乙”)所示的电路进行研究，可以得出照射光的强度大小决定了逸出光电子数目多少的结论． (2)某次实验时，先用图甲所示电路研究，调节滑动变阻器，发现当电压表示数大于或等于1.5 V时，电流表示数为零，再用图乙所示电路研究，则当电压表示数为3 V时，电子到达阳极时的最大动能为________ eV. 四、解答题（共计3题，共计41分） 13．(10分)小明用阴极为金属铷的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示．已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s.(计算结果保留3位有效数字) (1)图甲中电极A为光电管的什么极？ (2)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率ν0和逸出功W0分别是多少？ (3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014 Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek是多少？ 14．(14分)铝的逸出功是4.2 eV，现在用波长为200 nm的光照射铝的表面，求：(h＝6.626× 10－34 J·s) (1)光电子的最大初动能； (2)遏止电压； (3)铝的截止频率． 15.(17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，能测出对应的遏止电压，求入射激光频率的最大值νm. 学科网（北京）股份有限公司 $