单元检测卷(六) 波粒二象性-【金版新学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册同步课堂高效讲义配套课件（鲁科版）

该高中物理单元复习课件系统梳理了波粒二象性的核心知识，涵盖光的粒子性（光电效应、康普顿效应）、实物粒子波动性（德布罗意波）及氢原子能级跃迁等内容，通过实验现象分析、公式推导（如爱因斯坦光电效应方程）和实际应用（光电烟雾探测器）构建知识网络，体现知识点内在逻辑。 其亮点在于采用“概念辨析-实验探究-综合应用”的复习策略，如通过不同频率光的遏止电压对比题培养科学推理能力，结合氢原子跃迁光子频率计算提升模型建构能力。分层设计基础选择与综合计算，适配不同学生水平，助力教师精准复习，有效巩固知识。

单元检测卷(六)　波粒二象性 　　　　 第6章　波粒二象性 1．下列说法正确的是 A．一切物体都能向外辐射电磁波 B．用蓝光照射某金属时能发生光电效应，则改用红光照射该金属也一定能发生光电效应 C．光电效应中，从金属中逸出的光电子就是光子 D．光电效应和康普顿效应说明光具有波动性 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 我们周围的一切物体都在向外辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有 关，这种辐射叫热辐射，故A正确；红光的频率小于蓝光的频率，所以红光的频率有可能小于金属的极限频率，不一定能发生光电效应，故B错误；光电效应中，从金属逸出的光电子就是电子，故C错误；光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性，故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 2．波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的是 A．光电效应和康普顿效应都揭示了光的波动性 B．热中子束射到晶体上产生的衍射图样说明中子具有粒子性 C．光的波粒二象性表明一束传播的光，有的光是波，有的光是粒子 D．速度相同的质子和电子相比，电子的波动性更为明显 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 光电效应和康普顿效应揭示了光的粒子性，光的干涉、衍射现象揭示了光的波动性，故A错误；热中子束射到晶体上产生的衍射图样说明中子具有波动性，故B错误；光的波粒二象性表明光既具有波动性，又具有粒子性，大量粒子体现波动性，少数粒子体现粒子性，故C错误；根据德布罗意波波长公式可知，λ＝，速度相同的质子和电子相比，电子的动量小，波长长，波动性明显，故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 3．量子理论是现代物理学两大支柱之一，量子理论的核心观念是“不连续”。关于量子理论，以下说法不正确的是 A．普朗克为解释黑体辐射，首先提出“能量子”的概念 B．爱因斯坦实际上是利用量子观念和能量守恒定律解释了光电效应 C．康普顿效应证明光具有动量，也说明光是不连续的 D．海森伯的不确定性关系告诉我们电子的位置是不能准确测量的 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 普朗克通过对黑体辐射的研究，第一次提出了“能量子”的概念，选项A正确；爱因斯坦引入量子观念，依据能量守恒定律对光电效应现象进行了解释，选项B正确；康普顿效应证明光具有动量，也说明光是一份一份的，选项C正确；海森伯的不确定性关系告诉我们不能够同时准确知道粒子的位置和动量，选项D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 4．如图所示，分别用频率为ν、2ν的光照射某光电管，对应的遏止电压之比为1∶3，普朗克常量用h表示，则 A．用频率为ν的光照射该光电管时有光电子逸出 B．该光电管的逸出功为hν C．用2ν的光照射时逸出光电子的初动能一定大 D．加正向电压时，用2ν的光照射时饱和光电流一定大 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 设光电管的逸出功为W，分别用频率为ν、2ν的光照射某光 电管，根据爱因斯坦光电效应方程和动能定理可知，eUc ＝Ek＝hν－W，即＝＝，解得：W＝0.5hν，用频 率为ν的光照射光电管，光子能量为hν，小于逸出功，不 能发生光电效应，没有光电子逸出，故A错误，B正确；根 据光电效应的规律可知，用频率为2ν的光照射时逸出的光电子的最大初动能一定大，并不是所有的逸出光电子的初动能都大，故C错误；在发生光电效应的前提下，饱和光电流与入射光的强度有关，与频率无关，加正向电压 时，用频率为2ν的光照射时饱和光电流不一定大，故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 5．实物粒子和光都具有波粒二象性。下列事实中不能体现波动性的是 A．电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样 B．光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关 C．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构 D．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 干涉是波具有的特性，电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，说明电子具有波动性；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有关，与入射光的强度无关，没有体现波动性；可以利用慢中子衍射来研究晶体的结构，说明中子可以发生衍射现象，具有波动性；人们利用电子显微镜观测物质的微观结构，说明电子可以发生衍射现象，说明具有波动性。由上述分析可知，本题选B。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 6．如图为a、b、c三种光在同一光电效应装置中测得的光电流和电压的关系。由a、b、c组成的复色光通过三棱镜时，下列光路图中正确的是 由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0和动能定理－eU＝0－Ek得eU＝hν－W0，可知遏止电压大，则光的频率大，νb>νc>νa，由光的色散现象知频率越大，折射率越大，光的偏折角越大，选项C正确。 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 7．研究光电效应规律的实验装置如图所示，以频率为ν 的光照射光电管阴极K时，有光电子产生。由于光电管 K、A间加的是反向电压，光电子从阴极K发射后将向阳 极A做减速运动。光电流i由图中电流计G测出，反向电 压U由电压表V测出，当电流计的示数恰好为零时，电 压表的示数称为反向遏止电压U0。在下列表示光电效应实验规律的图像 中，不正确的是 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 反向电压U和频率一定时，发生光电效应产生的光电 子数与光强成正比，则单位时间到达阳极A的光电子 数与光强也成正比，故光电流i与光强I成正比，故A 正确；由动能定理有－eU0＝0－Ekm，又因Ekm＝hν －W，所以U0＝，可知截止电压U0与频率ν是线性关系，不是正比关系，故B错误；光强I与频率ν一定时，光电流i随反向电压的增大而减小，又据光电子动能大小的分布概率及发出后的方向性可知C正确；由光电效应知金属中的电子对光子的吸收是十分迅速的，时间小于 10-9 s，10-9 s后，光强I和频率ν一定时，光电流恒定，故D正确，故B项符合题意。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 8．图甲为光电效应实验的电路图，利用不同频率的光进行光电效应实验，测得光电管两极间所加电压U与光电流I的关系如图乙中a、b、c、d四条曲线所示。用νa、νb、νc、νd表示四种光的频率，下列判断正确的是 A．νb>νc>νd>νa B．νd>νb>νc>νa C．νd>νc>νb>νa D．νa>νc>νb>νd √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 光电效应实验的I-U图像中，图像在 横坐标的截距的绝对值表示遏止电 压Uc，根据光电效应方程：Ek＝hν －W，最大初动能和遏止电压的关 系：eUc＝Ek，可得：ν＝Uc＋， 可见，遏止电压Uc越大，ν越大，根据乙图可知：νb>νc>νd>νa，故A正 确，B、C、D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 9．某单色光照射到一逸出功为W的光电材料表面，所产生的光电子在垂直于磁感应强度为B的匀强磁场中做圆周运动的最大半径为r，设电子的质量为m，带电荷量为e，普朗克常量为h，则该单色光的频率为 A． B． C． D． 根据光电效应方程得Ekm＝hν－W。根据洛伦兹力提供向心力，有evB＝，最大初动能Ekm＝mv2，该单色光的频率ν＝，D正确。 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 10．如图所示，有一束单色光入射到极限频率为ν0的 金属板K上，具有最大初动能的某出射电子，沿垂直 于平行板电容器极板的方向，从左侧极板上的小孔入 射到两极板间的匀强电场后，到达右侧极板时速度刚 好为零。已知电容器的电容为C，带电量为Q，极板间 距为d，普朗克常量为h，电子电量的绝对值为e，不计电子的重力。关于电容器右侧极板的带电情况和入射光的频率ν，以下判断正确的是 A．带正电，ν0＋ B．带正电，ν0＋ C．带负电；ν0＋ D．带负电，ν0＋ √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 以最大初动能入射至电容器的电子经极板间的电 场到达右侧极板时速度刚好为零，说明电场力做 负功，电场强度方向向右，右侧极板所带电荷为 负电荷，依据动能定理，则有：－eU＝0－Ek0， 其中由电容器电压与电荷量的关系可知，U＝， 由最大初动能与单色光入射频率的关系，可知：Ek0＝hν－hν0，代入化简，可得：ν＝ν0＋，故A、B、D错误，C正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 11．电子的运动受波动性的支配，对于氢原子的核外电子，下列说法不正确的是 A．氢原子的核外电子可以用确定的坐标描述其在原子中的位置 B．电子绕核运动时，可以运用牛顿运动定律确定它的轨道 C．电子绕核运动的“轨道”其实是没有意义的 D．电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置 √ √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 微观粒子的波动是一种概率波，对应微观粒子的运动，牛顿运动定律对此不适用，所以氢原子的核外电子不能用确定的坐标描述其在原子中的位置，电子的“轨道”其实是没有意义的，电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置，综上所述A、B错误，C、D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 12．利用如图甲所示的实验装置观测光电效应，已知实验中测得某种金属的遏止电压Uc与入射频率ν之间的关系如图乙所示，电子的电荷量为e＝1.6×10-19 C，则 A．普朗克常量为 B．该金属的逸出功为eU1 C．要测得金属的遏止电压，电源的 右端为正极 D．若电流表的示数为10 μA，则每秒 内从阴极发出的光电子数的最小值为6.25×1012 √ √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 由爱因斯坦光电效应方程可知，Uc＝ ，故题图乙图线的斜率＝， 则普朗克常量h＝，该金属的逸出 功为W0＝hν1＝eU1，选项A错误，B正 确；要测得金属的遏止电压，需要在光电管上加反向电压，故电源右端为正极，选项C正确；每秒内发出的光电子的电荷量为q＝It＝10×10-6×1 C＝10-5 C，而n＝＝6.25×1013个，故每秒内至少发出6.25×1013个光电子，选项D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 13．小宇同学参加学校科技嘉年华，设 计了一个光电烟雾探测器，如图，S为 光源，可以发出一束光束，当有烟雾进 入探测器时，来自S的光会被烟雾散射 进入光电管C，当光射到光电管中的钠 表面时(钠的极限频率为6.00×1014 Hz)会产生光电子，当光电流大于10-8 A时，便会触发报警系统报警。下列说法正确的是 A．要使该探测器正常工作，光源S发出的光的波长不能小于0.5 μm B．金属钠的最小逸出功为4 eV C．光源S发出的光束能使光电管发生光电效应，那么光源越强，光电烟雾探测器灵敏度越高 D．若射向光电管C的光子有5%会产生光电子，当报警器报警时，每秒射向C的钠表面的光子最少数目N＝1.25×1012个 √ √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 光源S发出的光束最大波长λmax＝＝ m＝5×10-7 m＝0.5 μm，即要使该探测器正常工作，光源S发出的光的波长不能大于0.5 μm，故A错误；由于钠的极限频率为6.00×1014 Hz，根据W0＝hνc＝ eV＝2.5 eV，故B错误；光源S发出的光能使光电管发 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 生光电效应，那么光源越强，被烟雾散射进入光电管C的光越多，越容易探测到烟雾，即光电烟雾探测器灵敏度越高，故C正确；光电流等于10-8 A时，每秒产生的光电子的个数n＝＝个＝6.25×1010个，每秒射向C的钠表面的光子最少数目N＝＝个＝1.25×1012 个，故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 14．用如图所示装置研究光电效应现象。某单色光照射光电管阴极K，能发生光电效应。闭合S，在A和K间加反向电压，调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计中电流恰好为零，此电压表示数U称为遏止电压。根据U可计算光电子的最大初动能Ekm。分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极，测得的遏止电压分别为U1和U2，设电子质量为m，电荷量为e，则下列关系式中正确的是 A．频率为ν1的光照射时，光电子的最大初速度是 B．阴极K金属的逸出功W＝hν1－hν2 C．阴极K金属的极限波长小于 D．普朗克常量h＝ √ √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 根据动能定理可得eU1＝mv1m2，所以v1m＝，故 A正确；根据光电效应方程可得eU1＝hν1－W，eU2＝ hν2－W，联立可得W＝，h＝，故 B错误，D正确；由于hν1＞W＝h，所以λ＞，故C错 误。故选AD。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 15．原子钟对提升导航定位、深空探测、电力系统授时等技术具有重要意义，如图所示为某原子钟工作原子的四能级体系。首先，工作原子吸收波长为λ0的光子a，从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ。然后，工作原子自发辐射出波长为λ1的光子，跃迁到“钟跃迁”的上能级2，并在一定条件下跃迁到“钟跃迁”的下能级1，辐射出波长为λ2的光子，实现受激辐射，发出钟激光。最后，工作原子从下能级1回到基态，同时辐射出波长为λ3的光子。则 A．某“振荡器”产生的电磁场能使工作原子从能 级1跃迁到能级2，则“振荡器”的振荡频率为 B．该原子钟产生的钟激光的波长λ2＝λ0－λ1－λ3 C．光子a的动量一定比钟激光的动量大 D．钟激光可以让某金属材料发生光电效应，光子a一定也可以 √ √ √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 当电磁场能使工作原子从能级1跃迁到能级2时，说 明产生的电磁波的波长等于λ2，由电磁波的波速公 式c＝λν，可知“振荡器”的振荡频率为，故A正 确；由能量守恒可以判断ε0＝ε1＋ε2＋ε3，代入光子 能量公式ε＝hν和波速公式c＝λν，可得＝，化简可得＝，故B错误；由光子动量公式p＝、光子能量公式ε＝hν和波 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 速公式c＝λν，可知p＝，由题意可知ε0＞ε2，所以 p0＞p2，故C正确；发生光电效应需要入射光频率 大于截止频率，光子a的能量大于钟激光的能量， 由光子能量公式ε＝hν可知，光子a的频率大于钟激 光的频率，所以当钟激光可以让某金属材料发生光电效应时，光子a一定也可以，故D正确。故选ACD。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 16．(13分)我国自行研制的一种大型激光器，能发出波长为λ的高纯度和高亮度的激光。如图所示，光电管的阴极K用某种金属制成，闭合开关S，当该激光射向阴极时，产生了光电流。移动变阻器的滑片，当光电流恰为零时，电压表的示数为Uc，已知普朗克常量为h，电子电荷量为e，真空中的光速为c。 (1)求光电管阴极K的截止频率νc； 答案：　 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 该激光的频率ν＝，对光电子分析，由动能定理有eUc ＝Ekm，根据光电效应方程有Ekm＝hν－W，根据阴极 K的截止频率与逸出功的关系有W＝hνc，解得νc＝ 。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 (2)将电源正、负极反接，移动变阻器的滑片，当电压表的示数为U2时，光电流达到最大值，求电子到达阳极A时的最大动能Ekm2。 答案：e(U2＋Uc) 对光电子分析，由功能关系有eU2＝Ekm2－Ekm，解得Ekm2＝e(U2＋Uc)。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 17．(15分)大量处于n＝4激发态的氢 原子跃迁时，发出频率不同的大量光 子，将这些不同频率的光分别照射到 图甲电路中光电管阴极K上时，只能 测得两条光电流随光电管两端电压变 化的图像(如图乙)，a光对应的遏止电 压Ua为已知。已知氢原子的基态能量为E1，激发态能量为En＝，其中n＝2，3，4，…。普朗克常量为h，电子电荷量为e。 (1)氢原子跃迁时一共能发出几种不同频率的光子？a光的频率为多少？ 答案：6　－　 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 跃迁的光子种类有种，代入数据可得有6种频率的光 根据公式ε＝hν，由氢原子能级图并结合题意可知hνa＝E3－E1，解得a光的频率为νa＝－。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 (2)求b光对应的遏止电压Ub。 答案：Ua－ 根据公式eUa＝hνa－W，eUb＝hνb－W，hνb＝E4－E1，En＝，解得Ub＝Ua－。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 18．(17分)电子和光一样具有波动性和粒子性，它表现出波动的性质，就像X射线穿过晶体时会产生衍射一样，这一类物质粒子的波动叫物质波。质量为m的电子以速度v运动时，这种物质波的波长可表示为λ＝，电子质量m＝9.1×10-31 kg，电子电荷量e＝1.6×10-19 C，普朗克常量h＝6.63×10-34 J·s。 (1)计算具有100 eV动能的电子的动量p和波长λ。 答案：5.4×10-24 kg·m/s　1.2×10-10 m 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 p＝ ＝ kg·m/s ≈5.4×10-24 kg·m/s λ＝＝ m≈1.2×10-10 m。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 (2)若一个静止的电子经2 500 V电压加速： ①求能量和这个电子动能相同的光子的波长，并求该光子的波长和这个电子的波长之比。 答案：5.0×10-10 m　20∶1　 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 电子的动量p′＝mv′＝＝＝ kg·m/s≈2.7×10-23 kg·m/s。 电子的波长λ′＝＝ m≈2.5×10-11 m 光子能量E＝Ek′＝＝2 500 eV＝4.0×10-16 J，得 光子波长λ＝＝ m≈5.0×10-10 m 则λ∶λ′＝20∶1。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 ②求波长和这个电子波长相同的光子的能量，并求该光子的能量和这个电子的动能之比。(已知电子的静止能量mc2＝5.0×105 eV，m为电子的静质量，c为光速) 答案：8.0×10-15 J　20∶1 光子能量ε＝≈8.0×10-15 J。 电子动能Ek′＝4.0×10-16 J，所以ε∶Ek′＝20∶1。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 谢 谢 观 看 单元检测卷(六)　波粒二象性 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 $