第6章 波粒二象性 综合拔高练（同步练习）-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高二物理选择性必修第三册（教科版）

综合拔高练 高考真题练 考点1　光子说和光电效应 1.(2025广东,3)有甲、乙两种金属,甲的逸出功小于乙的逸出功。使用某频率的光分别照射这两种金属,只有甲发射光电子,其最大初动能为Ek。下列说法正确的是(　　) A.使用频率更小的光,可能使乙也发射光电子 B.使用频率更小的光,若仍能使甲发射光电子,则其最大初动能小于Ek C.频率不变,减弱光强,可能使乙也发射光电子 D.频率不变,减弱光强,若仍能使甲发射光电子,则其最大初动能小于Ek 2.(2025山东,1)在光电效应实验中,用频率和强度都相同的单色光分别照射编号为1、2、3的金属,所得遏止电压如图所示,关于光电子最大初动能Ek的大小关系正确的是(　　) A.Ek1>Ek2>Ek3　　　　B.Ek2>Ek3>Ek1 C.Ek3>Ek2>Ek1　　　　D.Ek3>Ek1>Ek2 3.(多选题)(2025浙江1月选考,11)如图1所示,三束由氢原子发出的可见光P、Q、R分别由真空玻璃管的窗口射向阴极K。调节滑动变阻器,记录电流表与电压表示数,两者关系如图2所示。下列说法正确的是(　　) 图1　　图2 A.分别射入同一单缝衍射装置时,Q的中央亮纹比R宽 B.P、Q产生的光电子在K处最小德布罗意波长P大于Q C.氢原子向第一激发态跃迁发光时,三束光中Q对应的能级最高 D.对应于图2中的M点,单位时间到达阳极A的光电子数目P多于Q 4.(2024江西,2)近年来,江西省科学家发明硅衬底氮化镓基系列发光二极管(LED),开创了国际上第三条LED技术路线。某氮化镓基LED材料的简化能级如图所示,若能级差为2.20 eV(约3.52×10-19 J),普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,则发光频率约为(　　) A.6.38×1014 Hz　　　　B.5.67×1014 Hz C.5.31×1014 Hz　　　　D.4.67×1014 Hz 5.(多选题)(2024黑吉辽,8)X射线光电子能谱仪是利用X光照射材料表面激发出光电子,并对光电子进行分析的科研仪器。用某一频率的X光照射某种金属表面,逸出了光电子,若增加此X光的强度,则(　　) A.该金属的逸出功增大 B.X光的光子能量不变 C.逸出的光电子最大初动能增大 D.单位时间逸出的光电子数增多 6.(2024新课标,17)三位科学家由于在发现和合成量子点方面的突出贡献,荣获了2023年诺贝尔化学奖。不同尺寸的量子点会发出不同颜色的光。现有两种量子点分别发出蓝光和红光,下列说法正确的是(　　) A.蓝光光子的能量大于红光光子的能量 B.蓝光光子的动量小于红光光子的动量 C.在玻璃中传播时,蓝光的速度大于红光的速度 D.蓝光在玻璃中传播时的频率小于它在空气中传播时的频率 7.(2023浙江1月选考,11)被誉为“中国天眼”的大口径球面射电望远镜已发现660余颗新脉冲星,领先世界。天眼对距地球为L的天体进行观测,其接收光子的横截面半径为R。若天体射向天眼的辐射光子中,有η(η<1)倍被天眼接收,天眼每秒接收到该天体发出的频率为ν的N个光子。普朗克常量为h,则该天体发射频率为ν光子的功率为(　　) A.　　　　B. C.　　　　D. 8.(2023辽宁,6)原子处于磁场中,某些能级会发生劈裂。某种原子能级劈裂前后的部分能级图如图所示,相应能级跃迁放出的光子分别设为①②③④。若用①照射某金属表面时能发生光电效应,且逸出光电子的最大初动能为Ek,则(　　) A.①和③的能量相等 B.②的频率大于④的频率 C.用②照射该金属一定能发生光电效应 D.用④照射该金属逸出光电子的最大初动能小于Ek 9.(2025江苏,12)江门中微子实验室使用我国自主研发的光电倍增管,利用光电效应捕捉中微子信息。光电倍增管阴极金属材料的逸出功为W0,普朗克常量为h。 (1)求该金属的截止频率ν0; (2)若频率为ν的入射光能使该金属发生光电效应,求光电子的最大初动能Ek。 考点2　黑体辐射　物质波 10.(2025四川,2)某多晶薄膜晶格结构可以等效成缝宽约为3.5×10-10 m的狭缝。下列粒子束穿过该多晶薄膜时,衍射现象最明显的是　　　(　　) A.德布罗意波长约为7.9×10-13 m的中子 B.德布罗意波长约为8.7×10-12 m的质子 C.德布罗意波长约为2.6×10-11 m的氮分子 D.德布罗意波长约为1.5×10-10 m的电子 11.(2025陕晋青宁,5)我国首台拥有自主知识产权的场发射透射电镜TH-F120实现了超高分辨率成像,其分辨率提高是利用了高速电子束波长远小于可见光波长的物理性质。一个静止的电子经100 V电压加速后,其德布罗意波长为λ,若加速电压为10 kV,不考虑相对论效应,则其德布罗意波长为(　　) A.100λ　　　　B.10λ　　　　C.λ　　　　D.λ 12.(2024湖南,1)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 强基计划 13.(2024北京强基计划)设有功率为P=1 W的点光源,离点光源R=3 m处有一薄钾片。假定薄钾片中的电子可以在半径约为原子半径r=0.5×10-10 m的圆面积范围内收集能量,已知一个电子脱离钾表面所需的能量约为W=1.8 eV(1 eV=1.6×10-19 J)。 (1)试求电子从照射到逸出所需要的时间t; (2)如果光源发出的是波长λ=5890 (1 =10-10 m)的单色光,试求单位时间内打到钾片上的光子数n。 高考模拟练 应用实践 1.(2025四川遂宁二模)下列说法正确的是(　　) A.对于同一种金属发生光电效应时,光电子的最大初动能不仅与入射光的频率有关,还与入射光的强度有关 B.德布罗意提出物质波的观念被实验证实,表明电子、质子、原子等粒子不但具有粒子的性质而且具有波动的性质 C.戴维孙和汤姆孙分别用单晶和多晶晶体做了电子束衍射实验,证明了电子的粒子性 D.用同种频率的光照射某种金属表面发生光电效应时,光的强度越大,饱和光电流越小 2.(2025广东惠州二模)某防盗报警器工作原理如图所示。用紫外线照射光敏材料制成的阴极时,逸出的光电子在电路中产生电流,电流经放大后使电磁铁吸住铁条。当光源与阴极间有障碍物时,报警器响起。下列说法正确的是　(　　) A.若用红外光源代替紫外光源,该报警器一定能正常工作 B.逸出光电子的最大初动能与照射光频率成正比 C.若用更强的同一频率紫外线照射阴极,光电流变大 D.若用更强的同一频率紫外线照射阴极,所有光电子的初动能均增大 3.(2024湖北三模)爱因斯坦光电效应方程成功解释了光电效应现象。下图中①、②两直线分别是金属A、B发生光电效应时的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像,则下列说法正确的是(　　) A.金属B的逸出功比金属A的小 B.①、②两直线的斜率均为 C.当用频率为9×1014Hz的光分别照射两金属A、B时,A中发出光电子的最大初动能较小 D.当入射光频率ν不变时,增大入射光的光强,则遏止电压Uc增大 4.(2024北京海淀一模)同学们设计的一种光电烟雾报警器的结构和原理如图1和图2所示。光源S向外发射某一特定频率的光,发生火情时有烟雾进入报警器内,由于烟雾对光的散射作用,会使部分光改变方向进入光电管C从而发生光电效应,于是有电流输入报警系统,电流达到I0就会触发报警系统报警。某次实验中,当滑动变阻器的滑片P处于图2所示位置、烟雾浓度增大到n时恰好报警。假设烟雾浓度越大,单位时间内光电管接收到的光子个数越多。已知元电荷为e,下列说法正确的是(　　) 　 A.仅将图2中电源的正负极调换方向,在烟雾浓度为n时也可能触发报警 B.为使烟雾浓度达到1.2n时才触发报警,可以仅将滑片P向左移动到合适的位置 C.单位时间内进入光电管的光子个数为时,一定会触发报警 D.报警器恰好报警时,将图2中的滑片P向右移动后,警报有可能会被解除 5.(多选题)(2025浙江杭州二模)氢原子由高能级向低能级跃迁时,发出可见光光谱如图甲。现用图甲中一定功率的a、b光分别照射某光电管,光电流I与光电管两端电压U的关系如图乙(b光对应图线未画出,其遏止电压与饱和光电流记为Ub、Ib),下列说法正确的是(　　) 甲　　乙 A.若增大a光入射功率,则Ia增大,Ua增大 B.若换用相同功率的b光照射,则Ib<Ia,Ub>Ua C.a、b光照射时逸出光电子的物质波最小波长之比为∶ D.a、b光频率之比为Ua∶Ub 迁移创新 6.(2025江苏苏州一模)用频率为ν0的光照射某种金属发生光电效应,测出光电流i随电压U的变化图像如图所示,已知普朗克常量为h,电子的质量为m、带电荷量为-e,求: (1)每秒内逸出的光电子数n; (2)逸出光电子的最大初动能和电子物质波的最短波长; (3)该频率为ν0的光子是氢原子核外电子从n=4能级跃迁到基态放出来的,求基态氢原子的能级值。(已知En=E1) 答案与分层梯度式解析 高考真题练 1.B 2.B 3.BC 4.C 5.BD 6.A 7.A 8.A 10.D 11.C 12.B 1.B　只有甲发射光电子,说明甲发生了光电效应,乙没有发生光电效应,满足ν>ν甲,且ν<ν乙,则若使用频率更小的光,乙更不可能发生光电效应,乙更不可能发射光电子,A错误;根据爱因斯坦光电效应方程有Ek=hν-W0,若使用频率更小的光,甲射出的光电子最大初动能会变小,即小于Ek,而若频率不变,光强无论增强还是减弱,甲射出的光电子最大初动能均不变,B正确,D错误;金属乙要发生光电效应,需满足入射光频率ν>ν乙,而与入射光光强无关,C错误。 2.B　光电子的最大初动能Ek与遏止电压Uc的关系为Ek=eUc,若使用频率相同的单色光照射不同种类的金属,遏止电压越大,则逸出的光电子最大初动能Ek也越大,根据题图可知Uc2>Uc3>Uc1,则Ek2>Ek3>Ek1,B正确,A、C、D错误。 3.BC　由题图2可知,可见光Q频率最高,可见光P、R频率相等;对于同一单缝衍射装置,波长越长,中央亮条纹越宽,可见光Q波长最短,对应的中央亮条纹最窄,A错误。光束照射在K处时,可见光Q比P产生的光电子的最大初动能大,可知可见光Q产生的光电子的最大动量较大,故德布罗意波长较小,B正确。可见光Q频率较高,能量较大,C正确。由题图2可知,对应于题图2中M点,可见光P和Q对应的光电流一样大,故单位时间到达阳极A的光电子数目相等,D错误。 4.C　从高能级向低能级跃迁时放出光子,ΔE=2.20 eV,由ΔE=hν得,发光频率约为5.31×1014 Hz,故选C。 5.BD　金属的逸出功与光的强度无关,A错误;由Ekm=hν-W0知,最大初动能仅取决于照射光的频率和金属的逸出功,与光强无关,由ε=hν知光子的能量只取决于频率,B正确,C错误;增加光的强度会增加单位时间逸出的光电子数,D正确。 6.A　蓝光的频率大于红光的频率,由E=hν可知,蓝光光子的能量大于红光光子的能量,A正确;蓝光的波长小于红光的波长,由p=可知蓝光光子的动量大于红光光子的动量,B错误;玻璃对蓝光的折射率大于对红光的折射率,由v=可知,在玻璃中传播时,蓝光的速度小于红光的速度,C错误;光由一种介质进入另一种介质,频率不会发生变化,D错误。 7.A　设该天体发射频率为ν的光子的功率为P,则天眼每秒接收的光子能量为Nhν,且有Nhν=·πR2·η,t=1 s,解得P=,故A正确。 8.A　根据该原子能级劈裂前后的部分能级图知,相应能级跃迁放出的光子①和③的能量相等,A正确;②的能量小于④的能量,故②的频率小于④的频率,B错误;用①照射某金属表面时能发生光电效应,而②的频率小于①的频率,则用②照射该金属时不一定能发生光电效应,C错误;④的频率大于①的频率,由爱因斯坦光电效应方程知,用④照射该金属时逸出光电子的最大初动能大于Ek,D错误。 9.答案　(1)　(2)hν-W0 解析　(1)逸出功W0=hν0 则该金属的截止频率ν0= (2)根据光电效应方程可得Ek=hν-W0 10.D　衍射现象的明显程度由波长与障碍物或狭缝尺寸的相对大小关系决定。对于德布罗意波,当狭缝宽度d与粒子的德布罗意波长λ相差不多,或者比波长更小时,能观察到明显的衍射现象。7.9×10-13 m远小于d,衍射现象不明显;8.7×10-12 m也远小于d;2.6×10-11 m不足d的十分之一;λ=1.5×10-10 m与d=3.5×10-10 m的数量级相同且数值接近,最符合发生明显衍射的条件,D正确,A、B、C错误。 11.C　电子由静止被加速,eU=Ek,电子的德布罗意波长λ=,电子的动量p=,联立解得λ=;故==,即其德布罗意波长λ'=λ,C正确。 12.B　普朗克认为黑体辐射的能量是不连续的,A错误;当入射光的频率高于金属的极限频率时可以发生光电效应,红光照射可以让电子从某金属表面逸出,若改用频率更高的紫光照射,也可以让电子从该金属表面逸出,B正确;康普顿研究石墨对X射线散射时,发现散射后除了与原波长相同的射线成分外,还有波长大于原波长的射线成分,C错误;德布罗意认为质子和电子都具有波动性,D错误。 13.答案　(1)4×103 s　(2)2×10-4 解析　(1)电子吸收能量的面积为S1=πr2,由光源发射的辐射均匀分布在以点光源为中心的球形波阵面上,该波阵面的面积为S2=4πR2,所以钾片电子吸收光源的能量的功率为P'=P=P≈7×10-23 W 则所需的时间t=≈4×103 s (2)每个光子的能量E0=≈3.4×10-19 J 因此单位时间内打到钾片上的光子数为n=≈2×10-4个 高考模拟练 1.B 2.C 3.B 4.B 5.BC 1.B　根据光电效应方程Ek=hν-W0,可知对于同一种金属发生光电效应时,光电子的最大初动能只与入射光的频率有关,而与入射光的强度无关,A错误;德布罗意提出物质波的观念被实验证实,表明电子、质子、原子等粒子不但具有粒子的性质而且具有波动的性质,B正确;戴维孙和汤姆孙分别用单晶和多晶晶体做了电子束衍射实验,证明了电子的波动性,C错误;用同种频率的光照射某种金属表面发生光电效应时,光的强度越大,饱和光电流越大,D错误。故选B。 2.C　由光电效应方程知Ek=hν-W0,红外光频率小于紫外光频率,该光敏材料极限频率未知,则红外光照射不一定会发生光电效应,A错误;由光电效应方程知,逸出光电子的最大初动能与照射光频率有关,但不成正比,B错误;光照强度越强,光电子越多,光电流越大,C正确;由光电效应方程知,光电子的最大初动能只与光的频率有关,与光照强度无关,D错误。 3.B　根据光电效应方程Ek=hν-W0可知,当Ek=0时W0=hν,图像②对应的截止频率ν大,则金属B的逸出功大,A错误;根据Ek=hν-W0和eUc=Ek,解得Uc=-,可知①、②两直线的斜率均为,B正确;当用频率为9×1014Hz的光分别照射两金属A、B时,直线①对应的遏止电压Uc大,则A中发出光电子的最大初动能较大,C错误;当入射光频率ν不变时,增大入射光的光强,遏止电压Uc不变,饱和电流增大,D错误。 4.B　图2光电管两端加的是正向电压,仅将图2中电源的正负极调换方向,则光电管两端加反向电压,对光电子的运动起减速作用,所以调换方向后光电流会减小(还有可能为零),在烟雾浓度为n时无法触发报警,A错误;烟雾浓度增加时,单位时间内光电管接收到的光子个数增多,光电子数增多,电流会增大,为使烟雾浓度达到1.2n时才触发报警,就要减小一定烟雾浓度时对应的电流,即要减小从K极到达A极的光电子数占产生总光电子数的比例,滑片P需要向左滑动到合适位置,减小两极间的电压,B正确;单位时间内进入光电管的光子个数为时,可能受到两端电压的限制,在K极产生的光电子不一定全部到达A极,所以不一定能让报警系统的电流达到I0,不一定能触发报警,C错误;报警器恰好报警时,将滑片P向右移动,会增大两极间的电压,不会解除警报,D错误。故选B。 5.BC　根据爱因斯坦光电效应方程有Ekm=hν-W0,根据动能定理有eUc=Ekm,所以若增大a光入射功率,则Ia增大,但遏止电压Ua不变,A错误。由图甲可知,a光的频率小于b光的频率,所以对应的遏止电压Ub>Ua;根据E=hν可知,a光光子的能量小于b光光子的能量,若换用相同功率的b光照射,则b光对应的光子数较少,则产生的光电子个数较少,所以对应的饱和光电流较小,即Ib<Ia,B正确。根据动能定理有eUc=Ekm,根据动能和动量的关系有p=,根据德布罗意波长公式有λ=,联立以上各式可得最小波长之比为∶,C正确;根据爱因斯坦光电效应方程结合动能定理有eUc=Ekm=hν-W0,因为不知道材料的逸出功,所以无法计算a、b光的频率之比,D错误。故选B、C。 6.答案　(1)　(2)eUc　　(3)-hν0 解析　(1)每秒内有n个光子照射在金属上,饱和光电流为Im=ne 每秒内逸出的光电子数n= (2)由图可知遏止电压为Uc,根据动能定理有 0-Ek=-eUc 逸出光电子的最大初动能Ek=eUc 物质波的波长公式为λ= 又电子动量p= 逸出光电子的物质波的最短波长为λ= (3)该频率为ν0的光子的能量为hν0=E4-E1 又E4=E1=E1 得基态氢原子的能级值E1=-hν0 学科网（北京）股份有限公司 $