第6章 单元过关检测(五)波粒二象性（Word练习）-【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（鲁科版）

单元过关检测(五) (分值：100分) 一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求) 1．波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的是(　　) A．电子束通过双缝后形成的干涉图样可用电子的粒子性解释 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．康普顿效应说明光具有波动性 D．黑体既不反射电磁波，也不向外辐射电磁波 解析：选B。电子束通过双缝后形成的干涉图样可用电子的波动性解释，A错误；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，B正确；康普顿效应说明光具有粒子性，C错误；自然界的任何物体都向外辐射电磁波，黑体是一个理想化的物体，能吸收各种电磁波而不反射电磁波，故D错误。 2．关于光电效应现象，下列说法中正确的是(　　) A．只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能发生 B．光电子的最大初动能跟入射光的强度成正比 C．发生光电效应的时间一般都大于10－7 s D．保持入射光频率不变，发生光电效应时，单位时间内从金属内逸出的光电子数与入射光的强度成正比 解析：选D。由ε＝hν＝h知，当入射光波长大于极限波长时，不能发生光电效应，A错误；由Ek＝hν－W0 知，光电子的最大初动能与入射光频率有关，与入射光的强度无关，B错误；发生光电效应的时间一般不超过10－9 s，C错误；保持入射光频率不变，发生光电效应时，单位时间内从金属内逸出的光电子数与入射光的强度成正比，D正确。 3．在中子衍射技术中，常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波波长与晶体中原子间距相近。已知中子质量m＝1.67×10－27 kg，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，可以估算德布罗意波波长λ＝1.82×10－10 m的热中子动能的数量级为(　　) A．10－17 J　　　　 　 　 B．10－19 J C．10－21 J D．10－24 J 解析：选C。根据德布罗意波波长公式λ＝可算出中子动量大小，再由p2＝2mEk即可算出热中子的动能。由λ＝，p2＝2mEk，得Ek＝，代入数据，有Ek≈3.97×10－21 J，数量级为10－21 J，故C正确。 4．下列说法中正确的是(　　) A．紫外线照射锌板能够发生光电效应，一个电子吸收一个光子的能量后，一定能够从锌板里逸出 B．爱因斯坦的光子说与普朗克的能量子观点是相同的 C．基态氢原子的能量为－13.6 eV，用频率为3.38×1015 Hz的光照射基态氢原子，一定可以使电子跃迁(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，电子电荷量e＝1.6×10－19 C) D．用紫外线照射锌板，锌板中的电子能从其表面逸出，由于电子带负电，所以锌板带负电 解析：选C。紫外线照射锌板能够发生光电效应，但并不代表一个电子吸收一个光子的能量后，一定能够从锌板里逸出，例如距离原子核较近的电子就有可能吸收一个光子的能量后，从低能级跃迁到高能级，但不一定能从锌板里逸出，故A错误；爱因斯坦的光子说与普朗克的能量子观点是不同的，爱因斯坦的说法更深入一些，普朗克只是假设能量的发射和吸收是一份一份的，并没有涉及能量本身，而爱因斯坦实质上是假设了能量本身就是不连续的，故B错误；氢原子在基态时所具有的能量为－13.6 eV，将其电离是使电子跃迁到无穷远，根据玻尔理论知所需的能量为13.6 eV，而频率为3.38×1015 Hz的光子的能量为E＝hν＝6.63×10－34×3.38×1015 J＝ eV≈14.01 eV，大于基态氢原子电离所需要的能量，所以用频率为3.38×1015 Hz的光照射基态氢原子，一定可以使电子发生跃迁，故C正确；用紫外线照射锌板，锌板中的电子能从其表面逸出，由于锌板失去电子，所以锌板带正电，故D错误。 5．如图，用一定频率的单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，则(　　) A．电源右端应为正极 B．流过电流表G的电流大小取决于入射光的频率 C．流过电流表G的电流方向是a流向b D．普朗克解释了光电效应并提出光子能量ε＝hν 解析：选C。发生光电效应时，电子从光电管右端运动到左端，电流的方向与电子定向移动的方向相反，所以流过电流表G的电流方向是a流向b，故C正确；光电管两端可能是正向电压也可能是反向电压，所以电源右端可能为正极，也可能为负极，故A错误；流过电流表G的电流大小取决于入射光的强度，与入射光的频率无关，故B错误；爱因斯坦解释了光电效应并提出光子能量ε＝hν，故D错误。 6．小理利用如图1所示的装置研究光电效应实验，用甲、乙、丙三条可见光照射同一光电管，得到如图2所示的三条光电流与电压的关系曲线。下列说法中正确的是(　　) A．同一光电管对不同单色光的极限频率不同 B．电流表A的电流方向一定是a流向b C．甲光对应的光电子最大初动能最大 D．如果丙光是紫光，则乙光可能是黄光 解析：选B。光电管的极限频率由光电管本身决定，与入射光无关，A错误；光电子从光电管的阴极K逸出，流过电流表A的电流方向为a到b，B正确；由题图2知乙光照射光电管对应的遏止电压最大，即乙光对应的光电子的最大初动能最大，C错误；丙光对应的遏止电压比乙光小，光电子的最大初动能较小，根据光电效应方程Ekm＝hν－W可知丙光的频率较小，如果丙光是紫光，则乙光不可能是黄光，D错误。 7．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，方法是让电子束通过电场加速后，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，则下列说法正确的是(　　) A．该实验说明了电子具有粒子性 B．实验中电子束的德布罗意波长λ＝ C．加速电压U越大，电子的衍射现象越明显 D．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显 解析：选B。实验得到了电子的衍射图样，说明电子这种实物粒子发生了衍射，说明电子具有波动性，故A错误；由动能定理可知，eU＝mv2－0，经过电场加速后电子的速度v＝，电子的德布罗意波长λ＝＝＝＝，故B正确；由电子的德布罗意波长公式λ＝可知，加速电压越大，电子的德布罗意波长越短，衍射现象越不明显，故C错误；质子与电子所带电荷量相同，但是质子质量大于电子质量，动量与动能间存在关系p＝，所以由λ＝＝可知，质子的德布罗意波长小于电子的德布罗意波长，波长越小则衍射现象越不明显，故D错误。 二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分) 8．如图所示，这是一个研究光电效应的电路图，下列叙述正确的是(　　) A．只调换电源的极性，移动滑片P，当电流表示数为零时，电压表示数为遏止电压Uc的数值 B．保持光照条件不变，滑片P向右滑动的过程中，电流表示数将一直增大 C．不改变光束颜色和电路，增大入射光束强度，电流表示数会增大 D．阴极K需要预热，光束照射后需要一定的时间才会有光电流 解析：选AC。当只调换电源的极性时，电子从K到A做减速运动，到达A恰好速度为零时对应电压为遏止电压，所以A正确；当其他条件不变，P向右滑动时，加在光电管两端的电压增加，光电子运动更快，由I＝得电流表读数变大，但当达到饱和光电流时，电流表示数不变，B错误；只改变光束强度时，单位时间内光电子数变多，电流表示数变大，C正确；因为光电效应的发生是瞬时的，阴极K不需要预热，D错误。 9．Cs和Ca两种金属发生光电效应时，其对应的截止电压与入射光频率的关系如图所示。已知Cs的逸出功小于Ca，则(　　) A．图像中①对应的是Cs，②对应的是Ca B．两条图像的斜率不同 C．若同频率的光照射两种金属均发生光电效应，Cs产生的光电子的最大初动能较大 D．光电效应说明光具有波动性 解析：选AC。由题图可知，①的截止频率较低，逸出功W0与截止频率νc的关系为W0＝hνc，故①的逸出功较小，为Cs，②对应的是Ca，故A正确；由光电效应方程和电场力做功的关系式可得eUc＝hν－W0，可得Uc＝ν－，故两直线的斜率均为，故B错误；由于Cs的逸出功较小，故同频率的光照射时其产生的光电子的最大初动能较大，故C正确；光电效应说明光具有粒子性，故D错误。 10．电子双缝干涉实验是近代证实物质波存在的实验。如图所示，电子枪持续发射的电子动量为1.2×10－23 kg·m/s，然后让它们通过双缝打到屏上。已知电子质量取9.1×10－31 kg，普朗克常量取6.6×10－34 J·s，下列说法正确的是(　　) A．发射电子的动能约为8.0×10－15J B．发射电子的物质波波长约为5.5×10－11m C．只有成对电子分别同时通过双缝才能发生干涉 D．如果电子是一个一个发射的，仍能得到干涉图样 解析：选BD。根据动量的大小与动能的关系可知发射电子的动能约为Ek＝＝ J≈8.0×10－17J，故A错误；发射电子的物质波波长约为λ＝＝ m＝5.5×10－11 m，故B正确；物质波也具有波粒二象性，故电子的波动性是每个电子本身的性质，则每个电子依次通过双缝也能发生干涉现象，只是需要大量电子显示出干涉图样，故C错误，D正确。 三、非选择题(本题共5小题，共54分) 11．(6分)如图所示的实验电路，当用黄光照射光电管中的金属涂层时，毫安表的指针发生了偏转。若将电路中的滑动变阻器的滑片P向右移动到某一位置时，毫安表的读数恰好减小到零，此时电压表读数为U。若此时增加黄光照射的强度，则毫安表________(选填“有”或“无”)示数。若改用蓝光照射光电管中的金属涂层，则毫安表________(选填“有”或“无”)示数。 解析：光电效应的原理是当有频率足够大的光照射到金属表面时，将会使金属中的电子获得足够能量而从表面逸出，逸出的光电子向另一极板定向移动而形成电流。当增加黄光照射的强度时，不能增加光电子的最大初动能，故毫安表无示数。当改用蓝光照射时，照射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，光电子能到达A极，形成电流。 答案：无　有 12．(9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) 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 eV－2 eV＝3 eV＝4.8×10－19 J。 答案：(1)减小　(2)b光　(3)4.8×10－19 13．(11分)金属晶体中晶格大小的数量级是10－10 m。电子经电场加速，形成一电子束，电子束照射该金属晶体时，获得明显的衍射图样。问这个加速电场的电压约为多少？(已知电子的电荷量e＝1.6×10－19 C，质量m＝0.90×10－30 kg，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s) 解析：根据波长发生明显衍射的条件可知，当运动电子的德布罗意波波长与晶格大小差不多时，可以得到明显的衍射现象，设加速电场的电压为U，电子经电场加速后获得的速度为v，对加速过程由动能定理得 eU＝mv2① 电子的德布罗意波波长 λ＝② 其中p＝mv③ 联立①②③式可得U＝≈153 V。 答案：153 V 14．(12分)端窗式光电倍增管(PMT)是光电探测装置，其主要结构为光阴极和倍增极。当波长为λ的入射光照射到光阴极上时，从光阴极上有电子逸出，光电子的最大速率为vm，光阴极和第一倍增极间的加速电压为U。已知电子电荷量为e，质量为m，普朗克常量为h，光速为c。求： (1)光阴极材料的逸出功W0；(6分) (2)光电子到达第一倍增极的最大动能。(6分) 解析：(1)根据光电效应方程有 Ek＝h－W0＝mv 解得W0＝h－mv。 (2)由动能定理有eU＝Ekm －Ek 解得Ekm＝eU＋mv。 答案：(1)h－mv　(2)eU＋mv 15．(16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用极限波长为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，真空中光速为c。 (1)求t时间内由K极发射的光电子数N。(4分) (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。(6分) (3)将开关S拨向2，为能测出对应的遏止电压，求入射激光频率的最大值νm。(6分) 解析：(1)根据公式Imt＝Ne，解得t时间内由K极发射的光电子数N＝。 (2)根据爱因斯坦光电效应方程有Ek＝hν－hν0＝h－h，所以当阳极A和阴极K之间的电压为U1时，电子到达A极时的最大动能Ekm＝U1e＋Ek，解得Ekm＝U1e＋hc。 (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＝Ek＝h 解得νm＝＋。 答案：(1)　(2)U1e＋hc　(3)＋ 学科网（北京）股份有限公司 $