2020高中物理第十七章波粒二象性高考真题集训含解析 人教版选修3-5

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2020高中物理第十七章波粒二象性高考真题集训含解析 人教版选修3-5

第十七章 高考真题集训 一、选择题 ‎1.(2018·全国卷Ⅱ)用波长为300 nm的光照射锌板,电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10-19 J。已知普朗克常量为6.63×10-34 J·s,真空中的光速为3.00×108 m·s-1,能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为(  )‎ A.1×1014 Hz B.8×1014 Hz C.2×1015 Hz D.8×1015 Hz 答案 B 解析 由光电效应方程Ek=hν-W0,得W0=hν-Ek=h-Ek。刚好发生光电效应的临界条件是最大初动能Ek=0时,入射光的频率为ν0,则W0=hν0,代入数据可得:ν0=8×1014 Hz,故B正确。‎ ‎2.(2017·全国卷Ⅲ)(多选)在光电效应实验中,分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上,测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为普朗克常量。下列说法正确的是(  )‎ A.若νa>νb,则一定有Uaνb,则一定有Eka>Ekb C.若Uaνb,则一定有hνa-Eka>hνb-Ekb 答案 BC 解析 光电效应中遏止电压与最大初动能之间的关系为eU=Ek,根据光电效应方程可知Ek=hν-W0,若νa>νb,则Eka>Ekb,Ua>Ub,选项A错误,选项B正确;若Uaνc>νa,由于光的频率越大,折射率越大,光的偏折角度越大,故C正确,A、B、D错误。‎ ‎4.(2017·北京高考)2017年年初,我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置,发出了波长在100 nm(1 nm=10-9 m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲,“大连光源”因其光子的能量大、密度高,可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。‎ 一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子,但又不会把分子打碎。据此判断,能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h=6.6×10-34 J·s,真空光速c=3×108 m/s)(  )‎ A.10-21 J B.10-18 J C.10-15 J D.10-12 J 答案 B 解析 一个处于极紫外波段的光子所具有的能量E=hν=h=6.6×10-34× J≈10-18 J,选项B正确。‎ ‎5.(2017·天津高考) 明代学者方以智在《阳燧倒影》中记载:“凡宝石面凸,则光成一条,有数棱则必有一面五色”,表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象。如图所示,一束复色光通过三棱镜后分解成两束单色光a、b,下列说法正确的是(  )‎ A.若增大入射角i,则b光先消失 B.在该三棱镜中a光波长小于b光 C.a光能发生偏振现象,b光不能发生 D.若a、b光分别照射同一光电管都能发生光电效应,则a光的遏止电压低 答案 D 解析 A错:增大入射角i,a、b 6‎ 光都不会消失。B错:复色光通过三棱镜后分解成两束单色光,b光比a光的偏折角大,折射率大,频率高,波长短。即nb>na,νb>νa,λb<λa。C错:光波是横波,偏振现象是横波所特有的现象,a、b光都能发生偏振现象。D对:根据遏止电压Uc=ν-及νb>νa可知,b光的遏止电压高。‎ ‎6.(2016·全国卷Ⅰ)(多选)现用某一光电管进行光电效应实验,当用某一频率的光入射时,有光电流产生。下列说法正确的是(  )‎ A.保持入射光的频率不变,入射光的光强变大,饱和光电流变大 B.入射光的频率变高,饱和光电流变大 C.入射光的频率变高,光电子的最大初动能变大 D.保持入射光的光强不变,不断减小入射光的频率,始终有光电流产生 E.遏止电压的大小与入射光的频率有关,与入射光的光强无关 答案 ACE 解析 保持入射光的频率不变,入射光的光强变大,单位时间内逸出的光电子个数增加,则饱和光电流变大,故A正确;饱和光电流的大小与入射光的频率无直接关系,故B错误;由Ek=hν-W,可知C正确。当入射光的频率小于金属的极限频率时,光电效应不能发生,故D错误;由eU=mv2=hν-W得eU=hν-W,可见,遏止电压U随ν的增大而增大,与入射光的光强无关,故E正确。‎ ‎7.(2015·江苏高考)(多选)波粒二象性是微观世界的基本特征,以下说法正确的有(  )‎ A.光电效应现象揭示了光的粒子性 B.热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性 C.黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释 D.动能相等的质子和电子,它们的德布罗意波长也相等 答案 AB 解析 光电效应现象、黑体辐射的实验规律都可以用光的粒子性解释,选项A正确,选项C错误;热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性,选项B正确;由德布罗意波长公式λ=和p2=2mEk知动能相等的质子和电子动量不同,德布罗意波长不相等,选项D错误。‎ ‎8.(2019·北京高考)光电管是一种利用光照射产生电流的装置,当入射光照在管中金属板上时,可能形成光电流。表中给出了6次实验的结果。‎ 6‎ 由表中数据得出的论断中不正确的是(  )‎ A.两组实验采用了不同频率的入射光 B.两组实验所用的金属板材质不同 C.若入射光子的能量为5.0 eV,逸出光电子的最大动能为1.9 eV D.若入射光子的能量为5.0 eV,相对光强越强,光电流越大 答案 B 解析 光子的能量E=hν,两组实验中入射光子的能量不同,故入射光的频率不同,A正确;由爱因斯坦的光电效应方程hν=W+Ek,可求出两组实验中金属板的逸出功W均为3.1 eV,故两组实验所用的金属板材质相同,B错误;由hν=W+Ek,W=3.1 eV,当hν=5.0 eV时,Ek=1.9 eV,C正确;相对光强越强,单位时间内射出的光子数越多,单位时间内逸出的光电子数越多,形成的光电流越大,D正确。‎ 二、填空题 ‎9.(2019·天津高考)第26届国际计量大会决定,质量单位“千克”用普朗克常量h定义,“国际千克原器”于2019年5月20日正式“退役”。h的数值为6.63×10-34,根据能量子定义,h的单位是________,该单位用国际单位制中的力学基本单位表示,则为________。‎ 答案 J·s kg·m2/s 解析 普朗克常量h的单位为J·s;由W=Fl及F=ma可推导:1 J·s=1 N·m·s=1 kg·m·s-2·m·s=1 kg·m2/s。‎ ‎10.(2018·江苏高考)光电效应实验中,用波长为λ0的单色光A照射某金属板时,刚好有光电子从金属表面逸出。当波长为的单色光B照射该金属板时,光电子的最大初动能为________,A、B两种光子的动量之比为________。(已知普朗克常量为h、光速为c)‎ 答案  1∶2‎ 6‎ 解析 根据光电效应方程Ek=hν-W0,又ν=,所以有0=-W0,Ek=-W0,解得Ek=;又光子动量p=,所以A、B两种光子的动量之比为1∶2。‎ ‎11.(2017·江苏高考)质子(H)和α粒子(He)被加速到相同动能时,质子的动量________(选填“大于”“小于”或“等于”)α粒子的动量,质子和α粒子的德布罗意波波长之比为________。‎ 答案 小于 2∶1‎ 解析 由p=mv,Ek=mv2知,p=,质子质量小于α粒子质量,动能相同时质子动量小。由λ=知,===2∶1。‎ ‎12.(2016·江苏高考)已知光速为c,普朗克常量为h,则频率为ν的光子的动量为________。用该频率的光垂直照射平面镜,光被镜面全部垂直反射回去,则光子在反射前后动量改变量的大小为________。‎ 答案   解析 光子的动量p==,垂直反射回去Δp=-=。‎ ‎13.(2015·全国卷Ⅰ)在某次光电效应实验中,得到的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系如图所示。若该直线的斜率和截距分别为k和b,电子电荷量的绝对值为e,则普朗克常量可表示为________,所用材料的逸出功可表示为________。‎ 答案 ek -eb 解析 由光电效应方程,光电子的最大初动能mv2=hν-Wc。根据动能定理,eUc=mv2,联立解得:Uc=ν-。对照题给遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系图象,可知:图象斜率k=,解得普朗克常量h=ek。图象在纵轴上的截距b=-,解得所用材料的逸出功Wc=-eb。‎ 三、计算题 ‎14.(2016·江苏高考)几种金属的逸出功W0见下表:‎ 金属 钨 钙 钠 钾 铷 W0(×10-19 J)‎ ‎7.26‎ ‎5.12‎ ‎3.66‎ ‎3.60‎ ‎3.41‎ 用一束可见光照射上述金属的表面,请通过计算说明哪些能发生光电效应。已知该可见光的波长范围为4.0×10-7~7.6×10-7 m,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s。‎ 6‎ 答案 见解析 解析 光子的能量E=,取λ=4.0×10-7 m,则 E≈5.0×10-19 J 根据E>W0判断,钠、钾、铷能发生光电效应。‎ ‎15.(2019·江苏高考)在“焊接”视网膜的眼科手术中,所用激光的波长λ=6.4×10-7 m,每个激光脉冲的能量E=1.5×10-2 J。求每个脉冲中的光子数目。(已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,光速c=3×108 m/s。计算结果保留一位有效数字)‎ 答案 5×1016‎ 解析 光子能量ε=,‎ 光子数目n=,‎ 联立并代入数据得n≈5×1016。‎ 6‎
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