2021高考物理人教版一轮考评训练：课练 37 波粒二象性
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课练37 波粒二象性
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练基础小题
1．[2020·河南开封模拟]物理学家金斯说过：“虽然h的数值很小，但是我们应当承认它是关系到保证宇宙的存在的．如果说h严格地等于0，那么宇宙间的物质能量将在十亿分之一秒的时间内全部变为辐射，”其中h是普朗克常量．关于h的单位，用国际单位制的基本单位表示，正确的是( )
A．J·s B．J/s
C．kg·m2·s－1 D．kg·m2·s3
2．[2020·湖南永州二模]用强度相同的红光和蓝光分别照射同一种金属，均能使该金属发生光电效应．下列判断正确的是( )
A．用红光照射时，该金属的逸出功小，用蓝光照射时该金属的逸出功大
B．用红光照射时，逸出光电子所需时间长，用蓝光照射时逸出光电子所需时间短
C．用红光照射时，逸出的光电子最大初动能小，用蓝光照射时逸出的光电子最大初动能大
D．若增加入射光的强度，逸出的光电子最大初动能相应增加
3．[2020·云南曲靖四中考试](多选)如图所示是甲、乙两种金属的光电子的最大初动能与入射光频率的关系图象，由图象可知( )
A．甲金属的逸出功比乙金属的逸出功大
B．同一色光照射下，甲金属发射的光电子的最大初动能比乙金属发射的光电子的最大初动能大
C．要获得相等的最大初动能的光电子，照射甲金属的光的频率要比照射乙金属的光的频率大
D．无论用什么金属做实验，图象的斜率不变
4．[2020·安徽示范高中考试]如图所示，为一含光电管电路，滑动变阻器触头P位于a、b之间某点，用光照射光电管阴极，电表指针无偏转，要使电表指针偏转，可能有效的措施是( )
A．加大照射光的强度
B．用频率更高的光照射
C．将P向a滑动
D．将电源正、负极对调
5．下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是( )
6.
研究光电效应的电路如图所示，用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流．则在如图所示的光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图象中，正确的是( )
练高考小题
7．[2014·广东卷](多选)在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应．下列说法正确的是( )
A．增大入射光的强度，光电流增大
B．减小入射光的强度，光电效应现象消失
C．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应
D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大
8．[2016·全国卷Ⅰ改编](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
9．[2019·北京卷]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．
组
次
入射光子的
能量/eV
相对
光强
光电流大
小/mA
逸出光电子的
最大动能/eV
第一组
1
2
3
4.0
4．0
4．0
弱
中
强
29
43
60
0.9
0．9
0．9
第二组
4
5
6
6.0
6．0
6．0
弱
中
强
27
40
55
2.9
2．9
2．9
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
10．[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
11．[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Ua
νb，则一定有Eka>Ekb
C．若Uaνb，则一定有hνa－Eka>hνb－Ekb
练模拟小题
12．[2013·北京卷]以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出．强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实．
光电效应实验装置示意如图．用频率为ν的普通光源照射阴极K，没有发生光电效应．换用同样频率ν的强激光照射阴极K，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U，即将阴极K接电源正极，阳极A接电源负极，在K、A之间就形成了使光电子减速的电场．逐渐增大U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是下列的(其中W为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电荷量)( )
A．U＝－ B．U＝－
C．U＝2hν－W D．U＝－
13．[名师原创]关于波粒二象性，下列说法中正确的是( )
A．图1中紫光照射到锌板上可以发生光电效应，则其他可见光照射到锌板上也一定可以发生光电效应
B．图2中入射光的强度越大，则在阴极板上产生的光电子的最大初动能越大
C．图3说明光子既有粒子性也有波动性
D．戴维孙和G.P.汤姆孙利用图4证明了电子具有波动性
14．[2020·湖南省湘潭一中摸底]如图所示，是某次实验中得到的甲、乙两种金属的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图象，两金属的逸出功分别为W甲、W乙，如果用ν1频率的光照射两种金属，光电子的最大初动能分别为E甲、E乙，则下列关系正确的是( )
A．W甲>W乙 B．W甲E乙 D．E甲＝E乙
15．[2020·辽宁省沈阳重点中学联考](多选)图1所示为氢原子能级图，大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时能辐射出多种不同频率的光，其中用从n＝4能级向n＝2能级跃迁时辐射的光照射图2所示光电管的阴极K时，电路中有光电流产生，则( )
A．若将滑片右移，电路中光电流增大
B．若将电源反接，电路中可能有光电流产生
C．若阴极K的逸出功为1.05 eV，则逸出的光电子最大初动能为2.4×10－19 J
D．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时辐射出的光子中只有4种光子能使阴极K发生光电效应
16．[2020·南昌模拟]如图所示为研究光电效应现象的装置，阴极K与滑动变阻器的中心抽头c相连，当滑动触头P从a移到c的过程中，光电流始终为零，为了产生光电流，可采取的措施是( )
A．增大入射光的强度
B．增大入射光的频率
C．将P从c向a移动
D．将P从c向b移动
———[综合测评 提能力]———
一、单项选择题(本题共8小题，每小题3分，共24分)
1．[2020·江西红色七校一联]
科学家在对阴极射线的研究中发现了电子，使人们对微观世界的认识进入了一个新的时代，电子的发现是19世纪末物理学史上的三大发现之一．在X射线管中，阴极发射的电子被加速后打到阳极(不计电子的初速度)，会产生包括X光在内的各种能量的光子，其中光子能量的最大值等于电子的动能．已知阳极与阴极之间的电势差U、普朗克常量h、元电荷e和光速c，则可知该X射线管发出的X光的( )
A．最短波长为 B．最长波长为
C．最小频率为 D．最大频率为
2．[2019·长春外国语学校期末]用如图所示的装置研究光电效应现象，当用能量为3.0 eV的光子照射到光电管上时，电流表G的读数为0.2 mA.移动滑动变阻器的触头c，当电压表的示数大于或等于0.7 V时，电流表示数为0，则( )
A．电键K断开后，没有电流流过电流表G
B．所有光电子的初动能为0.7 eV
C．光电管阴极的逸出功为2.3 eV
D．改用能量为1.5 eV的光子照射，电流表G也有电流，但电流较小
3．关于光电效应和康普顿效应的规律，下列说法正确的是( )
A．光电效应中，金属板向外发射的光电子又可以叫做光子
B．康普顿效应说明光具有波动性
C．对于同种金属而言，遏止电压与入射光的频率无关
D．石墨对X射线散射时，部分X射线的散射光波长会变长，这个现象称为康普顿效应
4．如图所示，真空中有一平行板电容器，两极板分别用锌板和铜板制成(锌板和铜板的截止频率分别为ν1和ν2，且ν1<ν2)，极板的面积为S，间距为d.锌板与灵敏静电计相连，锌板和铜板原来都不带电．现用频率为ν(ν1<ν<ν2)的单色光持续照射两板内表面，假设光电子全部到达另一极板，则电容器的最终带电荷量Q正比于( )
A.(ν1－ν) B.(ν1－ν2)
C. D.(ν－ν1)
5．下列关于光电效应的说法中正确的是( )
A．在光电效应中，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
B．只有入射光的频率大于所照射金属的极限频率时才能发生光电效应
C．对于某种金属，只要入射光的强度足够大，就会发生光电效应
D．用大于金属极限频率的光照射该金属时，入射光越强，光电子的最大初动能越大
6．用如图所示的装置研究光电效应现象，此时理想电压表的示数为零．如用蓝光照射K极，Ⓖ表的示数不为零，那么下列有关说法正确的是( )
A．如果将滑片P向左滑动，Ⓖ表的示数可能不变
B．如果将滑片P向右滑动，Ⓖ表的示数将增大
C．如果将蓝光换成紫光，Ⓖ表的示数将增大
D．如果将蓝光换成绿光，Ⓖ表的示数将为零
7．如图所示，一单色光照射到极限频率为ν0的锌板上，逸出的光电子运动方向与匀强电场方向相同，电场仅存在于锌板的左侧．已知光电子在电场中运动的最大距离为L，电场强度为E，电子的电荷量为－e，则照射光的频率为( )
A．ν0＋ B．ν0－
C. D.－ν0
8．[2020·湖北八校联考]如图甲所示，在光电效应实验中，某同学用相同频率的单色光，分别照射阴极材料为锌和铜的两个不同的光电管，结果都能发生光电效应．图乙为其中一个光电管的遏止电压Uc随入射光频率ν
变化的函数关系图象．对于这两个光电管，下列判断不正确的是( )
A．因为材料不同，逸出功不同，所以遏止电压Uc不同
B．光电子的最大初动能不同
C．因为光强不确定，所以单位时间逸出的光电子数可能相同，饱和光电流也可能相同
D．两个光电管的Uc－ν图象的斜率可能不同
二、多项选择题(本题共2小题，每小题4分，共8分)
9．[2020·湖南长沙市高三模拟]金属钙的逸出功为4.3×10－19 J，普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s，以下说法正确的是( )
A．用波长为400 nm的单色光照射金属钙，其表面有光电子逸出
B．用波长为400 nm的单色光照射金属钙，不能产生光电效应现象
C．若某波长的单色光能使金属钙产生光电效应现象，则增大光的强度将会使光电子的最大初动能增大
D．若某波长的单色光能使金属钙产生光电效应现象，则减小光的强度将会使单位时间内发射的光电子数减少
10．如图所示，电路中所有元件都是完好的，当光照射到光电管上时，灵敏电流计指针未发生偏转，可能的原因是( )
A．入射光强度较弱
B．入射光波长太长
C．光照射时间太短
D．电源正负极接反
三、非选择题(本题共3小题，共23分)
11．(6分)用如图甲所示的装置研究光电效应，当用光子能量为5 eV的光照射光电管时，测得电流表的示数随电压变化的图象如图乙所示．则光电子的最大初动能为________J，阴极所用材料的逸出功为__________J．(电子电荷量e＝1.6×10－19 C)
12．(7分)光具有波粒二象性，光子能量E0＝hν(ν为光子频率)，在爱因斯坦提出光子说后，法国物理学家德布罗意提出了光子动量与光波波长的关系p＝，若某激光管以功率PW＝60 W发射波长λ＝663 nm的光束，则该激光管在1 s内发射出的光子数为________，若光束全部被某黑体表面吸收，则该光束对黑体表面的作用力大小为______．(光在真空中传播速度c＝3×108 m/s，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s)
13．(10分)如图甲所示是研究光电效应规律的光电管．用波长λ＝0.50 μm的绿光照射阴极K，实验测得流过Ⓖ表的电流I与AK之间的电势差UAK满足如图乙所示规律，取h＝6.63×10－34 J·s.结合图象，求：(结果保留两位有效数字)
(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极K时的最大动能；
(2)该阴极材料的极限波长．
课练37 波粒二象性
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1．C 光子的能量可以由普朗克常量得出，即E＝hν＝，所以h＝，能量的单位是J,1 J＝1 N·m＝1 kg·m2·s－2，波长的单位是m，光速的单位是m·s－1，所以h的单位用国际单位制的基本单位表示是kg·m2s－1，选项C正确，A、B、D均错误．
2．C 强度相同的红光和蓝光分别照射同一种金属，均能使该金属发生光电效应，可知红光和蓝光的频率都大于该金属的截止频率，金属的逸出功与照射光的频率无关，故A错误；发生光电效应的时间极短，即逸出光电子在瞬间完成，小于10－9 s，与光的频率无关，故B错误；根据Ekm＝hν－W0，金属的逸出功不变，红光的频率小，蓝光的频率大，则蓝光照射时逸出的光电子最大初动能大，与光照强度无关，故C正确，D错误．
3．BD 光电效应方程Ek＝hν－W0，其中W0为金属的逸出功，W0＝hν0，根据图象可知，乙的截止频率比甲大，所以乙的逸出功比甲大，故A错误；同一色光照射，入射光频率相等，根据Ek＝hν－W0结合乙的逸出功比甲的大可知，甲金属发射的光电子的最大初动能比乙金属发射的光电子的最大初动能大，故B正确；根据Ek＝hν－W0结合乙的逸出功比甲的大可知，若Ek相等，则照射甲金属的光的频率要比照射乙金属的光的频率小，故C错误；根据Ek＝hν－W0可知，Ek－ν图象的斜率表示普朗克常量，无论用什么金属做实验，图象的斜率不变，故D正确．
4．B 由电路可知，在光电管上加的是正向电压．用光照射光电管阴极，电表指针无偏转，说明没有发生光电效应，根据发生光电效应的条件可知，加大照射光的强度，仍然不能发生光电效应，选项A错误；由于没有发生光电效应，故无论将P向a滑动，还是将电源正、负极对调，都不能使电表指针偏转，选项C、D错误；要使电表指针偏转，必须发生光电效应，故用频率更高的光照射，可能有效，选项B正确．
5．A 随着温度的升高，黑体辐射强度与波长有这样的关系：一方面，各种波长的辐射强度都有增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．由此规律可知应选A.
6．C 光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与光照强度无关，因此在入射光频率相同的情况下，遏止电压相同，在能发生光电效应的前提下，光电流随着光照强度增大而增大，C正确；A、B表示入射光频率相同的情况下，遏止电压不相同，均错误；D表示在发生光电效应时，光电流随着光照强度增大而减小，D错误．
7．AD 根据光电效应规律可知，增大入射光的强度，光电流增大，A项正确；减小入射光的强度，光电流减小，光电效应现象并不消失，B项错误；改用小于ν的入射光照射，如果入射光的频率仍然大于光电管阴极材料的截止频率，仍能发生光电效应，C项错误；由爱因斯坦光电效应方程可知，增大入射光的频率，光电子的最大初动能增大，D项正确．
8．AC 根据光电效应规律，保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，则饱和光电流变大，选项A正确；由爱因斯坦光电效应方程知，入射光的频率变高，产生的光电子最大初动能变大，而饱和光电流与入射光的频率和光强都有关，选项B错误，C正确；保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，当入射光的频率小于极限频率时，就不能发生光电效应，没有光电流产生，选项D错误．
9．B 由于光子的能量E＝hν，又入射光子的能量不同，故入射光子的频率不同，A项正确；由爱因斯坦光电效应方程hν＝W＋Ek，可求出两组实验的逸出功均为3.1 eV，故两组实验所用的金属板材质相同，B项错误；由hν＝W＋Ek，逸出功W＝3.1 eV可知，若入射光子能量为5.0 eV，则逸出光电子的最大动能为1.9 eV，C项正确；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，故D项正确．
10．B 本题考查光电效应方程．根据光电效应方程Ek＝h－hν，代入数据可得ν≈8×1014 Hz，选项B正确．
11．BC 本题考查爱因斯坦光电效应方程．对发生光电效应的同种金属，有Ekm＝hν－W，eU＝Ekm，若νa>νb，金属的逸出功相同，则Eka>Ekb，Ua>Ub，选项A错误，B正确；根据eU＝Ekm，若UaW乙．如果用ν1频率的光照射两种金属，根据光电效应方程，当相同频率的入射光照射时，则逸出功越大，其光电子的最大初动能越小，因此E甲
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