高考物理一轮复习课时作业33波粒二象性含答案

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波粒二象性(建议用时40分钟)1．下列说法错误的是(　　)A．动量相同的电子和质子，其德布罗意波波长相同B．光电效应现象说明光具有粒子性，光子具有能量C．康普顿效应说明光具有粒子性D．黑体辐射的实验规律说明在宏观世界里能量是连续的【解析】选D。根据物质波波长公式λ＝可知，当质子和电子动量相同时，其德布罗意波波长相同，A正确；光电效应现象说明光具有粒子性，光子具有能量，B正确；康普顿效应说明光具有粒子性，C正确；黑体辐射的实验规律说明在微观世界里能量是分立的，D错误。2．光电效应实验中，下列表述正确的是(　　)A．光照时间越长，光电流越大B．入射光足够强就可以有光电流C．遏止电压与入射光的强度有关D．入射光频率大于极限频率时一定能产生光电子【解析】选D。光电流的大小只与单位时间内通过单位面积的光电子数目有关，而与光照时间的长短无关，选项A错误；无论光照强度多大，光照时间多长，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应，故选项B错误；eUc＝hν－W0，遏止电压与入射光的频率有关，超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大，则遏止电压越大，故选项C错误；无论光照强度多小，光照时间多短，只要光的频率大于极限频率就能产生光电效应，即一定能产生光电子，故选项D正确。3．已知钙和铷的截止频率分别为7.73×1014 Hz和5.16×1014 Hz，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的(　　)A．波长　　　  B．频率C．能量       D．动量【解析】选A。根据爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－hν0，因为钙的ν0大，所以从钙表面逸出的光电子的最大初动能Ekm较小，由p＝知，钙逸出的光电子的动量较小，根据λ＝可知波长较大，根据E＝hν可知频率较小，B、C、D错误，A正确。【加固训练】　　在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面，都能产生光电效应。对于这两个过程，可能相同的物理量是 (　　)A.遏止电压　　　　　　　　B.饱和光电流C.光电子的最大初动能 D.逸出功【解析】选B。同一束光照射不同的金属，由ε=hν可知，一定相同的是入射光的光子能量，不同的金属，逸出功W0不同，根据光电效应方程Ek=hν-W0知，光电子的最大初动能不同，则遏止电压不同；同一束光照射，光中的光子数目相等，所以饱和光电流可能是相同的，故A、C、D错误，B正确。4．在研究光电效应规律的实验中，用频率为ν的单色光照射光电管，测得遏止电压为U，则下列说法中正确的是(　　)A．若仅增大该单色光的强度，则遏止电压一定大于UB．若改用频率为2ν的单色光照射，则遏止电压一定大于2UC．若改用频率为2ν的单色光照射，则饱和光电流一定变为原来的2倍D．若改用频率为0.5ν的单色光照射，则一定不可能产生光电子【解析】选B。根据光电效应的规律得出：eU＝hν－W0，故若仅增大该单色光的强度，则遏止电压不变，仍为U，故A错误；根据光电效应的规律得出：eU＝hν－W0，若改用频率为2ν的单色光照射，则遏止电压一定大于2U，故B正确；光电效应中，一个光子激发出一个光电子，当照射光的强度变为原来的2倍，单位时间内射向阴极的光子数变为原来的2倍，激发出的光电子数变为原来的2倍，电路中的光电流变为原来的2倍，若改用频率为2ν的单色光照射，饱和光电流不一定变为原来的2倍，故C错误；若改用频率为0.5ν的单色光照射，若0.5ν大于金属的极限频率，则能产生光电效应，可能产生光电子，故D错误。故选B。5．(多选)(2020·南阳模拟)某兴趣小组用如图甲所示的电路探究光电效应的规律。根据实验数据，小刚同学作出了光电子的最大初动能与入射光频率的关系图线如图乙所示，小娜同学作出了遏止电压与入射光频率的关系图线如图丙所示。已知光电子的电荷量为e，则下列说法正确的是(　　)A.如果图乙、图丙中研究的是同一金属的光电效应规律，则a＝B．如果研究不同金属光电效应的规律，在图乙中将得到经过(b，0)点的一系列直线C．如果研究不同金属光电效应的规律，在图丙中将得到一系列平行的倾斜直线D．普朗克常量h＝＝【解析】选C、D。根据爱因斯坦的光电效应方程Ek＝hν－W0，在题图乙中有a＝W0，b＝ν0，斜率为普朗克常量h＝，对于遏止电压有：Uc＝ν－，在题图丙中有d＝ν0，c＝，斜率k＝＝，结合两个图线可得：h＝＝，故D正确；如果题图乙、丙中研究的是同一金属的光电效应规律，则逸出功相同，W0＝a＝ce，故A错误；普朗克常量为定值，如果研究不同金属光电效应的规律，在题图乙、丙中得到的将是一系列平行的倾斜直线，故B错误，C正确。【题后反思】解决图象问题要用到的关系式(1)光电效应方程：Ek=hν-W0。(2)发生光电效应的临界条件：Ek=0，νc=。(3)遏止电压与入射光频率的关系：-eUc=0-Ek，Uc=ν-。6.(2021·合肥模拟)用光子能量为5.0 eV的一束光照射阴极P，如图，当开关K断开时，发现电流表读数不为零。合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于1.60 V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于1.60 V时，电流表读数为零，由此可知阴极材料的逸出功为(　　)A．1.6 eV    B．2.2 eVC．3.0 eV    D．3.4 eV【解析】选D。设用光子能量为5.0 eV的光照射时，光电子的最大初动能为Ekm，当反向电压达到U＝1.60 V以后，电流表读数为零，因此Ekm＝eU＝1.60 eV。根据光电效应方程有Ekm＝hν－W0，阴极材料的逸出功为W0＝hν－Ekm＝3.40 eV，D正确。7.(创新题)如图所示，阴极K用极限波长λ0＝0.66 μm的金属铯制成，用波长λ＝0.50 μm的绿光照射阴极K并调整两个极板间的电压，当A板电压比阴极高出2.5 V时，光电流达到饱和，电流表示数为0.80 μA，求：(1) 每秒钟阴极发射的光电子数为多少？(2)光电子飞出阴极时的最大初动能为多大？(3)如果把照射阴极的绿光的光强增大为原来的2倍，每秒钟阴极发射的光电子数是多少？光电子的最大初动能是多少？【解题指导】解答本题应注意两点：(1)当阴极发射的光电子全部到达阳极A时，光电流达到饱和。由电流与电子的关系可知，每秒到达阳极的电子数即为每秒发射的电子数。由光电效应方程计算最大初动能。(2)光强加倍，每秒钟发射的光电子数目加倍，但入射光的频率不变，光电子的最大初动能不变。【解析】(1)光电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部到达阳极A，阴极每秒钟发射的光电子的个数n＝＝5.0×1012(2)根据爱因斯坦光电效应方程，光电子的最大初动能为mv＝hν－W0＝h－h＝hc(－)＝6.63×10－34×3×108(－) J＝9.6×10－20 J(3)如果照射光的频率不变，光强加倍，根据光电效应实验规律，阴极每秒发射的光电子数n′＝2n＝2×5.0×1012＝1.0×1013，光电子的最大初动能仍然是9.6×10－20 J答案：(1)5.0×1012　(2)9.6×10－20 J(3)1.0×1013　9.6×10－20 J【加固训练】　　(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) 【解析】逸出功W0=hνc=根据爱因斯坦光电效应方程Ekm=hν-W0=再由p=，可得=1∶2。答案：　1∶28．(多选)下列说法中正确的是(　　)A．相同动能的电子和质子，质子的德布罗意波波长较长B．在光的双缝干涉实验中，暗条纹的地方是光子永远不能到达的地方C．在光的双缝干涉实验中，大量光子打在光屏上的落点是有规律的，暗条纹处落下光子的概率小D．低频电磁波的波动性显著，而高频电磁波的粒子性显著【解析】选C、D。德布罗意波波长λ＝，而Ek＝，所以λ＝，Ek相同，而me<mp，所以电子的德布罗意波波长较长，A错误；在双缝干涉实验中，暗条纹的地方是光子到达概率小的地方，并非永远不能到达，B错误，C正确；低频率的电磁波波长长，容易发生明显的衍射、干涉现象，波动性显著，高频率的电磁波则相反，从能量的角度来分析，低频电磁波的光子能量小，少数光子很难在干涉或衍射亮纹处留下感光点迹，大量光子照射时出现规则的明暗条纹，即波动性显著，高频率电磁波的光子能量大，少数几个光子就能引起感光胶片感光，出现不规则的点迹，即粒子性显著，D正确。【加固训练】　　2002年诺贝尔物理学奖中的一项是奖励美国科学家贾科尼和日本科学家小柴昌俊发现了宇宙X射线源。X射线是一种高频电磁波，若X射线在真空中的波长为λ，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，以ε和p分别表示X射线每个光子的能量和动量，则 (　　)A.ε=，p=0   B.ε=，p=C.ε=，p=0   D.ε=，p=【解析】选D。根据ε=hν，且λ=，c=λν可得X射线每个光子的能量为ε=，每个光子的动量为p=。9．从1907年起，美国物理学家密立根开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量。他通过如图甲所示的实验装置测量某金属的遏止电压Uc与入射光频率ν，作出Uc­ν的图象如图乙所示，由此算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射测出的h相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性。已知电子的电荷量e，则下列普朗克常量h的表达式正确的是(　　)A．h＝    B．h＝C．h＝    D．h＝【解析】选A。根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0及动能定理eUc＝Ek，得Uc＝ν－，所以图象的斜率k＝＝，得h＝，故选项A正确。10．(2021·德州模拟)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＋【解析】选C。因为光电子带负电，而到达右板时速度为零，说明右板带负电，选项A、B错误；根据爱因斯坦光电效应方程和动能定理有hν0＝W0，Ek＝hν－W0，Ek＝e，联立解得C正确。【加固训练】　　(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<UbB.若νa>νb，则一定有Eka>EkbC.若Ua<Ub，则一定有Eka<EkbD.若νa>νb，则一定有hνa-Eka>hνb-Ekb【解析】选B、C。由爱因斯坦光电效应方程hν=Ekm+W0，由动能定理可得Ekm=eU，故当νa>νb时，Ua>Ub，Eka>Ekb，故A错误，B正确；若Ua<Ub，则一定有Eka<Ekb，故C正确；由光电效应方程可得：金属的逸出功W0=hνa-Eka=hνb-Ekb，故D错误。11．(多选)(2020·洛阳模拟)1905年，爱因斯坦把普朗克的量子化概念进一步推广，成功地解释了光电效应现象，提出了光子说。在给出与光电效应有关的四个图象中，下列说法正确的是(　　)A.图1中，当紫外线照射锌板时，发现验电器指针发生了偏转，说明锌板带正电，验电器带负电B．图2中，从光电流与电压的关系图象中可以看出，电压相同时，光照越强，光电流越大，说明遏止电压和光的强度有关C．图3中，若电子电荷量用e表示，ν1、νc、U1已知，由Uc­ν图象可求得普朗克常量的表达式为h＝D．图4中，由光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象可知该金属的逸出功为E或hν0【解析】选C、D。用紫外线灯发出的紫外线照射锌板，锌板失去电子带正电，验电器与锌板相连，则验电器的金属球和金属指针带正电，故选项A错误；由题图2可知电压相同时，光照越强，光电流越大，只能说明光电流强度与光的强度有关，遏止电压只与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，故选项B错误；根据爱因斯坦光电效应方程Uce＝hν－W0，可知Uc＝ν－，图象Uc­ν的斜率表示，即＝，解得h＝，故选项C正确；根据光电效应方程Ek＝hν－W0，Ek­ν图线的纵轴截距的绝对值表示逸出功，则逸出功为E，当最大初动能为零，入射光的频率等于金属的极限频率，则金属的逸出功等于hν0，故选项D正确。12．一光电管的阴极用极限波长为λ0的材料制成，将它连接在如图所示的电路中，当用波长为λ的光照射阴极K(λ<λ0)，并调节滑动变阻器使光电管阳极A和阴极K之间的电势差逐渐增大到U时，光电流达到饱和且饱和电流为I，则每秒内由阴极K发出的电子个数在数值上等于__________，到达阳极A的电子的最大动能为__________(已知普朗克常量为h，真空中光速为c，元电荷的值为e)。如果阳极A和阴极K之间的电势差U不变，仅将同种照射光的强度增大到原来的三倍，则到达阳极A的电子的最大动能__________(选填“变大”“不变”或“变小”)。【解析】由于I＝，所以每秒内由阴极K发出的电子个数在数值上等于。到达阳极A的电子最大初动能：Ekm＝h－h＋eU。若不改变阳极与阴极之间的电势差，仅将同种照射光的强度增加到原来的三倍，因为照射光的频率不变，故到达阳极的电子最大动能不变。答案：　hc(－)＋eU　不变