粤教版高中物理选择性必修第三册第四章波粒二象性阶段评价试题含答案

第四章  阶段评价查缺漏

(本试卷满分：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，只有一项是符合题目要求的。)

1．关于光电效应的规律，下面说法中正确的是(　　)

A．当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，则入射光的频率越高，产生的光电子的最大初动能也就越大

B．当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，如果入射光的强度减弱，从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加

C．对某种金属来说，入射光波长必须大于一极限值，才能产生光电效应

D．同一频率的光照射不同金属，如果都能产生光电效应，则所有金属产生的光电子的最大初动能一定相同

解析：选A　从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔只与光和金属种类有关，B错；由光电效应方程可知入射光波长必须小于一极限值，才能产生光电效应，光子的最大初动能与入射光的频率和金属的种类有关，C、D错，A对。

2.如图所示是研究光电管产生电流的电路图，A、K是光电管的两个电极，已知该光电管阴极的极限频率为ν0，元电荷为e，普朗克常量为h。现将频率为ν(大于ν0)的光照射在阴极上，则下列方法一定能够增加饱和光电流的是(　　)

A．照射光强度不变，增加光的频率

B．照射光频率不变，增加照射光强度

C．增加A、K电极间的电压

D．减小A、K电极间的电压

解析：选B　照射光强度不变，增加光的频率，则单位时间内入射光的光子数目变小，光电流的饱和值变小，A错误；照射光频率不变，增加光强，则单位时间内入射光的光子数目增多，使光电流的饱和值增大，B正确；饱和光电流与入射光强度有关，增减A、K电极间的电压，饱和光电流不变，C、D错误。

3．(2020·浙江7月选考)下列说法正确的是(　　)

A．质子的德布罗意波长与其动能成正比

B．天然放射的三种射线，穿透能力最强的是α射线

C．光电效应实验中的截止频率与入射光的频率有关

D．电子束穿过铝箔后的衍射图样说明电子具有波动性

解析：选D　由德布罗意波长λ＝可知，质子的波长与动量成反比，而动量与动能关系为p＝，所以A项错误；天然放射的三种射线，穿透能力最强的是γ射线，B项错误；光电效应实验中的截止频率是指使金属恰好发生光电效应时入射光的频率，即hν＝W，只与金属的逸出功W有关，C项错误；衍射是波的特性，所以电子束穿过铝箔的衍射图样说明电子具有波动性，D项正确。

4．在光电效应实验中，某实验小组用同种频率的单色光，先后照射锌和银的表面，都能产生光电效应。对这两个过程，下列四个物理量中，可能相同的是 (　　)

A．饱和光电流　　　　　　 B．遏止电压

C．光电子的最大初动能   D．逸出功

解析：选A　饱和光电流和光的强度有关，这个实验可以通过控制光的强度来实现饱和光电流相同，A正确；不同的金属其逸出功是不同的，根据光电效应方程：Ek＝hν－W，用同种频率的单色光，光子能量hν相同，光电子的最大初动能Ek不同，C、D错误；根据遏止电压和最大初动能关系U＝可知，光电子的最大初动能不同，遏止电压也不同，B错误。

5．可见光的波长的大致范围是400～760 nm，如表给出了几种金属发生光电效应的极限波长，下列说法正确的是(　　)

A．表中所列金属，钾的逸出功最大

B．只要光照时间足够长或强度足够大，所有波长的可见光都可以使钠发生光电效应

C．用波长760 nm的光照射金属钠、钾，则钠逸出的光电子最大初动能较大

D．用波长400 nm的光照射金属钠、钾，则钾逸出的光电子最大初动能较大

解析：选D　根据逸出功与极限频率、极限波长的关系可知，W＝hν＝h，金属钾的极限波长最大，则钾的逸出功最小，故A错误；根据光电效应的产生条件可知，当入射光的频率大于或等于金属的极限频率时，或入射光的波长小于或等于金属的极限波长时，会发生光电效应，与光照时间和光照强度无关，故B错误；根据光电效应的产生条件可知，用波长760 nm的光照射金属钠、钾，由于入射光的波长均大于两金属的极限波长，不能发生光电效应，故C错误；钾的逸出功小，根据爱因斯坦光电效应方程可知，Ek＝h－W，当用波长400 nm的光照射金属钠、钾时，可以发生光电效应，并且钾逸出的光电子最大初动能较大，故D正确。

6．用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，则(　　)

A．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变

B．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能减小

C．逸出的光电子数不变，光电子的最大初动能减小

D．光的强度减弱到某一数值，就没有光电子逸出了

解析：选A　根据光电效应方程Ekm＝hν－W0得，光的强度不影响光电子的最大初动能，光电子的最大初动能与入射光的频率有关；光电效应发生的条件是入射光的频率大于极限频率，与光的强度无关；入射光的强度影响单位时间内发出光电子的数目，光的强度减弱，单位时间内发出光电子数目减少。故A正确，B、C、D错误。

7．图甲为光电效应实验的电路图，利用不同频率的光进行光电效应实验，测得光电管两极间所加电压U与光电流I的关系如图乙中a、b、c、d四条曲线所示。用νa、νb、νc、νd表示四种光的频率，下列判断正确的是(　　)

A．νb＞νc＞νd＞νa　　　　 B．νd＞νb＞νc＞νa

C．νd＞νc＞νb＞νa  D．νa＞νc＞νb＞νd

解析：选A　光电效应实验的IU图像中，图像在横坐标的截距的绝对值表示遏止电压Uc，根据光电效应方程：Ek＝hν－W，最大初动能和遏止电压的关系：eUc＝Ek，可得：ν＝Uc＋，可见，遏止电压Uc越大，ν越大，根据乙图可知：νb＞νc＞νd＞νa，故A正确，B、C、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，有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。)

8．物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，光屏处放上照相底片，若减弱光波的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝，实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只能出现一些不规则的点；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条纹，下列对这个实验结果的认识正确的是(　　)

A．曝光时间不长时，光子的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的点

B．单个光子的运动没有确定的轨道

C．干涉条纹中明亮的部分是光子到达概率较大的地方

D．只有大量光子的行为才能表现出波动性

解析：选BCD　光波是概率波，单个光子没有确定的轨道，其到达某点的概率受波动规律支配，少数光子落点不确定，体现粒子性，大量光子的行为符合统计规律，受波动规律支配，才表现出波动性，出现干涉条纹中的亮条纹或暗条纹，故A错误，B、D正确；干涉条纹中的亮条纹处是光子到达概率较大的地方，暗条纹处是光子到达概率较小的地方，但也有光子到达，故C正确。

9．下列四个图中，N为钨板，M为金属网，它们分别与电池两极相连，各电池的电动势E和极性已在图中标出，钨的逸出功为4.5 eV，现分别用能量不同的光子照射钨板(各光子的能量也已在图上标出)，那么下列图中从钨板逸出的光电子能到达金属网的是(　　)

解析：选BC　由于钨的逸出功为4.5 eV，当用能量为3 eV的光子照射钨板时，不会发生光电效应，故A错误。当用能量为8 eV的光子照射钨板时，会发生光电效应，逸出的光电子的最大初动能为Ek＝8 eV－4.5 eV＝3.5 eV。在题图B中，由于电池的电动势为2 V，电场力对光电子做正功，则电子能到达金属网。在题图C中，由于电池的电动势为2 V，电场力对光电子做负功，光电子克服电场力做功为2 eV,2 eV<3.5 eV，则光电子能到达金属网。在题图D中，由于电池的电动势为4 V，电场力对光电子做负功，4 eV>3.5 eV，则光电子不能到达金属网。故B、C正确，D错误。

10.场致发射显微镜的构造如图所示：一根金属针的尖端直径约为100 nm，位于真空玻璃球泡的中心，球的内表面涂有荧光材料导电膜，在膜与针之间加上如图所示的高电压，使针尖附近的电场强度高达4×109 V/m，电子就从针尖表面被拉出并加速到达涂层，引起荧光材料发光。这样，在荧光屏上就看到了针尖的某种像(针尖表面的发射率图像)，如果分辨率足够高，还可以分辨出针尖端个别原子的位置。但由于电子波的衍射，会使像模糊，影响分辨率。将电极方向互换，并在玻璃泡中充进氦气，则有氦离子产生并打到荧光屏上，这样可使分辨率提高，以下判断正确的是(　　)

A．氦原子变成氦离子是在针尖端附近发生的

B．电子从针尖到导电膜的运动过程中加速度不断减小

C．电子或氦离子的撞击使荧光材料的原子跃迁到了激发态

D．分辨率提高是因为氦离子的德布罗意波长比电子的长

解析：选ABC　当无规则运动的氦原子与针尖上的金属原子碰撞时，氦原子由于失去电子成为正离子，故A正确；电场强度从针尖到导电膜由强变弱，电子从针尖到导电膜的运动过程中加速度不断减小，故B正确；当电子或氦离子以很大的速度撞击荧光材料时，电子或氦离子把一部分动能转移给了荧光材料的原子，从而使其跃迁到了激发态，故C正确；要想使分辨率提高，就要使衍射变得不明显，可知氦离子的德布罗意波长比电子的短，故D错误。

三、计算题(本题共4小题，共54分。要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位。)

11．(11分)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1位有效数字)

解析：光子能量ε＝，光子数目n＝

代入数据得n≈5×1016。

答案：5×1016

12．(12分)铝的逸出功为4.2 eV，现用波长200 nm的光照射铝的表面。已知h＝6.63×10－34 J·s，求：

(1)光电子的最大初动能；

(2)遏止电压；

(3)铝的极限频率。

解析：(1)根据光电效应方程Ek＝hν－W

有Ek＝－W＝ J－4.2×1.6×10－19 J＝3.225×10－19 J。

(2)由Ek＝eUc

可得Uc＝＝ V≈2.016 V。

(3)由hνc＝W

知νc＝＝ Hz≈1.014×1015 Hz。

答案：(1)3.225×10－19 J　(2)2.016 V

(3)1.014×1015 Hz

13．(15分)图甲为利用光电管研究光电效应的电路图，其中光电管阴极K的材料是钾，钾的逸出功为W0＝3.6×10－19 J，图乙为实验中用某一频率的光照射光电管时，测量得到的光电管伏安特性曲线，当U＝－2.5 V时，光电流刚好截止，已知h＝6.63×10－34 J·s，e＝1.6×10－19 C，求：

(1)本次实验入射光的频率是多少？

(2)当U′＝2.5 V时，光电子到达阳极A的最大动能是多少？

解析：(1)由题图像可知，反向遏止电压为：Uc＝－2.5 V

依据遏止电压与最大初动能的关系，则有：

eUc＝mvm2

根据光电效应方程，hν＝W0＋mvm2

代入数据，解得：ν＝1.1×1015 Hz。

(2)光电子由K运动到A的过程中，设光电子到达阳极A的最大动能为Ekm，

由动能定理，则有eU′＝Ekm－mvm2

代入数据，解得：Ekm＝2eUc＝8×10－19 J。

答案：(1)1.1×1015 Hz　(2)8×10－19 J

14．(16分)电子和光一样具有波动性和粒子性，它表现出波动的性质，就像X射线穿过晶体时会产生衍射一样，这一类物质粒子的波动叫物质波。质量为m的电子以速度v运动时，这种物质波的波长可表示为λ＝，电子质量m＝9.1×10－31 kg，电子电荷量e＝1.6×10－19 C，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s。

(1)计算具有100 eV动能的电子的动量p和波长λ。

(2)若一个静止的电子经2 500 V电压加速：

①求能量和这个电子动能相同的光子的波长，并求该光子的波长和这个电子的波长之比。

②求波长和这个电子波长相同的光子的能量，并求该光子的能量和这个电子的动能之比。(已知电子的静止能量mc2＝5.0×105 eV，m为电子的静质量，c为光速)

解析：(1)电子的动量p＝

＝ kg·m/s

≈5.4×10－24 kg·m/s。

电子的波长λ＝＝ m≈1.2×10－10 m。

(2)①电子的动量p′＝mv′＝

 kg·m/s

≈2.7×10－23 kg·m/s。

电子的波长λ′＝＝ m≈2.5×10－11 m，

光子能量E＝Ek′＝＝2 500 eV＝4.0×10－16 J得，

光子波长λ＝＝ m≈5.0×10－10 m，

则λ∶λ′＝20∶1。

②光子能量ε＝≈8.0×10－15 J。

电子动能Ek′＝4.0×10－16 J，所以ε∶Ek′＝20∶1。

答案：(1)5.4×10－24 kg·m/s　1.2×10－10 m

(2)①5.0×10－10 m　20∶1　②8.0×10－15 J　20∶1