2022-2022学年高中物理阶段检测4波粒二象性含解析新人教版选修3-5.doc

阶段测试4　波粒二象性
(时间：50分钟　总分值：100分)
一、选择题(此题共9小题，每题6分，共54分．在每题给出的四个选项中，第1～6题只有一项符合题目要求，第7～9题有多项符合题目要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分．)
1．2022年诺贝尔物理学奖中的一项为哪一项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放射源．X射线是一种高频电磁波，假设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E和p分别表示X射线每个光子的能量和动量，那么(　　)
A．E＝，p＝0 B．E＝，p＝
C．E＝，p＝0 D．E＝，p＝
【答案】D

【解析】根据E＝hν，且λ＝，c＝λν可得X射线每个光子的能量为E＝，每个光子的动量为p＝.
2．硅光电池是利用光电效应原理制成的器件，以下表述正确的选项是(　　)
A．硅光电池是把光能转变为电能的一种装置
B．硅光电池中吸收了光子能量的电子都能逸出
C．逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率无关
D．任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应
【答案】A
【解析】硅光电池是把光能转变为电能的一种装置，是利用光电效应原理制成的器件，A对；依据光电效应方程Ek＝hν－W＝hν－hν0，可见只有当入射光子的频率大于极限频率时才可能发生光电效应，B、C、D错．
3．以下关于光的波粒二象性的说法中正确的选项是(　　)
A．光的波动性和粒子性是相互矛盾的，不能统一
B．在衍射现象中，暗条纹的地方是光子永远不能到达的地方
C．大量光子表现出的波动性强，少量光子表现出的粒子性强
D．频率低的光子表现出的粒子性强，频率高的光子表现出的波动性强
【答案】C
【解析】光的波粒二象性是指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性，二者是统一的，故A错误；在衍射现象中，暗条纹是指振动减弱的地方，并非光子不能到达的地方，故B错误；光既具有粒子性，又具有波动性，大量的光子波动性比拟明显，个别光子粒子性比拟明显，故C正确；光的粒子性和波动性与光子频率上下无关，故D错误．应选C.
4．假设某个质子的动能与某个氦核的动能相等，那么这两个粒子的德布罗意波长之比为(　　)
A．1∶2 B．2∶1
C．1∶4 D．4∶1
【答案】B
【解析】由p＝及λ＝，得λ＝，因质子与氦核的动能相同，所以＝＝＝，选B.
5．(2022天津卷)右图是a、b两光分别经过同一双缝干预装置后在屏上形成的干预图样，那么(　　)
A．在同种均匀介质中，a光的传播速度比b光的大
B．从同种介质射入真空发生全反射时，a光临界角大
C．照射在同一金属板上发生光电效应时，a光的饱和电流大
D．假设两光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量差大
【答案】D
【解析】a光的干预条纹间距小于b的依据Δx＝λ可知，a的波长小于b的，a的频率大于b的，a的折射率大于b的，那么根据n＝可知，在同种介质中a的速度小，A错；sin C＝，从同种介质中射入真空发生全反射a的临界角小，B错误；发生光电效应时饱和光电流与入射光的强度有关，故无法比拟饱和光电流的大小，选项C错；a光的频率大，假设两光均由氢原子能级跃迁产生，那么产生a光的能级差大，D对．
6．现有a、b、c三束单色光，其波长关系为λa>λb>λc.用b光束照射某种金属时，恰能发生光电效应，假设分别用a光束和c光束照射该金属，那么可以判定(　　)
A．a光束照射时，不能发生光电效应
B．c光束照射时，不能发生光电效应
C．a光束照射时，释放出的光电子数目最多
D．c光束照射时，释放出的光电子的最大初动能最小
【答案】A
【解析】发生光电效应的条件是ν>ν0，即λ<λ0，故a光不能使金属发生光电效应，c光能使其发生光电效应，且释放光子的初动能最大．
7．两种单色光a和b，a光照射某金属时有光电子逸出，b光照射该金属时没有光电子逸出，那么(　　)
A．在真空中，a光的传播速度较大
B．在水中，a光的波长较小
C．在真空中，b光的能量较大
D．在水中，b光的折射率较小
【答案】BD
【解析】从题中条件不难得出a光频率高，在真空中，两者的传播速度相同，A错；由v＝hν可知频率高的光子无论在什么介质中能量都大，C错；由v＝λν可知在水中a光的波长较小，B对；在同一介质中频率较大的光传播速度较小，由n＝可知在水中b光的折射率小，D对．
8.如下图，光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象，该图象是研究金属而得到的，那么(　　)
A．该金属的逸出功为E
B．该金属的逸出功为2hν0
C．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为E
D．入射光的频率为时，产生的光电子的最大初动能为E/2
【答案】AC
【解析】由图象可知逸出功为E，或者W＝hν0.当入射光频率为ν0时，产生光电效应；当入射光频率为2ν0时，根据图象斜率不变可知，产生光电子的最大初动能为E，入射光频率为时，不能产生光电效应，A、C选项正确．
9.在如下图的光电管的实验中，发现用一定频率的A单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，而用另一频率的B单色光照射时不发生光电效应，那么(　　)
A．A光的频率大于B光的频率
B．B光的频率大于A光的频率
C．用A光照射光电管时流过电流表○G的电流方向是a流向b
D．用A光照射光电管时流过电流表○G 的电流方向是b流向a
【答案】AC
【解析】光电效应中当入射光频率大于极限频率时才能产生光电子，因此νa>νb，A项正确，B项错误．光电管中电子向左流，因此回路电流顺时针，即电流表中电流从a流向b，故C项正确，D项错误．
二、非选择题(此题共5小题共46分，计算题要有必要的文字说明和解题步骤)
10．(5分)关于光电效应，有如下几种陈述，其中错误的选项是________．
A．金属电子的逸出功与入射光的频率成正比
B．光电流的强度与入射光的强度无关
C．用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的初动能要大
D．对于任何一种金属都存在一个“最大波长〞，入射光的波长必须小于这个波长，才能产生光电效应
E．假设某材料的逸出功是W，那么它的极限频率ν0＝
【答案】ABC
【解析】金属的逸出功由该金属决定，与入射光源频率无关，光电流的强度与入射光强度成正比，选项A、B错误．不可见光包括能量大的紫外线、X射线、γ射线，也包括能量比可见光小的红外线、无线电波，选项C错误．
11．(5分)在验证光的波粒二象性的实验中，以下说法正确的选项是________．
A．使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上会出现衍射图样
B．单个光子通过单缝后，底片上会出现完整的衍射图样
C．光子通过单缝的运动路线像水波一样起伏
D．单个光子通过单缝后打在底片的情况呈现出随机性，大量光子通过单缝后打在底片上的情况呈现出规律性
E．大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性
【答案】ADE
12．(5分)关于光的本性，以下说法中正确的选项是________．
A．光电效应反映了光的粒子性
B．光子的能量由光的强度所决定
C．光子的能量与光的频率成正比
D．光在空间传播时，是不连续的，是一份一份的，每一份光叫做一个光子
E．光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看成微观概念上的粒子
【答案】ACD
13．(13分)如下图表示黑体辐射强度随波长的变化图线．根据热辐射理论，辐射强度的极大值所对应的波长λm与热力学温度之间存在如下关系：
λmT＝2.90×10－3 m·K.求：
(1)T＝15 000 K所对应的波长；
(2)用T＝15 000 K所对应波长的光照射逸出功为W0＝4.45 eV的金属钨，能否发生光电效应？假设能，逸出光电子的最大初动能是多少？
【答案】(1)1.93×10－7 m　(2)能　1.90 eV
【解析】(1)由公式λmT＝2.90×10－3 m·K，
得λm＝＝m≈1.93×10－7 m.
(2)波长λm＝1.93×10－7 m的光子能量
E＝hν＝＝ eV＝6.44 eV.
因>W0，故能发生光电效应．由光电效应方程Ek＝hν－W0，得Ek＝(6.44－4.54) eV＝1.90 eV.
14．(18分)利用光电管通过实验可测出普朗克常量．现在用频率为ν1和ν2的两种光分别照射到同一金属外表上，都能产生光电流．用频率为ν1的光照射时，测得遏止电压为U1，用频率为ν2的光照射时，遏止电压为U2.电子的带电量为e.根据所给条件，求：
(1)普朗克常量；
(2)金属的遏止频率．
【答案】(1)h＝　(2)ν0＝
【解析】(1)用频率ν1光照射时可列方程：
mv＝hν1－W，①
mv＝eU1，②
由①②两式得：eU1＝hν1－W，③
同理可得eU2＝hν2－W，④
解③④方程可得h＝，W＝.
(2)由W＝hν0，有ν0＝＝.