高三物理人教版新课标《波粒二象性》重难点知识测试.docx

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高三物理人教版新课标《波粒二象性》重难点知识测试

高三物理人教版新课标《波粒二象性》重难点

知识测试专题集训

高考模拟·随堂集训

1.[2015·课标全国卷Ⅱ]（多选）实物粒子和光都具有波粒二象性。

下列事实中突出体现波动性的是（　　）

A.电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样

B.β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹

C.人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构

D.人们利用电子显微镜观测物质的微观结构

E.光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关

答案　ACD

解析　衍射和干涉是波特有的现象，选项A、C正确；光电效应体现了光的粒子性，选项E错误；射线在云室中穿过，留下的径迹是粒子的轨迹，选项B错误；电子显微镜利用了电子的波动性来观测物质的微观结构，选项D正确。

2.[2014·广东高考]（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

答案　AD

解析　增大入射光强度，单位时间内逸出的光电子数目增多，光电流增大，A项正确；光电效应的发生与入射光的强度无关，B项错误；入射光频率小于ν时，若仍大于金属的截止频率，仍能发生光电效应，C项错误；增大入射光的频率时，由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，光电子的最大初动能变大，D项正确。

3.[2014·江苏高考]已知钙和钾的截止频率分别为7.73×1014Hz和5.44×1014Hz，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

答案　A

解析　由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，金属钙的逸出功大，则逸出的光电子的最大初动能小，即能量小，频率低，波长长，动量小，选项A正确。

4.[2015·浙江质检]一个德布罗意波波长为λ1的中子和另一个德布罗意波波长为λ2的氘核同向正碰后结合成一个氚核，该氚核的德布罗意波波长为（　　）

A.

B.

C.

D.

答案　A

解析　中子的动量p1＝

，氘核的动量p2＝

，对撞后形成的氚核的动量p3＝p2＋p1，所以氚核的德布罗意波波长λ3＝

＝

，A正确。

5.[2015·陕西质检]（多选）分别用波长为λ和2λ的光照射同一种金属，产生的速度最快的光电子速度之比为2∶1，普朗克常量和真空中光速分别用h和c表示，那么下列说法正确的有（　　）

A.该种金属的逸出功为

B.该种金属的逸出功为

C.波长超过2λ的光都不能使该金属发生光电效应

D.波长超过4λ的光都不能使该金属发生光电效应

答案　AD

解析　由hν＝W0＋Ek知h

＝W0＋

mv

，h

＝W0＋

mv

，又v1＝2v2，得W0＝

，A正确，B错误。

光的波长小于或等于3λ时都能发生光电效应，C错误，D正确。

6.[2013·北京高考]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KA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为电子电量）（　　）

A.U＝

－

B．U＝

－

C.U＝2hν－WD．U＝

－

答案　B

解析　同频率的光照射K极，普通光不能使其发生光电效应，而强激光能使其发生光电效应，说明一个电子吸收了多个光子。

设吸收的光子个数为n，光电子逸出的最大初动能为Ek，由光电效应方程知：

Ek＝nhν－W（n≥2）①；光电子逸出后克服减速电场做功，由动能定理知Ek＝eU②，联立上述两式得U＝

－

，当n＝2时，即为B选项，其他选项均不可能。

7.[2015·课标全国卷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－W。

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W＝－eb。

限时·规范·特训

　　时间：

45分钟　

满分：

100分

一、选择题（本题共11小题，每小题6分，共66分。

其中1～6为单选，7～11为多选）

1.[2016·东城区模拟]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（　　）

答案　A

解析　随着温度的升高，辐射强度增加，辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动，A正确。

2.下列说法中正确的是（　　）

A.物质波属于机械波

B.只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性

C.德布罗意认为任何一个运动的物体，小到电子、质子、中子，大到行星、太阳都有一种波与之相对应，这种波叫物质波

D.宏观物体运动时，看不到它的衍射和干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性

答案　C

解析　物质波是由实物粒子的运动形成，而机械波是由组成物体的质点做周期性运动形成，故A错；不论是微观粒子，还是宏观物体，只要它们运动，就有与之对应的物质波，故B、D均错，C对。

3.在光电效应实验中，用单色光照射某种金属表面，有光电子逸出，则光电子的最大初动能取决于入射光的（　　）

A.频率B．强度

C.照射时间D．光子数目

答案　A

解析　由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知Ek只与频率ν有关，故选项B、C、D错，选项A正确。

4.入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么（　　）

A.从光照至金属表面到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加

B.逸出的光电子的最大初动能减小

C.单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少

D.有可能不发生光电效应

答案　C

解析　根据光电效应的实验规律知，从光照至金属表面发射出光电子的时间间隔极短，这与光的强度无关，故选项A错误。

实验规律还指出，逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率有关，饱和光电流与入射光的强度成正比，由此可知，选项B、D错误，选项C正确。

5.在光电效应实验中，先后用两束光照射同一个光电管，若实验所得光电流I与光电管两端所加电压U间的关系曲线如图所示，则下列说法中正确的是（　　）

A.a光频率大于b光频率

B.a光波长大于b光波长

C.a光强度高于b光强度

D.a光照射光电管时产生光电子的最大初动能较大

答案　C

解析　对同一光电管，不论对哪种光，极限频率和金属的逸出功相同，由题图可知，对a、b两种光，反向截止电压相同，说明光的频率、波长相同，A、B两项错误；a光照射时的饱和电流比b光照射时的饱和电流大，说明a光强度高于b光强度，C项正确；金属的逸出功及照射光的频率相同，根据爱因斯坦光电方程可知，光照射光电管时产生光电子的最大初动能相同，故D项错误。

6.影响显微镜分辨本领的一个因素是波的衍射，衍射现象越明显，分辨本领越低，利用电子束工作的电子显微镜有较高的分辨本领，它利用高压对电子束加速，最后打在感光胶片上来观察显微图象，以下说法正确的是（　　）

A.加速电压越高，电子的波长越长，分辨本领越强

B.加速电压越高，电子的波长越短，衍射现象越明显

C.如果加速电压相同，则用质子流工作的显微镜比用电子流工作的显微镜分辨本领强

D.如果加速电压相同，则用质子流工作的显微镜比用电子流工作的显微镜分辨本领弱

答案　C

解析　设加速电压为U，电子电荷量为e，质量为m，则有Ek＝

mv2＝eU＝

，又p＝

，故eU＝

，可得λ＝

。

对电子来说，加速电压越高，λ越小，衍射现象越不明显，故选项A、B错误。

电子与质子比较，因质子质量比电子质量大得多，可知质子加速后的波长要比电子小得多，衍射现象比电子更不明显，所以用质子流工作的显微镜比电子流工作的显微镜分辨本领强，C选项正确，D选项错误。

7.下列叙述中正确的是（　　）

A.一切物体都在辐射电磁波

B.一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关

C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关

D.黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波

答案　ACD

解析　根据热辐射的定义，A正确；根据热辐射和黑体辐射的特点知一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，B错误，C正确；由黑体的定义知D正确。

8.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越大

B.当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，则入射光的强度越大，产生的光电子数越多

C.同一频率的光照射不同金属，如果都能产生光电效应，则逸出功大的金属产生的光电子的最大初动能也越大

D.对于某金属，入射光波长必须小于某一极限波长，才能产生光电效应

答案　ABD

解析　由爱因斯坦的光电方程Ek＝hν－W0知A对C错；由光电效应的规律知B、D对。

9.在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上。

假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子（　　）

A.一定落在中央亮纹处

B.一定落在亮纹处

C.可能落在暗纹处

D.落在中央亮纹处的可能性最大

答案　CD

解析　对于一个光子通过单缝落在何处，是不可确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处，可达95%以上。

当然也可能落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，只是落在暗纹处的概率很小而已，故C、D正确。

10.频率为ν的光子，德布罗意波波长为λ＝

，能量为E，则光的速度为（　　）

A.Eλ/hB．pE

C.E/pD．h2/Ep

答案　AC

解析　根据c＝λν，E＝hν，λ＝

，即可解得光的速度为

或

，故选A、C。

11.[2016·汕头模拟]如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线，由图可知（　　）

A．该金属的极限频率为4.27×1014Hz

B.该金属的极限频率为5.5×1014Hz

C.该图线的斜率表示普朗克常量

D.该金属的逸出功为0.5eV

答案　AC

解析　由光电效应方程可知：

Ek＝hν－W0，斜率表示普朗克常量，C选项正确。

当Ek＝0时，入射光的频率就是该金属的极限频率，ν0＝4.27×1014Hz，A选项正确，B选项错误。

该金属的逸出功W0＝hν0＝1.7eV，D选项错误。

二、非选择题（本题共3小题，共34分）

12.（6分）如图所示，N为金属板，M为金属网，它们分别与电池的两极相连，各电池的电动势和极性如图所示。

已知金属板的逸出功为4.8eV。

现分别用不同能量的光子照射金属板（各光子的能量已在图上标出），那么各图中没有光电子到达金属网的是________（填正确答案标号）。

能够到达金属网的光电子的最大动能是________eV。

答案　AC　1.5

解析　因为金属板的逸出功为4.8eV，所以能发生光电效应的是B、C、D，B所加的电压为正向电压，则电子一定能到达金属网，到达金属网时最大动能为1.5eV；C光电子的最大初动能为1.0eV，根据动能定理知电子不能到达金属网；D光电子的最大初动能为2.0eV，根据动能定理光电子能够到达金属网。

故没有光电子到达金属网的是A、C。

D项中逸出的光电子最大初动能为Ek＝E光－W逸＝6.8eV－4.8eV＝2.0eV，到达金属网时最大动能为0.5eV。

13.（10分）在如图所示的装置中，K为一个金属板，A为一个金属电极，都密封在真空玻璃管中，单色光可通过玻璃壳照在K上，E为可调直流电源。

实验发现，当用某种频率的单色光照射K时，K会发出电子（光电效应），这时，即使A、K间的电压等于零，回路中也有电流，当A的电势低于K时，电流仍不为零。

A的电势比K低得越多，电流越小，当A比K的电势低到某一值Uc（遏止电压）时，电流消失。

当改变照射光的频率ν时，遏止电压Uc也将随之改变。

如果某次实验我们测出的一系列数据如图所示，若知道电子的电荷量e，则根据图象可求出该金属的截止频率为________，该金属的逸出功W0为________，普朗克常量h为________。

答案　νc　eU0　

解析　由图可知，数据对应的点几乎落在一条直线上，直线与ν轴的交点νc即为该金属的截止频率。

因此当照射光的频率为νc时，遏止电压Uc＝0，说明在此频率下，金属板刚好发生光电效应。

设光电子的最大初动能为Ek，根据光电效应方程有hν＝W0＋Ek

当A比K的电势低到某一值Uc时，电流消失，光电子的最大初动能全部用来克服电场力做功，由动能定理有eUc＝Ek

联立以上两式可得：

Uc＝

－

。

由上式可知，Ucν图象斜率k＝

，在Uc轴上的截距为－

。

而由图可得，截距为－U0。

故有

＝

，－U0＝－

解得h＝

，W0＝eU0。

14.（18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德布罗意波。

质量为m的电子以速度v运动时，这种德布罗意波的波长可表示为λ＝

。

已知电子质量m＝9.1×10－31kg，电子电荷量e＝1.6×10－19C，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s。

（1）计算具有100eV动能的电子的动量p和波长λ；

（2）若一个静止的电子经2500V电压加速，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。

答案　

（1）5.4×10－24kg·m/s　1.2×10－10m　

（2）5.0×10－10m　20∶1

解析　

（1）电子的动量：

p＝

＝

＝

kg·m/s

≈5.4×10－24kg·m/s

德布罗意波波长λ＝

＝

m≈1.2×10－10m。

（2）电子的能量E＝2500eV＝4.0×10－16J

根据E＝

，得光子波长

λ＝

＝

m≈5.0×10－10m

电子的动量

p′＝

＝

kg·m/s≈

2.7×10－23kg·m/s

电子波长λ′＝

＝

m≈2.5×10－11m

则

＝

＝

，即λ∶λ′＝20∶1。