2024年高考物理一輪復習考點39波粒二象性練習含解析

PAGE12-考點39波粒二象性題組一基礎小題1．(多選)一單色光照到某金屬表面時，有光電子從金屬表面逸出，下列說法中正確的是()A．無論增大照耀光的頻率還是增加照耀光的強度，金屬的逸出功都不變B．只延長照耀光照耀時間，光電子的最大初動能將增加C．只增大照耀光的頻率，光電子的最大初動能將增大D．只增大照耀光的頻率，光電子逸出所經(jīng)驗的時間將縮短答案AC解析金屬的逸出功是由金屬自身確定的，增大照耀光的頻率，或增加照耀光的強度，金屬的逸出功都不變，A正確；依據(jù)光電效應方程Ek＝hν－W0可知，光電子的最大初動能由照耀光的頻率和金屬的逸出功共同確定，只延長照耀光照耀時間，光電子的最大初動能不變，只增大照耀光的頻率，光電子的最大初動能將增大，B錯誤，C正確；光電子逸出幾乎是瞬時的，與照耀光的頻率無關，D錯誤。2．(多選)用綠光照耀一個光電管，能產(chǎn)生光電效應。欲使光電子從陰極逸出時的最大初動能增大，可以()A．改用紅光照耀 B．改用紫光照耀C．改用藍光照耀 D．增加綠光照耀時間答案BC解析光電子的最大初動能與光的照耀時間及照耀強度無關，而與入射光子的能量有關，入射光子的能量越大，光電子從陰極逸出時的最大初動能越大，所以本題中可以改用比綠光光子能量更大的紫光、藍光照耀，以增大光電子從陰極逸出時的最大初動能。故B、C正確。3．如圖所示，當開關S斷開時，用光子能量為3.5eV的一束光照耀陰極K，發(fā)覺電流表讀數(shù)不為零。閉合開關，調(diào)整滑動變阻器，發(fā)覺當電壓表讀數(shù)小于1.5V時，電流表讀數(shù)仍不為零，當電壓表讀數(shù)大于或等于1.5V時，電流表讀數(shù)為零。由此可知陰極材料的逸出功為()A．1.5eV B．2.0eVC．3.5eV D．5.0eV答案B解析依據(jù)題意知此時間電子的最大初動能Ekm＝eUc＝1.5eV；依據(jù)愛因斯坦的光電效應方程Ekm＝hν－W0，有W0＝hν－Ekm＝3.5eV－1.5eV＝2.0eV，故B正確。4．(多選)如圖所示，N為金屬板，M為金屬網(wǎng)，它們分別與電池的兩極相連，各電池的電動勢和極性如圖所示，已知金屬板的逸出功為4.8eV?，F(xiàn)分別用不同頻率的光照耀金屬板(各光子的能量已在圖上標出)，則下列說法正確的是()A．圖1中無光電子射出B．圖2中光電子到達金屬網(wǎng)時的動能大小為1.5eVC．圖3中的光電子能到達金屬網(wǎng)D．圖4中光電子到達金屬網(wǎng)時的最大動能為3.5eV答案AB解析圖1中入射光的能量小于金屬板的逸出功，故不會有光電子射出，A正確；依據(jù)光電效應方程Ek＝hν－W0，圖2中金屬板能夠射出光電子，且光電子的初動能為零，經(jīng)過N、M間電場的加速，射出的光電子具備了1.5eV的動能，B正確；圖3、圖4中加反向電壓，圖3中逸出金屬板的光電子的最大初動能為1.0eV，小于光電子到達金屬網(wǎng)須要克服電場力做的功1.5eV，故光電子不能到達金屬網(wǎng)，C錯誤；依據(jù)光電效應方程可知，圖4中逸出金屬板的光電子的最大初動能為2.0eV，它在N、M間克服電場力做功1.5eV，故光電子到達金屬網(wǎng)時的最大動能為2.0eV－1.5eV＝0.5eV，D錯誤。5．若能量為E0的光子照耀到某金屬表面時，從金屬表面逸出的光電子的最大初動能為E，則能量為2E0的光子照耀到該金屬表面時，逸出的光電子的最大初動能為()A．E0＋E B．E0－EC．2E D．2E0－E答案A解析設該金屬的逸出功為W0，若用能量為E0的光子照耀該金屬時，逸出的光電子的最大初動能為E，依據(jù)光電效應方程知E＝E0－W0；改用能量為2E0的光子照耀同一金屬，金屬的逸出功不變，則逸出的光電子的最大初動能為Ekm＝2E0－W0＝E0＋E。故A正確。6．(多選)用圖甲所示的試驗裝置探討光電效應現(xiàn)象，分別用a、b、c三束光照耀光電管的陰極，得到光電管兩端的電壓與相應的光電流的關系如圖乙所示，其中a、c兩束光照耀時對應的遏止電壓相同，均為Uc1，則下列論述正確的是()A．a(chǎn)、c兩束光的光強相同，頻率不同B．b光束的光的波長最短C．a(chǎn)光束照耀時間電管發(fā)出的光電子的最大初動能最大D．b光束光子的動量最大答案BD解析光電流恰為零時間電管兩端加的電壓為遏止電壓，對應的光的頻率為截止頻率，依據(jù)eUc＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,m)＝hν－W0，可知，入射光的頻率越高，對應的遏止電壓Uc越大，a光、c光的遏止電壓相等，所以a光、c光的頻率相同，而a光的飽和光電流較大，則a光的強度比c光的大，A錯誤；b光的遏止電壓最大，則b光的頻率最大，波長最短，能量最大，照耀光電管發(fā)出光電子的最大初動能也最大，故B正確，C錯誤；因為b光的頻率最大，依據(jù)p＝eq\f(h,λ)＝eq\f(hν,c)，可知b光束光子的動量最大，故D正確。7．某金屬在光的照耀下產(chǎn)生光電效應，其遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關系圖象如圖所示，則由圖象可知()A．入射光的頻率越大，該金屬的逸出功越大B．入射光的頻率越大，則遏止電壓越大C．由圖可求出普朗克常量h＝eq\f(U,ν0)D．光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比答案B解析逸出功與入射光頻率無關，由金屬材料確定，故A錯誤；依據(jù)光電效應方程Ek＝hν－W0和eUc＝Ek得Uc＝eq\f(hν,e)－eq\f(W0,e)，當入射光的頻率大于極限頻率時，入射光的頻率越大，則遏止電壓越大，故B正確；由Uc＝eq\f(hν,e)－eq\f(W0,e)，知圖線的斜率k＝eq\f(h,e)＝eq\f(U,ν0)，可得普朗克常量h＝eq\f(Ue,ν0)，故C錯誤；依據(jù)光電效應方程Ekm＝hν－W0可知，光電子的最大初動能與入射光的頻率成線性關系，但不成正比，故D錯誤。8．(多選)如圖所示是用光照耀某種金屬時逸出的光電子的最大初動能隨入射光頻率的改變圖線(直線與橫軸的交點坐標為4.27，與縱軸的交點坐標為0.5)。由圖可知()A．該金屬的截止頻率為4.27×1014HzB．該金屬的截止頻率為5.5×1014HzC．該圖線的斜率表示普朗克常量D．該金屬的逸出功為0.5eV答案AC解析由光電效應方程Ek＝hν－W0，可知圖線的斜率為普朗克常量，圖線在橫軸上的截距為金屬的截止頻率，A、C正確，B錯誤；金屬的逸出功為：W0＝hν0＝eq\f(6.63×10－34×4.27×1014,1.6×10－19)eV≈1.77eV，D錯誤。9．(多選)在光電效應試驗中，用同一種單色光，先后照耀鋅和銀的表面，都能發(fā)生光電效應。對于這兩個過程，下列四個物理量中，肯定不同的是()A．遏止電壓B．飽和光電流C．光電子的最大初動能D．逸出功答案ACD解析同一束光照耀不同的金屬，肯定相同的是入射光的光子能量，不同的金屬對應的逸出功不同，依據(jù)光電效應方程Ekm＝hν－W0知，光電子的最大初動能不同，又eUc＝Ekm，故遏止電壓也不同；用同一束光照耀，光束中的光子數(shù)目相等，所以飽和光電流是相同的，故選A、C、D。10．以往我們相識的光電效應是單光子光電效應，即一個電子在極短時間內(nèi)只能汲取到一個光子而從金屬表面逸出。強激光的出現(xiàn)豐富了人們對于光電效應的相識，用強激光照耀金屬，由于其光子密度極大，一個電子在極短時間內(nèi)汲取多個光子成為可能，從而形成多光子光電效應，這已被試驗證明。光電效應試驗裝置示意如圖。用頻率為ν的一般光源照耀陰極K，沒有發(fā)生光電效應。換用同樣頻率ν的強激光照耀陰極K，則發(fā)生了光電效應；此時，若加上反向電壓U，即將陰極K接電源正極，陽極A接電源負極，在K、A之間就形成了使光電子減速的電場。漸漸增大U，光電流會漸漸減??；當光電流恰好減小到零時，所加反向電壓U可能是下列的(其中W為逸出功，h為普朗克常量，e為電子電量)()A．U＝eq\f(hν,e)－eq\f(W,e) B．U＝eq\f(2hν,e)－eq\f(W,e)C．U＝2hν－W D．U＝eq\f(5hν,2e)－eq\f(W,e)答案B解析假設電子汲取的光子個數(shù)為n(n>1)，則Ek＝nhν－W，又Ek＝eU，解得U＝eq\f(nhν,e)－eq\f(W,e)，B正確。11．對光的相識，下列說法不正確的是()A．個別光子的行為表現(xiàn)出粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)出波動性B．光的波動性是光子本身的一種屬性，不是光子之間的相互作用引起的C．大量光子表現(xiàn)出波動性時，就不具有粒子性，少量光子表現(xiàn)出粒子性時，就不再具有波動性D．光的波粒二象性應理解為：在某種狀況下光的波動性表現(xiàn)明顯，在另外某種狀況下，光的粒子性表現(xiàn)得明顯答案C解析個別光子的行為往往表現(xiàn)出來的是粒子性，而大量光子的行為表現(xiàn)出來的是波動性，A正確；光的波動性是光子本身的屬性，并不是光子之間的相互作用引起的，B正確；光的波粒二象性是指光在某種狀況下光的波動性表現(xiàn)得明顯，但不是沒有粒子性，只是粒子性不明顯；反之，在另外某種狀況下，光的粒子性表現(xiàn)得明顯，波動性不明顯，故C錯誤，D正確。12．(多選)波粒二象性是微觀世界的基本特征，以下說法正確的有()A．光電效應現(xiàn)象表明白光具有粒子性B．熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說明中子具有波動性C．黑體輻射的試驗規(guī)律可用光的波動性說明D．動能相等的質(zhì)子和電子，它們的德布羅意波波長也相等答案AB解析光電效應現(xiàn)象表明白光具有粒子性，A正確；衍射是波特有的性質(zhì)，故熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說明運動的中子具有波動性，B正確；黑體輻射的試驗規(guī)律不能運用光的波動性說明，普朗克借助于能量子假說，完備地說明白黑體輻射規(guī)律，破除了“能量連續(xù)改變”的傳統(tǒng)觀念，C錯誤；依據(jù)德布羅意波波長公式λ＝eq\f(h,p)可知，若一個電子和一個質(zhì)子的德布羅意波波長相等，則動量p也相等，但是質(zhì)子質(zhì)量比電子質(zhì)量大，由動能Ek＝eq\f(p2,2m)，可知兩者的動能不相等，D錯誤。13．關于物質(zhì)波，下列說法中正確的是()A．速度相等的電子和質(zhì)子，電子的波長大B．動能相等的電子和質(zhì)子，電子的波長小C．動量相等的電子和中子，中子的波長小D．甲電子的速度是乙電子速度的3倍，甲電子的波長也是乙電子波長的3倍答案A解析由λ＝eq\f(h,p)可知，電子與質(zhì)子的速度相等時，電子的動量小，波長大，故A正確；電子與質(zhì)子的動能相等時，由動量與動能的關系式p＝eq\r(2mEk)可知，電子的動量小，波長大，B錯誤；動量相等的電子和中子，其波長應相等，C錯誤；假如甲電子的速度是乙電子的速度的3倍，甲的動量也是乙的動量的3倍，那么甲的波長應是乙的波長的eq\f(1,3)，D錯誤。14．1927年戴維遜和革末完成了電子衍射試驗，該試驗是榮獲諾貝爾獎的重大近代物理試驗之一。如圖所示的是該試驗裝置的簡化圖，下列說法不正確的是()A．亮條紋是電子到達概率大的地方B．該試驗說明物質(zhì)波理論是正確的C．該試驗再次說明光子具有波動性D．該試驗說明實物粒子具有波動性答案C解析亮條紋是電子到達概率大的地方，該試驗說明物質(zhì)波理論是正確的，該試驗說明實物粒子具有波動性，不能說明光子具有波動性。故選C。15．被譽為“中國天眼”的世界最大單口徑射電望遠鏡(簡稱FAST)坐落在貴州省平塘縣，用來接收來自宇宙深處的電磁波。“中國天眼”的存在，使得深空通訊實力延長至太陽系外緣行星，對探究宇宙的起源和地外文明具有重要意義。假如為天眼配備一部放射功率為百萬瓦級(106W)的放射機，其放射的無線電波波長為126厘米，那么該放射機每秒鐘放射的光子數(shù)量的數(shù)量級約為(取真空光速c＝3×108m/s，普朗克常量h＝6.6×10A．1023 B．1027C．1031 D．1035答案C解析設放射機每秒鐘放射的光子數(shù)量為n，則t0時間內(nèi)放射的光子的總能量為E＝nt0ε，由ε＝hν和ν＝eq\f(c,λ)得E＝nt0heq\f(c,λ)，則有nt0heq\f(c,λ)＝Pt0，代入數(shù)據(jù)，最終可得n的數(shù)量級約為1031，故C正確。16．人們設想將來深空探測器是以光壓為動力的。讓太陽光垂直薄膜光帆照耀并全部反射，從而產(chǎn)生光壓。設探測器在軌道上運行時，每秒每平方米獲得的太陽光能E＝1.5×104J，薄膜光帆的面積S＝6.0×102m2，探測器的質(zhì)量m＝60kg。已知光子動量的計算式p＝eq\f(h,λ)，那么探測器得到的加速度大小最接近()A．0.001m/s2 B．0.01m/s2C．0.0005m/s2 D．0.005m/s2答案A解析由光子的動量p＝eq\f(h,λ)、能量ε＝hν、λν＝c得ε＝pc。面積為S的光帆Δt時間內(nèi)獲得的光子數(shù)n＝eq\f(E·S·Δt,ε)。設探測器某時刻的動量為p0，受到光壓作用Δt時間后動量增加到p0＋Δp，因為光全部反射，依據(jù)動量守恒定律np＋p0＝－np＋(p0＋Δp)，探測器的動量增加量Δp＝2np，其加速度a＝eq\f(Δv,Δt)＝eq\f(Δp,mΔt)＝eq\f(2ES,m)·eq\f(p,ε)＝eq\f(2ES,mc)＝0.001m/s2，A正確。題組二高考小題17．(2024·北京高考)光電管是一種利用光照耀產(chǎn)生電流的裝置，當入射光照在管中金屬板上時，可能形成光電流。表中給出了6次試驗的結果。組次入射光子的能量/eV相對光強光電流大小/mA逸出光電子的最大動能/eV第一組1234.04．04．0弱中強2943600.90．90．9其次組4566.06．06．0弱中強2740552.92．92．9由表中數(shù)據(jù)得出的論斷中不正確的是()A．兩組試驗采納了不同頻率的入射光B．兩組試驗所用的金屬板材質(zhì)不同C．若入射光子的能量為5.0eV，逸出光電子的最大動能為1.9eVD．若入射光子的能量為5.0eV，相對光強越強，光電流越大答案B解析光子的能量E＝hν，兩組試驗中入射光子的能量不同，故入射光的頻率不同，A正確；由愛因斯坦的光電效應方程hν＝W＋Ek，可求出兩組試驗中金屬板的逸出功W均為3.1eV，故兩組試驗所用的金屬板材質(zhì)相同，B錯誤；由hν＝W＋Ek，W＝3.1eV，當hν＝5.0eV時，Ek＝1.9eV，C正確；相對光強越強，單位時間內(nèi)射出的光子數(shù)越多，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)越多，形成的光電流越大，D正確。18．(2024·全國卷Ⅱ)用波長為300nm的光照耀鋅板，電子逸出鋅板表面的最大初動能為1.28×10－19J。已知普朗克常量為6.63×10－34J·s，真空中的光速為3.00×108m·sA．1×1014Hz B．8×1014HzC．2×1015Hz D．8×1015Hz答案B解析由光電效應方程Ek＝hν－W0，得W0＝hν－Ek＝heq\f(c,λ)－Ek。剛好發(fā)生光電效應的臨界條件是最大初動能Ek＝0時，入射光的頻率為ν0，則W0＝hν0，代入數(shù)據(jù)可得：ν0＝8×1014Hz，故B正確。19．(2024·全國卷Ⅲ)(多選)在光電效應試驗中，分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照耀到同種金屬上，測得相應的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子的最大初動能分別為Eka和Ekb。h為普朗克常量。下列說法正確的是()A．若νa>νb，則肯定有Ua<UbB．若νa>νb，則肯定有Eka>EkbC．若Ua<Ub，則肯定有Eka<EkbD．若νa>νb，則肯定有hνa－Eka>hνb－Ekb答案BC解析光電效應中遏止電壓與最大初動能之間的關系為eU＝Ek，依據(jù)光電效應方程可知Ek＝hν－W0，若νa>νb，則Eka>Ekb，Ua>Ub，選項A錯誤，選項B正確；若Ua<Ub，則Eka<Ekb，選項C正確；由光電效應方程可得W0＝hν－Ek，則hνa－Eka＝hνb－Ekb，選項D錯誤。題組三模擬小題20．(2024·陜西師大附中檢測)如圖所示，在驗電器上安裝一個銅網(wǎng)，使其帶電，驗電器金屬箔張開肯定角度。用紫外線照耀銅網(wǎng)，驗電器金屬箔的張角保持不變。再將一塊鋅板放置在該銅網(wǎng)后面肯定距離處，用同一紫外線照耀鋅板時，發(fā)覺金屬箔張開角度減小。下列相關說法中正確的是()A．增加紫外線的強度照耀銅網(wǎng)，金屬箔張角將變大B．紫外線的頻率大于金屬鋅的截止頻率C．銅網(wǎng)帶負電D．改用紫光照耀鋅板，驗電器的金屬箔張角也肯定減小答案B解析依據(jù)用紫外線照耀銅網(wǎng)，驗電器金屬箔的張角保持不變知此時不發(fā)生光電效應，增加紫外線的強度照耀銅網(wǎng)，不會發(fā)生光電效應，金箔張角不變，A錯誤；再將一塊鋅板放置在該銅網(wǎng)后面肯定距離處，用同一紫外線照耀鋅板時，發(fā)覺金屬箔張開角度減小，說明此時發(fā)生光電效應，從鋅板逸出的光電子跑到銅網(wǎng)上，導致其電荷量減小，由此可知，銅網(wǎng)帶正電，故C錯誤；只有紫外線的頻率大于金屬鋅的截止頻率，才會發(fā)生光電效應，故B正確；依據(jù)光電效應產(chǎn)生條件，當改用紫光照耀，則紫光頻率小于紫外線，因此可能不發(fā)生光電效應，則驗電器金屬箔不肯定減小，故D錯誤。21．(2024·湖北宜昌模擬)如圖所示是探討光電效應的電路圖，某金屬用綠光照耀時，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則以下說法正確的是()A．將滑動變阻器滑動片向右移動，電流表的示數(shù)肯定增大B．假如改用紫光照耀該金屬時，電流表無示數(shù)C．將光照強度增大時，電流表的示數(shù)減小D．將電源的正負極調(diào)換，仍用相同的綠光照耀時，將滑動變阻器滑動片向右移動一些，電流表的讀數(shù)可能不為零答案D解析將滑動變阻器的滑片向右移動時，正向電壓雖然增大，但若電路中的光電流已達到飽和，電流表的示數(shù)仍舊不變，故A錯誤；假如改用紫光照耀該金屬時，因入射光的頻率增大，仍能發(fā)生光電效應，故電流表仍有示數(shù)，故B錯誤；增大光照強度，即增加了入射光光子的個數(shù)，則產(chǎn)生的光電子數(shù)目增多，光電流增大，使通過電流表的電流增大，故C錯誤；電源的正負極調(diào)換，仍用相同的綠光照耀時，將滑動變阻器滑片向右移動一些，若此時的反向電壓仍小于反向遏止電壓，則電流表仍可能有示數(shù)，故D正確。22．(2024·湖北宜昌一中模擬)(多選)照耀到金屬表面的光能使金屬中的電子逸出，可以用圖甲的電路對此進行探討。如圖甲所示，陰極K在受到光照耀時能夠放射光電子，陽極A汲取陰極K發(fā)出的光電子，在電路中形成光電流。K與A之間電壓的大小U可以調(diào)整，圖乙中橫軸的右半軸對應圖甲所示的電源極性連接，左半軸表示的是電源反接后的電壓大小?，F(xiàn)得到圖乙所示的在光照條件不變的狀況下，光電流I隨著所加電壓U改變的圖象，依據(jù)電流的定義（I＝eq\f(q,t)）可知()A．電壓由0到U1，光電流越來越大，說明單位時間內(nèi)逸出的光電子的個數(shù)越來越多B．存在飽和電流說明單位時間內(nèi)陰極K放射的光電子的數(shù)目是肯定的C．遏止電壓的存在意味著光電子具有肯定的初動能，且有上限D(zhuǎn)．電源反接后，當U>Uc時，I＝0，說明沒有電子從K極逸出答案BC解析單位時間內(nèi)逸出的光電子的個數(shù)是由光的強度確定的，當光強肯定時，單位時間內(nèi)逸出的光電子的個數(shù)是肯定的，只不過當電壓較小時，不是全部的光電子都能到達陽極，電壓越大到達陽極的光電子數(shù)越多，A錯誤；存在飽和電流說明單位時間內(nèi)陰極K放射的光電子的數(shù)目是肯定的，這些光電子都能到達陽極時，電流達到飽和狀態(tài)，B正確；遏止電壓滿意eUc＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,m)，說明光電子具有肯定的初動能，且有上限，即光電子有最大初動能，C正確；電源反接后，當U>Uc時，I＝0，說明沒有光電子到達陽極，并不是沒有光電子從K極逸出，D錯誤。23.(2024·鄭州模擬)(多選)如圖甲所示，在光電效應試驗中，某同學用相同頻率的單色光，分別照耀陰極材料為鋅和銅的兩個不同的光電管，結果都能發(fā)生光電效應。圖乙為其中一個光電管的遏止電壓Uc隨入射光頻率ν改變的函數(shù)關系圖象。對于這兩個光電管，下列推斷正確的是()A．因為材料不同逸出功不同，所以遏止電壓Uc不同B．光電子的最大初動能不同C．因為光強不確定，所以單位時間逸出的光電子數(shù)可能相同，飽和光電流也可能相同D．兩個光電管的Uc-ν圖象的斜率可能不同答案ABC解析依據(jù)光電效應方程有Ekm＝hν－W0，依據(jù)動能定理得eUc＝Ekm，聯(lián)立得eUc＝hν－W0，即Uc＝eq\f(hν,e)－eq\f(W0,e)，可知，入射光的頻率相同，逸出功W0不同，則遏止電壓Uc也不同，A正確；依據(jù)光電效應方程Ekm＝hν－W0得，相同的頻率，不同的逸出功，則光電子的最大初動能不同，B正確；雖然入射光的頻率相同，但光強不確定，所以單位時間逸出的光電子數(shù)可能相同，而飽和光電流也可能相同，C正確；由Uc＝eq\f(hν,e)－eq\f(W0,e)可知，Uc-ν圖象的斜率k＝eq