新教材同步辅导2023年高中物理章末质量评估四第四章波粒二象性粤教版选择性必修第三册

章末质量评估(四)
(时间：75分钟分值：100分)
一、单项选择题(本大题共7小题，每小题4分，共28分．每小题中只有一个选项是正确的，选对得4分，错选、不选或多选不得分．)
1．关于光的波粒二象性的说法，正确的是( )
A．一束传播的光，有的光是波，有的光是粒子
B．光波与机械波是同样的一种波
C．光的波动性是由于光子间的相互作用而形成的
D．光是一种波，同时也是一种粒子，光子说并未否定电磁说，在光子能量ε＝hν中，频率ν仍表示的是波的特性
解析：光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性，当光和物质作用时，是“一份一份”的，表现出粒子性；单个光子通过双缝后在空间各点出现的可能性可以用波动规律描述，表现出波动性．粒子性和波动性是光子本身的一种属性，光子说并未否定电磁说．
答案：D
2．关于光电效应，以下说法正确的是( )
A．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
B．光电子的最大初动能越大，形成的光电流越强
C．能否产生光电效应现象，取决于入射光光子的能量是否大于金属的逸出功
D．用频率是ν1的绿光照射某金属发生了光电效应，改用频率是ν2的黄光照射该金属一定不发生光电效应
解析：E k＝hν－W0一次函数关系，所以A错误；光电流的强弱主要是取决于光电子的数目，故B错误；只有入射光频率才能够发生光电效应C正确；黄光频率小于绿光的频率，但是发生光电效应只需要黄光频率大于截止频率，就可以产生光电效应，D错误．
答案：C
3．近年来，数码相机已经家喻户晓，用来衡量数码相机性能的一个非常重要的指标就是像素，1像素可理解为光子打在光屏上的一个亮点．现知300万像素的数码相机拍出的照片比30万像素的数码相机拍出的等大的照片清晰得多，其原因可以理解为( )
A．光是一种粒子，它和物质的作用是一份一份的
B．光的波动性是大量光子之间的相互作用引起的
C．大量光子表现光具有粒子性
D．光具有波粒二象性，大量光子表现出光的波动性
解析：数码相机拍出的照片不是白点，不能说明显示粒子性，所以A错误；光的波粒二象性是光的内在属性，即使是单个光子也有波动性，跟光子的数量和光子之间是否有相互作用无关，所以B错误；大量光子表明光具有波动性，所以C错误；光具有波粒二象性，大量光子表现出光的波动性，D正确．
答案：D
4．用波长为λ1和λ2的单色光A和B分别照射两种金属C和D的表面．单色光A照射两种金属时都能产生光电效应现象；单色光B照射时，只能使金属C产生光电效应现象，不能使金属D产生光电效应现象，设两种金属的逸出功分别为W C和W D，则下列选项正确的是 ( ) A．λ1>λ2，W C>W D B．λ1>λ2，W C<W D
C．λ1<λ2，W C>W D D．λ1<λ2，W C<W D
解析：由题意知，A光光子的能量大于B光光子的能量，根据E＝hν＝h c
λ
，得λ1<λ2；又因为单色光B只能使金属C产生光电效应现象，不能使金属D产生光电效应现象，所以W C<W D，故D正确．
答案：D
5．(2023·山东临沂统考模拟)图甲为研究光电效应的电路，K极为金属钠(截止频率为5.53×1014 Hz，逸出功为2.29 eV)．图乙为氢原子能级图．氢原子光谱中有四种可见光，分别是从n＝6、5、4、3能级跃迁到n＝2能级产生的．下列说法正确的是( )
A．氢原子光谱中有三种可见光能够让图甲K极金属发生光电效应
B．大量处于n＝5能级的氢原子最多能辐射出8种不同频率的光
C．仅将图甲中P向右滑动，电流计示数一定变大
D．仅将图甲中电源的正负极颠倒，电流计示数一定为0
解析：从n＝6、5、4、3能级跃迁到n＝2能级产生的光的能量分别为3.02 eV、2.86 eV、
2.55 eV 、1.89 eV ，大于2.29 eV 的跃迁有三种，即氢原子光谱中有三种可见光能够让图甲K 极金属发生光电效应，选项A 正确；大量处于n ＝5能级的氢原子最多能辐射出C 2
5＝10种不同频率的光，选项B 错误；仅将图甲中P 向右滑动，正向电压变大，则开始阶段电流计示数变大，当达到饱和光电流时，电流不再增加，选项C 错误；仅将图甲中电源的正负极颠倒，光电管加反向电压，仍有光电子到达A 极，即电流计示数不一定为0，选项D 错误． 答案：A
6．硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能．若有N 个频率为ν的光子打在光电池极板上，这些光子的总能量为(h 为普朗克常量)( )
A ．hν
B ．12Nhν
C ．Nhν
D ．2Nhν 解析：据光子说可知，光子能量与频率有关，一个光子能量为ε＝hν(h 为普朗克常量)，N 个光子的能量为Nhν，所以选项C 正确．
答案：C
7．(2022·山东泰安高二期末)疫情期间，额温枪(红外测温仪)成为重要的防疫装备，其测温原理是：任何物体都会向外发出红外线，额温枪通过红外线照射到温度传感器，发生光电效应，将光信号转化为电信号，间接得出温度数据．已知人体温正常时能辐射波长为10 μm 的红外线，如图甲所示，用该红外线照射光电管的阴极K 时，电路中有光电流产生，该光电流随电压变化的图像如图乙所示，已知h ＝6.63×10
－34 J·s，e ＝1.6×10－19 C ，电磁波在真空或空气中波速c ＝3×108m/s ，则由图乙可知该光电管的阴极金属逸出功最接近于( )
A ．0.1 eV
B ．0.2 eV
C ．0.3 eV
D ．0.4 eV
解析：根据爱因斯坦光电效应方程E km ＝hc λ
－W 0，根据动能定理得－eU c ＝0－E km ，其中λ＝10 μm，U c ＝2 V ，解得W 0≈0.1 eV，故选A.
答案：A
二、多项选择题(本大题共3小题，每小题6分，共18分，每小题有多个选项是正确的，全选对得6分，少选得3分，选错、多选或不选不得分．)
8．(2021·浙江绍兴上虞区高二下期末)目前用于照明用的荧光粉，大部分是粉末状的以汞原子发出的紫外线为激发源的光致发光荧光粉．它们是利用氧化物晶体中孤立离子的电子跃迁来发光的．简要原理如下：在玻璃管中两极间加电压，使电子发射出来，撞击汞原子发出紫外线，紫外线照射到荧光粉上发出可见光．已知汞原子可能的能级为E1＝－10.4 eV，E2＝－5.5 eV，E3＝－2.7 eV，E4＝－1.6 eV，其紫外线主要是从E2到E1能级跃迁时放出的，某荧光粉在经此紫外线照射后发出540 nm的绿光．普朗克常量为6.63×10－34J·s，下列说法中正确的是( )
A．要使得汞原子产生紫外线，电子能量必须等于4.9 eV
B．汞原子发出的紫外线的波长为253.7 nm
C．大量处于n＝5能级的汞原子，可以发出10种不同的光子
D．荧光粉发出的绿光可能使处于基态的汞原子的能级跃迁到更高状态
解析：电子属于实物粒子，与汞原子相撞时，只要满足电子的能量大于等于E2、E1的能级差，
即4.9 eV就可以，故A错误；根据跃迁方程，有h c
λ
＝E2－E1，代入数据可得λ＝253.7 nm，即汞原子发出的紫外线的波长为253.7 nm，故B正确；根据跃迁规律可知，大量处于n＝5能级的汞原子能发出光子种类有C25＝10，所以可以发出10种不同的光子，故C正确；绿光
的光子能量为E＝h c
λ
，代入数据，可得E＝2.3 eV<E2－E1，所以荧光粉发出的绿光不能使处于基态的汞原子的能级跃迁到更高状态，故D错误．
答案：BC
9．(2021·四川眉山彭山区第一中学开学考试)新冠病毒疫情防控工作中，体温
枪被广泛使用．其工作原理是：利用光电效应，将光信号转化为电信号，从而
显示出物体的温度．已知人的体温正常时能辐射波长为10 μm的红外线，如图
甲所示，用该红外光线照射光电管的阴极K时，电路中有光电流产生，光电流随电压变化的图像如图乙所示，另一种金属铷的遏止电压U c与入射光频率ν之间的关系如图丙所示，已知光在真空中传播的速度为3×108 m/s.则( )
A．波长为10 μm的红外线在真空中的频率为3×1013 Hz
B．将阴极K换成金属铷，体温枪仍然能正常使用
C．由图乙可知，该光电管的遏止电压为2×10－2 V
D．当人体温度升高，辐射红外线的强度将增大，饱和光电流减小
解析：根据c＝λν，可得红外线的频率ν＝c
λ＝
3×108
10×10－6
Hz＝3×1013 Hz，A正确；根据
题图丙可知金属铷的截止频率5.1×1014Hz，红外线的频率小于金属铷的截止频率不会发生光电效应，体温枪不能正常使用，B错误；由题图乙可知，该光电管的遏止电压为2×10－2V，C正确；若人体温度升高，辐射红外线的强度增大，饱和光电流将增大，D错误．
答案：AC
10．(2022·全国高三专题练习)在图甲所示的装量中，K为一金属板，A为金属电极，都密封在真空的玻璃管中，W为由石英片封盖的窗口，单色光可通过石英片射到金属板K上，E 为输出电压可调的直流电源，其负极与电极A相连，是电流表，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之间的电压等于零，回路中也有电流，当A的电势低于K时，而且当A比K的电势低到某一值U c时，电流消失，U c称为截止电压，当改变照射光的频率ν，截止电压U c也将随之改变，其关系如图乙所示，如果某次实验我们测出了画出这条图线所需的一系列数据，又知道了电子电量，则( )
A ．可得该金属的极限频率
B ．可求得电子的质量
C ．可求得普朗克常量
D ．可求得该金属的逸出功
解析：根据光电效应方程得E k ＝hν－W ，E k ＝eU ，联立两式得U ＝hνe －W e
.根据图线的斜率k ＝h e
，可以求得普朗克常量；当遏止电压等于零，则最大初动能为零，此时入射光的频率等于金属的极限频率，可以知道通过横轴截距可求出金属的极限频率；根据E ＝hν0可求出逸出功的大小；关于电子的质量则无法求出．故A 、C 、D 正确，B 错误．
答案：ACD
三、非选择题(本大题共5小题，共54分．)
11.(8分)如图所示的实验电路，当用黄光照射光电管中的金属涂层时，毫
安表的指针发生了偏转．若将电路中的滑动变阻器的滑片P 向右移动到某
一位置时，毫安表的读数恰好减小到零，此时电压表读数为U .若此时增加
黄光照射的强度，则毫安表________(选填“有”或“无”)示数．若此时
改用蓝光照射光电管中的金属涂层，则毫安表________(选填“有”或“无”)示数．
解析：光电效应的原理是当有频率足够大的光照射到金属表面时，将会使金属中的电子获得足够能量而从表面逸出，逸出的光电子向另一极板定向移动而形成电流．当增加黄光照射的强度时，不能增加光电子的最大初动能，故毫安表无示数．当改用蓝光照射时，光电子的最大初动能增大，光电子能到达A 极，形成电流．
答案：无 有
12．(10分)如图所示，一静电计与锌板相连，在A 处用一弧光灯照射锌板，关灯后，指针保持一定偏角．
(1)现用一带负电的金属小球与锌板接触，则静电计指针偏角将________(选填“增大”“减小”或“不变”)．
(2)使静电计指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，静电计指针无偏转，那么，若改用强度更大的红外线照射锌板，可观察到静电计指针________(选填“有”或“无”)偏转．
解析：(1)锌板在紫外线照射下，发生光电效应现象，有光电子飞出，锌板带正电，将一带负电的金属小球与锌板接触，将锌板上的正电荷中和一部分，锌板正电荷减少，则静电计指针偏角将变小．注意，静电计与锌板带同种电荷．
(2)要发生光电效应现象，照射光的频率必须高于这种金属的极限频率，而与照射光的强度无关．用黄光照射，静电计指针无偏转，即不能发生光电效应现象，当改用强度更大的红外线照射时，因为红外线的频率比黄光的要低，所以用红外线照射更不能发生光电效应现象，静电计指针无偏转．
答案：(1)减小 (2)无
13．(9分)在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长λ＝6.4×10－7m ，每个激光脉冲的能量E ＝1.5×10－2J.求每个脉冲中的光子数目．(已知普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s，光速c ＝3×108m/s ，计算结果保留一位有效数字)
解析：光子能量ε＝hc λ，
光子数目n ＝E ε，
代入数据得n ≈5×1016.
答案：5×1016
14．(12分)德布罗意认为：任何一个运动着的物体，都有着一种波与它对应，波长是λ＝h p
，式中p 是运动着的物体的动量，h 是普朗克常量．已知某种紫光的波长是440 nm ，若将电子加速，使它的德布罗意波长是这种紫光波长的10－4倍，求：
(1)电子的动量的大小；
(2)试推导加速电压跟德布罗意波波长的关系，并计算加速电压的大小．(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 ＝6.6×10－34 J·s，计算结果保留一位有效数字)
解析：(1)由λ＝h p 知电子的动量p ＝h λ＝1.5×10
－23 kg·m/s.
(2)电子在电场中加速，有eU ＝12
mv 2， 又12mv 2＝p 22m ， 联立解得U ＝mv 22e ＝h 2
2meλ2≈8×102 V. 答案：(1)1.5×10－23
kg·m/s (2)U ＝h 2
2meλ2 8×102 V 15．(15分)如图所示，一光电管的阴极用截止频率对应的波长λ0的钠制成．用波长λ(λ<λ0)的紫外线照射阴极，光电管阳极A 和阴极K 之间的电势差U ，饱和光电流的值I (当阴极K 发射的电子全部到达阳极A 时，电路中的电流达到最大值，称为饱和光电流)．已知普朗克常量为h ，电子电荷量为e .
(1)求每秒由K 极发射的光电子数目；
(2)求电子到达A 极时的最大动能；
(3)若每入射N 个光子会产生1个光电子，求紫外线照射阴极功率P .
解析：(1)设每秒由K 极发射的光电子数目为n ，则t 时间内发射的电子数目为nt ，则有I ＝nte t ，解得n ＝I e
. (2)根据爱因斯坦光电效应方程可得E k ＝hν－W 0＝h c λ－
hc λ0＝hc ⎝ ⎛⎭⎪⎫1λ－1λ0， 电子到达A 极时的最大动能为E km ＝E k ＋eU ＝hc ⎝ ⎛⎭
⎪⎫1λ－1λ0＋eU . (3)t 时间内由K 极发射的光电子数为n ＝It e ，
且有P ＝Nnhc λt
. 联立解得P ＝
NIhc λe .
I e (2)hc⎝
⎛
⎭⎪
⎫
1
λ
－
1
λ0＋
eU(3)
NIhc
λe
答案：(1)。