新人教版选修3-5《第17章_波粒二象性》同步练习物理试卷有答案

新人教版选修3-5《第17章波粒二象性》同步练习物理试卷
一、选择题（共10小题，每小题4分，共40分，在每小题给出的四个选项中，第1～6小题只有一个选项符合题目要求，第7～10小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分）
1. 下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射规律的是
（）
A. B.
C. D.
2. 下列各说法中错误的是（）
A.普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说
B.一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的照射时间太短
C.在光的单缝衍射实验中，狭缝越窄，光子动量的不确定量越大
D.任何一个运动的物体，大到太阳、地球，小到电子、质子，都与一种波相对应，这就是物质波，物质波是概率波
3. 关于康普顿效应，下列说法正确的是（）
A.康普顿效应证明光具有波动性
B.康普顿在研究石墨对X射线的散射时发现，在散射的X射线中，有些波长变短了
C.康普顿在研究石墨对X射线的散射时发现，在散射的X射线中，有些波长变长了
D.康普顿效应可用经典电磁理论进行解释
4. 一细束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的三束光，分别照射到相同的金属板a、b、c上，如图所示，已知金属板b有光电子放出，则可知（）
A.板a一定不放出光电子
B.板a一定放出光电子
C.板c一定不放出光电子
D.板c一定放出光电子
5. 一个质量为m、电荷量为q的带电粒子，由静止开始经加速电场加速后（加速电压为U），该粒子的德布罗意波长为（）
A.√ℎ
2mqU B.ℎ
2mqU
C.ℎ
2mqU
√2mqU D.
√mqU
6. 人眼对绿光最为敏感。

正常人的眼睛接收到波长为530nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。

普朗克常量为6.63×10−34J⋅s，光速为
3.0×108m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是（）
A.2.3×10−18W
B.3.8×10−19W
C.7.0×10−48W
D.1.2×10−48W
7. 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v的关系如图所示，若该直线的斜率和纵截距分别为k和−b，电子电荷量的绝对值为e，则（）
A.普朗克常量可表示为k
e
B.若更换材料再实验，得到的图线的k不改变，b改变
C.所用材料的逸出功可表示为eb
D.b由入射光决定，与所用材料无关
8. 用同一光电管研究a、b两种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图．则这两种光（）
A.照射该光电管时a光使其逸出的光电子最大初动能大
B.从同种玻璃射入空气发生全反射时，a光的临界角大
C.通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距大
D.通过同一玻璃三棱镜时，a光的偏折程度大
9. 如图所示，一束复合光束c，从玻璃射向空气，经折射后形成光a、b两束光线，则
下列说法正确的是（）
A.a光光子的能量比b光光子的能量小
B.从玻璃射向空气时，a光的临界角小于b光的临界角
C.若a光能发生光电效应，b光也一定能发生光电效应
D.经同一双缝干涉装置得到干涉条纹，a光干涉条纹间距小
10. 用如图的装置研究光电效应现象，当用光子能量为2.5eV的光照射到光电管上时，
电流表G的读数为0.2m
A.光电管阴极的逸出功为1.8eV
B.电键k断开后，没有电流流过电流表G
C.光电子的最大初动能为0.7eV
D.改用能量为1.5eV的光子照射，电流表G也有电流，但电流较小
二、填空题（共3小题，共18分．把答案直接填在横线上）
二氧化碳能强烈吸收红外长波辐射，这种长波辐射的波长范围约是1.4×10−3∼
1.6×10−3，相应的频率范围是________，相应的光子能量范围是________．“温室效应”使大气全年的平均温度升高，空气温度升高，从微观上看就是空气中分子的
________．
（已知普朗克恒量A＝6.6×10−31J⋅s，真空中的光速c＝3.0×108m⋅s−1．结果取两
位数字．）
如图所示，静电计与锌板相连，现用紫外灯照射锌板，关灯后，指针保持一定的偏角。

（1）现用一带负电的金属小球与锌板接触，则静电计指计偏角将________（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灯照射锌板，可观察到静电计指针________（填“有”或“无”）偏转。

深沉的夜色中，在大海上航行的船舶依靠航标灯指引航道。

如图所示是一个航标灯自
动控制电路的示意图。

电路中的光电管阴极K涂有可发生光电效应的金属。

下表反映
的是各种金属发生光电效应的极限频率和极限波长，又知可见光的波长在400nm∼
770nm (1nm＝10−9m)。

各种金属发生光电效应的极限频率和极限波长
根据上图和所给出各种数据，你认为
（1）光电管阴极K上应涂有金属________；
（2）控制电路中的开关K应和________（填“a”或“b”）接触；
（3）工人在锻压机、冲床、钻床等机器上劳动时，稍有不慎就会把手压在里面，造成
工伤事故。

如果将上述控制电路中的电灯换成驱动这些机器工作的电机，这时电路中
开关K应和________接触，这样，当工人不慎将手伸入危险区域时，由于遮住了光线，光控继电器衔铁立即动作，使机床停止工作，避免事故发生。

三、论述•计算题（共4小题，共42分．解答应写出必要的文字说明、方程式和重要
演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和
单位）
2012年8月10日美国名将梅里特在伦敦奥运会110m栏比赛中，以12秒92的成绩获得
冠军．设梅里特质量约为74kg，计算他在110m栏跑中的德布罗意波长，并说明其波
动性是否明显．
如图所示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：λm T＝2.90×10−3m⋅K．求：
（1）T＝15000K所对应的波长；
（2）用T＝15000K所对应波长的光照射逸出功为W0＝4.54eV的金属钨，能否发生光
电效应？若能，逸出光电子的最大初动能是多少？
如图所示，一光电管的阴极用极限波长λ0＝5000 A的钠制成．用波长λ＝3000 A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＝2.1V，饱和光电流的值（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）I＝0.56 μA．
（1）求每秒钟内由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）如果电势差U不变，而照射光的强度增到原值的三倍，此时电子到达A极的最大
动能是多大？（普朗克常量ℎ＝6.63×10−34 J⋅s）
如图所示是测定光电效应产生的光电子比荷的简要实验原理图，两块平行板相距为d，其中N为金属板，受紫外线照射后，将发射沿不同方向运动的光电子，形成电流，从
而引起电流计G的指针偏转，若调节R0逐渐增大极板间电压，可以发现电流逐渐减小，当电压表示数为U时，电流恰好为零．切断开关S，在MN间加垂直于纸面的匀强磁场，逐渐增大磁感强度，也能使电流为零，当磁感强度为B时，电流也恰为零．则光电子的比荷为多少？
参考答案与试题解析
新人教版选修3-5《第17章波粒二象性》同步练习物理试卷
一、选择题（共10小题，每小题4分，共40分，在每小题给出的四个选项中，第
1～6小题只有一个选项符合题目要求，第7～10小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分）
1.
【答案】
A
【考点】
黑体与黑体辐射
【解析】
此题暂无解析
【解答】
解：根据黑体辐射的实验规律：黑体辐射的波长分布情况也随温度而变，如温度较低时，主要以不可见的红外光进行辐射，在500∘C以至更高的温度时，则顺次发射可见光以至紫外辐射，即温度越高，辐射的电磁波的波长越短，随着温度的升高，各波长的
辐射强度都增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故A正确．
故选A．
2.
【答案】
B
【考点】
概率波
黑体与黑体辐射
光电效应现象及其解释
【解析】
（1）根据物理学史的知识，结合普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假设
即可正确解答；
（2）每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于极限频率才能产生光电效应；（3）根据不确定关系△p⋅△x=ℎ
可判断光子动量的不确定量与狭缝关系；
4π
（4）任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波，p为运动物体的动量，ℎ为普朗克常量。

长λ=ℎ
p
【解答】
解：A．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说，故A正确；
B．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的频率小于极限频率，与光照时间无关，故B错误；
C．根据不确定关系Δp⋅Δx=ℎ
知，狭缝越窄，光子动量的不确定量越大，故C正确；
4π
D．无论是大到太阳、地球，还是小到电子、质子，都与一种波相对应，这就是物质波，物质波是概率波，故D正确．
本题选错误的，故选B．
3.
C
【考点】
康普顿效应
【解析】
在康普顿效应中，散射光子的动量减小，根据德布罗意波长公式判断光子散射后波长
的变化，康普顿效应进一步表明光子具有动量，体现光的粒子性
【解答】
解：A．康普顿效应揭示了光具有粒子性，故A错误；
BC．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，则动量减小，根据λ=ℎ
p
，知波长变长，故B错误，C正确；
D．光电效应和康普顿效应都无法用经典电磁理论进行解释，D错误．
故选C．
4.
【答案】
D
【考点】
光电效应现象及其解释
光通过棱镜时的偏折和色散
【解析】
当入射光的频率大于金属的截止频率，就会发生光电效应。

通过比较三束光的频率判
断是否发生光电效应。

【解答】
由图可知，折射到a、b、c上的光的折射率依次增大，则频率依次增大，那么金属板b
有光电子放出，照射到板c上的光的频率更大，板c一定放出光电子。

板a不一定放出光电子。

故D正确，A、B、C错误。

5.
【答案】
C
【考点】
物质波
【解析】
带电粒子经加速电场加速后，动能的大小等于电场力做功，求得速度v，代入公式：
λ=ℎ
p
即可．
【解答】
加速后的速度为v，根据动能定理可得：qU=1
2
mv2
所以v=√2qU
m
，
由德布罗意波公式可得：λ=ℎ
p =
m√2qU
m
=ℎ
2mqU
√2mqU．所以选项C正确。

6.
【答案】A
光子
【解析】
根据E＝ℎv求出光子的能量，每秒钟最少有6个绿光的光子射入瞳孔，从而求出每秒钟射入瞳孔的能量即可．
【解答】
绿光光子能量E＝ℎν=ℎc
λ
=3.8×10−19J。

每秒钟最少有6个绿光的光子射入瞳孔，
所以P=6E
1
=2.3×10−18W
7.
【答案】
B,C
【考点】
光电效应现象及其解释
【解析】
根据光电效应方程，以及最大初动能与遏止电压的关系得出遏止电压与入射光频率的关系式，结合图线的斜率和截距分析判断．
【解答】
根据光电效应方程E km＝ℎv−W0，以及E km＝eU c得：U c=ℎv
e −W0
e
，
A、图线的斜率k=ℎ
e
，解得普朗克常量ℎ＝ke，故A错误。

C、纵轴截距的绝对值b=W0
e
，解得逸出功W0＝eb，故C正确。

D、b等于逸出功与电荷电量的比值，而逸出功与材料有关，则b与材料有关，故D错误。

B、更换材料再实验，由于逸出功变化，可知图线的斜率不变，纵轴截距改变，故B正确。

8.
【答案】
B,C
【考点】
光电效应现象及其解释
【解析】
要明确各种单色光的折射率和波长、频率之间的关系：折射率越大则频率越大，波长
越小．对于本题解题的关键是通过图像判定a、b两种单色光谁的频率大，反向截止电
压大的则初动能大，初动能大的则频率高，故b光频率高于a光的．
【解答】
A、由光电效应方程1
2
mv m2=ℎν−W0，由题图可得b光照射光电管时使其逸出的光电
子最大初动能大，b光的频率大，波长小，故A错误；
B、b光的频率大，在玻璃中的折射率n b大，由C=arcsin1
n
可知：从同种玻璃射入空气
发生全反射时，b光的临界角小，a光大，故B正确；
C、发生双缝干涉时，△x=d
L
λ，b光波长小，相邻条纹间距b光小，a光大，故C正确；
D、在玻璃中的折射率n b>n a，b光的偏折程度大，故D错误。

9.
【答案】
A,C
【考点】
爱因斯坦光电效应方程
【解析】
根据光的偏折程度比较出a、b两束光的折射率大小，从而比较出频率的大小和光子能
量的大小。

根据sin C=1
n 比较临界角的大小。

根据双缝干涉条纹的间距公式△x=L
d
λ比
较条纹的间距。

【解答】
ABC、由光的折射定律知a光的折射率小于b光的折射率，a光的频率小于b光的频率，
故AC正确，B错误；
D、a光的波长大于b光的波长，由△x=L
d
λ可知a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条
纹间距，故D错误
10.
【答案】
A,C
【考点】
光电效应现象及其解释
爱因斯坦光电效应方程
【解析】
A、该装置所加的电压为反向电压，发现当电压表的示数大于或等于0.7V时，电流表示数为0，知道光电子点的最大初动能为0.7eV，根据光电效应方程E Km＝ℎγ−W0，求出
逸出功。

B、电键S断开，只要有光电子发出，则有电流流过电流表。

D、改用能量为1.5eV的光子照射，通过判断是否能发生光电效应来判断是否光电流。

【解答】
A、该装置所加的电压为反向电压，发现当电压表的示数大于或等于0.7V时，电流表示数为0，知道光电子点的最大初动能为0.7eV，
根据光电效应方程E Km＝ℎγ−W0，W0＝1.8eV．故A、C正确。

B、电键S断开后，用光子能量为2.5eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，有光
电子逸出，则有电流流过电流表。

故B错误。

D、改用能量为1.5eV的光子照射，由于光电子的能量小于逸出功，不能发生光电效应，无光电流。

故D错误。

二、填空题（共3小题，共18分．把答案直接填在横线上）
【答案】
2.1×1011−1.9×1011Hz,1.4×10−19−1.3×10−20J,无规则运动（或热运动）更剧烈
或无规则运动（或热运动）的平均动能更大．
【考点】
光子的发射和吸收
【解析】
电磁波在真空中传播速度都相同，都等于光速c，由c＝λf求出频率范围；光子能量E
＝ℎf；温度是分子热激烈程度的反映，温度越高，分子无规则越激烈．
【解答】
电磁波在真空中传播速度都等于光速c，由c＝λf得
频率f=c
λ
将c＝3.0×108m⋅s−1，λ＝1.4×10−3∼1.6×10−3m，代入解得：
频率范围f为：2.1×1011−1.9×1011Hz；
光子能量E＝ℎf，其中ℎ＝6.6×10−31J⋅s，代入解得，光子能量的范围为：1.4×
10−19−1.3×10−20J；
温度是分子热激烈程度的反映，温度越高，分子无规则越激烈．空气温度升高，从微
观上看就是空气中分子的无规则运动（或热运动）更剧烈或无规则运动（或热运动）
的平均动能更大．
【答案】
减小
无
【考点】
光电效应现象及其解释
【解析】
（1）用一紫外线灯照射锌板，产生光电效应现象，根据锌板的电性，分析用带负电的金属小球与锌板接触后，验电器指针偏角的变化。

（2）红光的频率比黄光低，黄光照射锌板，验电器指针无偏转，黄光不能使锌板产生光电效应，红光也不能使锌板产生光电效应。

【解答】
在用一紫外线灯照射锌板，锌板产生光电效应，光电子射出后，锌板带正电，用一带
负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将减小。

用黄光照射锌板，验电器指针无偏转，说明黄光不能使锌板产生光电效应，红光的频
率比黄光低，红光也不能使锌板产生光电效应，验电器指针无偏转。

【答案】
铯
b
a
【考点】
光电效应现象及其解释
【解析】
发生光电效应的条件是入射光的波长小于金属的极限波长，根据条件确定阴极K上涂
有的是什么金属。

根据夜晚没有光，但是指示灯亮，来确定控制电路的开关与哪一端接触；根据无光时，不发生光电效应，光控继电器停止工作，来确定控制电路的开关与哪一端接触。

【解答】
因为可见光的波长只有小于铯的极限波长，所以光电管阴极K上应涂上金属铯。

夜晚没有光，不发生光电效应，但是指示灯亮，知开始开关K与b端相连。

无光时，不发生光电效应，继电器停止工作，知开始时开关与a端相连。

故答案为：铯；b；a
三、论述•计算题（共4小题，共42分．解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）
【答案】
运动员对应的德布罗意波的波长是1.05×10−36m ，波动性不明显 【考点】 物质波 【解析】
先计算出运动员的速度与动量，然后根据德布罗意波长公式λ=ℎ
P 求解．
【解答】
运动员的平均速度为：v ¯
=x
t =
11012.92
m/s ≈8.51m/s ：
动量为：P ＝mv ＝74×8.51＝630.0kg ⋅m/s 根据德布罗意波长公式有：λ=
ℎP
=
6.63×10−34
630.0
≈1.05×10−36m
由于该波长远小于一般物体的尺寸，故波动性不明显； 【答案】
T ＝15000K 所对应的波长为1.93×10−7m ；
用T ＝15000K 所对应波长的光照射逸出功为W 0＝4.54eV 的金属钨，能发生光电效应。

逸出光电子的最大初动能是1.90eV 。

【考点】
黑体与黑体辐射 【解析】
黑体辐射实验规律：黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大，随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。

根据光电效应的产生条件分析。

【解答】
由公式λm T ＝2.90×10−3m ⋅K 得：λm =
2.90×10−3
T
m =2.90×10−315000
m ≈1.93×10−7m
波长λm ＝1.93×10−7m 的光子能量为：E ＝ℎν=
ℎc λm
=
6.626×10−34×3×1081.93×10−7×1.6×10−19
eV ≈6.44eV
因E >W 0，故能发生光电效应。

由光电效应方程E k ＝ℎν−W 0得：E k ＝(6.44−4.54)eV ＝1.90eV 。

【答案】
每秒钟内由K 极发射的光电子数目3.5×1012 个； 电子到达A 极时的最大动能6.01×10−19 J ； 电子到达A 极的最大动能是6.01×10−19 J 【考点】
光电效应现象及其解释 【解析】
（1）根据饱和电流的大小，结合n =It
e 求出每秒内由K 极发射的光电子数目． （2）根据光电效应方程求出光电子的最大初动能，结合动能定理求出电子到达A 极时的最大动能．
（3）入射光的强度影响单位时间内发出光电子的数目，不影响光电子的最大初动能．
【解答】
设每秒内发射的电子数为n，则：n=It
e =0.56×10−6×1
1.6×10−19
=3.5×1012（个）．
由光电效应方程可知：E km＝ℎν−W0
＝ℎc
λ−ℎc
λ0
=ℎc(1
λ
−1
λ0
)
在AK间加电压U时，电子到达阳极时的动能为E k，E k＝E km+eU
＝ℎc(1
λ−1
λ0
)+eU．
代入数值得：E k＝6.01×10−19 J．
根据光电效应规律，光电子的最大初动能与入射光的强度无关．
如果电压U不变，则电子到达A极的最大动能不会变．
【答案】
光电子的比荷为8U
B2d2
【考点】
动能定理的应用
光电效应现象及其解释
【解析】
根据动能定理，结合电子在磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，结合牛顿第二定律与几何，即可求解．
【解答】
设光电子受紫外线照射后射出的速度为v．在MN间加电场，当电压表示数为U时，由动能定理得：
eU=1
2
mv2
在MN间加垂直于纸面的匀强磁场，当磁感强度为B时，光电子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径为：
r=d 2
光电子在磁场中做匀速圆周运动的向心力由洛仑兹力提供，所以有：evB＝m v2
r
由上述三式解得：e
m =8U
B2d2
；。