2021届新高考物理第一轮复习课时强化训练：波粒二象性(解析版)

2021届新高考物理第一轮复习课时强化训练
波粒二象性
一、选择题
1、研究光电效应的实验规律的电路如图所示，加正向电压时，图中光电管的A极接电源正极，K极接电源负极。

加反向电压时，反之。

当有光照射K极时，下列说法正确的是( )
A．K极中有无光电子射出与入射光频率无关
B．光电子的最大初动能与入射光频率有关
C．只有光电管加正向电压时，才会有光电流
D．光电管加正向电压越大，光电流强度一定越大
解析：选B K极中有无光电子射出与入射光频率有关，只有当入射光的频率大于K极金属的极限频率时才有光电子射出，选项A错误；根据光电效应的规律，光电子的最大初动能与入射光频率有关，选项B正确；光电管加反向电压时，只要反向电压小于遏止电压，就会有光电流产生，选项C错误；在未达到饱和光电流之前，光电管加正向电压越大，光电流强度一定越大，达到饱和光电流后，光电流的
大小与正向电压无关，选项D错误。

2、(多选)现代物理学认为，光和实物粒子都具有波粒二象性．下列事实中突出体现波动性的是( )
A．一定频率的光照射到锌板上，光的强度越大，单位时间内锌板上发射的光电子就越多
B．肥皂液是无色的，吹出的肥皂泡却是彩色的
C．质量为10－3 kg、速度为10－2 m/s的小球，其德布罗意波长约为10－23 m，不过我们能清晰地观测到小球运动的轨迹
D．人们常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距大致相同
解析：选BD光子照射到锌板上，发生光电效应，说明光有粒子性，选项A错误；白光在肥皂泡上发生薄膜干涉时，会出现彩色条纹，光的干涉现象说明了光具有波动性，选项B正确；由于实物的波长很小，波动性不明显，表现为粒子性，所以看到小球的轨迹，选项C错误；用热中子研究晶体结构，其实是通过中子的衍射来“观察”晶体的，是利用中子的波动性，选项D正确．
3、如图所示，当弧光灯射出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，同时与锌板相连的验电器铝箔有张角，则该实验( )
A．只能证明光具有波动性
B．只能证明光具有粒子性
C．只能证明光能够发生衍射
D．证明光具有波粒二象性
解析：选D 弧光灯射出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，这是光的衍射，证明了光具有波动性；验电器铝箔有张角，说明锌板发生了光电效应，则证明了光具有粒子性，所以该实验证明了光具有波粒二象性，D正确。

4、四种金属的逸出功W0如表所示，以下说法正确的是( )
金属钙钠钾铷
W0/eV 3.20 2.29 2.25 2.13 A．逸出功就是使电子脱离金属所做的功
B．四种金属中，钙的极限频率最小
C．若某种光照射钠时有光电子逸出，则照射钙时也一定有光电子逸出
D．若某种光照射四种金属时均发生光电效应，则铷逸出电子的
最大初动能最大
解析：选D 逸出功是每个电子从这种金属中飞出过程中，克服金属中正电荷引力所做的功的最小值，故A错误；四种金属中，钙的逸出功最大，根据W＝hν0可知，极限频率最大，选项B错误；因钙的逸出功大于钠的逸出功，则若某种光照射钠时有光电子逸出，则照射钙时不一定有光电子逸出，选项C错误；若某种光照射四种金属时均发生光电效应，因铷的逸出功最小，则逸出电子的最大初动能最大，选项D正确。

5、用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片。

这些照片说明( )
A．光只有粒子性没有波动性
B．光只有波动性没有粒子性
C．少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性
D．少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性
解析：选D 由题图可以看出，少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性，故D正确。

6、已知金属锌发生光电效应时产生的光电子的最大初动能E k跟入射光的频率的关系图像如图中的直线1所示。

某种单色光照射到金属锌的表面时，产生的光电子的最大初动能为E1。

若该单色光照射到另一金属表面时产生的光电子的最大初动能为E2，E2＜E1，关于这种金属的最大初动能E k跟入射光的频率的关系图像应是如图中的( )
A．a B．b
C．c D．上述三条图线都不正确
解析：选A 根据光电效应方程E k＝hν－W0，知，E k＝hν－hν0，知图线的横轴截距表示截止频率，图线的斜率表示普朗克常量，可知图线应用a图线平行，因为金属不同，则截止频率不同。

故A正确，
B、C、D错误。

7、(多选)如图所示，电路中所有元件完好，但光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过，其原因可能是( )
A．入射光太弱B．入射光波长太长
C．光照时间短D．电源正、负极接反
解析：选BD 若入射光波长太长，入射光的频率低于截止频率时，不能发生光电效应，故选项B正确；电路中电源反接，对光电管加了反向电压，若使该电压超过了遏止电压，也没有光电流产生，故选项D正确。

8、光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流。

表中给出了6次实验的结果。

由表中数据得出的论断中不正确的是( )
A．两组实验采用了不同频率的入射光
B．两组实验所用的金属板材质不同
C．若入射光子的能量为5.0 eV，逸出光电子的最大动能为1.9 eV D．若入射光子的能量为5.0 eV，相对光强越强，光电流越大
解析：选B 由光子的能量E＝hν，可知若入射光子的能量不同，则入射光子的频率不同，A正确。

由爱因斯坦光电效应方程hν＝W ＋E k，可求出两组实验的逸出功W均为3.1 eV，故两组实验所用的金属板材质相同，B错误。

由hν＝W＋E k，W＝3.1 eV，当hν＝5.0 eV 时，E k＝1.9 eV，C正确。

相对光强越强，单位时间内射出的光子数越多，单位时间内逸出的光电子数越多，形成的光电流越大，D正确。

本题选不正确的，故选B。

9、(多选)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(直线与横轴的交点坐标4.27，与纵轴交点坐标0.5)。

由图可知( )
A．该金属的截止频率为4.27×1014 Hz
B．该金属的截止频率为5.5×1014 Hz
C．该图线的斜率表示普朗克常量
D．该金属的逸出功约为1.8 eV
解析：选ACD 由光电效应方程E k＝hν－W0可知，题图中横轴的截距为该金属的截止频率，选项A正确，B错误；图线的斜率表示普朗克常量h，C正确；该金属的逸出功W0＝hν0＝6.63×10－34×4.27×1014J≈1.8 eV，选项D正确。

10.(多选)用同一光电管研究a、b、c三束单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间的电压U的关系曲线如图所示，由此可判断( )
A．a、b、c的频率关系为νa＞νb＞νc
B．a、b、c的频率关系为νa＝νc＜νb
C．用三束单色光照射光电管时，a光使其逸出的光电子最大初动能大
D．用三束单色光照射光电管时，b光使其逸出的光电子最大初动能大
解析：选BD 由题图可知a、c光的遏止电压相同，且小于b光
的遏止电压，由公式1
2
mv c2＝qU c，可知b光照射时光电子的最大初动
能大，C 错误，D 正确；又由爱因斯坦光电效应方程有hν＝12
mv c 2
＋
W 0，综合以上分析可知三束单色光的频率关系应为νa ＝νc ＜νb ，A
错误，B 正确。

11、如图所示，有一束单色光入射到极限频率为ν0的金属板K 上，具有最大初动能的某出射电子，沿垂直于平行板电容器极板的方向，从左侧极板上的小孔入射到两极板间的匀强电场后，到达右侧极板时速度刚好为零。

已知电容器的电容为C ，带电量为Q ，极板间距为d ，普朗克常量为h ，电子电量的绝对值为e ，不计电子的重力。

关于电容器右侧极板的带电情况和入射光的频率ν，以下判断正确的是( )
A ．带正电，ν0＋Qe
Ch
B ．带正电，ν0＋Qe
Chd
C ．带负电，ν0＋Qe
Ch
D ．带负电，ν0＋
Qe Chd
解析：选C 以最大初动能入射至电容器的电子经板间电场到达右侧极板速度刚好为0，说明电场力做负功，电场强度方向向右，右侧极板所带电荷为负电荷，且－eU ＝0－E k0，其中由电容器电压与电荷量的关系知U ＝Q C。

由最大初动能与单色光入射频率的关系知E k0＝
hν－hν0，代入化简可得ν＝ν0＋Qe
Ch。

12、研究光电效应规律的实验装置如图所示，用频率为ν的光照射光电管阴极K 时，有光电子产生．由于光电管K 、A 间加的是反向电压，光电子从阴极K 发射后将向阳极A 做减速运动．光电流i 由图中电流计G 测出，反向电压U 由电压表V 测出，当电流计的示数恰好为零时，电压表的示数为遏止电压U 0，在下列表示光电效应实验规律的图象中，错误的是( )
B 解析 当反向电压U 和入射光频率ν一定时，发生光电效应产生的光电子数与光强成正比，则单位时间到达阳极A 的光电子数与光强也成正比，故光电流i 与光强I 成正比，选项A 正确；由动能定
理得－eU 0＝0－E k ，又因为E k ＝hν－W 0，所以U 0＝h e ν－W 0
e
，可知遏止
电压U 0与频率ν是线性关系，但不是正比例关系，选项B 错误；当光强与入射光频率一定时，单位时间内逸出的光电子数及其最大初动能是一定的，所形成的光电流强度会随反向电压的增大而减小，选项C 正确；根据光电效应的瞬时性规律，选项D 正确．
二、非选择题
13、紫光的波长为4×10－7 m ，金属钠的逸出功为3.5×10－19 J(普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s，光速c ＝3×108 m/s)，求：
(1)每个紫光光子的能量为多大？
(2)若用该紫光照射金属钠时，产生的光电子的最大初动能是多
大？
解析 (1)由ε＝hν，ν＝c λ得ε＝hc
λ
≈5.0×10－19 J ．
(2)由爱因斯坦的光电效应方程得hν＝W 0＋E kmax ，
E kmax ＝hν－W 0＝1.5×10－19 J ．
答案 (1)5.0×10－19 J (2)1.5×10－19 J
14、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 ＝6.63×10－34 J·s，加速电压的计算结果取一位有效数字．
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1
2
mv2＝
p2
2m
，解得U＝
mv2
2e
＝
h2
2meλ2
≈8×102 V．
答案(1)1.5×10－23kg·m/s(2)8×102 V
15、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(h＝6.626×10－34J·s)：λm T＝2.90×10－3m·K．
(1)求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＝4.54 eV 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？
解析(1)由公式λm T＝2.90×10－3m·K得
λm＝2.90×10－3m·K
T
＝
2.90×10－3
15 000
m≈1.93×10－7m．
(2)波长λm＝1.93×10－7 m的光子能量
ε＝hν＝h c
λm ＝
6.626×10－34×3×108
1.93×10－7×1.6×10－19
eV≈6.44 eV，
因ε＞W0，
故能发生光电效应．
由光电效应方程
E k＝hν－W0，
得E k＝(6.44－4.54)eV＝1.90 eV．
答案(1)1.93×10－7 m (2)能 1.90 eV
16、如图所示，相距为d的两平行金属板A、B足够大，板间电压恒为U，有一波长为λ的细激光束照射到B板中央，使B板发生光电效应，已知普朗克常量为h，金属板B的逸出功为W0，电子质量为m，电荷量为e.求：
(1)从B板运动到A板所需时间最短的光电子，到达A板时的动能；
(2)光电子从B板运动到A板时所需的最长时间．
解析(1)根据爱因斯坦光电效应方程得E k＝hν－W0，
光子的频率为ν＝c
λ，
所以光电子的最大初动能为E k ＝hc
λ
－W 0，
能以最短时间到达A 板的光电子，是初动能最大且垂直于板面离开B 板的电子，设到达A 板的动能为E k1，由动能定理，得
eU ＝E k1－E k ，
所以E k1＝eU ＋hc
λ
－W 0．
(2)能以最长时间到达A 板的光电子，是离开B 板时的初速度为零或运动方向平行于B 板的光电子．
则d ＝12at 2＝Uet 2
2dm
，解得t ＝d
2m
Ue
．
答案 (1)eU ＋hc λ
－W 0 (2)d
2m Ue
17、如图所示为证实电子波存在的实验装置，从F 上漂出来的热电子可认为初速度为零，所加的加速电压U ＝104 V ，电子质量为m ＝9.1×10－31 kg.电子被加速后通过小孔K 1和K 2后入射到薄的金箔上，发生衍射现象，结果在照相底片上形成同心圆明暗条纹．试计算电子的德布罗意波长．
解析 将eU ＝E k ＝12mv 2，p ＝2mE k ，λ＝h
p ，
联立解得λ＝
h
2meU
， 代入数据可得λ≈1.23×10－11 m ． 答案 1.23×10－11 m。