【优化设计】2022-2022学年高中物理第十七章波粒二象性测评B新人教版选修3-5(高考体验卷)一、选择题(本题共10小题,每小题4分,共40分。在每小题给出的四个选项中,至少有一个选项正确;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.(2022·上海单科)当用一束紫外线照射锌板时,产生了光电效应,这时( )A.锌板带负电B.有正离子从锌板逸出C.有电子从锌板逸出D.锌板会吸附空气中的正离子解析:发生光电效应时,有电子从锌板逸出,锌板带上正电,选项A、B错误,选项C正确;锌板带正电,吸附空气中的负离子,选项D错误。答案:C2.(2022·上海单科)用极微弱的可见光做双缝干涉实验,随着时间的增加,在屏上先后出现如图(a)、(b)、(c)所示的图像,则( )A.图像(a)表明光具有粒子性B.图像(c)表明光具有波动性C.用紫外光做实验观察不到类似的图像D.实验表明光是一种概率波解析:图像(a)表明单个光子的运动落点无规律,表现出光的粒子性,选项A正确;图像(c)表明大量光子运动的规律表现出光的波动性,选项B正确;用任意单色光做实验都能得到类似的结果,选项C错误;实验表明光子到达各个地方的几率不一样,光是一种概率波,选项D正确。答案:ABD3.(2022·上海单科)根据爱因斯坦光子说,光子能量E等于(h为普朗克常量,c、λ为真空中的光速和波长)( )A.h B.h C.hλ D.解析:光子的能量E=hν,而ν=,故E=h,选项A正确。答案:A4.(2022·广东理综)光电效应实验中,下列表述正确的是( )A.光照时间越长光电流越大B.入射光足够强就可以有光电流C.遏止电压与入射光的频率有关D.入射光频率大于截止频率才能产生光电子解析:只有当入射光频率大于截止频率时才能发生光电效应,如果入射光频率小于截止频率,不论光多么强也不会产生光电流,选项B错误,D正确;光电流的大小只与单位时间流过单位截面积的光电子数目有关,而与光照时间的长短无关,选项A错误;遏止电压即反向电压,eU=Ek,Ek=hν-W0,故eU=hν-W0,与入射光的频率有关,当改变入射光频率时,遏止电压也会变化,选项C正确。答案:CD55.(2022·福建理综)爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖。某种金属逸出光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系如图所示,其中νc为截止频率。从图中可以确定的是( )A.逸出功与ν有关B.Ek与入射光强度成正比C.当ν<νc时,会逸出光电子D.图中直线的斜率与普朗克常量有关解析:逸出功与照射光的频率无关,由金属本身决定,选项A错误;光电子的最大初动能与照射光的频率有关,与照射光的强度无关,选项B错误;ν<νc时,即照射光的频率小于截止频率时,不会发生光电效应,无光电子逸出,选项C错误;由光电效应方程Ek=hν-W0可知,图线的斜率即为普朗克常量,选项D正确。答案:D6.(2022·广东理综)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解析:增大入射光的强度,单位时间内逸出的光电子数目增多,光电流增大,选项A正确;光电效应的发生与入射光的强度无关,选项B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,选项C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,选项D正确。答案:AD7.(2022·上海单科)在光电效应的实验结果中,与光的波动理论不矛盾的是( )A.光电效应是瞬时发生的B.所有金属都存在极限频率C.光电流随着入射光增强而变大D.入射光频率越大,光电子最大初动能越大解析:光的波动理论认为只要光照射的时间足够长、足够强就能发生光电效应,且光电子的初动能就大,但实验中金属表面溢出电子的条件是入射光的频率大于金属的极限频率,发生是瞬时的,且入射光频率越大,光电子最大初动能越大,这与光的波动理论相矛盾,故选项A、B、D错误;波动理论认为光强度越大,光电流越大;光电效应中认为光强度越大,光子越多,金属表面溢出的光电子越多,即光电流越大,所以该实验结果与波动理论不矛盾,故选项C正确。答案:C8.(2022·浙江理综)在光电效应实验中,飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光),如图所示。则可判断出( )5A.甲光的频率大于乙光的频率B.乙光的波长大于丙光的波长C.乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D.甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能解析:由题图可知,甲、乙两光对应的反向截止电压均为Uc2,由爱因斯坦光电效应方程Ekm=hν-W逸及-eUc2=0-Ekm可知甲、乙两光频率相同,且均小于丙光频率,选项A、C均错;甲光频率小,则甲光对应光电子最大初动能小于丙光的光电子最大初动能,选项D错误;乙光频率小于丙光频率,故乙光的波长大于丙光的波长,选项B正确。答案:B9.(2022·江苏单科)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( )解析:随着温度的升高,黑体辐射的强度与波长有这样的关系。一方面,各种波长的辐射强度都有增加,另一方面,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。由此规律可知应选A项。答案:A10.(2022·北京理综)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所示。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K、A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为电子电荷量)( )A.U=B.U=C.U=2hν-WD.U=解析:由题意可知,一个电子一次吸收了n个光子,则有eU=nhν-W,整理得U=,因n只能取整数且n≥2,故选项B正确。答案:B5二、填空题(本题共2小题,共16分。把答案填在题中的横线上)11.(6分)(2022·江苏单科)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。答案:A12.(10分)(2022·浙江自选)小明用金属铷为阴极的光电管,观测光电效应现象,实验装置示意如图甲所示。已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s。(1)图甲中电极A为光电管的 (选填“阴极”或“阳极”); (2)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示,则铷的截止频率νc= Hz,逸出功W0= J; (3)如果实验中入射光的频率ν=7.00×1014Hz,则产生的光电子的最大初动能Ek= J。 解析:(1)光电子从阴极K释放出来,则电极A为光电管的阳极。(2)由题图乙读出铷的截止频率νc=5.15×1014Hz(5.12×1014~5.18×1014Hz均可),逸出功W=hνc=6.63×10-34×5.15×1014J≈3.41×10-19J(3.39×10-19~3.43×10-19J均可)。(3)根据光电效应方程Ekm=hν-W=6.63×10-34×7.00×1014J-3.41×10-19J=1.23×10-19J(1.21×10-19~1.25×10-19J均可)。答案:(1)阳极(2)(5.12~5.18)×1014 (3.39~3.43)×10-19(3)(1.21~1.25)×10-19三、解答题(本题共3小题,共44分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)13.(14分)(2022·江苏单科)A、B两种光子的能量之比为2∶1,它们都能使某种金属发生光电效应,且所产生的光电子最大初动能分别为EA、EB。求A、B两种光子的动量之比和该金属的逸出功。解析:光子能量ε=hν,动量p=,且ν=得p=,则pA∶pB=2∶1A照射时,光电子的最大初动能EA=εA-W0。同理,EB=εB-W0解得W0=EA-2EB。答案:2∶1 EA-2EB14.(14分)(2022·山东青岛模拟)原子核的半径为10-15m,估计核内质子的动量不确定范围。如果电子被限制在核内,其动量不确定范围又是多少?解析:设质子的位置不确定范围等于原子核的半径,即Δx=10-15m,由不确定性关系公式ΔxΔp≥,得Δp≥=5.3×10-20kg·m/s。5同理,电子被限制在核内,动量的不确定范围与质子一样,为Δp≥5.3×10-20kg·m/s。答案:大于或等于5.3×10-20kg·m/s 大于或等于5.3×10-20kg·m/s15.(16分)(2022·江苏南京模拟)一光电管的阴极用极限波长λ0=5000Å的钠制成。用波长λ=3000Å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,光电流的饱和值I=0.56mA。(1)求每秒内由K极发射的电子数;(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3倍,此时电子到达A极时的最大动能是多少?(普朗克常量h=6.63×10-34J·s,电子的电荷量e=1.6×10-19C)解析:(1)每秒内由K极发射的电子数n=个=3.5×1012个。(2)由爱因斯坦光电效应方程得Ek=hν-W=hc()=6.63×10-34×3×108()J=2.65×10-19J再由动能定理,在阴极K逸出的电子经过电势差为U的电场加速,到达A极时的最大动能为Ekm=Ek+eU=(2.65×10-19+1.6×10-19×2.1)J=6.01×10-19J。(3)当光强度增到原值的3倍时,电子到达A极时的最大动能不变,仍为6.01×10-19J。答案:(1)3.5×1012个 (2)6.01×10-19J (3)6.01×10-19J5
