2024年高考物理一轮复习考点39波粒二象性练习含解析

PAGE12-考点39波粒二象性题组一基础小题1．(多选)一单色光照到某金属表面时，有光电子从金属表面逸出，下列说法中正确的是()A．无论增大照耀光的频率还是增加照耀光的强度，金属的逸出功都不变B．只延长照耀光照耀时间，光电子的最大初动能将增加C．只增大照耀光的频率，光电子的最大初动能将增大D．只增大照耀光的频率，光电子逸出所经验的时间将缩短答案AC解析金属的逸出功是由金属自身确定的，增大照耀光的频率，或增加照耀光的强度，金属的逸出功都不变，A正确；依据光电效应方程Ek＝hν－W0可知，光电子的最大初动能由照耀光的频率和金属的逸出功共同确定，只延长照耀光照耀时间，光电子的最大初动能不变，只增大照耀光的频率，光电子的最大初动能将增大，B错误，C正确；光电子逸出几乎是瞬时的，与照耀光的频率无关，D错误。2．(多选)用绿光照耀一个光电管，能产生光电效应。欲使光电子从阴极逸出时的最大初动能增大，可以()A．改用红光照耀 B．改用紫光照耀C．改用蓝光照耀 D．增加绿光照耀时间答案BC解析光电子的最大初动能与光的照耀时间及照耀强度无关，而与入射光子的能量有关，入射光子的能量越大，光电子从阴极逸出时的最大初动能越大，所以本题中可以改用比绿光光子能量更大的紫光、蓝光照耀，以增大光电子从阴极逸出时的最大初动能。故B、C正确。3．如图所示，当开关S断开时，用光子能量为3.5eV的一束光照耀阴极K，发觉电流表读数不为零。闭合开关，调整滑动变阻器，发觉当电压表读数小于1.5V时，电流表读数仍不为零，当电压表读数大于或等于1.5V时，电流表读数为零。由此可知阴极材料的逸出功为()A．1.5eV B．2.0eVC．3.5eV D．5.0eV答案B解析依据题意知此时间电子的最大初动能Ekm＝eUc＝1.5eV；依据爱因斯坦的光电效应方程Ekm＝hν－W0，有W0＝hν－Ekm＝3.5eV－1.5eV＝2.0eV，故B正确。4．(多选)如图所示，N为金属板，M为金属网，它们分别与电池的两极相连，各电池的电动势和极性如图所示，已知金属板的逸出功为4.8eV。现分别用不同频率的光照耀金属板(各光子的能量已在图上标出)，则下列说法正确的是()A．图1中无光电子射出B．图2中光电子到达金属网时的动能大小为1.5eVC．图3中的光电子能到达金属网D．图4中光电子到达金属网时的最大动能为3.5eV答案AB解析图1中入射光的能量小于金属板的逸出功，故不会有光电子射出，A正确；依据光电效应方程Ek＝hν－W0，图2中金属板能够射出光电子，且光电子的初动能为零，经过N、M间电场的加速，射出的光电子具备了1.5eV的动能，B正确；图3、图4中加反向电压，图3中逸出金属板的光电子的最大初动能为1.0eV，小于光电子到达金属网须要克服电场力做的功1.5eV，故光电子不能到达金属网，C错误；依据光电效应方程可知，图4中逸出金属板的光电子的最大初动能为2.0eV，它在N、M间克服电场力做功1.5eV，故光电子到达金属网时的最大动能为2.0eV－1.5eV＝0.5eV，D错误。5．若能量为E0的光子照耀到某金属表面时，从金属表面逸出的光电子的最大初动能为E，则能量为2E0的光子照耀到该金属表面时，逸出的光电子的最大初动能为()A．E0＋E B．E0－EC．2E D．2E0－E答案A解析设该金属的逸出功为W0，若用能量为E0的光子照耀该金属时，逸出的光电子的最大初动能为E，依据光电效应方程知E＝E0－W0；改用能量为2E0的光子照耀同一金属，金属的逸出功不变，则逸出的光电子的最大初动能为Ekm＝2E0－W0＝E0＋E。故A正确。6．(多选)用图甲所示的试验装置探讨光电效应现象，分别用a、b、c三束光照耀光电管的阴极，得到光电管两端的电压与相应的光电流的关系如图乙所示，其中a、c两束光照耀时对应的遏止电压相同，均为Uc1，则下列论述正确的是()A．a、c两束光的光强相同，频率不同B．b光束的光的波长最短C．a光束照耀时间电管发出的光电子的最大初动能最大D．b光束光子的动量最大答案BD解析光电流恰为零时间电管两端加的电压为遏止电压，对应的光的频率为截止频率，依据eUc＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,m)＝hν－W0，可知，入射光的频率越高，对应的遏止电压Uc越大，a光、c光的遏止电压相等，所以a光、c光的频率相同，而a光的饱和光电流较大，则a光的强度比c光的大，A错误；b光的遏止电压最大，则b光的频率最大，波长最短，能量最大，照耀光电管发出光电子的最大初动能也最大，故B正确，C错误；因为b光的频率最大，依据p＝eq\f(h,λ)＝eq\f(hν,c)，可知b光束光子的动量最大，故D正确。7．某金属在光的照耀下产生光电效应，其遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图象如图所示，则由图象可知()A．入射光的频率越大，该金属的逸出功越大B．入射光的频率越大，则遏止电压越大C．由图可求出普朗克常量h＝eq\f(U,ν0)D．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比答案B解析逸出功与入射光频率无关，由金属材料确定，故A错误；依据光电效应方程Ek＝hν－W0和eUc＝Ek得Uc＝eq\f(hν,e)－eq\f(W0,e)，当入射光的频率大于极限频率时，入射光的频率越大，则遏止电压越大，故B正确；由Uc＝eq\f(hν,e)－eq\f(W0,e)，知图线的斜率k＝eq\f(h,e)＝eq\f(U,ν0)，可得普朗克常量h＝eq\f(Ue,ν0)，故C错误；依据光电效应方程Ekm＝hν－W0可知，光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系，但不成正比，故D错误。8．(多选)如图所示是用光照耀某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的改变图线(直线与横轴的交点坐标为4.27，与纵轴的交点坐标为0.5)。由图可知()A．该金属的截止频率为4.27×1014HzB．该金属的截止频率为5.5×1014HzC．该图线的斜率表示普朗克常量D．该金属的逸出功为0.5eV答案AC解析由光电效应方程Ek＝hν－W0，可知图线的斜率为普朗克常量，图线在横轴上的截距为金属的截止频率，A、C正确，B错误；金属的逸出功为：W0＝hν0＝eq\f(6.63×10－34×4.27×1014,1.6×10－19)eV≈1.77eV，D错误。9．(多选)在光电效应试验中，用同一种单色光，先后照耀锌和银的表面，都能发生光电效应。对于这两个过程，下列四个物理量中，肯定不同的是()A．遏止电压B．饱和光电流C．光电子的最大初动能D．逸出功答案ACD解析同一束光照耀不同的金属，肯定相同的是入射光的光子能量，不同的金属对应的逸出功不同，依据光电效应方程Ekm＝hν－W0知，光电子的最大初动能不同，又eUc＝Ekm，故遏止电压也不同；用同一束光照耀，光束中的光子数目相等，所以饱和光电流是相同的，故选A、C、D。10．以往我们相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汲取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相识，用强激光照耀金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内汲取多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被试验证明。光电效应试验装置示意如图。用频率为ν的一般光源照耀阴极K，没有发生光电效应。换用同样频率ν的强激光照耀阴极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。渐渐增大U，光电流会渐渐减小；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解析假设电子汲取的光子个数为n(n>1)，则Ek＝nhν－W，又Ek＝eU，解得U＝eq\f(nhν,e)－eq\f(W,e)，B正确。11．对光的相识，下列说法不正确的是()A．个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性B．光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的C．大量光子表现出波动性时，就不具有粒子性，少量光子表现出粒子性时，就不再具有波动性D．光的波粒二象性应理解为：在某种状况下光的波动性表现明显，在另外某种状况下，光的粒子性表现得明显答案C解析个别光子的行为往往表现出来的是粒子性，而大量光子的行为表现出来的是波动性，A正确；光的波动性是光子本身的属性，并不是光子之间的相互作用引起的，B正确；光的波粒二象性是指光在某种状况下光的波动性表现得明显，但不是没有粒子性，只是粒子性不明显；反之，在另外某种状况下，光的粒子性表现得明显，波动性不明显，故C错误，D正确。12．(多选)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有()A．光电效应现象表明白光具有粒子性B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C．黑体辐射的试验规律可用光的波动性说明D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波波长也相等答案AB解析光电效应现象表明白光具有粒子性，A正确；衍射是波特有的性质，故热中子束射到晶体上产生衍射图样说明运动的中子具有波动性，B正确；黑体辐射的试验规律不能运用光的波动性说明，普朗克借助于能量子假说，完备地说明白黑体辐射规律，破除了“能量连续改变”的传统观念，C错误；依据德布罗意波波长公式λ＝eq\f(h,p)可知，若一个电子和一个质子的德布罗意波波长相等，则动量p也相等，但是质子质量比电子质量大，由动能Ek＝eq\f(p2,2m)，可知两者的动能不相等，D错误。13．关于物质波，下列说法中正确的是()A．速度相等的电子和质子，电子的波长大B．动能相等的电子和质子，电子的波长小C．动量相等的电子和中子，中子的波长小D．甲电子的速度是乙电子速度的3倍，甲电子的波长也是乙电子波长的3倍答案A解析由λ＝eq\f(h,p)可知，电子与质子的速度相等时，电子的动量小，波长大，故A正确；电子与质子的动能相等时，由动量与动能的关系式p＝eq\r(2mEk)可知，电子的动量小，波长大，B错误；动量相等的电子和中子，其波长应相等，C错误；假如甲电子的速度是乙电子的速度的3倍，甲的动量也是乙的动量的3倍，那么甲的波长应是乙的波长的eq\f(1,3)，D错误。14．1927年戴维逊和革末完成了电子衍射试验，该试验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理试验之一。如图所示的是该试验装置的简化图，下列说法不正确的是()A．亮条纹是电子到达概率大的地方B．该试验说明物质波理论是正确的C．该试验再次说明光子具有波动性D．该试验说明实物粒子具有波动性答案C解析亮条纹是电子到达概率大的地方，该试验说明物质波理论是正确的，该试验说明实物粒子具有波动性，不能说明光子具有波动性。故选C。15．被誉为“中国天眼”的世界最大单口径射电望远镜(简称FAST)坐落在贵州省平塘县，用来接收来自宇宙深处的电磁波。“中国天眼”的存在，使得深空通讯实力延长至太阳系外缘行星，对探究宇宙的起源和地外文明具有重要意义。假如为天眼配备一部放射功率为百万瓦级(106W)的放射机，其放射的无线电波波长为126厘米，那么该放射机每秒钟放射的光子数量的数量级约为(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解析设放射机每秒钟放射的光子数量为n，则t0时间内放射的光子的总能量为E＝nt0ε，由ε＝hν和ν＝eq\f(c,λ)得E＝nt0heq\f(c,λ)，则有nt0heq\f(c,λ)＝Pt0，代入数据，最终可得n的数量级约为1031，故C正确。16．人们设想将来深空探测器是以光压为动力的。让太阳光垂直薄膜光帆照耀并全部反射，从而产生光压。设探测器在轨道上运行时，每秒每平方米获得的太阳光能E＝1.5×104J，薄膜光帆的面积S＝6.0×102m2，探测器的质量m＝60kg。已知光子动量的计算式p＝eq\f(h,λ)，那么探测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解析由光子的动量p＝eq\f(h,λ)、能量ε＝hν、λν＝c得ε＝pc。面积为S的光帆Δt时间内获得的光子数n＝eq\f(E·S·Δt,ε)。设探测器某时刻的动量为p0，受到光压作用Δt时间后动量增加到p0＋Δp，因为光全部反射，依据动量守恒定律np＋p0＝－np＋(p0＋Δp)，探测器的动量增加量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正确。题组二高考小题17．(2024·北京高考)光电管是一种利用光照耀产生电流的装置，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次试验的结果。组次入射光子的能量/eV相对光强光电流大小/mA逸出光电子的最大动能/eV第一组1234.04．04．0弱中强2943600.90．90．9其次组4566.06．06．0弱中强2740552.92．92．9由表中数据得出的论断中不正确的是()A．两组试验采纳了不同频率的入射光B．两组试验所用的金属板材质不同C．若入射光子的能量为5.0eV，逸出光电子的最大动能为1.9eVD．若入射光子的能量为5.0eV，相对光强越强，光电流越大答案B解析光子的能量E＝hν，两组试验中入射光子的能量不同，故入射光的频率不同，A正确；由爱因斯坦的光电效应方程hν＝W＋Ek，可求出两组试验中金属板的逸出功W均为3.1eV，故两组试验所用的金属板材质相同，B错误；由hν＝W＋Ek，W＝3.1eV，当hν＝5.0eV时，Ek＝1.9eV，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。18．(2024·全国卷Ⅱ)用波长为300nm的光照耀锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19J。已知普朗克常量为6.63×10－34J·s，真空中的光速为3.00×108m·sA．1×1014Hz B．8×1014HzC．2×1015Hz D．8×1015Hz答案B解析由光电效应方程Ek＝hν－W0，得W0＝hν－Ek＝heq\f(c,λ)－Ek。刚好发生光电效应的临界条件是最大初动能Ek＝0时，入射光的频率为ν0，则W0＝hν0，代入数据可得：ν0＝8×1014Hz，故B正确。19．(2024·全国卷Ⅲ)(多选)在光电效应试验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照耀到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为普朗克常量。下列说法正确的是()A．若νa>νb，则肯定有Ua<UbB．若νa>νb，则肯定有Eka>EkbC．若Ua<Ub，则肯定有Eka<EkbD．若νa>νb，则肯定有hνa－Eka>hνb－Ekb答案BC解析光电效应中遏止电压与最大初动能之间的关系为eU＝Ek，依据光电效应方程可知Ek＝hν－W0，若νa>νb，则Eka>Ekb，Ua>Ub，选项A错误，选项B正确；若Ua<Ub，则Eka<Ekb，选项C正确；由光电效应方程可得W0＝hν－Ek，则hνa－Eka＝hνb－Ekb，选项D错误。题组三模拟小题20．(2024·陕西师大附中检测)如图所示，在验电器上安装一个铜网，使其带电，验电器金属箔张开肯定角度。用紫外线照耀铜网，验电器金属箔的张角保持不变。再将一块锌板放置在该铜网后面肯定距离处，用同一紫外线照耀锌板时，发觉金属箔张开角度减小。下列相关说法中正确的是()A．增加紫外线的强度照耀铜网，金属箔张角将变大B．紫外线的频率大于金属锌的截止频率C．铜网带负电D．改用紫光照耀锌板，验电器的金属箔张角也肯定减小答案B解析依据用紫外线照耀铜网，验电器金属箔的张角保持不变知此时不发生光电效应，增加紫外线的强度照耀铜网，不会发生光电效应，金箔张角不变，A错误；再将一块锌板放置在该铜网后面肯定距离处，用同一紫外线照耀锌板时，发觉金属箔张开角度减小，说明此时发生光电效应，从锌板逸出的光电子跑到铜网上，导致其电荷量减小，由此可知，铜网带正电，故C错误；只有紫外线的频率大于金属锌的截止频率，才会发生光电效应，故B正确；依据光电效应产生条件，当改用紫光照耀，则紫光频率小于紫外线，因此可能不发生光电效应，则验电器金属箔不肯定减小，故D错误。21．(2024·湖北宜昌模拟)如图所示是探讨光电效应的电路图，某金属用绿光照耀时，电流表指针发生偏转，则以下说法正确的是()A．将滑动变阻器滑动片向右移动，电流表的示数肯定增大B．假如改用紫光照耀该金属时，电流表无示数C．将光照强度增大时，电流表的示数减小D．将电源的正负极调换，仍用相同的绿光照耀时，将滑动变阻器滑动片向右移动一些，电流表的读数可能不为零答案D解析将滑动变阻器的滑片向右移动时，正向电压虽然增大，但若电路中的光电流已达到饱和，电流表的示数仍旧不变，故A错误；假如改用紫光照耀该金属时，因入射光的频率增大，仍能发生光电效应，故电流表仍有示数，故B错误；增大光照强度，即增加了入射光光子的个数，则产生的光电子数目增多，光电流增大，使通过电流表的电流增大，故C错误；电源的正负极调换，仍用相同的绿光照耀时，将滑动变阻器滑片向右移动一些，若此时的反向电压仍小于反向遏止电压，则电流表仍可能有示数，故D正确。22．(2024·湖北宜昌一中模拟)(多选)照耀到金属表面的光能使金属中的电子逸出，可以用图甲的电路对此进行探讨。如图甲所示，阴极K在受到光照耀时能够放射光电子，阳极A汲取阴极K发出的光电子，在电路中形成光电流。K与A之间电压的大小U可以调整，图乙中横轴的右半轴对应图甲所示的电源极性连接，左半轴表示的是电源反接后的电压大小。现得到图乙所示的在光照条件不变的状况下，光电流I随着所加电压U改变的图象，依据电流的定义（I＝eq\f(q,t)）可知()A．电压由0到U1，光电流越来越大，说明单位时间内逸出的光电子的个数越来越多B．存在饱和电流说明单位时间内阴极K放射的光电子的数目是肯定的C．遏止电压的存在意味着光电子具有肯定的初动能，且有上限D．电源反接后，当U>Uc时，I＝0，说明没有电子从K极逸出答案BC解析单位时间内逸出的光电子的个数是由光的强度确定的，当光强肯定时，单位时间内逸出的光电子的个数是肯定的，只不过当电压较小时，不是全部的光电子都能到达阳极，电压越大到达阳极的光电子数越多，A错误；存在饱和电流说明单位时间内阴极K放射的光电子的数目是肯定的，这些光电子都能到达阳极时，电流达到饱和状态，B正确；遏止电压满意eUc＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,m)，说明光电子具有肯定的初动能，且有上限，即光电子有最大初动能，C正确；电源反接后，当U>Uc时，I＝0，说明没有光电子到达阳极，并不是没有光电子从K极逸出，D错误。23.(2024·郑州模拟)(多选)如图甲所示，在光电效应试验中，某同学用相同频率的单色光，分别照耀阴极材料为锌和铜的两个不同的光电管，结果都能发生光电效应。图乙为其中一个光电管的遏止电压Uc随入射光频率ν改变的函数关系图象。对于这两个光电管，下列推断正确的是()A．因为材料不同逸出功不同，所以遏止电压Uc不同B．光电子的最大初动能不同C．因为光强不确定，所以单位时间逸出的光电子数可能相同，饱和光电流也可能相同D．两个光电管的Uc­ν图象的斜率可能不同答案ABC解析依据光电效应方程有Ekm＝hν－W0，依据动能定理得eUc＝Ekm，联立得eUc＝hν－W0，即Uc＝eq\f(hν,e)－eq\f(W0,e)，可知，入射光的频率相同，逸出功W0不同，则遏止电压Uc也不同，A正确；依据光电效应方程Ekm＝hν－W0得，相同的频率，不同的逸出功，则光电子的最大初动能不同，B正确；虽然入射光的频率相同，但光强不确定，所以单位时间逸出的光电子数可能相同，而饱和光电流也可能相同，C正确；由Uc＝eq\f(hν,e)－eq\f(W0,e)可知，Uc­ν图象的斜率k＝eq