2020屆高考物理總復(fù)習(xí) 作業(yè)50 波粒二象性（含解析）

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1、作業(yè)50　波粒二象性 6 一、選擇題 1．在光電效應(yīng)的實驗結(jié)果中，與光的波動理論不矛盾的是(　　) A．光電效應(yīng)是瞬時發(fā)生的 B．所有金屬都存在極限頻率 C．光電流隨著入射光增強而變大 D．入射光頻率越大，光電子最大初動能越大 解析：按照光的波動理論，電子吸收光子的能量需要時間，因此光電效應(yīng)不可能瞬時發(fā)生，這與光電效應(yīng)具有瞬時性矛盾；按照光的波動理論，只要有足夠長的時間，電子會吸收足夠的能量，克服原子的束縛成為光電子，因此所有金屬均可以發(fā)生光電效應(yīng)，這與光電效應(yīng)有極限頻率矛盾；按照光的波動理論，照射光越強，電子獲得的能量越大，打出的光電子的最大初動能越大，這與光電效應(yīng)中打出

2、的光子的最大初動能與光強無關(guān)，而與照射光的頻率有關(guān)矛盾；按照光的波動理論也可以得到光越強打出的光電子越多，光電流越大，因此C項正確． 答案：C 2．下列有關(guān)光的波粒二象性的說法中正確的是(　　) A．有的光是波，有的光是粒子 B．光子與電子是同樣的一種粒子 C．光的波長越長，其波動性越顯著，波長越短，其粒子性越顯著 D．大量光子的行為往往顯示出粒子性 解析：一切光都具有波粒二象性，光的有些行為(如干涉、衍射)表現(xiàn)出波動性，有些行為(如光電效應(yīng))表現(xiàn)出粒子性，光子不是實物粒子，沒有靜止質(zhì)量，電子是以實物形式存在的物質(zhì)，光子是以場形式存在的物質(zhì)，A、B錯誤；光的波粒二象性表明，大量光

3、子的行為表現(xiàn)出波動性，個別光子的行為表現(xiàn)出粒子性．光的波長越長，衍射性越好，即波動性越顯著，光的波長越短，其光子能量越大，個別或少數(shù)光子的作用就足以引起光接收裝置的反應(yīng)，所以其粒子性就很顯著，C正確，D錯誤． 答案：C 3．對于愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，下面的理解中正確的是(　　) A．只要是用同種頻率的光照射同一種金屬，那么從金屬中逸出的所有光電子都會具有相同的初動能Ek B．式中的W0表示每個光電子從金屬中逸出過程中克服金屬中正電荷引力所做的功 C．逸出功W0和極限頻率νc之間應(yīng)滿足關(guān)系式W0＝hνc D．光電子的最大初動能和入射光的頻率成正比 解析：愛因斯坦光電

4、效應(yīng)方程Ek＝hν－W0中的W0表示從金屬表面直接逸出的光電子克服金屬中正電荷引力所做的功，因此是所有逸出的光電子中克服引力做功的最小值，對應(yīng)的光電子的初動能是所有光電子中最大的，其他光電子的初動能都小于這個值，選項A、B錯誤；若入射光的頻率恰好等于極限頻率，即剛好能有光電子逸出，可理解為逸出的光電子的最大初動能是0，因此有W0＝hνc，選項C正確；由Ek＝hν－W0可知Ek和ν之間是一次函數(shù)關(guān)系，但不是正比關(guān)系，選項D錯誤． 答案：C 4．研究光電效應(yīng)的電路如圖50－1所示．用頻率相同、強度不同的光分別照射密封真空管的鈉極板(陰極K)，鈉極板發(fā)射出的光電子被陽極A吸收，在電路中形成光電流

5、．下列光電流I與A、K之間的電壓UAK的關(guān)系圖象中，正確的是(　　) 圖50－1 解析：由于光的頻率相同，所以對應(yīng)的反向遏止電壓相同，A、B錯誤；發(fā)生光電效應(yīng)時，在同樣的加速電壓下，光強度越大，逸出的光電子數(shù)目越多，形成的光電流越大，C正確，D錯誤． 答案：C 圖50－2 5．如圖50－2所示，用單色光做雙縫干涉實驗．P處為亮條紋，Q處為暗條紋，不改變單色光的頻率，而調(diào)整光源使極其微弱，并把單縫調(diào)至只能使光子一個一個地過去，那么過去的某一光子(　　) A．一定到達P處 B．一定到達Q處 C．可能到達Q處 D．都不正確 解析：單個光子的運動路徑是不可預(yù)測的，只

6、知道落在P處的概率大，落在Q處的概率小，因此，一個光子從狹縫通過后可能落在P處也可能落在Q處，選項C正確． 答案：C 6．(2019年北京東城高二期末)實驗得到金屬鈣的光電子的最大初動能Ekmax與入射光頻率ν的關(guān)系如圖50－3所示．下表中列出了幾種金屬的截止頻率和逸出功，參照下表可以確定的是(　　) 圖50－3 金屬 鎢 鈣 鈉 截止頻率ν0/Hz 10.95 7.73 5.53 逸出功W/eV 4.54 3.20 2.29 A.如用金屬鎢做實驗得到的Ekmax－ν圖線也是一條直線，其斜率比圖

7、中直線的斜率大 B．如用金屬鈉做實驗得到的Ekmax－ν圖線也是一條直線，其斜率比圖中直線的斜率大 C．如用金屬鈉做實驗得到的Ekmax－ν圖線也是一條直線，設(shè)其延長線與縱軸交點的坐標(biāo)為(0，－Ek2)，則Ek2

8、電磁波的強度按波長的分布只與黑體溫度有關(guān) D．黑體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波 解析：根據(jù)熱輻射的定義，A正確；根據(jù)熱輻射和黑體輻射的特點知一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，還與材料種類和表面狀況有關(guān)，而黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)，B錯誤，C正確；由黑體的定義知D正確． 答案：ACD 8．(多選)在光的雙縫干涉實驗中，光屏前放上照相底片并設(shè)法減弱光子流的強度，盡可能使光子一個一個地通過狹縫，在曝光時間不長和曝光時間足夠長的兩種情況下，其實驗結(jié)果是(　　) A．若曝光時間不長，則底片上出現(xiàn)一些無規(guī)則的點 B．若曝光時間足夠長，則底片上出現(xiàn)干涉條紋

9、 C．這一實驗結(jié)果證明了光具有波粒二象性 D．這一實驗結(jié)果否定了光具有粒子性 解析：實驗表明，大量光子的行為表現(xiàn)為波動性，個別光子的行為表現(xiàn)為粒子性，上述實驗表明光具有波粒二象性，故選項A、B、C正確，選項D錯誤． 答案：ABC 9．(多選)在光電效應(yīng)實驗中，用同一種單色光，先后照射鋅和銀的表面，都能發(fā)生光電效應(yīng)．對于這兩個過程，下列四個物理量中，一定不同的是(　　) A．遏止電壓　　　　　　　B.飽和光電流 C．光電子的最大初動能 D．逸出功 解析：同一種單色光照射不同的金屬，入射光的頻率和光子能量一定相同，金屬逸出功不同，根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0知，最大初動能

10、不同，則遏止電壓不同；同一種單色光照射，入射光的強度相同，所以飽和光電流相同． 答案：ACD 10．(多選)光電效應(yīng)實驗的裝置如圖50－4所示，用弧光燈照射鋅板，驗電器指針張開一個角度，則下列說法中正確的是(　　) 圖50－4 A．用紫外線照射鋅板，驗電器指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn) B．用綠光照射鋅板，驗電器指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn) C．鋅板帶的是負電荷 D．使驗電器指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的是正電荷 解析：將擦得很亮的鋅板連接驗電器，用弧光燈照射鋅板(弧光燈發(fā)出紫外線)，驗電器指針張開一個角度，說明鋅板帶了電．進一步研究表明鋅板帶正電，這說明在紫外線的照射下，鋅板中有一部分自由電子從表面飛出來，鋅板中缺少

11、電子，于是帶正電，選項A、D正確，C錯誤．綠光不能使鋅板發(fā)生光電效應(yīng)，故選項B錯誤． 答案：AD 11．(多選)如圖50－5所示，電路中所有元件完好，但當(dāng)光照射到光電管上的金屬材料上時，靈敏電流計中沒有電流通過，其原因可能是(　　) 圖50－5 A．入射光太弱 B.入射光的波長太長 C．光照時間短 D．電源正、負極接反 解析：只要入射光的頻率小于極限頻率，就沒有光電子逸出，只要所加反向電壓大于遏止電壓，電子就不能到達陽極，也不會有光電流，故B、D正確． 答案：BD 12．(2019年沈陽模擬)(多選)研究光電效應(yīng)規(guī)律的實驗裝置如圖50－6所示，以頻率

12、為ν的光照射光電管電極K時，有光電子產(chǎn)生．光電管K、A極間所加的電壓U可由圖中的電壓表測出，光電流I由圖中電流計測出，下列關(guān)于光電效應(yīng)實驗規(guī)律的說法中，正確的是(　　) 圖50－6 A．降低入射光的頻率有可能光電管電極K上無光電子放出 B．當(dāng)滑片P位于P′右端時，電極K、A間所加電壓使從電極K發(fā)出的光電子加速 C．保持入射光頻率、光強不變，若只增大光電管K、A間所加的加速電壓，光電流會趨于一個飽和值 D．調(diào)整滑片P、P′的位置，可使光電子從K極發(fā)射后向A極做減速運動，當(dāng)電流計的示數(shù)恰為零時，電壓表的示數(shù)稱為反向截止電壓 解析：降低入射光的頻率，當(dāng)入射光的頻率低于金屬的極限頻率時

13、不發(fā)生光電效應(yīng)，A對；當(dāng)滑片P位于P′右端時，電極K、A間所加電壓為反向電壓，此電壓使光電子減速，B錯；保持入射光頻率、光強不變，若增加光電管K、A間所加電壓，光電流會趨于一個飽和值，這個電流就是飽和光電流，C對；D所敘述的過程滿足Ek＝eU，D對． 答案：ACD 二、非選擇題 13．某同學(xué)采用如圖50－7所示的實驗電路研究光電效應(yīng)，用某單色光照射光電管的陰極K時，會發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象．閉合開關(guān)S，在陽極A和陰極K之間加上反向電壓，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片逐漸增大電壓，直至電流計中電流恰為零，此時電壓表的示數(shù)U稱為反向遏止電壓．根據(jù)反向遏止電壓，可以計算出光電子的最大初動能．現(xiàn)分別用ν1和

14、ν2的單色光照射陰極，測量到反向遏止電壓分別為U1和U2，設(shè)電子的比荷為，求： 圖50－7 (1)陰極K所用金屬的極限頻率． (2)用題目中所給條件表示普朗克常量h. 解析：(1)由于陽極A和陰極K之間所加電壓為反向電壓，根據(jù)動能定理有 －eU1＝0－mv －eU2＝0－mv 根據(jù)光電效應(yīng)方程 mv＝hν1－W0 mv＝hν2－W0 其中W0＝hνc 解以上各式得νc＝. (2)由以上各式得 eU1＝hν1－W0 eU2＝hν2－W0 解得h＝. 答案：(1)　(2) 14．電子和光一樣具有波動性和粒子性，它表現(xiàn)出波動的性質(zhì)，就像X射線穿過晶體時會產(chǎn)生衍射

15、一樣，這一類物質(zhì)粒子的波動叫德布羅意波．質(zhì)量為m的電子以速度v運動時，這種德布羅意波的波長可表示為λ＝.已知電子質(zhì)量m＝9.1×10－31 kg，電子電荷量e＝1.6×10－19 C，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s. (1)計算具有100 eV動能的電子的動量p和波長λ； (2)若一個靜止的電子經(jīng)2 500 V電壓加速，求能量和這個電子動能相同的光子的波長，并求該光子的波長和這個電子的波長之比． 解析：(1)電子的動量： p＝＝ ＝kg·m/s ≈5.4×10－24 kg·m/s 德布羅意波波長 λ＝＝m≈1.2×10－10 m. (2)電子的能量E＝eU′＝2500 eV＝4.0×10－16 J 根據(jù)E＝，得光子波長 λ′＝＝m≈5.0×10－10 m 電子的動量p′＝ ＝kg·m/s≈2.7×10－23 kg·m/s 電子波長λ″＝＝m≈2.5×10－11 m 則＝＝，即λ′∶λ″＝20∶1. 答案：(1)5.4×10－24 kg·m/s　1.2×10－10 m (2)5.0×10－10 m　20∶1 　　　　 7