2019届高三衡水中学状元笔记物理同步课时作业：波粒二象性(PDF版,含答案)

15·1 波粒二象性

一、选择题

1. 1927年戴维孙和汤姆孙分别完成了电子衍射实验,该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一.如图所示的是该实验装置的简化图,下列说法错误的是 ( ) A .亮条纹是电子到达概率大的地方 B .该实验说明物质波理论是正确的 C .该实验再次说明光子具有波动性 D .该实验说明实物粒子具有波动性

2. 光伏发电是利用光电效应原理来工作的.目前,人类提高光伏发电效率的途径主要有两个方面:一是改变光源体发光谱带的频率,从而改变产生光电效应的光谱宽度;二是改变被照射金属材料的成分,从而改变其逸出功.下列提高光伏发电效率的途径正确的是 A .减小光源体发光谱带的频率

B .增大光源体发光谱带的频率

C .增大金属材料的逸出功

D .减小金属材料的逸出功

3．某光源发出的光由不同波长的光组成，不同波长的光的强度如图所示，表中给出了一些材料的极限波长，用该光源发出的光照射表中材料( )

A.仅钠能产生光电子 B ．仅钠、铜能产生光电子 C ．仅铜、铂能产生光电子 D ．都能产生光电子

4. 某金属在光的照射下发生光电效应，光电子的最大初动能E k 与入射光频率ν的关系如图所示，则( ) A ．普朗克常量为νc

E

B ．入射光的频率为3νc 时，逸出的光电子的最大初动能为2E

C ．频率大于2νc 的入射光照射该金属时才会发生光电效应

D ．若光在真空中的速度为c ，则波长大于c

νc 的光照射该金属时才会发生光电效应

5．现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生．下列

材料

钠

铜

铂

极限波长(nm)

541 268 196

说法正确的是 ________.

A ．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大

B ．入射光的频率变高，饱和光电流变大

C ．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大

D ．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生

E ．遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关

6．如图所示为光电管的工作电路图，分别用波长为λ0、λ1、λ2的单色光做实验，已知λ1

＞λ0＞λ2.当开关闭合后，用波长为λ0的单色光照射光电管的阴极K 时，电流表有示数，则下列说法正确的是( ) A ．光电管阴极材料的逸出功与入射光无关

B ．若用波长为λ1的单色光进行实验，则电流表的示数一

定为零

C ．若仅增大电源的电动势，则电流表的示数一定增大

D ．若仅将电源的正负极对调，则电流表的示数可能为零

7．三束单色光1、2和3的波长分别为λ1、λ2和λ3(λ1>λ2>λ3)．分别用这三束光照射同一种金属．已知用光束2照射时，恰能产生光电子，下列说法正确的是( ) A ．用光束1照射时，不能产生光电子 B ．用光束3照射时，不能产生光电子

C ．用光束2照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多

D ．用光束2照射时，光越强，产生的光电子最大初动能越大 8．如图所示为研究光电效应现象的装置，阴极K 与滑动变阻器的中心抽头c 相连，当滑动触头P 从a 移到c 的过程中，光电流始终为零，为了产生光电流，可采取的措施是( ) A ．增大入射光的强度 B ．增大入射光的频率 C ．将P 从c 向a 移动 D ．将P 从c 向b 移动

9．利用图甲所示的实验装置观测光电效应，已知实验中测得某种金属的遏止电压U c 与入射频率ν之间的关系如图乙所示，电子的电荷量为e ＝1.6×10－19

C ，则( )

A ．普朗克常量为eν1U 1

B ．该金属的逸出功为eU 1

C ．电源的右端为正极

D ．若电流表的示数为10 μA ，则每秒内从阴极发出

的光电子数的最小值为6.25×1012

10．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E k 与入射光频率ν的关系如图所示，其中νc 为极限频率．从图中可以确定的是( ) A ．逸出功与ν有关

B ．E k 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

11．如图所示为用某金属研究光电效应规律得到的光电流随电压变化关系的图象，用单色光1和单色光2分别照射该金属时，逸出的光电子的最大初动能分别为E k1和E k2，普朗克常量为h ，则下列说法正确的是( ) A ．E k1>E k2

B ．单色光1的频率比单色光2的频率高

C ．增大单色光1的强度，其遏止电压会增大

D ．单色光1和单色光2的频率之差为

E k1－E k2h

12. 实物粒子和光都具有波粒二象性．下列事实中突出体现波动性的是 ________ . A ．电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样 B ．β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹 C ．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构 D ．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构

E ．光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无

关

13．对光的认识，下列说法错误的是( )

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 ．光表现出波动性时，就不具有粒子性了；光表现出粒子性时，就不再具有波动性

了

D ．光的波动二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现得明显，在另外的某种

场合下，光的粒子性表现得明显

14．如图所示，当弧光灯发出的光经一狭缝后，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

15．如图甲所示为某实验小组成员研究某金属发生光电效应的遏止电压随照射光频率变化关系的实验装置，图乙为实验得到的遏止电压随照射光频率变化的关系图象，电子的电荷量e＝1.6×10－19 C，则下列说法正确的是()

A．图甲中滑动变阻器的滑片移到最

左端，电流计G的示数为零

B．由图乙得普朗克常量为6.4×10－

33 J·s

C．由图乙可知，该金属的极限频率

为5.0×1014 Hz

D．当照射光的频率为17.5×1014 Hz时，逸出的光电子的最大初动能为3.2×10－19 J 16.某半导体激光器发射波长为1.5×10－6 m，功率为5.0×10－3 W的连续激光．已知可见光

波长的数量级为10－7m，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，该激光器发出的()

A．是紫外线

B．是红外线

C．光子能量约为1.3×10－18 J

D．光子数约为每秒3.8×1016个

二、计算题

17.一个光源以P0=1.5W的功率向四周均匀地发射能量。在离光源距离R=3.5m处放置一钾箔,钾的逸出功W=2.2eV，假设入射光的能量是连续平稳地传给钾箔，光的平均波长为。假设照射到钾箔上面的光能被钾箔完全吸收。

（1）根据爱因斯坦的光子说和质能方程，证明光子动量P=，（是普朗克常量）。

（2）假设照射在钾箔上的能量能被钾箔完全吸收，求：

①钾箔在垂直入射光方向上单位面积受到光平均作用力的表达式（用题目中的物理符号表示）。

②按照经典电磁理论，钾箔只需吸收足够的能量就可以逐出电子，若一个要被逐出的电子收集能量的圆形截面的半径约为一个典型原子的半径m，求：电子将被逐出的时间。根据你的计算结果，你认为经典电磁理论在解释光电效应现象时是否合理？谈谈你的看法。

15·1 波粒二象性·限时作业答案

1.【答案】C

【解析】亮条纹是电子到达概率大的地方,该实验说明物质波理论是正确的,说明实物粒子具有波动性,但该实验不能说明光子具有波动性,选项C错误,A、B、D正确.

2.【答案】BD

【解析】根据爱因斯坦的光电效应方程,hν=W+mv2,最大初动能随照射光频率的增大而增大,随照射光频率的减小而减小,选项A错误,B正确;减小金属的逸出功,也能增大最大初动能,选项C错误,D正确.

3.【答案】 D

【解析】根据爱因斯坦光电效应方程可知，只要光源的波长小于某金属的极限波长，就有光电子逸出，该光源发出的光的波长有的小于100 nm，即小于钠、铜、铂三种金属的极限波长，故都能产生光电子，故D正确，A、B、C错误．

4.【答案】B

【解析】由光电效应方程E k＝hν－W0，结合图象可知金属的逸出功W0＝E，极限频率

为νc，所以hνc－W0＝0，解得h＝E

νc，A错误；由光电效应方程E k＝hν－W0，则E k′＝h·3νc－W0＝2E，B正确；由题图可知频率不低于νc的入射光照射该金属时会发生光

电效应，即波长不大于c

νc的光照射该金属时才会发生光电效应，C、D错误．

5.【答案】ACE

【解析】根据光电效应实验得出的结论：保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大，故A正确、B错误；根据爱因斯坦光电效应方程得入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大，故C正确；遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关，保持入射光的光强不变，若低于极限频率，则没有光电流产生，故D错误、E正确．

6.【答案】AD

【解析】光电管阴极材料的逸出功只与材料有关．而与入射光的频率、入射光的强度无关，A正确．用波长为λ0的光照射阴极K时，电路中有光电流，可知波长为λ0的光照射阴极K时，发生了光电效应；若用波长为λ1(λ1>λ0)的光照射阴极K时，虽然入射光的频率变小，但仍可能大于阴极的极限频率，仍可能发生光电效应，因此电流表的示数可能不为零，B错误．仅增大电路中电源的电动势，光电管两端电压增大，当达到饱和电流后，电流表的示数不再增大，C错误．将电路中电源的正负极对调，光电子做减速运动，还可能到达阳极，所以还可能有光电流；若电源电动势大于光电管的

遏止电压，电子到达不了阳极，则此时电流表的示数可以为零，D 正确． 7.【答案】 AC

【解析】 依据波长与频率的关系：λ＝c

ν，因λ1>λ2>λ3，那么ν1<ν2<ν3；由于用光束2照

射时，恰能产生光电子，因此用光束1照射时，不能产生光电子，而光束3照射时，一定能产生光电子，故A 正确，B 错误；用光束2照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多，而由光电效应方程：E km ＝hν－W ，可知，光电子的最大初动能与光的强弱无关，故C 正确，D 错误． 8.【答案】 B

【解析】 能否产生光电效应与入射光的强度无关，故A 错误；增大入射光的频率，当入射光的频率大于金属的极限频率时，产生光电效应，金属中有光电子逸出，电路中能产生光电流，故B 正确；将P 从c 向a 移动，P 点电势大于c 点的电势，光电管加上正向电压，但不能产生光电效应，没有光电流形成，故C 错误；将P 从c 向b 移动，不能产生光电效应，没有光电流形成，故D 错误． 9.【答案】 B

【解析】 由爱因斯坦光电效应方程可知，U c ＝hνe －W 0e ，知题图乙图线的斜率U 1ν1＝h

e ，则

普朗克常量h ＝eU 1

ν1，该金属的逸出功为W 0＝hν1＝eU 1，A 错误，B 正确；电源左端为

正极，右端为负极，C 错误；每秒内发出的光电子的电荷量为q ＝It ＝10×10－

6×1 C ＝10－

5 C ，而n ＝q e ，故每秒内至少发出6.25×1013个光电子，D 错误．

10.【答案】 D

【解析】 由爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W 0和W 0＝hνc (W 0为金属的逸出功)可得，E k ＝hν－hνc ，可见图象的斜率表示普朗克常量，D 正确；只有ν≥νc 时才会发生光电效应，C 错；金属的逸出功只和金属的极限频率有关，与入射光的频率无关，A 错；最大初动能取决于入射光的频率，而与入射光的强度无关，B 错． 11.【答案】 D

【解析】 由于E k1＝e |U c1|，E k2＝e |U c2|，所以E k1

h ，D 正确． 12.【答案】 ACD

【解析】 电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，可以说明电子是一种波，故A

正确；β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹，可以说明β射线是一种粒子，故B 错误；人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构，中子衍射说明中子是一种波，故C 正确；人们利用电子显微镜观测物质的微观结构，利用了电子束的衍射现象，说明电子束是一种波，故D 正确；光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，说明光是一种粒子，故E 错误． 13.【答案】 C

【解析】 根据波粒二象性可知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，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，光的波粒二象性可理解为：在某种场合下光的波动性表现得明显，在另外的某种场合下，光的粒子性表现得明显，但两者不矛盾，不能说光表现出波动性时，就不具有粒子性了；光表现出粒子性时，就不再具有波动性了，C 错误． 14.【答案】 D

【解析】 弧光灯发出的光经一狭缝后，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． 15.【答案】C

【解析】当题图甲中滑动变阻器的滑片移到最左端，光照射金属发生光电效应，回路中仍有光电流，电流计的示数不为零，A 项错误；由U c ＝h e ν－h e v 0可知，图象的斜率h e ＝

25×10

14 V·s ，得h ＝6.4×10－

34 J·s ，B 项错误；当U c ＝0时，ν＝ν0＝5.0×1014Hz ，C 项正确；当照射光的频率为17.5×1014 Hz 时，逸出的光电子的最大初动能为E k ＝eU c ＝8.0×10

－19

J ，D 项错误．

16.【答案】 BD

【解析】 由于该激光器发出的光波波长比可见光长，所以发出的是红外线，A 错误，B 正确．光子能量E ＝hν＝h c λ≈1.3×10－

19 J ，C 错误．每秒发射的光子数n ＝P ×1E ≈3.8×1016

个，D 正确． 17.【答案】

(1) (2) ,

, 由于光电效应现象中产生光电子的时间极短，几

乎不需时间累积，因此经典电磁理论在解释光电效应现象具有局限性，不合理。 【解析】（1）①根据爱因斯坦的光子说： 由质能方程：

得光子动量：

，得证；

（2）①钾箔在垂直入射光方向上的单位面积上的功率：

t时间内钾箔单位面积上吸收的个数：，

光子动量：

由动量定理：

可得钾箔在垂直于入射光方向上单位面积上受到光的平均作用力：

；

②一个电子在单位时间内吸收的能量：

逐出电子需要的时间为t，需要的能量设为E0，有：

可得：

由于光电效应现象中产生光电子的时间极短，几乎不需时间累积，因此经典电磁理论在解释光电效应现象具有局限性，不合理。

15·1 波粒二象性·答题纸