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(shí)驗(yàn)結(jié)果中，與光的波動(dòng)理論不矛盾的是(　　) A．光電效應(yīng)是瞬時(shí)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(qiáng)而變大 D．入射光頻率越大，光電子最大初動(dòng)能越大 解析：按照光的波動(dòng)理論，電子吸收光子的能量需要時(shí)間，因此光電效應(yīng)不可能瞬時(shí)發(fā)生，這與光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性矛盾；按照光的波動(dòng)理論，只要有足夠長(zhǎng)的時(shí)間，電子會(huì)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(dòng)理論，照射光越強(qiáng)，電子獲得的能量越大，打出的光電子的最大初動(dòng)能越大，這與光電效應(yīng)中打出

2、的光子的最大初動(dòng)能與光強(qiáng)無關(guān)，而與照射光的頻率有關(guān)矛盾；按照光的波動(dòng)理論也可以得到光越強(qiáng)打出的光電子越多，光電流越大，因此C項(xiàng)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(zhǎng)越長(zhǎng)，其波動(dòng)性越顯著，波長(zhǎng)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(dòng)性，有些行為(如光電效應(yīng))表現(xiàn)出粒子性，光子不是實(shí)物粒子，沒有靜止質(zhì)量，電子是以實(shí)物形式存在的物質(zhì)，光子是以場(chǎng)形式存在的物質(zhì)，A、B錯(cuò)誤；光的波粒二象性表明，大量光

3、子的行為表現(xiàn)出波動(dòng)性，個(gè)別光子的行為表現(xiàn)出粒子性．光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，衍射性越好，即波動(dòng)性越顯著，光的波長(zhǎng)越短，其光子能量越大，個(gè)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(cuò)誤． 答案：C 3．對(duì)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(huì)具有相同的初動(dòng)能Ek B．式中的W0表示每個(gè)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(dòng)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(duì)應(yīng)的光電子的初動(dòng)能是所有光電子中最大的，其他光電子的初動(dòng)能都小于這個(gè)值，選項(xiàng)A、B錯(cuò)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(dòng)能是0，因此有W0＝hνc，選項(xiàng)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(xiàng)D錯(cuò)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(qiáng)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(duì)應(yīng)的反向遏止電壓相同，A、B錯(cuò)誤；發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，在同樣的加速電壓下，光強(qiáng)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(cuò)誤． 答案：C 圖50－2 5．如圖50－2所示，用單色光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)．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(gè)一個(gè)地過去，那么過去的某一光子(　　) A．一定到達(dá)P處 B．一定到達(dá)Q處 C．可能到達(dá)Q處 D．都不正確 解析：?jiǎn)蝹€(gè)光子的運(yùn)動(dòng)路徑是不可預(yù)測(cè)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(gè)光子從狹縫通過后可能落在P處也可能落在Q處，選項(xiàng)C正確． 答案：C 6．(2019年北京東城高二期末)實(shí)驗(yàn)得到金屬鈣的光電子的最大初動(dòng)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)得到的Ekmax－ν圖線也是一條直線，設(shè)其延長(zhǎng)線與縱軸交點(diǎn)的坐標(biāo)為(0，－Ek2)，則Ek2

8、電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)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(zhǎng)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(diǎn)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(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān)，B錯(cuò)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(shí)驗(yàn)中，光屏前放上照相底片并設(shè)法減弱光子流的強(qiáng)度，盡可能使光子一個(gè)一個(gè)地通過狹縫，在曝光時(shí)間不長(zhǎng)和曝光時(shí)間足夠長(zhǎng)的兩種情況下，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果是(　　) A．若曝光時(shí)間不長(zhǎng)，則底片上出現(xiàn)一些無規(guī)則的點(diǎn) B．若曝光時(shí)間足夠長(zhǎng)，則底片上出現(xiàn)干涉條紋

9、 C．這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了光具有波粒二象性 D．這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果否定了光具有粒子性 解析：實(shí)驗(yàn)表明，大量光子的行為表現(xiàn)為波動(dòng)性，個(gè)別光子的行為表現(xiàn)為粒子性，上述實(shí)驗(yàn)表明光具有波粒二象性，故選項(xiàng)A、B、C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 答案：ABC 9．(多選)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)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(duì)于這兩個(gè)過程，下列四個(gè)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(dòng)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(dòng)能

10、不同，則遏止電壓不同；同一種單色光照射，入射光的強(qiáng)度相同，所以飽和光電流相同． 答案：ACD 10．(多選)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的裝置如圖50－4所示，用弧光燈照射鋅板，驗(yàn)電器指針張開一個(gè)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(yàn)電器指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn) B．用綠光照射鋅板，驗(yàn)電器指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn) C．鋅板帶的是負(fù)電荷 D．使驗(yàn)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(yàn)電器，用弧光燈照射鋅板(弧光燈發(fā)出紫外線)，驗(yàn)電器指針張開一個(gè)角度，說明鋅板帶了電．進(jìn)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(xiàng)A、D正確，C錯(cuò)誤．綠光不能使鋅板發(fā)生光電效應(yīng)，故選項(xiàng)B錯(cuò)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(shí)，靈敏電流計(jì)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(zhǎng)太長(zhǎng) C．光照時(shí)間短 D．電源正、負(fù)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(dá)陽極，也不會(huì)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(shí)驗(yàn)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(shí)，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(cè)出，光電流I由圖中電流計(jì)測(cè)出，下列關(guān)于光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)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(shí)，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(qiáng)不變，若只增大光電管K、A間所加的加速電壓，光電流會(huì)趨于一個(gè)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(yùn)動(dòng)，當(dāng)電流計(jì)的示數(shù)恰為零時(shí)，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(shí)

13、不發(fā)生光電效應(yīng)，A對(duì)；當(dāng)滑片P位于P′右端時(shí)，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(cuò)；保持入射光頻率、光強(qiáng)不變，若增加光電管K、A間所加電壓，光電流會(huì)趨于一個(gè)飽和值，這個(gè)電流就是飽和光電流，C對(duì)；D所敘述的過程滿足Ek＝eU，D對(duì)． 答案：ACD 二、非選擇題 13．某同學(xué)采用如圖50－7所示的實(shí)驗(yàn)電路研究光電效應(yīng)，用某單色光照射光電管的陰極K時(shí)，會(huì)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(dòng)變阻器的滑片逐漸增大電壓，直至電流計(jì)中電流恰為零，此時(shí)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(jì)算出光電子的最大初動(dòng)能．現(xiàn)分別用ν1和

14、ν2的單色光照射陰極，測(cè)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(dòng)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(dòng)性和粒子性，它表現(xiàn)出波動(dòng)的性質(zhì)，就像X射線穿過晶體時(shí)會(huì)產(chǎn)生衍射

15、一樣，這一類物質(zhì)粒子的波動(dòng)叫德布羅意波．質(zhì)量為m的電子以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)，這種德布羅意波的波長(zhǎng)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(jì)算具有100 eV動(dòng)能的電子的動(dòng)量p和波長(zhǎng)λ； (2)若一個(gè)靜止的電子經(jīng)2 500 V電壓加速，求能量和這個(gè)電子動(dòng)能相同的光子的波長(zhǎng)，并求該光子的波長(zhǎng)和這個(gè)電子的波長(zhǎng)之比． 解析：(1)電子的動(dòng)量： p＝＝ ＝kg·m/s ≈5.4×10－24 kg·m/s 德布羅意波波長(zhǎng) 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(zhǎng) λ′＝＝m≈5.0×10－10 m 電子的動(dòng)量p′＝ ＝kg·m/s≈2.7×10－23 kg·m/s 電子波長(zhǎng)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