2020年物理高考大一輪復習 第12章 波粒二象性 原子結構與原子核 第33講 波粒二象性練習（含解析）

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1、第33講 波粒二象性 [解密考綱]考查對光電效應規(guī)律的理解，對光電效應方程的理解和對光的波粒二象性的理解． 1．下列關于光的波粒二象性的說法，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 C　解析 光具有波粒二象性，故選項A錯誤；電子是組成原子的基本粒子，有確定的靜止質量，是一種物質實體，速度低于光速，光子代表著一份能量，沒有靜止質量，速度永遠是光速，故選項B錯誤；光的波長越長，波動性越顯著，波長越短，其粒子性越顯著，故選項C正確；大量光子運動的規(guī)律表

2、現出光的波動性，故選項D錯誤． 2．(多選)已知某金屬發(fā)生光電效應的截止頻率為νc，則(　　) A．當用頻率為2νc的單色光照射該金屬時，一定能產生光電子 B．當用頻率為2νc的單色光照射該金屬時，所產生的光電子的最大初動能為hνc C．當照射光的頻率ν大于νc時，若ν增大，則逸出功增大 D．當照射光的頻率ν大于νc時，若ν增大一倍，則光電子的最大初動能也增大一倍 AB　解析 該金屬的截止頻率為νc，則可知逸出功W0＝hνc，逸出功由金屬自身的性質決定，與照射光的頻率無關，選項C錯誤；由光電效應的實驗規(guī)律可知，選項A正確；由光電效應方程Ek＝hν－W0，將W0＝hνc代入可知，選項

3、B正確，D錯誤． 3．(多選)下列關于波粒二象性的說法正確的是(　　) A．光電效應揭示了光的波動性 B．使光子一個一個地通過單縫，若時間足夠長，底片上也會出現衍射圖樣 C．黑體輻射的實驗規(guī)律可用光的粒子性解釋 D．熱中子束射到晶體上產生衍射圖樣說明中子具有波動性 BCD　解析 光電效應揭示了光的粒子性，選項A錯誤；單個光子通過單縫后在底片上呈現出隨機性，但大量光子通過單縫后在底片上呈現出波動性，選項B正確；黑體輻射的實驗規(guī)律說明了電磁輻射是量子化的，即黑體輻射是不連續(xù)的、一份一份的，所以黑體輻射可用光的粒子性來解釋，選項C正確；熱中子束射在晶體上產生衍射圖樣，是由于運動的實物粒子

4、具有波的特性，即說明中子具有波動性，選項D正確． 4．(2019·深圳調研)下列說法正確的是 (　　) A．在光電效應實驗中，只要入射光足夠強，時間足夠長，金屬表面就會逸出光電子 B．在光電效應的實驗中，飽和光電流大小取決于入射光的頻率，頻率越大，飽和光電流越大 C．根據玻爾的原子理論，氫原子從n＝5的激發(fā)態(tài)躍遷到n＝2的激發(fā)態(tài)時，原子能量減小，電勢能增大 D．根據玻爾的原子理論，大量處于基態(tài)的氫原子吸收波長為λ0的光子后，如果輻射出3種頻率的光子，則其中波長最小的為λ0 D　解析 在光電效應實驗中，只要入射光頻率足夠大，金屬表面就會逸出光電子，與入射光的強度及光照時間無關，選項A

5、錯誤；在光電效應的實驗中，飽和光電流大小取決于入射光的強度，光強越大，飽和光電流越大，選項B錯誤；根據玻爾的原子理論，氫原子從n＝5的激發(fā)態(tài)躍遷到n＝2的激發(fā)態(tài)時，原子能量減小，電子的動能增大，原子的電勢能減小，選項C錯誤；根據玻爾的原子理論，大量處于基態(tài)的氫原子吸收波長為λ0的光子后，如果輻射出3種頻率的光子，則其中波長最小的為λ0，選項D正確． 5．一個德布羅意波長為λ1的中子和另一個德布羅意波長為λ2的氘核同向正碰后結合成一個氚核，該氚核的德布羅意波長為 (　　) A. B. C. D. A　解析 中子的動量p1＝，氘核的動量p2＝，同向正碰后形成的氚核的動量p3＝p2＋p1

6、，所以氚核的德布羅意波長λ3＝＝，選項A正確． 6．(2019·廣州高三一模)已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，1 eV＝1.6×10－19 J．在光電效應實驗中，金屬鈀的逸出功為1.9 eV，要使鈀表面發(fā)出的光電子的最大初動能為1.0 eV，入射光的頻率約為 (　　) A．2.2×1014 Hz B．4.6×1014 Hz C．4.6×1015 Hz D．7.0×1014Hz D　解析 由愛因斯坦的光電效應方程得Ekm＝hν－W0，可得ν＝＝≈7.0×1014 Hz，選項D正確． 7．(2019·安慶二模)2017年9月29日世界首條量子保密通信干線——“京滬干線

7、”正式開通，我國科學家成功實現了世界上首次洲際量子保密通信．下列有關量子化學說的敘述中正確的是 (　　) A．愛因斯坦根據光電效應的實驗規(guī)律，提出了“光子說” B．庫侖通過對油滴實驗的分析，發(fā)現“電荷是量子化”的 C．湯姆遜根據原子核式結構學說，提出了“原子軌道量子化”的假說 D．盧瑟福根據原子光譜的實驗規(guī)律，提出了“原子能量量子化”的假說 A　解析 愛因斯坦根據光電效應的實驗規(guī)律，提出了“光子說”，選項A正確；密立根通過對油滴實驗的分析，發(fā)現“電荷是量子化”的，選項B錯誤；玻爾根據原子核式結構學說，提出了“原子軌道量子化”的假說，選項C錯誤；玻爾根據原子光譜的實驗規(guī)律，提出了“原子

8、能量量子化”的假說，選項D錯誤． 8．用很弱的光做雙縫干涉實驗，把入射光減弱到可以認為光源和感光膠片之間不可能同時有兩個光子存在，如圖所示是不同數量的光子照射到感光膠片上得到的照片．這些照片說明(　　) A．光只有粒子性沒有波動性 B．光只有波動性沒有粒子性 C．少量光子的運動顯示波動性，大量光子的運動顯示粒子性 D．少量光子的運動顯示粒子性，大量光子的運動顯示波動性 D　解析 光具有波粒二象性，這些照片說明少量光子的運動顯示粒子性，大量光子的運動顯示波動性，故選項D正確． 9．某光源發(fā)出的光由不同波長的光組成，不同波長的光的強度如圖所示，表中給出了一些材料的極限波長，用該光

9、源發(fā)出的光照射表中材料(　　) 材料 鈉 銅 鉑 極限波長(nm) 541 268 196 A.僅鈉能產生光電子 B．僅鈉、銅能產生光電子 C．僅銅、鉑能產生光電子 D．都能產生光電子 D　解析 根據愛因斯坦光電效應方程可知，只要光源的波長小于某金屬的極限波長，就有光電子逸出，該光源發(fā)出的光的波長最小的小于100 nm，小于鈉、銅、鉑的極限波長，都能產生光電子，選項D正確，A、B、C錯誤． 10．(2019·莆田調研)(多選)按如圖所示的方式連接電路，當用某種紫光照射光電管陰極K時，電路中的微安表有示數．則下列敘述正確的是 (　　) A．如果僅將紫光換成黃

10、光，則微安表一定沒有示數 B．如果僅將紫光換成紫外線，則微安表一定有示數 C．僅將滑動變阻器的滑片向右滑動，則微安表的示數一定增大 D．僅將滑動變阻器的滑片向左滑動，則微安表的示數可能不變 BD　解析 當換用黃光后，入射光的頻率減小，但入射光的頻率可能仍大于金屬的極限頻率，仍能發(fā)生光電效應，電路中可能有光電流，選項A錯誤；當換用紫外線后，入射光的頻率增大，一定能產生光電效應，則微安表一定有示數，選項B正確；滑動變阻器的滑片向右滑動，則光電管兩極間的電壓增大，但電路中的光電流可能已經達到飽和值，保持不變，選項C錯誤；滑動變阻器的滑片向左滑動，則光電管兩極間的電壓減小，但電路中的光電流可能

11、仍為飽和值，保持不變，選項D正確． 11．光電效應實驗裝置示意圖如圖所示．用頻率為ν的普通光源照射陰極K，沒有發(fā)生光電效應．換用同樣頻率為ν的強激光照射陰極K，則發(fā)生了光電效應；此時，若加上反向電壓U，即將陰極K接電源正極，陽極A接電源負極，在K、A之間就形成了使光電子減速的電場．逐漸增大U，光電流會逐漸減?。划敼怆娏髑『脺p小到零時，所加反向電壓U可能是下列的(其中W為逸出功，h為普朗克常量，e為電子電荷量)(　　) A．U＝－ B．U＝－ C．U＝2hν－W D．U＝－ B　解析 由題意知，一個電子吸收一個光子不能發(fā)生光電效應，換用同樣頻率為ν的強激光照射陰極K，則發(fā)生了光電

12、效應，即吸收的光子能量為nhν (n＝2,3,4…)，由光電效應方程可知nhν＝W＋mv2(n＝2,3,4…)，在減速電場中由動能定理得－eU＝0－mv2，聯立上述兩式解得U＝－ (n＝2,3,4…)，選項B正確． 12．(多選)如圖所示是用光照射某種金屬時逸出的光電子的最大初動能隨入射光頻率的變化圖線(直線與橫軸的交點坐標為4.27，與縱軸交點坐標為0.5)．由圖可知(　　) A．該金屬的截止頻率為4.27×1014 Hz B．該金屬的截止頻率為5.5×1014 Hz C．該圖線的斜率表示普朗克常量 D．該金屬的逸出功為0.5 eV AC　解析 圖線與橫軸的交點為截止頻率，選

13、項A正確，B錯誤；由光電效應方程Ek＝hν－W0，可知圖線的斜率為普朗克常量，選項C正確；該金屬的逸出功為W0＝hνc＝ eV≈1.77 eV，選項D錯誤． 13．小明用金屬銣為陰極的光電管，觀測光電效應現象，實驗裝置如圖甲所示．已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s. 　 (1)圖甲中電板A為光電管的________(填“陰極”或“陽極”)． (2)實驗中測得銣的遏止電壓Uc與入射光頻率ν之間的關系如圖乙所示，則銣的截止頻率νc＝__________Hz，逸出功W0＝__________J. (3)如果實驗中入射光的頻率ν＝7.00×1014 Hz，則產生的光電子的最大初動

14、能Ek＝__________J. 答案 (1)陽極　(2)5.15×1014[(5.12～5.18)×1014均可] 3．41×10－19[(3.39～3.43)×10－19均可] (3)1.23×10－19[(1.21～1.25)×10－19均可] 14．(2019·北京朝陽區(qū)高三一模)在玻爾的原子結構理論中，氫原子由高能態(tài)向低能態(tài)躍遷時能發(fā)出一系列不同頻率的光，波長可以用巴耳末－里德伯公式＝R 來計算，式中λ為波長，R為里德伯常量，n、k分別表示氫原子躍遷前和躍遷后所處狀態(tài)的量子數，對于每一個k，有n＝k＋1 、k＋2、k＋3、…，其中，賴曼系譜線是電子由n>1的軌道躍遷到k＝1的

15、軌道時向外輻射光子形成的，巴耳末系譜線是電子由n>2 的軌道躍遷到k＝2的軌道時向外輻射光子形成的． (1)如圖所示的裝置中，K為金屬板，A為金屬電極，都密封在真空的玻璃管中，S為石英片封蓋的窗口，單色光可通過石英片射到金屬板K上．實驗中：當滑動變阻器的滑片位于最左端，用某種頻率的單色光照射K時，電流計G指針發(fā)生偏轉；向右滑動滑片，當A比K的電勢低到某一值Uc (遏止電壓)時，電流計G指針恰好指向零．現用氫原子發(fā)出的光照射某種金屬進行光電效應實驗．若用賴曼系中波長最長的光照射時，遏止電壓的大小為U1；若用巴耳末系中n＝4的光照射金屬時，遏止電壓的大小為U2.金屬表面層內存在一種力，阻礙電

16、子的逃逸．電子要從金屬中掙脫出來，必須克服這種阻礙做功．使電子脫離某種金屬所做功的最小值，叫做這種金屬的逸出功．已知電子電荷量的大小為e，真空中的光速為c，里德伯常量為R.試求： a．賴曼系中波長最長的光對應的頻率ν1； b．普朗克常量h和該金屬的逸出功W0. (2)光子除了有能量，還有動量，動量的表達式為p＝ (h為普朗克常量)． a．請你推導光子動量的表達式p＝； b．處于n＝2激發(fā)態(tài)的某氫原子以速度v0運動，當它向k＝1的基態(tài)躍遷時，沿與v0相反的方向輻射一個光子．輻射光子前后，可認為氫原子的質量為M不變．求輻射光子后氫原子的速度v (用h、R、M和v0表示)． 解析 (1)

17、a.在賴曼系中，氫原子由n＝2躍遷到k＝1，對應的波長最長，波長λ1，則＝R， 所以 λ1＝，所以ν1＝＝. b．在巴耳末系中，氫原子由n＝4躍遷到k＝2，對應的波長為λ2，頻率ν2，則 ＝R，ν2＝， 設λ1、λ2對應的最大動能分別為Ek1、Ek2，根據光電效應方程有 Ek1＝hν1－W0，Ek2＝hν2－W0， 根據動能定理有－eU1＝0－Ek1，－eU2＝0－Ek2， 聯立解得h＝，W0＝e(U1－4U2)． (2)a.根據質能方程有E＝mc2，又因為E＝hν＝h，p＝mc，所以p＝. b．光子的動量p＝＝， 根據動量守恒定律有Mv0＝Mv－p， 解得v＝v0＋. 答案 (1)ν1＝ 　h＝　W0＝e(U1－4U2) (2)見解析　v＝v0＋ 7