第六章 波粒二象性 单元练习-2021-2022学年高二下学期物理沪教版（2019）选择性必修第三册

第6章波粒二象性

一、选择题（共15题）

1．下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是（　　）

A．有的光是波，有的光是粒子

B．光子与电子是同样的一种粒子

C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著

D．康普顿效应表明光具有波动性

2．如图所示，为光电效应实验电路，关于实验规律，下列说法正确的是（　　）

A．在光照条件一定的情况下，光电流随滑动头P向b端移动一直增大

B．无论入射光的频率如何，只要光足够强，就一定能发生光电效应

C．只要入射光的频率足够大，即使不加电压，也会有光电流产生

D．入射光越弱，发生光电效应所需的时间就越长

3．新冠肺炎疫情突发，中华儿女风雨同舟、守望相助，筑起了抗击疫情的巍峨长城。志愿者用非接触式体温测量仪，通过人体辐射的红外线测量体温，防控人员用紫外线灯在无人的环境下消杀病毒，为人民健康保驾护航。红外线和紫外线相比较（　　）

A．红外线的光子能量比紫外线的大

B．真空中红外线的波长比紫外线的长

C．真空中红外线的传播速度比紫外线的大

D．红外线的频率比紫外线高

4．非接触式体温测量仪可以通过人体辐射的红外线测量体温，紫外线灯可以在无人的环境下消杀病毒。红外线和紫外线相比较（　　）

A．红外线的光子能量比紫外线的大

B．真空中红外线的波长比紫外线的长

C．真空中红外线的传播速度比紫外线的大

D．红外线的频率比紫外线高

5．单色光从真空射入玻璃时，它的（　　）

A．波长变长，速度变小，光量子能量变小

B．波长变短，速度变大，光量子能量变大

C．波长变长，速度变大，光量子能量不变

D．波长变短，速度变小，光量子能量不变

6．用波长为2.0×10－7 m的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是4.7×10－19 J．由此可知，钨的极限频率是(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s，结果取两位有效数字)(　　)

A．5.5×1014 Hz

B．7.9×1014 Hz

C．9.8×1014 Hz

D．1.2×1015 Hz

7．近日，由义乌城建携手中国移动建设的浙江省首个5G停车场——江滨绿廊三公园停车场正式投入运营。在过去的10年，义乌市通信行业经历了从2G、3G、4G到5G的飞速发展。5G信号使用的电磁波频率更高，每秒传送的数据量也实现了数量级的增大。相比与4G信号，下列判断正确的是（　　）

A．5G信号的光子能量更大

B．5G信号的衍射更明显

C．5G信号的传播速度更大

D．5G信号的波长更长

8．美国物理学家密立根通过测量金属的遏止电压Uc与入射光频率ν，算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较，以验证爱因斯坦方程的正确性。下图是某次试验中得到的两种金属的遏止电压Uc与入射光频率ν关系图象，两金属的逸出功分别为W甲、W乙，如果用ν0频率的光照射两种金属，光电子的最大初动能分别为E甲、E乙，则下列关系正确的是（　　）

A．W甲<W乙，E甲>E乙 B．W甲>W乙，E甲<E乙

C．W甲>W乙，E甲>E乙 D．W甲<W乙，E甲<E乙

9．光电管是应用光电效应原理制成的光电转换器件，在光度测量、有声电影、自动计数、自动报警等方面有着广泛的应用。现有含光电管的电路如图（a）所示，图（b）是用甲、乙、丙三束光分别照射光电管得到的I-U图线，Uc1、Uc2表示遏止电压，下列说法中正确的是（　　）

A．图（a）中光电管两端所加的电压为反向电压

B．甲、乙是相同频率的光，甲比乙在单位时间内发射的光子数多

C．如果适当减小丙光的照射强度，则可能导致光电效应不能发生

D．甲光照射时光电子的最大初动能比丙光照射时光电子的最大初动能大

10．一束由两种频率不同的单色光组成的复色光从空气射入玻璃三棱镜后，出射光分成a、b两束，如图所示，则a、b两束光（　　）

A．垂直穿过同一块平板玻璃，a光所用的时间比b光短

B．从同种介质射入真空发生全反射时，a光临界角比b光的小

C．分别通过同一双缝干涉装置，b光形成的相邻亮条纹间距小

D．若照射同一金属都能发生光电效应，b光照射时逸出的光电子最大初动能大

11．图甲是探究“光电效应”实验电路图，光电管遏止电压UC随入射光频率的变化规律如图乙所示。下列判断正确的是（　　）

A．入射光的频率不同，遏止电压UC相同

B．入射光的频率不同，光照强度不同，UC-图像的斜率相同

C．图甲所示电路中，当电压增大到一定数值时，电流计将达到饱和电流

D．只要入射光的光照强度相同，光电子的最大初动能就一定相同

12．一束可见光a由三种单色光m、p、n组成．光束a通过三棱镜后的情况如图所示，检测发现单色光p能使某种金属产生光电效应，下列叙述正确的是（       ）

A．真空中单色光m的波长小于n的波长

B．单色光m的频率大于n的频率

C．单色光n一定可以使该金属发生光电效应

D．在三棱镜中，单色光m的传播速度小于n的传播速度

13．下列说法中正确的是（　　）

A．普朗克提出“振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍”，从而建立了“能量量子化”观点

B．如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波，而不发生反射，这种物体就被称为“黑体”

C．我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与温度无关

D．爱因斯坦指出“光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的”

14．人类对光的本性的认识经历了曲折的过程，下列关于光的本性的陈述符合科学规律或历史事实的是（　　）

A．牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的

B．光的双缝干涉实验显示了光具有波动性

C．麦克斯韦预言了光是一种电磁波

D．光具有波粒二象性

15．下列说法正确的是_____________

A．普朗克曾经大胆假设：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍，这个不可再分的最小能量值也叫做能量子

B．德布罗意提出：实物粒子也具有波动性，而且粒子的能量和动量ｐ跟它对应的波的频率和波长之间，遵从和

C．光的干涉现象中，干涉亮条纹部分是光子到达几率大的地方

D．光电效应揭示了光具有粒子性，康普顿效应揭示了光具有波动性

E．X射线是处于激发态的原子核辐射出的

二、填空题

16．实验探究思路：_______、衍射是波特有的现象，如果实物粒子具有波动性，则在一定条件下，也应该发生_______或衍射现象。

17．判断下列说法的正误。

（1）一切宏观物体都伴随一种波，即物质波。(    )

（2）电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性。(    )

（3）宏观物体运动时，看不到它的衍射和干涉现象，是因为宏观物体的波长太长。(    )

（4）量子力学的建立，使人们深入认识了微观世界的组成、结构和属性。(    )

18．判断下列说法的正误。

（1）光子的动量与波长成反比。(    )

（2）光子发生散射后，其波长变大。(    )

（3）光具有粒子性，但光子又不同于宏观观念的粒子。(    )

（4）光在传播过程中，有的光是波，有的光是粒子。(    )

19．黑体：能够完全吸收入射的各种波长的______而不发生反射。

三、综合题

20．在光的双缝干涉实验中，光子撞击屏幕的位置可以预言吗？

21．对应于3.4×10-19 J的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少？（h=6.63×10-34 J·s）

22．某红光的波长为，求其能量子的值。

23．普朗克的能量子假说和爱因斯坦的光子假说的内容是什么？它们分别能解释哪些现象？

参考答案：

1．C

【详解】

A．一切光都具有波粒二象性，光的有些现象（如干涉、衍射）表现出波动性，光的有些现象（如光电效应、康普顿效应）表现出粒子性，A错误；

B．电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，B错误；

C．光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，粒子性就越显著，C正确；

D．康普顿效应表明光具有粒子性，D错误。

故选C。

2．C

【详解】

A．滑动触头P向b端移动，光电管两端的正向电压增大，光电流增大，当光电流达到饱和电流时电流不再增大，A错误；

B．根据光电效应的条件可知，只有入射光的频率大于金属的极限频率，才能产生光电效应，B错误；

C．只要入射光的频率足够大，根据光电效应方程，则光电子的初动能就越大，即使不加电压，也会有光电流产生，C正确；

D．发生光电效应具有瞬时性，与入射光的强弱无关，D错误。

故选C。

3．B

【详解】

AD．因为红外线的频率小于紫外线，根据

可知红外线的光子能量比紫外线的小，故AD错误；

B．根据

可知红外线的波长比紫外线的波长长，故B正确；

C．真空中红外线和紫外线的传播速度是一样的，故C错误；

故选B。

4．B

【详解】

AD．红外线的频率比紫外线低，根据

ε=hν

可知，红外线的光子能量比紫外线的光子能量小，AD错误；

B．红外线的频率比紫外线低，由

知，在真空中红外线的波长比紫外线的波长长，B正确；

C．红外线和紫外线在真空中的传播速度相同，C错误。

故选B。

5．D

【详解】

因为光的频率不变，光量子的能量不变；再根据折射率

可知，光的速度变小，波长变短，ABC错误，D正确。

故选D。

6．B

【详解】

由光电效应方程

Ek＝hν－W逸

可得

W逸＝hν－Ek

而

W逸＝hν0

ν＝

所以钨的极限频率

ν0＝－＝7.9×1014Hz

故选B。

7．A

【详解】

A．因为5G使用的电磁波频率比4G高，根据公式

可知，5G信号的光子能量比4G光子能量更大，故A正确；

BD．发生明显衍射的条件是障碍物(或孔)的尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还小；因5G使用的电磁波频率更高，即波长更短，故5G信号不容易发生明显衍射，故BD错误；

C．任何频率的电磁波在真空中的传播速度都是相同的，在介质中要看折射率，故C错误。

故选A。

8．A

【详解】

根据光电效应方程得

又

解得

知 图线，当 ， ，由图像可知，金属甲的极限频率小于金属乙，则金属甲的逸出功小于乙的，即

如果用ν0频率的光照射两种金属，根据光电效应方程，当相同的频率入射光时，则逸出功越大的，其光电子的最大初动能越小，因此

故选A。

9．B

【详解】

A．如图可知，光电子在电场力作用下做加速运动，则图（a）中光电管两端的电压为正向电压，故A错误；

B．甲、乙两光的遏止电压相同，则频率相同，甲光产生的饱和电流比乙光的大，则甲比乙光照强，甲比乙在单位时间内发射的光子数多，故B正确。

C．能否发生光电效应只与入射光的频率有关，如果适当减小丙光的照射强度，则仍能发生光电效应，选项C错误；

D．丙对应的遏止电压大于甲对应的遏止电压，根据

eUc=mvm2=hγ-W

知丙光照射时光电子的最大初动能比甲光照射时光电子的最大初动能大，故D错误；

故选B。

10．B

【详解】

A．根据图中光线的偏转角度可以判断出三棱镜对a光的折射率比b光的大，所以a光的频率大，在玻璃中速度小，通过玻璃所用的时间长，A错误；

B．a光发生全反射的临界角小于b光发生全反射的临界角，B正确；

C．发生双缝干涉时相邻条纹间的距离公式

由于b光的波长长，所以b光形成的相邻亮条纹间距大，C错误；

D．由于a光的频率大于b光的频率，根据公式

得出a光照射金属时逸出的光电子的最大初动能大，D错误。

故选B。

11．B

【详解】

A．根据可知入射光的频率不同，电子的最大初动能不同，又，所以有

可见入射光的频率不同，遏止电压UC不同，选项A错误；

B．由知UC-图像的斜率

与入射光的频率、光照强度无关，选项B正确；

C．图甲所示电路中，必须把电源正负极反接过来，才能用来验证光电流与电压的关系，即当电压增大到一定数值时，电流计将达到饱和电流，选项C错误；

D．根据可知在入射光频率不同的情况下，光电子的最大初动能不同，与光照强度无关，选项D错误。

故选B。

12．C

【详解】

试题分析：由图可知，m、p、n的折射光依次向下偏，说明它们的折射率依次增大，故n光的折射率最大，故n光的频率最大，由c=fλ可知，n光的波长最小，故选项AB错误；若p能够发生光电效应，则n光也一定会发生，因为n光的能量大于p光，选项C正确；n光的折射率最大，故它在玻璃中的传播速度最小，m光的传播速度最大，选项D错误．

13．ABD

【详解】

A．普朗克提出“振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍”，从而建立了“能量量子化”观点，故A正确；

B．如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波，而不发生反射，这种物体就被称为“黑体”，故B正确；

C．我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与温度有关，故C错误；

D．爱因斯坦指出“光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的”，故D正确。

故选ABD。

14．BCD

【详解】

A．牛顿的“微粒说”认为光是一种物质微粒，爱因斯坦的“光子说”认为光是一份一份不连续的能量，两种观点有本质的不同，A错误；

B．干涉是波的特性，光的双缝干涉实验显示了光具有波动性，B正确；

C．麦克斯韦根据光的传播不需要介质，以及电磁波在真空中的传播速度与光速近似相等认为光是一种电磁波，后来赫兹用实验证实了光的电磁说，C正确；

D．光具有波动性与粒子性，称为光的波粒二象性，D正确。

故选BCD。

15．ABC

【详解】

A．普朗克把最小的能量单位叫做能量子，所以A正确；

B．德布罗意提出实物粒子也具有波动性，而且粒子的能量和动量ｐ跟它对应的波的频率和波长之间，遵从

和

所以选项B正确；

C．光的干涉现象中，光子到达几率高的区域就是光亮区，所以选项C正确；

D．光电效应揭示了光具有粒子性，在康普顿效应中，光子动量减小，据

可知波长变大，康普顿效应揭示了光的粒子性，故D错误；

E．X射线是处于激发态的原子内层电子受激辐射出的，故E错误；

故选ABC。

16．     干涉     波动性

17．     错误     正确     错误     正确

18．     对     对     对     错

19．电磁波

20．不可以

【详解】

不可以。因为光是一种概率波，只可预言光子在屏幕的某一位置出现的概率，所以在光的双缝干涉实验中，光子撞击屏幕的具体位置不可以预言。

21．5.13×1014 Hz；5.85×10-7 m

【详解】

根据公式

和

联立解得

则

22．

【详解】

根据公式

结合能量子公式

可求得能量子的值为

23．普朗克能量子假设:1900年，德国物理学家普朗克通过对黑体辐射现象的深入研究，对黑体辐射中的能量提出了著名的能量子假设:黑体辐射或吸收电磁波的能量是不连续的，它是以能量子hv为基本单元来吸收或发射能量的，即能量为E=nhv，式中v是电磁波的频率，h称为普朗克常量，n可以取正整数。

爱因斯坦光子假设:为了克服经典理论所遇到的困难，从理论上解释光电效应，爱因斯坦提出了光子假设:光束可以看成是由微粒构成的粒子流，这些粒子叫光量子简称光子。在真空中，每个光子都以光速c运动。这些频率为v的光量子的能量为hv。

区别:两人所研究对象不同，普朗克把黑体内谐振子的能量看作是量子化的，它们与电磁波相互作用时吸收和发射的能量也是量子化的，可以解释黑体辐射;爱因斯坦认为，空间存在的电磁波的能量本质就是量子化的，可用于解释光电效应和康普顿效应。