2025屆高考物理一輪復習專項訓練：波粒二象性

2025屆高考物理一輪復習專題訓練波粒二象性

一、單選題

1.用如圖甲所示的實驗裝置研究光電效應，電路中電源的正負極可以對調，用一定強

度、頻率為V的激光照射陰極K時，得到的光電子遏止電壓為U。，飽和電流為（，

如圖乙所示。已知光電子的質量為處所帶的電荷量為-e,普朗克常量為丸，下列說

A.陰極K的逸出功為初+eUo

B.陰極K單位時間內射出的光電子數(shù)為4

e

c.光電子的最大初速度為、匹

Vm

D.陰極K的截止頻率為丫+絲1

h

2.光電效應是物理學中一個重要而神奇的現(xiàn)象。在高于某特定頻率的電磁波的照射

下，某些物質內部的電子會逸出而形成電流。如果用頻率為v的光照射某金屬表面，

逸出光電子的最大初動能為E;若改用頻率為M的另一種光照射該金屬表面，逸出光

電子的最大初動能為3E。已知普朗克常量為力，則"為（）

2Ev2E

A.3vB.------vC.—D.——+v

h3h

3.下列關于光電效應的敘述不正確的是（）

A.對任何一種金屬都存在一個“極限頻率”，入射光的頻率必須大于等于這個頻率，才

能產生光電效應

B.光電流的大小與入射光的強度有關

C.用不可見光照射金屬一定比可見光照射金屬產生的光電子的最大初動能要大

D.光電效應幾乎是瞬時發(fā)生的

4.某同學用頻率范圍為5.5x1014Hz?8.0xK）i4Hz的電磁波照射鴇、鈣、鈉、鉀、鋤五

種金屬，下表給出了這五種金屬的逸出功。已知普朗克常量為6.63X103J.S。下列說

法正確的是（）

金屬鴇鈣鈉鉀鋤

叼eV4.543.202.292.252.13

A.五種金屬都能發(fā)生光電效應

B.只有三種金屬能夠發(fā)生光電效應

C.鴇不能發(fā)生光電效應

D.逸出的光電子的最大初動能的最大值為3.32eV

5.中科院暗物質粒子探測衛(wèi)星“悟空”（DAMPE）的探測成果在《自然》雜志上在線

發(fā)表：宇宙空間中存在著質量為機、動能為后卜的新物理粒子，科學家推測，它可能就

是暗物質。普朗克常量為瓦根據以上信息，這種新物理粒子的物質波的波長為（）

AD，2叫c2hch

A.￡>.—]D.—.-

2m￡

2hh7k

6.G.P.學家G.P.湯姆孫在實驗中讓靜止的電子束通過電場加速后，通過多晶薄膜得到

了如圖所示的衍射圖樣，該實驗說明了實物粒子也具有波動性，運動的實物粒子對應

的波稱為物質波.已知電子的比荷為左，普朗克常量入，若加速電壓為U,被加速后電

子的物質波波長為九則電子的質量為（）

CV2/z2/7

A.—==D.

Ay/2kU24瘋7A4kUA4kU

7.下列關于教材中四幅插圖的說法正確的是（）

甲：松香的外形乙：泊松亮斑兩：救護車疾馳而過?。赫舭l(fā)皿中的水銀滴

A.甲圖松香是晶體

B.乙圖泊松亮斑的存在表明，光具有粒子性

C.丙圖救護車從身邊疾駛而過時，鳴笛的音調會由低變高

D.丁圖蒸發(fā)皿中，較小的水銀滴在表面張力的作用下接近球形

8.如圖所示，某種材料制成太陽能電池的主體部分由P型半導體和N型半導體結合

而成。當太陽光照射到該材料上時，材料吸收光子發(fā)生光電效應，自由電子向N型一

側移動，從而在兩端形成電勢差。已知該材料至少需要吸收波長為2的綠光才能發(fā)生

光電效應，普朗克常量為/2,光速為c,則（）

太陽光

負:

A.N型半導體電勢高于P型半導體

B.該材料的逸出功為九4

C

C.用光強相同的紫光和藍光照射該材料，藍光照射時，通過負載的電流較大

D.用光強更強的黃光照射該材料，只要照射時間足夠長，也能產生光電效應

9.太陽內部核反應的主要模式之一是質子一質子循環(huán)，循環(huán)的結果可表示為

He+2°e+2v,已知;H和；He的質量分別為％=1.0078u和

%=4.0026u,lu=931MeV/c2,c為光速。在4個;H轉變成1個;He的過程中，釋放

的能量約為（）

A.8MeVB.16MeVC.26MeVD.52MeV

10.下列有關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D.康普頓效應表明光具有波動性

11.下列說法中正確的是（）

A.質量大的物體，其德布羅意波長短B.速度大的物體，其德布羅意波長短

C.動量大的物體，其德布羅意波長短D.動能大的物體，其德布羅意波長短

12.如圖，光電管接入電路，用紫外線照射光電管陰極時，發(fā)生了光電效應，回路中

形成電流。下列說法正確的是（）

紫外線、

A.電流方向為afRfb

B.電流方向為Z?—R—a

C.光照時間越長，光電子的最大初動能越大

D.入射光光強增大，光電子的最大初動能增大

二、多選題

13.關于近代物理學，下列圖像在描述現(xiàn)象中，解釋正確的是（）

%40UN

丙T

A.如圖甲所示，由黑體的輻射強度與輻射光波長的關系可知，隨著溫度的升高，輻射

強度的極大值向波長較長方向移動

B.如圖乙所示，發(fā)生光電效應時，入射光越強，光電子的最大初動能也就越大

C.如圖丙所示，金屬的遏止電壓S與入射光的頻率V的圖像中，該直線的斜率為4,

e

縱軸截距為-呸（W。為金屬的逸出功）

e

D.同一光電管在不同實驗條件下得到了三條光電流與電壓之間的關系曲線（甲光、乙

光、丙光），如圖丁所示。則可判斷甲、乙、丙光的頻率關系為叫=%<%

14.一群處于第4能級的氫原子向低能級躍遷過程中能發(fā)出6種不同頻率的光，將這

些光分別照射到圖甲電路陰極K的金屬上，只能測得3條電流隨電壓變化的圖像如圖

乙所示，已知氫原子的能級圖如圖丙所示，則下列推斷正確的是（）

B.圖乙中的6光光子能量為12.09eV

C.動能為1eV的電子能使處于第4能級的氫原子電離

D.陰極金屬的逸出功可能為6.75eV

15.如圖甲所示，某種復合光由紅、綠兩種顏色的光組成，實驗小組以此復合光照射

光電管的陰極K（紅、綠單色光均可使該光電管發(fā)生光電效應），進行光電效應實

驗。設光電管電壓為。時測得的光電流為/,測得多組數(shù)據，并作出/-U圖像如圖乙

所示，已知紅光光子頻率為匕，綠光光子頻率為％,光電管的逸出功為叱），普朗克常

量為九電子電荷量大小為e,下列結論正確的是（）

A.光電子的最大初動能為丸彩-網

B.測量遏止電壓&時，滑片尸應向。移動

c.遏止電壓Uc="（匕+彩）一%

e

D.紅光的光照強度小于綠光的光照強度

三、填空題

16.在研究光電效應實驗中，光電管的陰極材料為鈉（Cs）,用某一頻率的光照射，

實驗測得光電流/隨光電管兩端電壓U變化圖像如圖所示，圖像與橫軸交點為

（-Uc，。），已知葩的逸出功為W，普朗克常量為力，電子電荷量的絕對值為e,則該實

驗產生的光電子的最大初動能為,入射光的頻率為。

17.如圖所示為在光電效應實驗中，用a、byc三束光照射同一金屬的表面時，形成

的光電流大小隨外加電場電壓的變化關系，三束光中頻率最大的為_______光，若該

金屬的逸出功為W,電子的電荷量為e,普朗克常量為力，6光的遏止電壓為U。，結合

圖象中的條件，可以表示出人光頻率為o

四、計算題

18.研究表明，用具有一定能量的電子轟擊處于基態(tài)的氫原子，當電子能量大于等于

氫原子的能級差時，氫原子就會發(fā)生躍遷，剩余能量仍保留為電子的動能.如圖所示，

甲為氫原子的能級圖，乙為研究光電效應的實驗電路圖，用一束能量為12.79eV的電

子束轟擊一群處于基態(tài)的氫原子，被激發(fā)后的氫原子向低能級躍遷，輻射出的光子照

射到用鴇做成陰極K的光電管上，已知金屬鴇的逸出功是4.54eV,電子電荷量為

1.6x10"C,普朗克常量為丸=6.63x103j.s,真空中光速c=3xl()8m/s.則:

nE/eV

OC----------------------0

5-------------------------0.54

4-----------------------0.85

3-----------------------1.51

2-----------------------3.40

1-------------------------13.60

甲乙

(1)處于激發(fā)態(tài)的氫原子能輻射出幾種光子？這幾種光子中最短波長為多少？

(2)當電壓表示數(shù)為多大時，微安表的示數(shù)剛好為零?

參考答案

1.答案：B

解析：A.根據光電效應方程有/m=%-叱），根據最大初動能與遏止電壓的關系有

ExeU。,解得網?eU0,故A錯誤；B.由于飽和電流為勾，根據電流的定義式

q解得〃故正確；

,陰極K單位時間內射出的光電子數(shù)為〃==L,BC.

ete

光電子的最大動能為Ekm=（如d，結合上述解得%、任五，故C錯誤；D.令截止

2Vm

TJ

頻率為。，則有叱,=加0,解得%=Y—Te，故D錯誤。故選B。

h

2.答案：D

2E

解析：由光電效應方程可得機-叱）=石，hv'-W0^3E,解得「=牛+乙故D正

h

確，ABC錯誤。故選D。

3.答案：C

解析：A.根據產生光電效應的條件可知，對任何一種金屬都存在一個“極限頻率”，入

射光的頻率必須大于等于這個頻率，才能產生光電效應，A不符合題意；B.入射光的

強度影響單位時間內發(fā)出光電子的數(shù)目，即影響光電流的大小，B不符合題意；C.紅

外線屬于不可見光，且紅外線的頻率比可見光的頻率小，根據光電效應方程知，產生

的光電子的最大初動能小，C符合題意；D.根據光電效應的特點可知，光電效應幾乎

是瞬時發(fā)生的，D不符合題意。故選C。

4.答案：C

解析：ABC.由于所用電磁波的頻率范圍為5.5x1014Hz?8.0X10"HZ,所以光子能量范

圍為*=2.28eV?3.32eV當入射光的能量大于逸出功時，即可以發(fā)生光電效應，故

AB錯誤，C正確;D.根據光電效應方程紇=6-乂可得鋤逸出的光電子的最大初動能

有最大值，最大值為Ek=l』9eV故D錯誤。故選C。

5.答案：D

解析：新物理粒子的波長為

A,——h

P

新物理粒子的動量為

p=mv

新物理粒子的動能為

FI2P2

k22m

聯(lián)立解得

故選D。

6.答案：A

解析：電子經過加速后，根據動能定理可得可得y=曰=聞7，電

___h

子的動量為〃=冽丫=加叵球，被加速后電子的物質波波長為丸=—，可得電子的質量

,P

為m=——心,故選A。

AyJ2kU

7.答案：D

解析：A.甲圖松香是非晶體，故A錯誤；B.乙圖泊松亮斑的存在表明，光具有波動

性，故B錯誤；C.丙圖救護車從身邊疾駛而過時，根據多普勒效應可知，鳴笛的音調

會由高變低，故C錯誤；D.丁圖蒸發(fā)皿中，較小的水銀滴在表面張力的作用下接近球

形，故D正確。故選D。

8.答案：C

解析：A.自由電子向N型一側移動，N型半導體聚集負電荷，電勢更低，故A錯誤;B.

發(fā)生光電效應時極限波長與逸出功需滿足叉=無匕故B錯誤;D.光電效應是否發(fā)生與入

X/

射光的頻率有關，與光強無關，黃光的頻率比綠光小，故不能發(fā)生光電效應，故D錯

誤；C.用光強相同的紫光和藍光照射該材料，因為藍光頻率較小，光子能量較小，故

單位時間內到達金屬板的光子數(shù)目較多，產生的光電子較多，通過負載的電流較大，

C正確。故選C。

9.答案：C

解析：由核反應方程可知，4個:H轉變成1個;He的過程中的質量虧損為

Am?4x1.0078u-4.0026u=0.0286u,釋放的核能為

AE=Amc2=0.0286x931MeV工26.6MeV,故C正確。

10.答案：C

解析：A.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，

光的有些行為（如光電效應、康普頓效應）表現(xiàn)出粒子性，所以不能說有的光是波，

有的光是粒子，A錯誤；B.雖然光子與電子都是微觀粒子，都具有波粒二象性，但電

子是實物粒子，有靜止質量，光子不是實物粒子，沒有靜止質量，電子是以實物形式

存在的物質，光子是以場的形式存在的物質，所以，不能說光子與電子是同樣的一種

粒子，B錯誤；C.光的波長越長，衍射性越好，即波動性越顯著，光的波長越短，粒

子性就越顯著，C正確；D.康普頓效應表明光具有粒子性，D錯誤；故選C。

11.答案：C

h

解析：根據德布羅意波波長的公式/=7,其中〃是常量，動量2大的物體，其波長

短，故C正確，ABD錯誤.

故選：C.

12.答案:B

解析：AB.電子從光電管陰極逸出，而電子帶負電，與電流方向相反，故電流方向為

brRra,A錯誤，B正確；CD.逸出光子的最大動能只與入射光的頻率有關，故

CD錯誤。故選B。

13.答案：CD

解析：如題圖甲所示，由黑體的輻射強度與輻射光波長的關系可知，隨著溫度的升

高，輻射強度的極大值向波長較短方向移動，A錯誤；如題圖乙所示，發(fā)生光電效應

時，入射光頻率越大，光電子的最大初動能也就越大，B錯誤；根據光電效應方程有

Ek^hv-W0,得eUc=/z吁網，整理得吁呸，如題圖丙所示，金屬的遏止電

ee

壓人與入射光的頻率v的圖像中，圖線的斜率為2,縱軸截距為-風，C正確；根據

ee

濃-叱，可知入射光的頻率越高，對應的遏止電壓上越大。甲光、乙光

的遏止電壓相等，所以甲光、乙光的頻率相等；丙光的遏止電壓最大，所以丙的頻率

最大，則可判斷甲、乙、丙光的頻率關系為喉=吃<〃丙，D正確。

14.答案：BCD

解析：第4能級的氫原子向低能級躍遷過程中可能的情況為：

w=4—>1,/z=4—>3,n=4—>2,n=3—>2,n=3—>1,n=2—>1,能發(fā)出6種不同頻率的

光，能量值的大小關系排列從大到小為：

“=4-1,〃=3'L"=2-=4-2,〃=3-2,〃=4-3,但只檢測至U3條電流，所

以發(fā)生光電效應的能量值為：〃=4-1,“=3-1,〃=2-1,由題圖乙可知，。的遏止

電壓最大，其次為6和c,根據光電效應方程Ek=%-嘰及eU°=Ek知，各光對應的

躍遷：a為"=4-1,6為"=3fl,c為"=29光的光子能量為

E8=E3-Ei=-L51eV-(-13.6eV)=12.09eV,A錯誤，B正確；使處于第4能級的氫

原子電離所需的最小能量為0.85eV,所以動能為1eV的電子能使處于第4能級的氫原

子電離，C正確；由第2能級到第1能級輻射的光子的能量值

￡21=E2-El=(-3.4eV)-(-13.6eV)