【選修3-5】波粒二象性限時測試題

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1、一、選擇題 (共 10 小題，每小題 4 分，共 40 分，在每小題給出的四個選項中，有的小 題只有一個選項符合題目要求， 有些小題有多個選項符合題目要求， 全部選對的得 4 分， 選 不全的得 2 分，有選錯或不答的得 0 分) 1. (2010上海市松江二中高二檢測 )下列關于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，波長越短，其粒子性越顯著 D ．大量光子產生的效果往往顯示粒子性 答案： C 2．在做雙縫干涉實驗時，在觀察屏的某處是亮紋，則對光子到達觀察屏的位置，下列

2、說法正確的是 ( ) A ．到達亮條紋處的概率比到達暗條紋處的概率大 B ．到達暗條紋處的概率比到達亮條紋處的概率大 C.該光子可能到達觀察屏的任意位置 D ．以上說法均不正確 答案： AC 解析： 亮條紋說明光子落在該處概率大，但不是 100%. 3．對光的認識，以下說法正確的是 ( ) A ．個別光子的行為表現(xiàn)為粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)為波動性 B ．光的波動性是光子本身的一種屬性，不是光子之間的相互作用引起的 C.光表現(xiàn)出波動性時，就不具有粒子性了，光表現(xiàn)出粒子性時， 就不具有波動性了 D ． 光的波粒二象性應理解為： 在某種場合下光的波動性表現(xiàn)明顯， 在另外某種

3、場合下， 光的粒子性表現(xiàn)明顯． 答案： ABD 解析： 個別光子的行為表現(xiàn)為粒子性， 大量光子的行為表現(xiàn)為波動性； 光與物質相互作 用，表現(xiàn)為粒子性， 光的傳播表現(xiàn)為波動性， 光的波動性與粒子性都是光的本質屬性， 因為 波動性表現(xiàn)為粒子分布概率， 光的粒子性表現(xiàn)明顯時仍具有波動性， 因為大量粒子的行為呈 現(xiàn)出波動規(guī)律，故正確選項有 A 、 B、 D. 4．如圖所示，電路中所有元件完好， 光照射到光電管上， 靈敏電流計中沒有電流通過， 其原因可能是 ( ) A.入射光太弱 C.光照時間太短 答案：BD B.入射光波長太長 D.電源正負極接反 解析：光電管電路中形成

4、電流的條件： 一是陰極在光的照射下有光電子逸出， 二是逸出 的光電子應能在電路中定向移動到達陽極, 其中有無光電子逸出決定于入射光的頻率是否高 于陰極材料的極限頻率， 與入射光的強弱、照射時間長短無關；光電子能否到達陽極， 應由 光電子的初動能大小和光電管兩極間所加電壓的正負和大小共同決定.一旦電源正負極接 反，即使具有最大初動能的光電子也不一定能到達陽極， 即使發(fā)生了光電效應現(xiàn)象， 電路中 也不一定能形成光電流，故該題的正確答案是 B和D. 5 .頻率為y的光照射某種金屬材料，產生光電子的最大初動能為 Ek,若以頻率為 2 V 的光照射同一金屬材料，則光電子的最大

5、初動能是 （ ） A. 2Ek B. Ek+h y C. Ek —hv D. Ek+2hv 答案：B 解析：根據(jù)愛因斯坦光電效應方程 Ek= hL W知，當入射光的頻率為 Y時，可計算出 該金屬的逸出功 W= hL Ek.當入射光的頻率為 2 V時，光電子的最大初動能為 E k = 2hv— W= Ek+ h x故正確答案為 B. 6 . 一個質量為m、電荷量為q的帶電粒子，由靜止開始經加速電場加速后 （加速電壓為 U）,該粒子的德布羅意波長為 （ ） h h A. ;2mqU B.2mqU h h C.2mqU .2mqU D. . mqU 答案：C 解析：設

6、加速后的速度為 v,由動能定理得：qU = 2mv2 所以v=呼 由德布羅意波長公式: 仁^ ^2qu=2mqu^mqu 7 .近年來，無線光通信技術（不需光纖，利用紅外線在空間的定向傳播來傳遞信息的通 信手段）在局域網(wǎng)、移動通信等多方面顯示出巨大的應用前景，關于紅外線和光通信，以下 說法中正確的是（ ） ①光通信就是將文字、數(shù)據(jù)、圖像等信息轉換成光信號從一地傳向另一地的過程 ②光纖通信中的光信號在光纖中傳輸，無線光通信的光信號在空氣中傳輸 ③紅外線的頻率比可見光的頻率高 ④紅外光子的能量比可見光子的能量大 A.①② B.③④ C.①③ D.②④ 答案：A 解析：①、②

7、比較明顯都是正確的，紅外線頻率比可見光小，由 『hv,知其光子能量 比可見光小.③、④錯誤，故選項 A正確. 8 . （2010大慶實驗中學高二檢測）頻率為y的光子，具有的能量為 h動量為h".將這個 c 光子打在處于靜止狀態(tài)的電子上， 光子將偏離原運動方向， 這種現(xiàn)象稱光子的散射. 下列關 于光子散射說法中正確的是 （ ） A.光子改變原來的運動方向，且傳播速度變小 B.光子由于在與電子碰撞中獲得能量，因而頻率增大 C.由于受到電子碰撞，散射后的光子波長小于入射光子的波長 D.由于受到電子碰撞，散射后的光子頻率小于入射光子的頻率 答案：D 9 .如圖所示是光電管的原理圖，已

8、知當有波長為 M的光照到陰極 K時，電路中有光電 流，則（） A .若換用波長為 刈?1＞勸的光照射陰極 K時，電路一定沒有光電流 B.若換用波長為 旗芯?o）的光照射陰極 K時，電路中光電流一定增大 C.若將變阻器滑動頭 P從圖示位置向右滑一些，仍用波長》的光照射，則電路中光電流一定增大 D.若將變阻器滑動頭 P從圖示位置向左滑過中心 O點時，其他條件不變，則電路中 仍可能有光電流 答案：D 解析：盡管方＞乃頻率”＜包，但它不一定不能發(fā)生光電效應， A錯，用力的光一定能發(fā) 生光電效應，但光電流由光強決定，因此光電流不一定增大， B錯.變阻器滑動頭 P右滑， Uak

9、增大，若滑動前已達飽和電流，那么光電流不增大，因此 C錯，若滑動頭左滑 Uak＜0 是反向電壓，只要未超過反向遏止電壓，就有光電流，因此 D正確. 10 . （2010河北衡水中學高二期末）人類對光的本性認識的過程中先后進行了一系列實 驗，如圖所示的四個示意圖所示表示的實驗能說明光具有波動性的是 （ ） 僮邯 單色光 HU 答案：ABD 第n卷（非選擇題 共60分） 二、填空題（共4小題，每小題5分，共20分.把答案直接填在橫線上） 11 .在日常生活中，我們不會注意到光是由光子構成的，這是因為普朗克常量很小，每 個光子的能量很小，而我們觀察到的光學現(xiàn)象中涉及大

10、量的光子，試估算 60W的白熾燈1s 內發(fā)出的光子數(shù) 個. 解析：可設白熾燈發(fā)出的光子頻率為 答案：1.5X1020 6X 1014Hz ,每份光子的能量大約為 E = h尸 6.63X 10 34X6X 1014J= 4.0 X 10 19J,60W 一 60 X 1 的白熾燈在1s內發(fā)出的光子數(shù) n= - 4.0 X 10 19 1.5X 1020（個）. 12 .二氧化碳能強烈吸收紅外長波輻射, 這種長波輻射的波長范圍是 1.4 X 10—3?1.6 X 10 3m,相應的頻率范圍是 ,相應的光子能量的范圍是 , “溫室效應”使空 氣全年的平均溫度升

11、高，空氣溫度升高， 從微觀上看就是空氣中分子的 .（已知普 朗克恒量h=6.6x 10—34j s,真空中的光速c= 3.0X 108m/s,結果取兩位有效數(shù)字） 答案：2.1 X 1011 ?1.9X 1011Hz 1. 4X10—22T.3X 10—22j 平均動能增大 解析：由c=入得尸c 八 則求得頻率范圍2.1 X 1011?1.9X 1011Hz 又由E=hv得能量范圍為1.4X 10—22?1.3X 10—22J 溫度越高分子無規(guī)則運動更劇烈，無規(guī)則運動平均動能也越大. 13. 鋁的逸出功是 4.2eV,現(xiàn)在用波長200nm的光照射鋁的表面. (1)光電子的最大初

12、動能是 ; (2)遏止電壓是 ; (3)鋁的極限頻率是. 答案：(1)2.01eV (2)2.01V (3)1.01 X 1015Hz 解析：(1)由愛因斯坦光電效應方程 Ek= h尸W0可得：Ek=hc- W0 6.63x 10 34x 3X 108 = ； J-4.2X 1.6X 10 19J=3.23X 10 19J= 2.01eV. 2X 10 7 , 一一，.一 Ek (2)由 eUc= Ek得遏止電壓 Uc= —=2.01V. (3)由W0=h w的極限頻率 W0 4.2X1.6X1019 w= ■—= Hz= 1.01 X 1015Hz h 6.63

13、X 10 34 14. (2010農七師高二檢測)如圖所示，一靜電計與鋅板相連，在 A處用一紫光燈照射 鋅板，關燈后，指針保持一定偏角. 錦楨紫光燈 (1)現(xiàn)用一帶負電的金屬小球與鋅板接觸， 則靜電計指針偏角將 .(填“增大”、 “減小”或“不變”) (2)使靜電計指針回到零，再用相同強度的鈉燈發(fā)出的黃光照射鋅板，靜電計指針無偏 轉，那么，若改用強度更大的紅外線照射鋅板，可觀察到靜電計指針 (填“有”或 “無”)偏轉. 答案：(1)減小 (2)無 解析：①鋅板在紫外線照射下，發(fā)生光電效應現(xiàn)象，有光電子飛出，鋅板帶正電；將一 帶負電的金屬球與鋅板接觸， 將鋅板上的正電荷中和一部分

14、， 鋅板正電荷減少，則靜電計指 針偏角將減小. ②要發(fā)生光電效應現(xiàn)象， 照射光的頻率必須大于被照射金屬的極限頻率， 而與照射光的 強度無關.用黃光照射，靜電計指針無偏轉， 即不能發(fā)生光電效應現(xiàn)象.當改用強度更大的 紅外線照射時，因為紅外線的頻率比黃光低，所以用紅外線照射更不能發(fā)生光電效應現(xiàn)象, 靜電計指針無偏轉. 三、論述計算題（共5小題，共40分.解答應寫出必要的文字說明、方程式和重要演 算步驟，只寫出最后答案不能得分，有數(shù)值計算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位 ） 15. （7分）對應于3.4X I?！?9J的能量子，其電磁輻射的頻率和波長各是多少？它是什么 顏色的？ 答案：5.

15、13X1014Hz 5.85X 10 （7分）已知鈉發(fā)生光電效應的極限波長為 ％=5X 10—5 * 7m,現(xiàn)用波長為 4X10—7m的 m 黃光 解析：根據(jù)公式s= h v和kc導 3.4 x 10 19 6.63 X 10 34 Hz=5.13X 1014Hz 3.0 x 108 5.13X 10 ~m= 5.85X10 —7 答案：1.23X1011m 解析：電子加速后的動能 EK = ；mv2=eU,電子的動量p= mv = ^2mEk= x/2meU. 由入=h知，上——,代入數(shù)據(jù)得h1.23X10—11m. P 2meU 光照射用鈉作陰極的

16、光電管.求： (1)鈉的逸出功W。； (2)為使光電管中的光電流為零，在光電管上所加反向電壓至少多大? 答案：(1)3.978X 10 19J (2)0.62V c 解析：(1)逸出功 Wo= h v)=h-= 3.978X 10 19J 為 (2)光電子最大初動能 Ek=h lWo=h三—Wo=0.99X 10 19J 人 Ek=eUc, Uc=Ek/e= 0.62V. 18. (9分)具有波長 上0.71A的倫琴射線使金箔發(fā)射光電子，電子在磁感應強度為 B的 勻強磁場區(qū)域內做最大半徑為 r的勻速圓周運動，已知 rB= 1.88X 10—4m.T,試求： (1)光電

17、子的最大初動能； (2)金屬的逸出功； (3)該電子的物質波的波長是多少？ 答案：(1)3.1 X103eV (2)1.44 x 104eV (3)2.2 x 1011m 解析：(1)電子在勻強磁場中做勻速圓周運動的向心力為洛倫茲力 m/=evB,所以丫=野 1c e2r2B2 電子的取大初動能 Ek=2mv = 2m (1.6 x 10 19)2x (1.88 x 10 4)2 = 31 J 2X 9.1X 10 31 = 4.97X 10 16J= 3.1 X103eV 6.63x 10 34x 3X 108 (2)入射光子的能量 -eV = 1.75

18、 x 104eV 7.1 x 10 11 X 1.6 X 10 19 根據(jù)愛因斯坦光電效應方程得逸出功 W= h l Ek=1.44X 104eV (3)物質波的波長為 h h 6.63X 10 34 入=mv=erB= 1.6X 10 19x 1.88X 10 4m=2.2>< 10 m 19. (10分)科學家設想未來的宇航事業(yè)中利用太陽帆來加速星際飛船, 設該飛船所在地 每秒每單位面積接收到的光子數(shù)為 n,光子平均波長為 入太陽帆面積為 S,反射率100%, 設太陽光垂直射到太陽帆上， 飛船總質量為 m,求飛船加速度的表達式.(光子動量p=h/2), 若太陽帆是黑色的

19、，飛船的加速度又為多少？ 答案：(1)2nsh (2)粵 mX mX 解析：光子垂直射到太陽帆上再反射，動量變化量為 2p,據(jù)動量定理和牛頓第二定律 進行計算.若太陽帆是黑色的，光子垂直打到太陽帆上不再反彈. (1)光子垂直射到太陽帆上再反射，動量變化量為 2p,設光對太陽帆壓力為 F,單位時 間打到太陽帆上的光子數(shù)為 N,則N=nS,由動量定理有：FA^NAt2p 所以F = N 2P 而光子動量p=,所以F=2^Sh 人 人 由牛頓第二定律可得飛船加速度的表達式為 F 2nSh a=—= m mX (2)若太陽帆是黑色的， 光子垂直打到太陽帆上不再反彈 (被太陽帆吸收)，光子動量變化 量為p,故太陽帆上受到的光壓力為 F=nSh,太陽帆的加速度 a= nSh. 5. 13X 1014Hz的頻率屬于黃光的頻率范圍，它是黃光. 16. （7分）如圖所示為證實電子波存在的實驗裝置，從 F上漂出的熱電子可認為初速度 為零，所加加速電壓 U=104V,電子質量為 m=0.91X 10-30kg.電子被加速后通過小孔 K1和 K2后入射到薄的金膜上，發(fā)生衍射，結果在照相底片上形成同心圓明暗條紋.試計算電子 的德布羅意波長.