人教版高中物理(选修3-5)《波粒二象性》同步测试题(含答案)

1、波粒二象性测试题本试卷分为第I卷（选择题）和第n卷（非选择题）两部分，满分 100 ，考试时间60 分钟。第I卷（选择题共40分）一、选择题（ 本题共 10 小题，每小题 4 分，共 40 分。在每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的有多个选项正确，全部选对的得 4 分，选对但不全的得2 分，有选错或不选的得 0 分。 ）1 在下列各组的两个现象中都表现出光具有波动性的是（）A.光的折射现象、色散现象B.光的反射现象、干涉现象C.光的衍射现象、偏振现象D.光的直线传播现象、光电效应现象解析：因为色散现象说明的是白光是由各种单色光组成的复色光，故A错；由于反射现象并非波动所独有的性质

2、，故 B错；直线传播并非波动所独有，且光电效应说明光具有粒子性，故D错；只有衍射现象和偏振现象为波动所独有的性质，所以C正确。答案： C2下列说法中正确的是（）A.光的干涉和衍射现象说明光具有波动性B.光的频率越大，波长越长C.光的波长越大，光子的能量越大D.光在真空中的传播速度为3.0X108m/s解析：干涉和衍射现象是波的特性，说明光具有波动性，A对；光的频率越大，波长越短，光子能量越大，故 B、C错；光 真空中的速度为 3.0X108m/s,故D对。答案：A D3.现代科技中常利用中子衍射技术研究晶体的结构，因为 热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距相近。已知中子质量m)B. 1019J

3、1024Jhp2h2;及Ek = 不得，Ek = "一r入2m2m入0J = 4X10-21J, C正确。= 1.67 X 10 -27kg,可以估算德布罗意波长 入=1.82X1010m的热 中子动能的数量级为（A. 1017JC. 1021JD.解析：由 p =6.626 2X 10-682X1.67 X 10 27X 1.82 2>答案：C4.下列关于光电效应的说法中，正确的是 （）A.金属的逸由功与入射光的频率成正比B.光电流的大小与入射光的强度无关C.用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的最大初动能大D.对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射

4、光的波长大于此波长时，就不能产生光电效应解析：逸由功与入射光无关，反映的是金属材料对电子的束 缚能力；A错误；光强越大，单位时间内入射的光子数越多，逸 生的电子数也越多，光电流越大，B错误；红外线的频率比可见光小，紫外线的频率比可见光大，由E=hvW知，C错误；由产生光电效应的条件知，D正确。答案：D5.下列有关光的说法中正确的是 （）A.光电效应表明在一定条件下，光子可以转化为电子B.大量光子易表现由波动性，少量光子易表现由粒子性C.光有时是波，有时是粒子D.康普顿效应表明光子和电子、质子等实物粒子一样也具 有能量和动量解析：光电效应中，光子把能量转移给电子，而不是转化为 电子，A错误；由光

5、的性质可知，B正确；波动性和粒子性是光的两个固有属性，只是在不同情况下一种属性起主要作用，C错误；康普顿效应表明光具有能量和动量，能量 £ = hv ,动量p h =,D正确。 人答案：B、D6 . 一激光器发光功率为 P,发生的激光在折射率为 n的介质 中波长为 入，若在真空中速度为 c,普朗克常量为 h,则下列叙述正确的是（）A.该激光在真空中的波长为n入B.该激光的频率为C.该激光器在ts内辐射的能量子数为Ptn入hcD.该激光器在ts内辐射的能量子数为Pt入hc,.一 C入 0V 入 0解析：激光在介质中的折射率 n=-=-=-,故激光在 v 入丫 入真空中的波长 入0=n入

6、，A正确；激光频率 v =_=B错 ° n误；由能量关系 Pt=Ne,c=入ov,入o=n入及£=hv得N= PnA, C正确，D错误。hc答案：A、C7 .两种单色光 a和b, a光照射某金属时有光电子逸由，b光照射该金属时没有光电子逸由，则 （）A.在真空中，a光的传播速度较大8 .在水中，a光的波长较小C.在真空中，b光光子的能量较大D.在水中，b光的折射率较小解析：由已知可得频率 V aV V b,所以入a入b, B对；由光子能量E= h V得，a光光子能量大，C错；在同种介质中频率大的光折射率大，即na>nb, D对；在真空中各种光传播速度相同, 都是 c=

7、3x108m/s, A错。答案：B、D8.光通过单缝所发生的现象，用位置和动量的不确定性关 系的观点加以解释，下列说法中正确的是（）A.单缝宽，光沿直线传播，这是因为位置不确定量大，动 量不确定量小可以忽略B.当光能发生衍射现象时，动量不确定量就不能忽略C.单缝越窄，中央亮纹越宽，是因为位置不确定量越小， 动量不确定量越大D.以上解释都不正确h .解析：由不确定关系 AxApA知，A、B、C正确。4 4答案：A B、C9. 下表列生了几种不同物体在某种速度下的德布罗意波长 和频率为1MHz的无线电波的波长，由表中数据可知 （）质量/kg速度(m s 1)波长/m弹子球2.0 xi021.0 X

8、10-23.3 XI。一30电子（100eV）9.0 X10-315.0 X1061.2 xi010无线电波（1MHz）3.0 X1083.3 x 102A.要检测弹子球的波动性几乎不可能B.无线电波通常情况下只表现由波动性C.电子照射到金属晶体上能观察到波动性D.只有可见光才有波动性解析：弹子球的波长相对太小，所以检测其波动性几乎不可 能，A对；无线电波波长较长，所以通常表现为波动性，B对；电子波长与金属晶体尺度差不多，所以能利用金属晶体观察电子 的波动性，C对；由物质波理论知，D错。答案：A B、C10. 研究光电效应规律的实验装置如图 （十七）一1所示，以 频率为v的光照射光电管阴极 K

9、时，有光电子产生。由于光电 管K、A间加的是反向电压，光电子从阴极K发射后将向阳极 A做减速运动。光电流i由图中电流计 G测由，反向电压 U由电压 表V测由。当电流计的示数为零时，电压表的示数称为反向截止 电压U0。在下列表示光电效应实验规律的图象中，错误的是（）一1中二图（十七）一1解析：由光电效应方程 Ek= h v W若加反向截止电压，则 eU）=EkEhf无光电流，则 U= = -e"一）则U0与、的关系图线 不过原点，故B错；根据光电效应规律，当反向电压U和频率v一定时，光电流i与光强1（光子个数）成正比，故 A正确；由于 光强I与入射光的光子个数成正比，所以当光强I和频率

10、v 定时，光电流i与反向电压U的关系为C, C正确；根据光电效 应规律，当光强I和频率v 一定时，光电流i与产生光电子的 时间关系是“瞬时”关系（109s）,故D项正确，本题只有 B错, 故选Bo答案：B第n卷（非选择题共60分）二、填空题。（共4小题，每小题5分，共20分。把答案直 接填写在题中横线上，不要求写生演算过程。）11. （5分）如图（十七）2所示，用导线将验电器与洁净锌板连接，触摸锌板使验电器指针归零。用紫外线照射锌板，验电器指针发生明显偏转，接着用毛皮摩擦过的橡胶棒接触锌板，发现验电器指针张角减小，此现象说明锌板带 电（选填“正”或“负”）；若改用红外线重复上实验，结果发现验电

11、器指针根本不会发生偏转，说明金属锌的极限频率 红外线 （选填“大于”或“小于”）。图（十七）一2解析：毛皮摩擦过的橡胶棒带负电，因锌板被紫外线照射后 发生光电效应缺少电子而带正电，故验电器的负电荷与锌板正电 荷中和一部分电荷后验电器指针偏角变小。用红外线照射验电器 指针偏角不变，说明锌板未发生光电效应，说明锌板的极限频率 大于红外线的频率。答案：正 大于12. （5分）在光电效应实验中，如果实验仪器及线路完好， 当光照射到光电管上时，灵敏电流计中没有电流通过，可能的原 因是 o解析：入射光频率小于这种金属的极限频率 （即入射光波长 大于这种金属的极限波长 ），不能发生光电效应现象，即无光电 子

12、逸生。另一种可能是光电管上所加反向电压太大，逸生的光电 子减速运动，速度为零后又返回，使电路中没有电流通过。答案：入射光波长太大（或反向电压太大）13. （5分）利用金属晶格（大小约10-10m）作为障碍物观察电 子的衍射图样，方法是让电子通过电场加速后，让电子束照射到 金属晶格上，从而得到电子的衍射图样。已知电子质量为m电荷量为e,初速度为0,加速电压为U,普朗克常量为h,则加速 后电子的德布罗意波长为入=，若电子质量 m9.1X10一31kg,加速电压 U= 300V,则电子束 （能或不能）发生明 显衍射现象。图（十七）一3h h斛析：由 eU= 5及 p= q2mEI| 入=p=JU 将

13、 U= 300V/日6.626 X 10 -34_10，代 入 2X9.1 x 10 -31x 1.6 x 10 -19X300旷OH X1。m入与金属晶格差不多，所以能发生明显衍射。答案:v2meU能14. （5分）利用光电管产生光电流的电路如图（十七）一3所示。电源的正极应接在 端（填"a”或" b”）；若电流表 读数为8以A,则每秒从光电管阴极发射的光电子至少是 个（已知电子电荷量为 1.6 X1019C）。解析：由题意知，电路图为利用光电管产生光电流的实验电 路，光电管的阴极为 K,光电子从K极发射由来要经高电压加速， 所以a端应该接电源正极，b端接电源负极。假定从

14、阴极发射生 来的光电子全部到达阳极A,则每秒从光电管阴极发射由来的光电子数目为 n=-= d v fL -19个=5X1013个。e e 1.6 x 10答案：a 5X1013三、计算题（共6小题，共40分。解答时应写由必要的文字 说明、方程式和重要演算步骤。只写由最后答案的不能得分。有 数值计算的题，答案中必须明确写生数值和单位。）15. （6分）如图（十七）一4所示，当开关S断开时，用光子能 量为2.5eV的一束光照射阴极 P,发现电流表读数不为零。合上 开关，调节滑线变阻器，发现当电压表读数小于0.60V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零，求此阴极

15、材料的逸由功为多大？图（十七）一4解析：设光子能量为 2.5eV照射时，光电子的最大初动能为1c1c2mv,阴极材料的逸由功为 VV据爰因斯坦光电效应方程有：mv= hvW题图中光电管上加的是反向电压，据题意，当反向电压达到U 0.60V以后，具有最大初动能的光电子也不能达到阳极，因此12eUU= 2mv由得 VW= h v - el> 2.5eV 0.6eV = 1.9eV。答案：1.9eV16. (6分)一光源的功率 P= 40VV发光效率 刀=6%发生频 率为丫 =6X1014Hz的可见光。已知普朗克常量 h = 6.626 X10 34J s。求：(1)光源每秒发生的能量子数；(

16、2)若每秒有10个能量子进入瞳孔就能引起视觉，瞳孔的直径d=5mm则能看到光源的最大距离是多少？解析：(1)光源每秒发生光的能量E= Pr t,由E= N&及&=h 丫 得 Pt t = Nhv则N=Pt th v40X 6%S< 16.626 X10 34X6X10百个=6.04 x 10 18个(2)设能看到光源的最大距离为R,光源向周围均匀辐射,每秒内通过距光源R处单位面积的光子数为普故R=6.04 x 1018x 52X 10 16X 10每秒内通过瞳孔的光子数n =六65E 9.7 X 10 mt答案：(1)6.04 X1018个 (2)9.7 X105m17.

17、 (7分)高速电子流射到固体上，可产生 X射线，产生 X 射线的最大频率由公式h v m= E确定，5表示电子打到固体上时的动能。设电子经过U= 9000V高压加速，已知电子质量m =9.1X。31kg,电子电量 e=1.60 X10 19C。求：(1)加速后电子对应的德布罗意波长；(2)产生的X射线的最短波长及一个光子的最大动量。解析：由动能定理eU= 5,动量与动能关系p=>/2mE及动量 与波长关系p=?得、h6.626 X10 34入11T；TqQWmeU42X9.1 X10 X1.6 X10-19X9X103e 1.3 x 10 11m_ ,5 eU -(2)广生的X射线最大频

18、率"m=T=T,对应的最短波长c hc 6.626 X10 34X3X108_10人“二eU= 1.6X10-19X9X103 e 1.4X10 m一个光子的最大动量h h v m eU 1.6 X10-19X9X103pm= "=c、， "8kg m/s入 min c c3X10= 4.8 x 10 24kg , m/s。答案：(1)1.3 X10 T1m (2)1.4 X1010m 4.8 X10 -24kg - m/s18. (7分)波长为 入=0.17以m的紫外线照射到金属筒上能 使其发射光电子，光电子在磁感应强度为B的匀强磁场中，做最大半径为r的匀速圆周

19、运动，已知 r B= 5.6X106T-m,光电子质量 mr9.1 X1031kg,电荷量 e=1.6X10T9C,求:(1)光电子的最大动能;金属筒的逸由功。解析：光电子做匀速圆周运动时， 在垂直磁场的平面内运动, 它的动能即是最大动能。, m。口eBr(1)由 eBv= /倚 v=k,1 2 1 eBr 2 (eBr)2 所以 2mv=2m-。1代入数据得2mV= 4.41 X10-19J(2)由爱因斯坦光电效应方程得V h 丫 - ：mV= h?- :mV, 2 人 2代入数据得VW= 7.3X10-19J。答案：(1)4.41 X1019J(2)7.3 X10 -19J19. (7分)

20、已知= 5.3 X10-35J s,试求下列情况中速度测定的不确定量。(1) 一个球的质量 m= 1.0kg ,测定其位置的不确定量为10一6mi(2)电子的质量 m=9.1 X1031kg,测定其位置的不确定量为 10Tom(即在原子直径的数量级内)。解析：(1) m= 1.0kg , A X1= 10 6m， 、 h由 AxApn；及 Ap=mAv知4兀5.3 X。354 nt A xmT 106X1.0m/s = 5.3 x 10 -29m/s(2) m=9.1 X10 31kg, A X2= 1010m同理得5.3 X。35Av2>47tA X2m= 1010X9.1 X10Fm/s = 5.8 x 10 5m/s。答案：(1)5.3 X10 29m/s (2)5.8 X105m/s20. (7分)20世纪20年代，剑桥大学学生 G泰勒做了一个实验。在一个密闭的箱子里放上小灯泡、