《波粒象性》测试题

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

2、独有的性质，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8D .光在真空中的传播速度为3.0X 10 m/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 3.0X 108 m/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

3、间距相近。已知中子质量m= 1.67 X 1027 kg,可以估算德布罗意波长匸1.82 X 10m 的热中子动能的数量级为 （）1719A. 1017 JB. 1019 J21C. 10 J24D.10 J解析:2m得，h26.626冬 10-682nU2X 1.67 X 10-27X 1.822x 10-2021J 4X 10- J,C正确。答案：C4. 下列关于光电效应的说法中，正确的是（）A .金属的逸出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”，入射光的波

4、长大于此波长时，就不能 产生光电效应解析：逸出功与入射光无关， 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，逸出的电子数也越多，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Ek = hv Wo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 .大量光子易表现出波动性，少量光子易表现出粒子性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

5、误；由光的性质可知，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£= h V,动量hD正确。答案：B、D6. 一激光器发光功率为P,发出的激光在折射率为度为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n的介质中波长为 人若在真空中速B .该激光的频率为C.该激光器在t s内辐射的能量子数为Ptn入hcPt入D 该激光器在ts内辐射的能量子数为he解析：激光在介质中的折射率 n= e仝仝，故激光在真空中的波长?o= n入，A正确；V Av Ke ePtn A激光频率 v= = ,

6、 B错误；由能量关系 Pt= Ns, e= Av K= nA及s= hv得N=p , CAn ahe正确，D错误。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出，b光照射该金属时没有光电子逸出，则（）A .在真空中，a光的传播速度较大B .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 vv V,所以A> A, B对；由光子能量 E= hv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e= 3x 108 m/s, A错。答案：B、D&

7、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 .以上解释都不正确解析：由不确定关系 AxAp>知，A、B、C正确。答案：A、B、C9. 下表列出了几种不同物体在某种速度下的德布罗意波长和频率为1 MHz的无线电波的波长，由表中数据可知（）质量/kg1速度(m s )波长/m弹子球22.0X 1021.0X 10303.3X 10电子（100 eV）9.0

8、X 10 315.0 x 106101.2X 10无线电波（1 MHz）3.0 x 10823.3X 10A.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出波动性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时，有光电子产生。由于光电管 K、A间加的是反向

9、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测出，反向电压 U由电压表V测出。当电流计的示数为零时，电压表的示数称为反向截止电压Uo。在下列表示光电效应实验规律的图象中，错误的是（）光图（十七）一1反问址压備1获申"-定吋,裁止电压耳耳颉卑”的艾系朮理刚校率"一定时 电锻扌与反向电压F啲关玉D.电淇匚与产生比电干的时仙的关垂解析：由光电效应方程 Ek = hv W，若加反向截止电压，则eUo= Ek时无光电流，则Uo=旦=hv W，则Uo与v的关系图线不过原点，故 B错；根据光电效应规律，当反向电e e e压U和频率v定时，光电流i与光强1（光

10、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定时，光电流i与产生光电子的时间关系 是“瞬时”关系（10-9 s）,故D项正确，本题只有 B错，故选B。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，不要求写出演算过程。)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

11、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 。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

12、种金属的极限波长 ）, 不能发生光电效应现象， 即无光电子逸出。另一种可能是光电管上所加反向电压太大， 逸出 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1010 m）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 ，若电子质量 m= 9.1 X 10kg，加速电压 U = 300 V，则电子束（能或不能）发生明显衍射现象。图（十七）_

13、3解析： 由eU = Ek及 p =寸2mEk得 入=- =j ;将 U = 300 V 代入，得入=P 2meU346.626 X 10_1031m 0.71 X 10_ m'2X 9.1 X 10_31X 1.6X 10_19X 300入与金属晶格差不多，所以能发生明显衍射。答案：h能V2meU14 . （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叮 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 X 10_19 C）。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

14、电子从K极发射出来要经高电压加速， 所以a端应该接电源正极，b端接电源负极。假定从 阴极发射出来的光电子全部到达阳极 A,则每秒从光电管阴极发射出来的光电子数目为n =Q= It e e8X 10 61.6 X 10_后个=5X 1013个。答案：a 5X 1013三、计算题（共6小题，共40分。解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步 骤。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。）15. （6分）如图（十七）_ 4所示，当开关S断开时，用光子能量为 2.5 eV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.

15、60 V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零，求此阴极材料的逸出功为多大？<Y)*mv2,阴极材料的逸出功图（十七）一4解析：设光子能量为2.5 eV照射时，光电子的最大初动能为一 1 2为W,据爱因斯坦光电效应方程有：mv = h v W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 = 0.60 V以后，具有最大1 2初动能的光电子也不能达到阳极，因此eU= 2mv由得 W= h v eU= 2.5 eV 0.6 eV = 1.9 eV。答案：1.9 eV1416. （6分）一光源的功率 P = 40 W，发光效率 n= 6%，发出频率

16、为 v= 6X 10 Hz的可 见光。已知普朗克常量 h= 6.626X 10 34 J sb求：（1）光源每秒发出的能量子数；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 = 5 mm，则能看到光源的最大距离是多少？解析：（1）光源每秒发出光的能量 E = Pn t由E= N&及 =hv得Pn t NhvP nt h v =40 X 6%X 16.626 x 10 34 X 6 X 10 6.04X 1018 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4"脣每秒内通过瞳孔的光子数 n = 4njR2 bd2=

17、16R2故R=6.04X 1018x 52x 10616X 105m 9.7X 10 m。答案：(1)6.04 X 1018 个 (2)9.7 X 105 m17. （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=Ek确定，Ek表示电子打到固体上时的动能。设电子经过U = 9 000 V咼压加速，已知电子3119质量 me= 9.1 x 10 kg,电子电量 e= 1.60x 10 C。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= Ek，动量与动能关系 p=2mEk及动量与波长关系 p=即6

18、.626 x 10341111jm1.3 x 10 mp2 x 9.1x 10 31 x 1.6x 1019 x 9x 103(2)产生的x射线最大频率vm=Ehk=eu，对应的最短波长c hc 6.626x 10-34x 3x 108 10Anin = 11 =193 m 1.4 x 10 mvm eU 1.6x 1019 x 9 x 103一个光子的最大动量h h V eU 1.6 x 10- 19x 9x 103pm 卞=T =三=3xkg m/s24=4.8x 10 kg m/s。答案：(1)1.3 x 10 11 m (2)1.4 x 10 10 m 4.8 x 10 24 kg m

19、/s18. (7分)波长为A= 0.17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的匀速圆周运动，已知 r B= 5.6x 10 6 t m,光电子质量 m= 9.1 x 10 31 kg ,电荷量e= 1.6 x 10 19 C,求：(1) 光电子的最大动能；(2) 金属筒的逸出功。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。2,mv /白 eBr(1) 由 eBv=得 v=,rm所以2mv2= 蟹)=赛L。代入数据得"mv2= 4.41 x 10-19 J。(2) 由爱因斯坦光电效应方程得1 2/1

20、2W= h v ?mv = h 入？mv ,代入数据得 W= 7.3x 10-19 J。19 19答案：(1)4.41 X 10 J (2)7.3 X 10 Jh 3519. (7分)已知=5.3 X 10Js；试求下列情况中速度测定的不确定量。4 n6(1) 一个球的质量 m= 1.0 kg,测定其位置的不确定量为10 m;(2) 电子的质量me= 9.1 X 10 31 kg,测定其位置的不确定量为1010 m(即在原子直径的数量级内)。解析：(1)m= 1.0 kg, zx1= 106 m由 AxAp > 及 Ap = mAv 知4 n35v尸纯 > 4-V=m 4 n Am5.3X 10296m/s = 5.3X 10m/s10- 6X 1.0 me= 9.1 X 10-31 kg , Ax2= 1010 m同理得,、 h4 n A2me=5.3 X 10 3551031 m/s= 5.8X 10 m/so1010 X 9.1 X 1031答案：(1)5.3 X 1029 m/s (2)5.8 X 105 m/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