人教版高中物理选修5波粒二象性同步测试试题含答案解析

1、人教版高中物理选修3-5第17章波粒二象性同步测试试题（含答案解析）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

2、象并非波动所独有的性质，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=1.

3、67X1027kg,可以估算德布罗意波长上1.82X10-10m的热中子动能的数量级为（）1719A.10JB.10JC.1021JD.1024J,h一pLh26.6262*106821一,斛析：由呼乎Ek=2m得，Ek=2=2X1.67X1027X1.822X1020卜4*10一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

4、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=hLW0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

5、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s=h»动量P=1D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n的介质中波长为若在真空中速度为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cB.该激光的频率为c人C.该激光器在ts内辐射的能量子数为胆入hCD.该激光器在ts内辐射的能量子数为P：入hc解析：激光在介质中的折射率n=C=F=f,故激光在真空中的波长k=nA正确；激光频率尸fVAv0=1B错误；由能量关系Pt=Ne,c=九v,n入及s=h丫得N=卜©，C正确，D错误。答案：A、C7 .两种单色

6、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：由已知可得频率玷v柏，所以hB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c=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8. 当光能发生衍射现象

7、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AxApF知，A、B、C正确。4兀答案：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1MHz的无线电波的波长，由表中数据可知()质里/kg速度(ms)波长/m弹子球2.0X120一1.0X1023.3x1300电子(100eV)9.0X13105.0X1061.2X1100无线电波(1MHz)3.0X1083.3X120A.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

8、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U0O在下列表示光电效应实验规律的图象中，错误的是（）图（十七）1灰用电压而频率”

9、一定时,光电流内光强删箕系光强由模率U一定时,九血於与反向电IE打的戈暴光剂用I按车”一定时.光电渣?与产生坨电干的时间的关聋解析：由光电效应方程Ek=hv-W,若加反向截止电压,则eU°=Ek时无光电流，则3詈*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Y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y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

10、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）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

11、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）一一-10.13. （5分）利用金属晶格（大小约10m）作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让

12、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甘，若电子质量m=9.1X1031kg,加速电压U=300V,则电子束（能或不能）发生明显衍射现象。解析：由eU=Ek及p=V2mEk得电源图（十七）3hhp=p=q2u；将U=300V代入，得入=,6.626><10m“1010m72乂9.1X1031X1.6X1019x300入与金属晶格差不多，所以能发生明显衍射。答案：2meU台匕目匕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

13、接在端（填“a”或“b”）；若电流表读数为8月,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1.6X1019C）。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QIt8X106人一13人n=e=e=i.6xi0191=5X10Io答案：a5X1013方程式和重要演算步骤。只写出最2.5eV的一束光照射阴极P,发现电0.60V时，电流表读数仍不为零；三、计算题（共6小题，共40分。解答时应写出必要的文

14、字说明、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）一4所示，当开关S断开时，用光子能量为流表读数不为零。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，求此阴极材料的逸出功为多大?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2mv*2,阴极材料的逸出功为W,据爱因斯U=0.60V以后，具有最大初动能的光电6.04X1018个40X6%X16.62610346101(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盘22故R=,6

15、.04X1018X52X10616X10每秒内通过瞳孔的光子数n=4M*2=16R2m=9.7x105m。答案：(1)6.04X1018个(2)9.7X105m17. (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hw=Ek确定，Ek表小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me=9.1X1031kg,电子电量e=1.60X1019c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=啊以及动量与波长关系p=h导34X4=j6.626><10m

16、-1011mv2meU2X9.1x1031x1.6x1019x9X103EkeU(2)产生的X射线最大频率何=1=曾，对应的最短波长c赤in而hceU6.626X1034x3X1081.610199103m=1.4x1010m一个光子的最大动量hhjmeU1.6X10-pm=4nin=c=c=3X108kgm/s=4.8X1024kgm/s。答案：(1)1.3X1011m(2)1.4X1010m4.8X1024kgm/s18. (7分)波长为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rB=5.6X106Tm,光电子质量

17、m=9.1X1031kg,电荷量e=1.6x1019c,求：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。2，一mveBr(1)由eBv=得v=,rm所以；mv2=1m.胆L。22m2m一1代入数据得2mv=4.41X10Jo(2)由爱因斯坦光电效应方程得12,C12W=hl,mv=h2mv,代入数据得w=7.3X1019Jo答案：(1)4.41X1019j(2)7.3X1019J19.（7分）已知*5.3X1035Js；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（2）电子

18、的质量me=9.1X10-31kg,测定其位置的不确定量为m;1010.一.m（即在原子直径的数量级内）。解析：(1)m=1.0kg,Ax1=106m,h由Ax牛丁及a=mAv知4兀35Aph53X1029Av1=m>4-mm=106X1.0m/s=5.3x10m/s(2)me=9.1X1031kg,从2=1010m同理得Av2>355.3X104兀&me1010x9.1x1031m/s=5.8x105m/s。答案：(1)5.3X1029m/s(2)5.8x105m/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、烟熏黑的玻璃、狭缝、针尖、照相底板，整个装置如图（十七）一5所示。小灯泡发出的光通过熏黑的玻璃后变得十分微弱，经过三个月的曝光，在底片上针尖影子周围才出现非常清晰的衍射条纹。泰勒对这照片的平均黑度进行测量，得出每秒到达底片的能量是-135X10Jo小灯泡熏黑的坡端狭针尖照相底片图（十七）一5（1）假如起作用的光波波长约500nm,计算从一个光子到来和下一光子到来所间隔的平均时间，及光束中两邻近光子之间的平均距离；(2)如果当时实验用的箱子长为1.2m,根据(1)的计算结果，能否找到支持光的概率波的证据?解析：(1)对于入=500nm的光子能量为：h尸hc=6.63x1034x3.0><