高中物理 第四章 波粒二象性章末检测 教科版选修3-5

章末检测(时间：90分钟满分：100分)一、选择题(共12小题，共60分)1．年诺贝尔物理学奖中的一项是奖励美国科学家贾科尼和日本科学家小柴昌俊发现了宇宙X放射源．X射线是一种高频电磁波，若X射线在真空中的波长为λ，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，以E和p分别表示X射线每个光子的能量和动量，则()．左起——贾科尼、戴维斯、小柴昌俊图1A．E＝eq\f(hλ,c)，p＝0 B．E＝eq\f(hλ,c)，p＝eq\f(hλ,c2)C．E＝eq\f(hc,λ)，p＝0 D．E＝eq\f(hc,λ)，p＝eq\f(h,λ)解析根据E＝hν，且λ＝eq\f(h,p)，c＝λν可得X射线每个光子的能量为：E＝eq\f(hc,λ)，每个光子的动量为：p＝eq\f(h,λ).答案D2．现代物理学认为，光和实物粒子都具有波粒二象性，下列事实中突出体现波动性的是()．A．一定频率的光照射到锌板上，光的强度越大，单位时间内锌板上发射的光电子就越多B．肥皂液是无色的，吹出的肥皂泡却是彩色的C．质量为10－3kg、速度为10－2m/s的小球，其德布罗意波波长约为10－D．人们常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波波长与晶体中原子间距大致相同解析肥皂泡呈现彩色花纹是光的干涉现象，利用热中子研究晶体的结构是利用了中子的衍射现象，干涉和衍射是波动性的表现，而A体现了光的粒子性，C中体现的是宏观运动，所以只有B、D正确．答案BD3．光具有波粒二象性，那么能够证明光具有波粒二象性的现象是()．A．光的反射及小孔成像B．光的干涉，光的衍射，光的色散C．光的折射及透镜成像D．光的干涉，光的衍射和光电效应解析中学阶段表明光具有波动性的典型现象是光的干涉和衍射现象，表明光具有粒子性的典型现象是光电效应和康普顿效应．答案D4．一束波长为7×10－5cm的光波，每秒钟有3×1015个光子通过一个与光线垂直的平面．另有一束光，它传输相同的能量，但波长为4×10－5()．A.eq\f(7,12)×1015个 B．3×1015个C.eq\f(12,7)×1015个 D.eq\f(21,4)×1015个解析由题意得n1eq\f(hc,λ1)＝n2eq\f(hc,λ2)，代入数据得3×1015×eq\f(hc,7×10－5)＝n2eq\f(hc,4×10－5)，n2＝eq\f(12,7)×1015个，故选C.答案C5．频率为ν的光子的动量和波长的关系是λ＝eq\f(h,p)，能量为ε，则光的速度为()．A.eq\f(ελ,h) B．pεC.eq\f(ε,p) D.eq\f(h2,ε·p)解析由波速公式c＝λν，德布罗意波波长λ＝eq\f(h,p)，光能量子ε＝hν，可得c＝λeq\f(ε,h)＝eq\f(h,p)·eq\f(ε,h)＝eq\f(ε,p).故选项A、C正确．答案AC6．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，从面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()．A．该实验说明了电子具有波动性B．实验中电子束的德布罗意波长为λ＝eq\f(h,\r(2meU))C．加速电压U越大，电子的衍射现象越明显D．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显解析得到电子的衍射图样，说明电子具有波动性，A正确；由德布罗意波长公式λ＝eq\f(h,p)，而动量p＝eq\r(2mEk)＝eq\r(2meU)，两式联立得λ＝eq\f(h,\r(2meU))，B正确；从公式λ＝eq\f(h,\r(2meU))可知，加速电压越大，电子的波长越小，衍射现象就越不明显；用相同动能的质子替代电子，质子的波长小，衍射现象相比电子不明显，故C、D错误．答案AB7．如图2所示，光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象，该图像是研究金属而得到的，那么()．图2A．该金属的逸出功为EB．该金属的逸出功为hν0C．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为ED．入射光的频率为eq\f(ν0,2)时，产生的光电子的最大初动能为E/2解析由图象可知逸出功为E，当入射光频率为ν0时，产生光电效应，当入射光频率为2ν0时，根据图象斜率不变可知，产生光电子的最大初动能为E，故A、B、C选项正确；入射光频率为eq\f(ν0,2)时，不能产生光电效应，D选项错误．答案ABC8．1924年法国物理学家德布罗意提出物质波的概念，任何一个运动着的物体，小到电子，大到行星、恒星都有一种波与之对应，波长为λ＝h/p，p为物体运动的动量，h为普朗克常数，同样光也具有粒子性，光子的动量为：p＝h/λ，根据上述观点可以证明一个静止的自由电子如果完全吸收一个γ光子，会发生下列情况：设光子频率为ν，则E＝hν，p＝hν/c，被电子吸收后有：hν＝mev2/2，得v＝2c()．A．因为微观世界动量守恒定律不适用，上述论证错误，所以电子有可能完全吸收一个γ光子B．因为微观世界能量守恒定律不适用，上述论证错误，所以电子有可能完全吸收一个γ光子C．动量守恒定律、能量守恒定律是自然界中普遍适用规律，所以唯一结论是电子不可能完全吸收一个γ光子D．若γ光子与一个静止的自由电子发生作用，则γ光子被电子散射后频率增大答案C9．下列关于光的波粒二象性的说法中，正确的是()．A．一束传播的光，有的光是波，有的光是粒子B．光子与电子是同样的一种粒子，光波与机械波是同样的一种波C．光的波动性是由于光子间的相互作用而形成的D．光是一种波，同时也是一种粒子，光子说并未否定电磁说，在光子能量ε＝hν中，频率ν仍表示的是波的特性解析光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性，当光和物质作用时，是“一份一份”的，表现出粒子性；单个光子通过双缝后在空间各点出现的可能性可以用波动规律描述，表现出波动性．粒子性和波动性是光子本身的一种属性，光子说并未否定电磁说．答案D10．硅光电池是利用光电效应原理制成的器件，下列表述正确的是()．A．硅光电池是把光能转变为电能的一种装置B．硅光电池中吸收了光子能量的电子都能逸出C．逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率无关D．任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应解析硅光电池是把光能转变为电能的一种装置，是利用光电效应原理制成的器件，A正确；依据光电效应方程Ek＝hν－A＝hν－hν0，可见只有当入射光子的频率大于极限频率时才可能发生光电效应，B、C、D错误．答案A11．对爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，下面的理解正确的是()．A．只要是用同种频率的光照射同一种金属，那么从金属中逸出的所有光电子都会具有同样的初动能EkB．式中的W0表示每个光电子从金属中飞出过程中克服金属中正电荷引力所做的功C．逸出功W0和极限频率ν0之间应满足关系式W0＝ν0D．光电子的最大初动能和入射光的频率成正比解析爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0中的W0表示从金属表面直接逸出的光电子克服金属中正电荷引力做的功，因此是所有逸出的光电子中克服引力做功的最小值，对应的光电子的初动能是所有光电子中最大的，其他光电子的初动能都小于这个值，故A、B错误．若入射光的频率恰好是极限频率，即刚好能有光电子逸出，可理解为逸出的光电子的最大初动能是0，因此有W0＝hν0，C对．由Ek＝hν－W0可知Ek和ν之间是一次函数关系，但不是成正比关系，D错误．答案C12．康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量，图3给出了光子与静止电子碰撞后电子的运动方向，则碰后光子()．图3A．可能沿1方向，且波长变短B．可能沿2方向，且波长变短C．可能沿1方向，且波长变长D．可能沿3方向，且波长变长解析由康普顿效应知，光子碰撞电子的过程遵循动量和能量守恒定律，故选C.答案C二、非选择题(本题共4小题，共40分)13．(10分)一颗地面附近的质量为m的人造地球卫星，其德布罗意波长为________，一个处于基态的氢原子核外电子的德布罗意波长为________．(地球半径为R，重力加速度为g，基态时电子轨道半径为r，电子质量为me)解析近地卫星的速度v＝eq\r(Rg)，由德布罗意波波长公式得λ＝eq\f(h,mv)＝eq\f(h,m\r(Rg)).电子绕核运动所需向心力为库仑力，即keq\f(e2,r2)＝meeq\f(v2,r)，所以v＝eeq\r(\f(k,mer))由德布罗意波波长公式得λ＝eq\f(h,mv)＝eq\f(h,e\r(\f(kme,r)))答案eq\f(h,m\r(Rg))eq\f(h,e\r(\f(kme,r)))14．(10分)一单色光在某种液体中的传播速度是2.0×108m/s，波长为3.0×10－7m解析由v＝λν可得ν＝eq\f(v,λ)＝eq\f(2.0×108,3.0×10－7)Hz＝eq\f(2,3)×1015Hzε＝hν＝6.63×10－34×eq\f(2,3)×1015J＝4.42×10－19J因为ε<W，所以不能发生光电效应．答案不能15．(10分)原子核的半径为10－15m解析设质子的位置不确定范围等于原子核的半径，即Δx＝10－15m，由不确定关系公式Δx·Δp≥eq\f(h,4π)，得Δp≥eq\f(h,4πΔx)＝5.3×10－20kg·m/s.同理，电子被限制在核内，动量的不确定范围与质子一样为Δp′≥5.3×10－20kg根据位置不确定量与动量不确定量的关系Δx·Δp≥eq\f(h,4π)，已知Δx，则可求出Δp，反之亦然．答案Δp≥5.3×10－20kg·m/sΔp′≥5.3×10－2016．(10分)(1)研究光电效应电路如图4所示，用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流．下列光电流I与eq\f(A,K)之间的电压UAK的关系图象中，正确的是________