高中物理波粒二象性測試題

1、高中精品試題波粒二象性測試題本試卷分為第卷(選擇題)和第卷(非選擇題)兩部分，滿分100，考試時間60分鐘。第卷(選擇題共40分)一、選擇題(本題共10小題，每小題4分，共40分。在每小題給出的四個選項中，有的只有一個選項正確，有的有多個選項正確，全部選對的得4分，選對但不全的得2分，有選錯或不選的得0分。)1在下列各組的兩個現(xiàn)象中都表現(xiàn)出光具有波動性的是()A光的折射現(xiàn)象、色散現(xiàn)象B光的反射現(xiàn)象、干涉現(xiàn)象C光的衍射現(xiàn)象、偏振現(xiàn)象D光的直線傳播現(xiàn)象、光電效應(yīng)現(xiàn)象解析：因為色散現(xiàn)象說明的是白光是由各種單色光組成的復(fù)色光，故A錯；由于反射現(xiàn)象并非波動所獨有的性質(zhì)，故B錯；直線傳播并非波動所獨有，且

2、光電效應(yīng)說明光具有粒子性，故D錯；只有衍射現(xiàn)象和偏振現(xiàn)象為波動所獨有的性質(zhì)，所以C正確。答案：C2下列說法中正確的是()A光的干涉和衍射現(xiàn)象說明光具有波動性B光的頻率越大，波長越長C光的波長越大，光子的能量越大D光在真空中的傳播速度為3.0×108 m/s解析：干涉和衍射現(xiàn)象是波的特性，說明光具有波動性，A對；光的頻率越大，波長越短，光子能量越大，故B、C錯；光真空中的速度為3.0×108 m/s，故D對。答案：A、D3現(xiàn)代科技中常利用中子衍射技術(shù)研究晶體的結(jié)構(gòu)，因為熱中子的德布羅意波長與晶體中原子間距相近。已知中子質(zhì)量m1.67×1027 kg，可以估算德布羅意

3、波長1.82×1010 m的熱中子動能的數(shù)量級為()A1017 JB1019 JC1021 J D1024 J解析：由p及Ek得，Ek J4×1021 J，C正確。答案：C4下列關(guān)于光電效應(yīng)的說法中，正確的是()A金屬的逸出功與入射光的頻率成正比B光電流的大小與入射光的強度無關(guān)C用不可見光照射金屬一定比用可見光照射同種金屬產(chǎn)生的光電子的最大初動能大D對于任何一種金屬都存在一個“最大波長”，入射光的波長大于此波長時，就不能產(chǎn)生光電效應(yīng)解析：逸出功與入射光無關(guān)，反映的是金屬材料對電子的束縛能力；A錯誤；光強越大，單位時間內(nèi)入射的光子數(shù)越多，逸出的電子數(shù)也越多，光電流越大，B錯誤

4、；紅外線的頻率比可見光小，紫外線的頻率比可見光大，由EkhW0知，C錯誤；由產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件知，D正確。答案：D5下列有關(guān)光的說法中正確的是()A光電效應(yīng)表明在一定條件下，光子可以轉(zhuǎn)化為電子B大量光子易表現(xiàn)出波動性，少量光子易表現(xiàn)出粒子性C光有時是波，有時是粒子D康普頓效應(yīng)表明光子和電子、質(zhì)子等實物粒子一樣也具有能量和動量解析：光電效應(yīng)中，光子把能量轉(zhuǎn)移給電子，而不是轉(zhuǎn)化為電子，A錯誤；由光的性質(zhì)可知，B正確；波動性和粒子性是光的兩個固有屬性，只是在不同情況下一種屬性起主要作用，C錯誤；康普頓效應(yīng)表明光具有能量和動量，能量h，動量p，D正確。答案：B、D6一激光器發(fā)光功率為P，發(fā)出的激光在折

5、射率為n的介質(zhì)中波長為，若在真空中速度為c，普朗克常量為h，則下列敘述正確的是()A該激光在真空中的波長為nB該激光的頻率為C該激光器在t s內(nèi)輻射的能量子數(shù)為D該激光器在t s內(nèi)輻射的能量子數(shù)為解析：激光在介質(zhì)中的折射率n，故激光在真空中的波長0n，A正確；激光頻率，B錯誤；由能量關(guān)系PtN，c0，0n及h得N，C正確，D錯誤。答案：A、C7兩種單色光a和b，a光照射某金屬時有光電子逸出，b光照射該金屬時沒有光電子逸出，則()A在真空中，a光的傳播速度較大B在水中，a光的波長較小C在真空中，b光光子的能量較大D在水中，b光的折射率較小解析：由已知可得頻率ab，所以ab，B對；由光子能量Eh得

6、，a光光子能量大，C錯；在同種介質(zhì)中頻率大的光折射率大，即nanb，D對；在真空中各種光傳播速度相同，都是c3×108 m/s，A錯。答案：B、D8光通過單縫所發(fā)生的現(xiàn)象，用位置和動量的不確定性關(guān)系的觀點加以解釋，下列說法中正確的是()A單縫寬，光沿直線傳播，這是因為位置不確定量大，動量不確定量小可以忽略B當光能發(fā)生衍射現(xiàn)象時，動量不確定量就不能忽略C單縫越窄，中央亮紋越寬，是因為位置不確定量越小，動量不確定量越大D以上解釋都不正確解析：由不確定關(guān)系xp知，A、B、C正確。答案：A、B、C9下表列出了幾種不同物體在某種速度下的德布羅意波長和頻率為1 MHz的無線電波的波長，由表中數(shù)據(jù)

7、可知()質(zhì)量/kg速度(m·s1)波長/m彈子球2.0×1021.0×1023.3×1030電子(100 eV)9.0×10315.0×1061.2×1010無線電波(1 MHz)3.0×1083.3×102A.要檢測彈子球的波動性幾乎不可能 B無線電波通常情況下只表現(xiàn)出波動性C電子照射到金屬晶體上能觀察到波動性 D只有可見光才有波動性解析：彈子球的波長相對太小，所以檢測其波動性幾乎不可能，A對；無線電波波長較長，所以通常表現(xiàn)為波動性，B對；電子波長與金屬晶體尺度差不多，所以能利用金屬晶體觀察電子的波動性

8、，C對；由物質(zhì)波理論知，D錯。答案：A、B、C10研究光電效應(yīng)規(guī)律的實驗裝置如圖(十七)1所示，以頻率為的光照射光電管陰極K時，有光電子產(chǎn)生。由于光電管K、A間加的是反向電壓，光電子從陰極K發(fā)射后將向陽極A做減速運動。光電流i由圖中電流計G測出，反向電壓U由電壓表V測出。當電流計的示數(shù)為零時，電壓表的示數(shù)稱為反向截止電壓U0。在下列表示光電效應(yīng)實驗規(guī)律的圖象中，錯誤的是()圖(十七)1解析：由光電效應(yīng)方程EkhW，若加反向截止電壓，則eU0Ek時無光電流，則U0，則U0與的關(guān)系圖線不過原點，故B錯；根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律，當反向電壓U和頻率一定時，光電流i與光強I(光子個數(shù))成正比，故A正確；由于光

9、強I與入射光的光子個數(shù)成正比，所以當光強I和頻率一定時，光電流i與反向電壓U的關(guān)系為C，C正確；根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律，當光強I和頻率一定時，光電流i與產(chǎn)生光電子的時間關(guān)系是“瞬時”關(guān)系(109 s)，故D項正確，本題只有B錯，故選B。答案：B第卷(非選擇題共60分)二、填空題。(共4小題，每小題5分，共20分。把答案直接填寫在題中橫線上，不要求寫出演算過程。)11(5分)如圖(十七)2所示，用導(dǎo)線將驗電器與潔凈鋅板連接，觸摸鋅板使驗電器指針歸零。用紫外線照射鋅板，驗電器指針發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)，接著用毛皮摩擦過的橡膠棒接觸鋅板，發(fā)現(xiàn)驗電器指針張角減小，此現(xiàn)象說明鋅板帶_電(選填“正”或“負”)；若改用紅外

10、線重復(fù)上實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)驗電器指針根本不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明金屬鋅的極限頻率_紅外線(選填“大于”或“小于”)。圖(十七)2解析：毛皮摩擦過的橡膠棒帶負電，因鋅板被紫外線照射后發(fā)生光電效應(yīng)缺少電子而帶正電，故驗電器的負電荷與鋅板正電荷中和一部分電荷后驗電器指針偏角變小。用紅外線照射驗電器指針偏角不變，說明鋅板未發(fā)生光電效應(yīng)，說明鋅板的極限頻率大于紅外線的頻率。答案：正大于12(5分)在光電效應(yīng)實驗中，如果實驗儀器及線路完好，當光照射到光電管上時，靈敏電流計中沒有電流通過，可能的原因是_。解析：入射光頻率小于這種金屬的極限頻率(即入射光波長大于這種金屬的極限波長)，不能發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，即無光電子逸出

11、。另一種可能是光電管上所加反向電壓太大，逸出的光電子減速運動，速度為零后又返回，使電路中沒有電流通過。答案：入射光波長太大(或反向電壓太大)13(5分)利用金屬晶格(大小約1010 m)作為障礙物觀察電子的衍射圖樣，方法是讓電子通過電場加速后，讓電子束照射到金屬晶格上，從而得到電子的衍射圖樣。已知電子質(zhì)量為m，電荷量為e，初速度為0，加速電壓為U，普朗克常量為h，則加速后電子的德布羅意波長為_，若電子質(zhì)量m9.1×1031 kg，加速電壓U300 V，則電子束_(能或不能)發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象。圖(十七)3解析：由eUEk及p得；將U300 V代入，得 m0.71×1010 m

12、與金屬晶格差不多，所以能發(fā)生明顯衍射。答案：能14(5分)利用光電管產(chǎn)生光電流的電路如圖(十七)3所示。電源的正極應(yīng)接在_端(填“a”或“b”)；若電流表讀數(shù)為8 A，則每秒從光電管陰極發(fā)射的光電子至少是_個(已知電子電荷量為1.6×1019 C)。解析：由題意知，電路圖為利用光電管產(chǎn)生光電流的實驗電路，光電管的陰極為K，光電子從K極發(fā)射出來要經(jīng)高電壓加速，所以a端應(yīng)該接電源正極，b端接電源負極。假定從陰極發(fā)射出來的光電子全部到達陽極A，則每秒從光電管陰極發(fā)射出來的光電子數(shù)目為n個5×1013個。答案：a5×1013三、計算題(共6小題，共40分。解答時應(yīng)寫出必要

13、的文字說明、方程式和重要演算步驟。只寫出最后答案的不能得分。有數(shù)值計算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位。)15. (6分)如圖(十七)4所示，當開關(guān)S斷開時，用光子能量為2.5 eV的一束光照射陰極P，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零。合上開關(guān)，調(diào)節(jié)滑線變阻器，發(fā)現(xiàn)當電壓表讀數(shù)小于0.60 V時，電流表讀數(shù)仍不為零；當電壓表讀數(shù)大于或等于0.60 V時，電流表讀數(shù)為零，求此陰極材料的逸出功為多大？圖(十七)4解析：設(shè)光子能量為2.5 eV照射時，光電子的最大初動能為mv2，陰極材料的逸出功為W，據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程有：mv2hW題圖中光電管上加的是反向電壓，據(jù)題意，當反向電壓達到U0.60 V以后，具

14、有最大初動能的光電子也不能達到陽極，因此eUmv2由得WheU2.5 eV0.6 eV1.9 eV。答案：1.9 eV16(6分)一光源的功率P40 W，發(fā)光效率6%，發(fā)出頻率為6×1014 Hz的可見光。已知普朗克常量h6.626×1034 J·s。求：(1)光源每秒發(fā)出的能量子數(shù)；(2)若每秒有10個能量子進入瞳孔就能引起視覺，瞳孔的直徑d5 mm，則能看到光源的最大距離是多少？解析：(1)光源每秒發(fā)出光的能量EPt，由EN及h得PtNh則N個6.04×1018個(2)設(shè)能看到光源的最大距離為R，光源向周圍均勻輻射，每秒內(nèi)通過距光源R處單位面積的光子

15、數(shù)為每秒內(nèi)通過瞳孔的光子數(shù)n·d2故R m9.7×105 m。答案：(1)6.04×1018個(2)9.7×105 m17(7分)高速電子流射到固體上，可產(chǎn)生X射線，產(chǎn)生X射線的最大頻率由公式hmEk確定，Ek表示電子打到固體上時的動能。設(shè)電子經(jīng)過U9 000 V高壓加速，已知電子質(zhì)量me9.1×1031 kg，電子電量e1.60×1019 C。求：(1)加速后電子對應(yīng)的德布羅意波長；(2)產(chǎn)生的X射線的最短波長及一個光子的最大動量。解析：由動能定理eUEk，動量與動能關(guān)系p 及動量與波長關(guān)系p得 m1.3×1011 m(2

16、)產(chǎn)生的X射線最大頻率m，對應(yīng)的最短波長min m1.4×1010 m一個光子的最大動量pm kg·m/s4.8×1024 kg·m/s。答案：(1)1.3×1011 m(2)1.4×1010 m4.8×1024 kg·m/s18(7分)波長為0.17 m的紫外線照射到金屬筒上能使其發(fā)射光電子，光電子在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，做最大半徑為r的勻速圓周運動，已知r·B5.6×106 T·m，光電子質(zhì)量m9.1×1031 kg，電荷量e1.6×1019 C，求：(1

17、)光電子的最大動能；(2)金屬筒的逸出功。解析：光電子做勻速圓周運動時，在垂直磁場的平面內(nèi)運動，它的動能即是最大動能。(1)由eBv得v，所以mv2m·2。代入數(shù)據(jù)得mv24.41×1019 J。(2)由愛因斯坦光電效應(yīng)方程得Whmv2hmv2，代入數(shù)據(jù)得W7.3×1019 J。答案：(1)4.41×1019 J(2)7.3×1019 J19(7分)已知5.3×1035 J·s，試求下列情況中速度測定的不確定量。(1)一個球的質(zhì)量m1.0 kg，測定其位置的不確定量為106 m；(2)電子的質(zhì)量me9.1×1031

18、 kg，測定其位置的不確定量為1010 m(即在原子直徑的數(shù)量級內(nèi))。解析：(1)m1.0 kg，x1106 m由xp及pmv知v1 m/s5.3×1029 m/s(2)me9.1×1031 kg，x21010 m同理得v2 m/s5.8×105 m/s。答案：(1)5.3×1029 m/s(2)5.8×105 m/s20(7分)20世紀20年代，劍橋大學(xué)學(xué)生G·泰勒做了一個實驗。在一個密閉的箱子里放上小燈泡、煙熏黑的玻璃、狹縫、針尖、照相底板，整個裝置如圖(十七)5所示。小燈泡發(fā)出的光通過熏黑的玻璃后變得十分微弱，經(jīng)過三個月的曝光，在底片上針尖影子周圍才出現(xiàn)非常清晰的衍射條紋。泰勒對這照片的平均黑度進行測量，得出每秒到達底片的能量是5×1013 J。圖(十七)5(1)假如起作用的光波波長約500 nm，計算從一個光子到來和下一光子到來所間隔的平均時間，及光束中兩鄰近光子之間的平均距離；(2)如果當時實驗用的箱子長為1.2 m，根據(jù)(1)的計算結(jié)果，能否找到支持光的概率波的證據(jù)？解析：(1)對于500 nm的光子能量為：hh·6.63×1034× J4.0×1019 J。因此每秒到達底片的光子數(shù)為：n個1.25