【高中物理】波粒二象性測(cè)試題

2020年整理《波粒二象性》測(cè)試題本試卷分為第I卷（選擇題）和第II卷（非選擇題）兩部分，滿分100，考試時(shí)間60分鐘.第I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(gè)選項(xiàng)中，有的只有一個(gè)選項(xiàng)正確，有的有多個(gè)選項(xiàng)正確,全部選對(duì)的得4分，選對(duì)但不全的得2分，有選錯(cuò)或不選的得0分.）.在下列各組的兩個(gè)現(xiàn)象中都表現(xiàn)出光具有波動(dòng)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?yàn)樯F(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(cuò)；由于反射現(xiàn)象并非波動(dòng)所獨(dú)有的性質(zhì)，故B錯(cuò);直線傳播并非波動(dòng)所獨(dú)有,且光電效應(yīng)說明光具有粒子性,故D錯(cuò)；只有衍射現(xiàn)象和偏振現(xiàn)象為波動(dòng)所獨(dú)有的性質(zhì)所以C正確.答案：C.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(dòng)性.光的頻率越大，波長(zhǎng)越長(zhǎng)C光的波長(zhǎng)越大，光子的能量越大D.光在真空中的傳播速度為3.0X108m/s解析：干涉和衍射現(xiàn)象是波的特性,說明光具有波動(dòng)性,A對(duì)；光的頻率越大，波長(zhǎng)越短,光子能量越大，故B、C錯(cuò)；光真空中的速度為3.0X108m/s,故D對(duì).答案：A、D.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?yàn)闊嶂凶拥牡虏剂_意波長(zhǎng)與晶體中原子間距相近.已知中子質(zhì)量m=1.67X10-27kg,可以估算德布羅意波長(zhǎng)戶1.82X10-10m的熱中子動(dòng)能的數(shù)量級(jí)為（）A.10-17J B.10-19JC.10-21J D.10-24J2020年整理h 2 h2 6.6262X10-68解析：由p=h及Ek=P得Ek=表;= J 心4X10-21J,C2k2m k2mA22X1.67X10-27X1.822X10-20正確.答案：C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(qiáng)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(dòng)能大D.對(duì)于任何一種金屬都存在一個(gè)“最大波長(zhǎng)”，入射光的波長(zhǎng)大于此波長(zhǎng)時(shí)，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(duì)電子的束縛能力；A錯(cuò)誤；光強(qiáng)越大,單位時(shí)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(cuò)誤；紅外線的頻率比可見光小，紫外線的頻率比可見光大,由Ek=hv-W0知,C錯(cuò)誤；由產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件知,D正確.答案：D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(dòng)性，少量光子易表現(xiàn)出粒子性C.光有時(shí)是波，有時(shí)是粒子D.康普頓效應(yīng)表明光子和電子、質(zhì)子等實(shí)物粒子一樣也具有能量和動(dòng)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(cuò)誤由光的性質(zhì)可知,B正確;波動(dòng)性和粒子性是光的兩個(gè)固有屬性只是在不同情況下一種屬性起主要作用,C錯(cuò)誤；康普頓效應(yīng)表明光具有能量和動(dòng)量，能量e=hv,動(dòng)量p=4,d正確.A答案：B、D一激光器發(fā)光功率為己發(fā)出的激光在折射率為“的介質(zhì)中波長(zhǎng)為A，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(zhǎng)為nAB.該激光的頻率為今C.該激光器在ts內(nèi)輻射的能量子數(shù)為籌2020年整理PtAD.該激光器在ts內(nèi)輻射的能量子數(shù)為pA解析：激光在介質(zhì)中的折射率n=C二*二，，故激光在真空中的波長(zhǎng)4二加,A正確；激光頻率kc■二點(diǎn),B錯(cuò)誤；由能量關(guān)系Pt=Ns,c=A0v40=加及￡=hv得N=Pn,C正確,D錯(cuò)誤.答案：A、C兩種單色光。和b,。光照射某金屬時(shí)有光電子逸出力光照射該金屬時(shí)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(zhǎng)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va<vb,所以A/Ab,B對(duì)；由光子能量E=hv得,a光光子能量大,C錯(cuò)；在同種介質(zhì)中頻率大的光折射率大即na>nb,D對(duì)；在真空中各種光傳播速度相同，都是c=3X108m/s,A錯(cuò).答案：B、D光通過單縫所發(fā)生的現(xiàn)象，用位置和動(dòng)量的不確定性關(guān)系的觀點(diǎn)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?yàn)槲恢貌淮_定量大，動(dòng)量不確定量小可以忽略B.當(dāng)光能發(fā)生衍射現(xiàn)象時(shí)，動(dòng)量不確定量就不能忽略C.單縫越窄,中央亮紋越寬，是因?yàn)槲恢貌淮_定量越小，動(dòng)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A(chǔ)xApC知，A、B、C正確.iL答案：A、B、C下表列出了幾種不同物體在某種速度下的德布羅意波長(zhǎng)和頻率為1MHz的無線電波的波長(zhǎng)，由表中數(shù)據(jù)可知（）質(zhì)量/kg速度(m-s-1)波長(zhǎng)/m彈子球2.0X10-21.0X10-23.3X10-30電子(100eV)9.0X10-315.0X1061.2X10-10無線電波（1MHz）3.0X1083.3X102A.要檢測(cè)彈子球的波動(dòng)性幾乎不可能2020年整理B.無線電波通常情況下只表現(xiàn)出波動(dòng)性C.電子照射到金屬晶體上能觀察到波動(dòng)性D.只有可見光才有波動(dòng)性解析：彈子球的波長(zhǎng)相對(duì)太小,所以檢測(cè)其波動(dòng)性幾乎不可能,A對(duì)；無線電波波長(zhǎng)較長(zhǎng)所以通常表現(xiàn)為波動(dòng)性,B對(duì)；電子波長(zhǎng)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(dòng)性,C對(duì)；由物質(zhì)波理論知,D錯(cuò).答案：A、B、C10.研究光電效應(yīng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置如圖（十七）一1所示，以頻率為v的光照射光電管陰極K時(shí),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(yùn)動(dòng).光電流i由圖中電流計(jì)G測(cè)出，反向電壓U由電壓表V測(cè)出.當(dāng)電流計(jì)的示數(shù)為零時(shí)，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(shí)驗(yàn)規(guī)律的圖象中，錯(cuò)誤的是（）圖（十七）一1北保井||相率y?定時(shí),光電痂內(nèi)產(chǎn)生光電吊的時(shí)間的美系北保井||相率y?定時(shí),光電痂內(nèi)產(chǎn)生光電吊的時(shí)間的美系光強(qiáng)用I題率下一定時(shí)，光電流i與反向電冷日的美系解析：由光電效應(yīng)方程Ek=hv-W若加反向截止電壓，則eU0=Ek時(shí)無光電流，則U0二3=hV-W，則U0與v的關(guān)系圖線不過原點(diǎn)，故B錯(cuò)；根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律，當(dāng)反向電壓U和頻率v一定時(shí)，光電流i與光強(qiáng)1（光子個(gè)數(shù)）成正比，故A正確；由于光強(qiáng)I與入射光的光子個(gè)數(shù)成正比，所以當(dāng)光強(qiáng)I和頻率v一定時(shí)，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

2020年整理s),應(yīng)規(guī)律，當(dāng)光強(qiáng)I和頻率L定時(shí),光電流i與產(chǎn)生光電子的時(shí)間關(guān)系是“瞬時(shí)”關(guān)系（10-9故D項(xiàng)正確，本題只有B錯(cuò)，故選B.s),答案：B第n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.）（5分）如圖（十七）一2所示，用導(dǎo)線將驗(yàn)電器與潔凈鋅板連接，觸摸鋅板使驗(yàn)電器指針歸零.用紫外線照射鋅板，驗(yàn)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(yàn)電器指針張角減小，此現(xiàn)象說明鋅板帶 電（選填“正”或"負(fù)”）；若改用紅外線重復(fù)上實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器指針根本不會(huì)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（圖（十七）一2解析：毛皮摩擦過的橡膠棒帶負(fù)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(yàn)電器的負(fù)電荷與鋅板正電荷中和一部分電荷后驗(yàn)電器指針偏角變小用紅外線照射驗(yàn)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（5分）在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，如果實(shí)驗(yàn)儀器及線路完好，當(dāng)光照射到光電管上時(shí),靈敏電流計(jì)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(zhǎng)大于這種金屬的極限波長(zhǎng)）,不能發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，即無光電子逸出.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(yùn)動(dòng)，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(zhǎng)太大（或反向電壓太大）（5分）利用金屬晶格（大小約10一0m）作為障礙物觀察電子的衍射圖樣,方法是讓電子通過電場(chǎng)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,

2020年整理電荷量為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(zhǎng)為丸=，若電子質(zhì)量m=9.1X10-31kg,加速電壓U=300V,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eU二E及p二42mE得A=h=/；將U=300V代入,得見二k kP'2meU6.626X10-34， m心0.71X10-10m\;2X9,1X10-31X1,6X10-19X300A與金屬晶格差不多，所以能發(fā)生明顯衍射.答案：.h能口案：2meU能（5分）利用光電管產(chǎn)生光電流的電路如圖（十七）一3所示,電源的正極應(yīng)接在端（填“a”或"A”）；若電流表讀數(shù)為8gA,則每秒從光電管陰極發(fā)射的光電子至少是個(gè)（已知電子電荷量為1.6X10-19C）.解析：由題意知，電路圖為利用光電管產(chǎn)生光電流的實(shí)驗(yàn)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)該接電源正極力端接電源負(fù)極,假定從陰極發(fā)射出來的光電子全部到達(dá)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二Q二Iee8X8X10-6個(gè)1.6X10-19=5X1013個(gè)答案：a5X1013三、計(jì)算題（共6小題，共40分?解答時(shí)應(yīng)寫出必要的文字說明、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(jì)算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位.）（6分）如圖（十七）一4所示,當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極R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(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.60V時(shí)，電流表讀數(shù)仍不為零；當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V時(shí)，電流表讀數(shù)為零,求此陰極材料的逸出功為多大？2020年整理I圖（I圖（十七）一4解析：設(shè)光子能量為2.5eV照射時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能為2mv2,陰極材料的逸出功為W,據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程有：1mv2=hv-W ①題圖中光電管上加的是反向電壓,據(jù)題意，當(dāng)反向電壓達(dá)到U=0.60V以后,具有最大初動(dòng)能的光電子也不能達(dá)到陽極，因此eU=1mv2 ②由①②得W=hv-eU=2.5eV-0.6eV=1.9eV.答案：1.9eV（6分）一光源的功率P=40W發(fā)光效率n=6%,發(fā)出頻率為v=6X1014Hz的可見光.已知普朗克常量h=6.626X10一4J?s.求：（1）光源每秒發(fā)出的能量子數(shù)；（2）若每秒有10個(gè)能量子進(jìn)入瞳孔就能引起視覺，瞳孔的直徑d=5mm,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E=Pnt住E=N及￡=hv得Pnt=Nhv則N=羋=—40X%X1一1個(gè)心6.04X1018個(gè)hv6.626X10-34X6X1014（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處單位面積的光子數(shù)為焉故R=6.04X1018X52X10-616X故R=6.04X1018X52X10-616X10答案：(1)6.04X1018個(gè)(2)9.7X105m（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hvm=Ek確定,Ek表示電子打到固體上時(shí)的動(dòng)能.設(shè)電子經(jīng)過U=9000V高壓加速,已知電子質(zhì)量me2020年整理=9.1X10-31kg,電子電量e=1.60X10-19C.求：(1)加速后電子對(duì)應(yīng)的德布羅意波長(zhǎng)；(2)產(chǎn)生的X射線的最短波長(zhǎng)及一個(gè)光子的最大動(dòng)量.解析：由動(dòng)能定理eU=E^動(dòng)量與動(dòng)能關(guān)系p=V,醞及動(dòng)量與波長(zhǎng)關(guān)系P二彳得m心1.3X10-11m丸hm心1.3X10-11m2meU\；'2X9.1X10-31X1.6X10-19X9X103(2)產(chǎn)生的x射線最大頻率％_Ek_eu，對(duì)應(yīng)的最短波長(zhǎng)chc6.626X10-34X3X108m心1.4m心1.4X10-10mminVmeU1.6X10-19X9X103一個(gè)光子的最大動(dòng)量h_hV._eU_1.6X10-19X9X103p____m_-_ ~ic kg-m/sm2min CC 3X108_4用X10-24kg-m/s.答案：(1)1.3X10-11m(2)1.4X10-10m4.8X10-24kg-m/s(7分)波長(zhǎng)為2=0.17〃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(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，做最大半徑為r的勻速圓周運(yùn)動(dòng),已知r.B=5.6X10-6T-m,光電子質(zhì)量m=9.1X10-31kg,電荷量e=1.6X10-19C,求：(1)光電子的最大動(dòng)能；(2)金屬筒的逸出功.解析：光電子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，在垂直磁場(chǎng)的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，它的動(dòng)能即是最大動(dòng)能.一, mv24曰_eBr(1)由eBv_ 得v一,rm所以1mv2=2m.噌2=曙.代入數(shù)據(jù)得1mv2=4.41X10-19J.(2)由愛因斯坦光電效應(yīng)方程得1W_hv-2mW_hv-代入數(shù)據(jù)得W_7.3X10-19J.答案：(1)4.41X10-19J(2)7.3X10-19J

2020年整理八一,h（7分）已知冊(cè)=5.3X10-35J-s,試求下列情況中速度測(cè)定的不確定量.（1）一個(gè)球的質(zhì)量m=1.0kg,測(cè)定其位置的不確定量為10-6m；（2）電子的質(zhì)量me=9.1X10-31kg,測(cè)定其位置的不確定量為10-10m（即在原子直徑的數(shù)量級(jí)內(nèi)）.解析：（1）m=1.0kg,Ax1=10-6m由AxAp三h及Ap=mAv知4n_5.3X_5.3X10-3510-6X1.0m/s=5.3X10-29m/s(2)me=9.1X10-31kg,Ax2=10-10m同理得5.3X5.3X10-3510-10X9,1X10-31m/s=5.8X105m/s.答案：（1）5.3X10-29m/s（2）5.8X105m/s20.（7分）20世紀(jì)20年代,劍橋大學(xué)學(xué)生G?泰勒做了一個(gè)實(shí)驗(yàn),在一個(gè)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(gè)裝置