【選修3-5】波粒二象性限時測試題

一、選擇題(共10小題，每小題4分，共40分，在每小題給出的四個選項中，有的小題只有一個選項符合題目要求，有些小題有多個選項符合題目要求，全部選對的得4分，選不全的得2分，有選錯或不答的得0分)1．(2010·上海市松江二中高二檢測)下列關(guān)于光的波粒二象性的說法中，正確的是()A．有的光是波，有的光是粒子B．光子與電子是同樣的一種粒子C．光的波長越長，其波動性越顯著，波長越短，其粒子性越顯著D．大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示粒子性答案：C2．在做雙縫干涉實驗時，在觀察屏的某處是亮紋，則對光子到達(dá)觀察屏的位置，下列說法正確的是()A．到達(dá)亮條紋處的概率比到達(dá)暗條紋處的概率大B．到達(dá)暗條紋處的概率比到達(dá)亮條紋處的概率大C．該光子可能到達(dá)觀察屏的任意位置D．以上說法均不正確答案：AC解析：亮條紋說明光子落在該處概率大，但不是100%.3．對光的認(rèn)識，以下說法正確的是()A．個別光子的行為表現(xiàn)為粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)為波動性B．光的波動性是光子本身的一種屬性，不是光子之間的相互作用引起的C．光表現(xiàn)出波動性時，就不具有粒子性了，光表現(xiàn)出粒子性時，就不具有波動性了D．光的波粒二象性應(yīng)理解為：在某種場合下光的波動性表現(xiàn)明顯，在另外某種場合下，光的粒子性表現(xiàn)明顯．答案：ABD解析：個別光子的行為表現(xiàn)為粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)為波動性；光與物質(zhì)相互作用，表現(xiàn)為粒子性，光的傳播表現(xiàn)為波動性，光的波動性與粒子性都是光的本質(zhì)屬性，因為波動性表現(xiàn)為粒子分布概率，光的粒子性表現(xiàn)明顯時仍具有波動性，因為大量粒子的行為呈現(xiàn)出波動規(guī)律，故正確選項有A、B、D.4．如圖所示，電路中所有元件完好，光照射到光電管上，靈敏電流計中沒有電流通過，其原因可能是()A．入射光太弱 B．入射光波長太長C．光照時間太短 D．電源正負(fù)極接反答案：BD解析：光電管電路中形成電流的條件：一是陰極在光的照射下有光電子逸出，二是逸出的光電子應(yīng)能在電路中定向移動到達(dá)陽極，其中有無光電子逸出決定于入射光的頻率是否高于陰極材料的極限頻率，與入射光的強弱、照射時間長短無關(guān)；光電子能否到達(dá)陽極，應(yīng)由光電子的初動能大小和光電管兩極間所加電壓的正負(fù)和大小共同決定．一旦電源正負(fù)極接反，即使具有最大初動能的光電子也不一定能到達(dá)陽極，即使發(fā)生了光電效應(yīng)現(xiàn)象，電路中也不一定能形成光電流，故該題的正確答案是B和D.5．頻率為ν的光照射某種金屬材料，產(chǎn)生光電子的最大初動能為Ek，若以頻率為2ν的光照射同一金屬材料，則光電子的最大初動能是()A．2Ek B．Ek＋hνC．Ek－h(huán)ν D．Ek＋2hν答案：B解析：根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W知，當(dāng)入射光的頻率為ν時，可計算出該金屬的逸出功W＝hν－Ek.當(dāng)入射光的頻率為2ν時，光電子的最大初動能為E′k＝2hν－W＝Ek＋hν.故正確答案為B.6．一個質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子，由靜止開始經(jīng)加速電場加速后(加速電壓為U)，該粒子的德布羅意波長為()A.eq\r(\f(h,2mqU)) B.eq\f(h,2mqU)C.eq\f(h,2mqU)eq\r(2mqU) D.eq\f(h,\r(mqU))答案：C解析：設(shè)加速后的速度為v，由動能定理得：qU＝eq\f(1,2)mv2所以v＝eq\r(\f(2qU,m))由德布羅意波長公式：λ＝eq\f(h,p)＝eq\f(h,m\r(\f(2qU,m)))＝eq\f(h,2mqU)eq\r(2mqU)7．近年來，無線光通信技術(shù)(不需光纖，利用紅外線在空間的定向傳播來傳遞信息的通信手段)在局域網(wǎng)、移動通信等多方面顯示出巨大的應(yīng)用前景，關(guān)于紅外線和光通信，以下說法中正確的是()①光通信就是將文字、數(shù)據(jù)、圖像等信息轉(zhuǎn)換成光信號從一地傳向另一地的過程②光纖通信中的光信號在光纖中傳輸，無線光通信的光信號在空氣中傳輸③紅外線的頻率比可見光的頻率高④紅外光子的能量比可見光子的能量大A．①② B．③④C．①③ D．②④答案：A解析：①、②比較明顯都是正確的，紅外線頻率比可見光小，由ε＝hν，知其光子能量比可見光?。?、④錯誤，故選項A正確．8．(2010·大慶實驗中學(xué)高二檢測)頻率為ν的光子，具有的能量為hν、動量為eq\f(hν,c).將這個光子打在處于靜止?fàn)顟B(tài)的電子上，光子將偏離原運動方向，這種現(xiàn)象稱光子的散射．下列關(guān)于光子散射說法中正確的是()A．光子改變原來的運動方向，且傳播速度變小B．光子由于在與電子碰撞中獲得能量，因而頻率增大C．由于受到電子碰撞，散射后的光子波長小于入射光子的波長D．由于受到電子碰撞，散射后的光子頻率小于入射光子的頻率答案：D9．如圖所示是光電管的原理圖，已知當(dāng)有波長為λ0的光照到陰極K時，電路中有光電流，則()A．若換用波長為λ1(λ1>λ0)的光照射陰極K時，電路一定沒有光電流B．若換用波長為λ2(λ2<λ0)的光照射陰極K時，電路中光電流一定增大C．若將變阻器滑動頭P從圖示位置向右滑一些，仍用波長λ0的光照射，則電路中光電流一定增大D．若將變阻器滑動頭P從圖示位置向左滑過中心O點時，其他條件不變，則電路中仍可能有光電流答案：D解析：盡管λ1>λ0頻率ν1<ν0，但它不一定不能發(fā)生光電效應(yīng)，A錯，用λ2的光一定能發(fā)生光電效應(yīng)，但光電流由光強決定，因此光電流不一定增大，B錯．變阻器滑動頭P右滑，UAK增大，若滑動前已達(dá)飽和電流，那么光電流不增大，因此C錯，若滑動頭左滑UAK<0是反向電壓，只要未超過反向遏止電壓，就有光電流，因此D正確．10．(2010·河北衡水中學(xué)高二期末)人類對光的本性認(rèn)識的過程中先后進(jìn)行了一系列實驗，如圖所示的四個示意圖所示表示的實驗?zāi)苷f明光具有波動性的是()答案：ABD第Ⅱ卷(非選擇題共60分)二、填空題(共4小題，每小題5分，共20分．把答案直接填在橫線上)11．在日常生活中，我們不會注意到光是由光子構(gòu)成的，這是因為普朗克常量很小，每個光子的能量很小，而我們觀察到的光學(xué)現(xiàn)象中涉及大量的光子，試估算60W的白熾燈1s內(nèi)發(fā)出的光子數(shù)________個．答案：1.5×1020解析：可設(shè)白熾燈發(fā)出的光子頻率為6×1014Hz，每份光子的能量大約為E＝hν＝6.63×10－34×6×1014J＝4.0×10－19J,60W的白熾燈在1s內(nèi)發(fā)出的光子數(shù)n＝eq\f(60×1,4.0×10－19)＝1.5×1020(個)．12．二氧化碳能強烈吸收紅外長波輻射，這種長波輻射的波長范圍是1.4×10－3～1.6×10－3m，相應(yīng)的頻率范圍是________，相應(yīng)的光子能量的范圍是________，“溫室效應(yīng)”使空氣全年的平均溫度升高，空氣溫度升高，從微觀上看就是空氣中分子的________．(已知普朗克恒量h＝6.6×10－34J·s，真空中的光速c＝3.0×10答案：2.1×1011～1.9×1011Hz1．4×10－22～1.3×10－22J平均動能增大解析：由c＝λν得ν＝eq\f(c,λ)則求得頻率范圍2.1×1011～1.9×1011Hz又由E＝hν得能量范圍為1.4×10－22～1.3×10－22J溫度越高分子無規(guī)則運動更劇烈，無規(guī)則運動平均動能也越大．13．鋁的逸出功是4.2eV，現(xiàn)在用波長200nm的光照射鋁的表面．(1)光電子的最大初動能是________；(2)遏止電壓是________；(3)鋁的極限頻率是________．答案：(1)2.01eV(2)2.01V(3)1.01×1015Hz解析：(1)由愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可得：Ek＝heq\f(c,λ)－W0＝eq\f(6.63×10－34×3×108,2×10－7)J－4.2×1.6×10－19J＝3.23×10－19J＝2.01eV.(2)由eUc＝Ek得遏止電壓Uc＝eq\f(Ek,e)＝2.01V.(3)由W0＝hν0的極限頻率ν0＝eq\f(W0,h)＝eq\f(4.2×1.6×10－19,6.63×10－34)Hz≈1.01×1015Hz14．(2010·農(nóng)七師高二檢測)如圖所示，一靜電計與鋅板相連，在A處用一紫光燈照射鋅板，關(guān)燈后，指針保持一定偏角．(1)現(xiàn)用一帶負(fù)電的金屬小球與鋅板接觸，則靜電計指針偏角將________．(填“增大”、“減小”或“不變”)(2)使靜電計指針回到零，再用相同強度的鈉燈發(fā)出的黃光照射鋅板，靜電計指針無偏轉(zhuǎn)，那么，若改用強度更大的紅外線照射鋅板，可觀察到靜電計指針________(填“有”或“無”)偏轉(zhuǎn)．答案：(1)減小(2)無解析：①鋅板在紫外線照射下，發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，有光電子飛出，鋅板帶正電；將一帶負(fù)電的金屬球與鋅板接觸，將鋅板上的正電荷中和一部分，鋅板正電荷減少，則靜電計指針偏角將減?。谝l(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，照射光的頻率必須大于被照射金屬的極限頻率，而與照射光的強度無關(guān)．用黃光照射，靜電計指針無偏轉(zhuǎn)，即不能發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象．當(dāng)改用強度更大的紅外線照射時，因為紅外線的頻率比黃光低，所以用紅外線照射更不能發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，靜電計指針無偏轉(zhuǎn)．三、論述·計算題(共5小題，共40分．解答應(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．(7分)對應(yīng)于3.4×10－19J的能量子，其電磁輻射的頻率和波長各是多少？它是什么顏色的？答案：5.13×1014Hz5.85×10－7m黃光解析：根據(jù)公式ε＝hν和ν＝eq\f(c,λ)得ν＝eq\f(ε,h)＝eq\f(3.4×10－19,6.63×10－34)Hz＝5.13×1014Hzλ＝eq\f(c,ν)＝eq\f(3.0×108,5.13×1014)m＝5.85×10－7m5．13×1014Hz的頻率屬于黃光的頻率范圍，它是黃光．16．(7分)如圖所示為證實電子波存在的實驗裝置，從F上漂出的熱電子可認(rèn)為初速度為零，所加加速電壓U＝104V，電子質(zhì)量為m＝0.91×10－30kg.電子被加速后通過小孔K1和K2答案：1.23×10－11m解析：電子加速后的動能EK＝eq\f(1,2)mv2＝eU，電子的動量p＝mv＝eq\r(2mEk)＝eq\r(2meU).由λ＝eq\f(h,p)知，λ＝eq\f(h,\r(2meU))，代入數(shù)據(jù)得λ≈1.23×10－11m.17．(7分)已知鈉發(fā)生光電效應(yīng)的極限波長為λ0＝5×10－7m，現(xiàn)用波長為4×10－7(1)鈉的逸出功W0；(2)為使光電管中的光電流為零，在光電管上所加反向電壓至少多大？答案：(1)3.978×10－19J(2)0.62V解析：(1)逸出功W0＝hνc＝heq\f(c,λ0)＝3.978×10－19J(2)光電子最大初動能Ek＝hν－W0＝heq\f(c,λ)－W0＝0.99×10－19JEk＝eUc，Uc＝Ek/e＝0.62V.18．(9分)具有波長λ＝0.71eq\o(A,\s\up6(。))的倫琴射線使金箔發(fā)射光電子，電子在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場區(qū)域內(nèi)做最大半徑為r的勻速圓周運動，已知rB＝1.88×10－4m·T，試求：(1)光電子的最大初動能；(2)金屬的逸出功；(3)該電子的物質(zhì)波的波長是多少？答案：(1)3.1×103eV(2)1.44×104eV(3)2.2×10－11解析：(1)電子在勻強磁場中做勻速圓周運動的向心力為洛倫茲力meq\f(v2,r)＝evB，所以v＝eq\f(erB,m)電子的最大初動能Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(e2r2B2,2m)＝eq\f((1.6×10－19)2×(1.88×10－4)2,2×9.1×10－31)J＝4.97×10－16J＝3.1×103eV(2)入射光子的能量E＝hν＝heq\f(c,λ)＝eq\f(6.63×10－34×3×108,7.1×10－11×1.6×10－19)eV＝1.75×104eV根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程得逸出功W＝hν－Ek＝1.44×104eV(3)物質(zhì)波的波長為λ＝eq\f(h,mv)＝eq\f(h,erB)＝eq\f(6.63×10－34,1.6×10－19×1.88×10－4)m＝2.2×10－11m19．(10分)科學(xué)家設(shè)想未來的宇航事業(yè)中利用太陽帆來加速星際飛船，設(shè)該飛船所在地每秒每單位面積接收到的光子數(shù)為n，光子平均波長為λ，太陽帆面積為S，反射率100%，設(shè)太陽光垂直射到太陽帆上，飛船總質(zhì)量為m，求飛船加速度的表達(dá)式．(光子動量p＝h/λ)，若太陽帆是黑色的，飛船的加速度又為多少？答案：(1)eq\f(2nsh,mλ)(2)eq\f(nsh,mλ)解析：光子垂直射到太陽帆上再反射，動量變化量為2p，據(jù)動量定理和牛頓第二定律進(jìn)行計算．若太陽帆是