章末綜合檢測（五） 波粒二象性

章末綜合檢測（五）波粒二象性(本試卷滿分：100分)一、單項選擇題(本題共8小題，每小題3分，共24分。在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的)1．關(guān)于光電效應(yīng)的規(guī)律，下面說法中正確的是()A．當某種色光照射金屬表面時，能產(chǎn)生光電效應(yīng)，則入射光的頻率越高，產(chǎn)生的光電子的最大初動能也就越大B．當某種色光照射金屬表面時，能產(chǎn)生光電效應(yīng)，如果入射光的強度減弱，從光照至金屬表面上到發(fā)射出光電子之間的時間間隔將明顯增加C．對某種金屬來說，入射光波長必須大于一極限值，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)D．同一頻率的光照射不同金屬，如果都能產(chǎn)生光電效應(yīng)，則所有金屬產(chǎn)生的光電子的最大初動能一定相同解析：選A從光照至金屬表面上到發(fā)射出光電子之間的時間間隔只與光和金屬種類有關(guān)，B錯；由光電效應(yīng)方程可知入射光波長必須小于一極限值，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)，光子的最大初動能與入射光的頻率和金屬的種類有關(guān)，C、D錯，A對。2.如圖所示是研究光電管產(chǎn)生電流的電路圖，A、K是光電管的兩個電極，已知該光電管陰極的極限頻率為ν0，元電荷為e，普朗克常量為h?，F(xiàn)將頻率為ν(大于ν0)的光照射在陰極上，則下列方法一定能夠增加飽和光電流的是()A．照射光強度不變，增加光的頻率B．照射光頻率不變，增加照射光強度C．增加A、K電極間的電壓D．減小A、K電極間的電壓解析：選B照射光強度不變，增加光的頻率，則單位時間內(nèi)入射光的光子數(shù)目變小，光電流的飽和值變小，A錯誤；照射光頻率不變，增加光強，則單位時間內(nèi)入射光的光子數(shù)目增多，使光電流的飽和值增大，B正確；飽和光電流與入射光強度有關(guān)，增減A、K電極間的電壓，飽和光電流不變，C、D錯誤。3．下列說法正確的是()A．質(zhì)子的德布羅意波長與其動能成正比B．天然放射的三種射線，穿透能力最強的是α射線C．光電效應(yīng)實驗中的截止頻率與入射光的頻率有關(guān)D．電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣說明電子具有波動性解析：選D由德布羅意波長λ＝eq\f(h,p)可知，質(zhì)子的波長與動量成反比，而動量與動能關(guān)系為p＝eq\r(2mEk)，所以A項錯誤；天然放射的三種射線，穿透能力最強的是γ射線，B項錯誤；光電效應(yīng)實驗中的截止頻率是指使金屬恰好發(fā)生光電效應(yīng)時入射光的頻率，即hν＝W，只與金屬的逸出功W有關(guān)，C項錯誤；衍射是波的特性，所以電子束穿過鋁箔的衍射圖樣說明電子具有波動性，D項正確。4.如圖所示是甲、乙兩種金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖像，如果用頻率為ν0的光照射兩種金屬，光電子的最大初動能分別為E甲、E乙，則關(guān)于E甲、E乙大小關(guān)系正確的是()A．E甲＞E乙 B．E甲＝E乙C．E甲＜E乙 D．無法判斷解析：選A由題圖可知，當用頻率為ν0的光照射兩金屬時，Uc甲>Uc乙，由Ekm＝eUc可知，光電子的最大初動能E甲>E乙，故A正確。5．可見光的波長的大致范圍是400～760nm，如表給出了幾種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的極限波長，下列說法正確的是()金屬鎢鈣鈉鉀極限波長/nm274388542551A．表中所列金屬，鉀的逸出功最大B．只要光照時間足夠長或強度足夠大，所有波長的可見光都可以使鈉發(fā)生光電效應(yīng)C．用波長760nm的光照射金屬鈉、鉀，則鈉逸出的光電子最大初動能較大D．用波長400nm的光照射金屬鈉、鉀，則鉀逸出的光電子最大初動能較大解析：選D根據(jù)逸出功與極限頻率、極限波長的關(guān)系可知，W＝hν＝heq\f(c,λ)，金屬鉀的極限波長最大，則鉀的逸出功最小，故A錯誤；根據(jù)光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件可知，當入射光的頻率大于或等于金屬的極限頻率時，或入射光的波長小于或等于金屬的極限波長時，會發(fā)生光電效應(yīng)，與光照時間和光照強度無關(guān)，故B錯誤；根據(jù)光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件可知，用波長760nm的光照射金屬鈉、鉀，由于入射光的波長均大于兩金屬的極限波長，不能發(fā)生光電效應(yīng)，故C錯誤；鉀的逸出功小，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知，Ek＝heq\f(c,λ)－W，當用波長400nm的光照射金屬鈉、鉀時，可以發(fā)生光電效應(yīng)，并且鉀逸出的光電子最大初動能較大，故D正確。6．用光照射某種金屬，有光電子從金屬表面逸出，如果光的頻率不變，而減弱光的強度，則()A．逸出的光電子數(shù)減少，光電子的最大初動能不變B．逸出的光電子數(shù)減少，光電子的最大初動能減小C．逸出的光電子數(shù)不變，光電子的最大初動能減小D．光的強度減弱到某一數(shù)值，就沒有光電子逸出了解析：選A根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0得，光的強度不影響光電子的最大初動能，光電子的最大初動能與入射光的頻率有關(guān)；光電效應(yīng)發(fā)生的條件是入射光的頻率大于極限頻率，與光的強度無關(guān)；入射光的強度影響單位時間內(nèi)發(fā)出光電子的數(shù)目，光的強度減弱，單位時間內(nèi)發(fā)出光電子數(shù)目減少。故A正確，B、C、D錯誤。7.在光電效應(yīng)實驗中，飛飛同學(xué)用同一光電管在不同實驗條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線(甲光、乙光、丙光)，如圖所示。則可判斷出()A．甲光的頻率大于乙光的頻率B．乙光的波長大于丙光的波長C．乙光對應(yīng)的遏止電壓大于丙光對應(yīng)的遏止電壓D．甲光對應(yīng)的光電子最大初動能大于丙光對應(yīng)的光電子最大初動能解析：選B當光電管兩端加上遏止電壓且光電流恰好為零時，有Ek－0＝eUc，對同一光電管逸出功W0相同，對應(yīng)的截止頻率相等，使用不同頻率的光照射，有Ek＝hν－W0，兩式聯(lián)立得，hν－W0＝eUc，丙光的遏止電壓最大，則丙光的頻率最大，甲光、乙光頻率相同，A、C錯誤；又由λ＝eq\f(c,ν)可知λ丙<λ乙，B正確；由Ek＝hν－W0可知丙光對應(yīng)的最大初動能最大，D錯誤。8.如圖所示，有一束單色光入射到極限頻率為ν0的金屬板K上，具有最大初動能的某出射電子，沿垂直于平行板電容器極板的方向，從左側(cè)極板上的小孔入射到兩極板間的勻強電場后，到達右側(cè)極板時速度剛好為零。已知電容器的電容為C，帶電量為Q，極板間距為d，普朗克常量為h，電子電量的絕對值為e，不計電子的重力。關(guān)于電容器右側(cè)極板的帶電情況和入射光的頻率ν，以下判斷正確的是()A．帶正電，ν0＋eq\f(Qe,Ch) B．帶正電，ν0＋eq\f(Qe,Chd)C．帶負電，ν0＋eq\f(Qe,Ch) D．帶負電，ν0＋eq\f(Qe,Chd)解析：選C以最大初動能入射至電容器的電子經(jīng)極板間的電場到達右側(cè)極板時速度剛好為零，說明電場力做負功，電場強度方向向右，右側(cè)極板所帶電荷為負電荷，依據(jù)動能定理，則有：－eU＝0－Ek0，其中由電容器電壓與電荷量的關(guān)系可知，U＝eq\f(Q,C)，由最大初動能與單色光入射頻率的關(guān)系，可知：Ek0＝hν－h(huán)ν0，代入化簡，可得：ν＝ν0＋eq\f(Qe,Ch)，故A、B、D錯誤，C正確。二、多項選擇題(本題共4小題，每小題4分，共16分。在每小題給出的四個選項中，有多項符合題目要求。全部選對的得4分，選對但不全的得2分，有選錯的得0分)9．物理學(xué)家做了一個有趣的實驗：在雙縫干涉實驗中，光屏處放上照相底片，若減弱光波的強度，使光子只能一個一個地通過狹縫，實驗結(jié)果表明，如果曝光時間不太長，底片上只能出現(xiàn)一些不規(guī)則的點；如果曝光時間足夠長，底片上就會出現(xiàn)規(guī)則的干涉條紋，下列對這個實驗結(jié)果的認識正確的是()A．曝光時間不長時，光子的能量太小，底片上的條紋看不清楚，故出現(xiàn)不規(guī)則的點B．單個光子的運動沒有確定的軌道C．干涉條紋中明亮的部分是光子到達概率較大的地方D．只有大量光子的行為才能表現(xiàn)出波動性解析：選BCD光波是概率波，單個光子沒有確定的軌道，其到達某點的概率受波動規(guī)律支配，少數(shù)光子落點不確定，體現(xiàn)粒子性，大量光子的行為符合統(tǒng)計規(guī)律，受波動規(guī)律支配，才表現(xiàn)出波動性，出現(xiàn)干涉條紋中的亮條紋或暗條紋，故A錯誤，B、D正確；干涉條紋中的亮條紋處是光子到達概率較大的地方，暗條紋處是光子到達概率較小的地方，但也有光子到達，故C正確。10．下列四個圖中，N為鎢板，M為金屬網(wǎng)，它們分別與電池兩極相連，各電池的電動勢E和極性已在圖中標出，鎢的逸出功為4.5eV，現(xiàn)分別用能量不同的光子照射鎢板(各光子的能量也已在圖上標出)，那么下列圖中從鎢板逸出的光電子能到達金屬網(wǎng)的是()解析：選BC由于鎢的逸出功為4.5eV，當用能量為3eV的光子照射鎢板時，不會發(fā)生光電效應(yīng)，故A錯誤。當用能量為8eV的光子照射鎢板時，會發(fā)生光電效應(yīng)，逸出的光電子的最大初動能為Ek＝8eV－4.5eV＝3.5eV。在題圖B中，由于電池的電動勢為2V，電場力對光電子做正功，則電子能到達金屬網(wǎng)。在題圖C中，由于電池的電動勢為2V，電場力對光電子做負功，光電子克服電場力做功為2eV，2eV<3.5eV，則光電子能到達金屬網(wǎng)。在題圖D中，由于電池的電動勢為4V，電場力對光電子做負功，4eV>3.5eV，則光電子不能到達金屬網(wǎng)。故B、C正確，D錯誤。11.場致發(fā)射顯微鏡的構(gòu)造如圖所示：一根金屬針的尖端直徑約為100nm，位于真空玻璃球泡的中心，球的內(nèi)表面涂有熒光材料導(dǎo)電膜，在膜與針之間加上如圖所示的高電壓，使針尖附近的電場強度高達4×109V/m，電子就從針尖表面被拉出并加速到達涂層，引起熒光材料發(fā)光。這樣，在熒光屏上就看到了針尖的某種像(針尖表面的發(fā)射率圖像)，如果分辨率足夠高，還可以分辨出針尖端個別原子的位置。但由于電子波的衍射，會使像模糊，影響分辨率。將電極方向互換，并在玻璃泡中充進氦氣，則有氦離子產(chǎn)生并打到熒光屏上，這樣可使分辨率提高，以下判斷正確的是()A．氦原子變成氦離子是在針尖端附近發(fā)生的B．電子從針尖到導(dǎo)電膜的運動過程中加速度不斷減小C．電子或氦離子的撞擊使熒光材料的原子躍遷到了激發(fā)態(tài)D．分辨率提高是因為氦離子的德布羅意波長比電子的長解析：選ABC當無規(guī)則運動的氦原子與針尖上的金屬原子碰撞時，氦原子由于失去電子成為正離子，故A正確；電場強度從針尖到導(dǎo)電膜由強變?nèi)?，電子從針尖到?dǎo)電膜的運動過程中加速度不斷減小，故B正確；當電子或氦離子以很大的速度撞擊熒光材料時，電子或氦離子把一部分動能轉(zhuǎn)移給了熒光材料的原子，從而使其躍遷到了激發(fā)態(tài)，故C正確；要想使分辨率提高，就要使衍射變得不明顯，可知氦離子的德布羅意波長比電子的短，故D錯誤。12．利用如圖甲所示的實驗裝置觀測光電效應(yīng)，已知實驗中測得某種金屬的遏止電壓Uc與入射頻率ν之間的關(guān)系如圖乙所示，電子的電荷量為e＝1.6×10－19C，則()A．普朗克常量為eq\f(eν1,U1)B．該金屬的逸出功為eU1C．要測得金屬的遏止電壓，電源的右端為正極D．若電流表的示數(shù)為10μA，則每秒內(nèi)從陰極發(fā)出的光電子數(shù)的最小值為6.25×1012解析：選BC由愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知，Uc＝eq\f(hν,e)－eq\f(W0,e)，故題圖乙圖線的斜率eq\f(U1,ν1)＝eq\f(h,e)，則普朗克常量h＝eq\f(eU1,ν1)，該金屬的逸出功為W0＝hν1＝eU1，選項A錯誤，B正確；要測得金屬的遏止電壓，需要在光電管上加反向電壓，故電源右端為正極，選項C正確；每秒內(nèi)發(fā)出的光電子的電荷量為q＝It＝10×10－6×1C＝10－5C，而n＝eq\f(q,e)，故每秒內(nèi)至少發(fā)出6.25×1013個光電子，選項D錯誤。三、非選擇題(本題共4小題，共60分)13．(10分)在“焊接”視網(wǎng)膜的眼科手術(shù)中，所用激光的波長λ＝6.4×10－7m，每個激光脈沖的能量E＝1.5×10－2J。求每個脈沖中的光子數(shù)目。(已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3×108m/s。計算結(jié)果保留1位有效數(shù)字)解析：光子能量ε＝eq\f(hc,λ)，光子數(shù)目n＝eq\f(E,ε)代入數(shù)據(jù)得n≈5×1016。答案：5×101614．(14分)鋁的逸出功為4.2eV，現(xiàn)用波長200nm的光照射鋁的表面。已知h＝6.63×10－34J·s，求：(1)光電子的最大初動能；(2)遏止電壓；(3)鋁的極限頻率。解析：(1)根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W有Ek＝eq\f(hc,λ)－W＝eq\f(6.63×10－34×3.0×108,200×10－9)J－4.2×1.6×10－19J＝3.225×10－19J。(2)由Ek＝eUc可得Uc＝eq\f(Ek,e)＝eq\f(3.225×10－19,1.6×10－19)V≈2.016V。(3)由hνc＝W知νc＝eq\f(W,h)＝eq\f(4.2×1.6×10－19,6.63×10－34)Hz≈1.014×1015Hz。答案：(1)3.225×10－19J(2)2.016V(3)1.014×1015Hz15．(16分)圖甲為利用光電管研究光電效應(yīng)的電路圖，其中光電管陰極K的材料是鉀，鉀的逸出功為W0＝3.6×10－19J，圖乙為實驗中用某一頻率的光照射光電管時，測量得到的光電管伏安特性曲線，當U＝－2.5V時，光電流剛好截止，已知h＝6.63×10－34J·s，e＝1.6×10－19C，求：(1)本次實驗入射光的頻率是多少？(2)當U′＝2.5V時，光電子到達陽極A的最大動能是多少？解析：(1)由題圖像可知，反向遏止電壓為：Uc＝－2.5V依據(jù)遏止電壓與最大初動能的關(guān)系，則有：eUc＝eq\f(1,2)mvm2根據(jù)光電效應(yīng)方程，hν＝W0＋eq\f(1,2)mvm2代入數(shù)據(jù)，解得：ν≈1.1×1015Hz。(2)光電子由K運動到A的過程中，設(shè)光電子到達陽極A的最大動能為Ekm，由動能定理，則有eU′＝Ekm－eq\f(1,2)mvm2代入數(shù)據(jù)，解得：Ekm＝2eUc＝8×10－19J。答案：(1)1.1×1015Hz(2)8×10－19J16．(20分)電子和光一樣具有波動性和粒子性，它表現(xiàn)出波動的性質(zhì)，就像X射線穿過晶體時會產(chǎn)生衍射一樣，這一類物質(zhì)粒子的波動叫物質(zhì)波。質(zhì)量為m的電子以速度v運動時，這種物質(zhì)波的波長可表示為λ＝eq\f(h,mv)，電子質(zhì)量m＝9.1×10－31kg，電子電荷量e＝1.6×10－19C，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s。(1)計算具有100eV動能的電子的動量p和波長λ。(2)若一個靜止的電子經(jīng)2500V電壓加速：①求能量和這個電子動能相同的光子的