高中物理 第四章 波粒二象性章末檢測(cè) 教科版選修3-5

章末檢測(cè)(時(shí)間：90分鐘滿(mǎn)分：100分)一、選擇題(共12小題，共60分)1．年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的一項(xiàng)是獎(jiǎng)勵(lì)美國(guó)科學(xué)家賈科尼和日本科學(xué)家小柴昌俊發(fā)現(xiàn)了宇宙X放射源．X射線(xiàn)是一種高頻電磁波，若X射線(xiàn)在真空中的波長(zhǎng)為λ，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，以E和p分別表示X射線(xiàn)每個(gè)光子的能量和動(dòng)量，則()．左起——賈科尼、戴維斯、小柴昌俊圖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)解析根據(jù)E＝hν，且λ＝eq\f(h,p)，c＝λν可得X射線(xiàn)每個(gè)光子的能量為：E＝eq\f(hc,λ)，每個(gè)光子的動(dòng)量為：p＝eq\f(h,λ).答案D2．現(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為，光和實(shí)物粒子都具有波粒二象性，下列事實(shí)中突出體現(xiàn)波動(dòng)性的是()．A．一定頻率的光照射到鋅板上，光的強(qiáng)度越大，單位時(shí)間內(nèi)鋅板上發(fā)射的光電子就越多B．肥皂液是無(wú)色的，吹出的肥皂泡卻是彩色的C．質(zhì)量為10－3kg、速度為10－2m/s的小球，其德布羅意波波長(zhǎng)約為10－D．人們常利用熱中子研究晶體的結(jié)構(gòu)，因?yàn)闊嶂凶拥牡虏剂_意波波長(zhǎng)與晶體中原子間距大致相同解析肥皂泡呈現(xiàn)彩色花紋是光的干涉現(xiàn)象，利用熱中子研究晶體的結(jié)構(gòu)是利用了中子的衍射現(xiàn)象，干涉和衍射是波動(dòng)性的表現(xiàn)，而A體現(xiàn)了光的粒子性，C中體現(xiàn)的是宏觀(guān)運(yùn)動(dòng)，所以只有B、D正確．答案BD3．光具有波粒二象性，那么能夠證明光具有波粒二象性的現(xiàn)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．光的折射及透鏡成像D．光的干涉，光的衍射和光電效應(yīng)解析中學(xué)階段表明光具有波動(dòng)性的典型現(xiàn)象是光的干涉和衍射現(xiàn)象，表明光具有粒子性的典型現(xiàn)象是光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)．答案D4．一束波長(zhǎng)為7×10－5cm的光波，每秒鐘有3×1015個(gè)光子通過(guò)一個(gè)與光線(xiàn)垂直的平面．另有一束光，它傳輸相同的能量，但波長(zhǎng)為4×10－5()．A.eq\f(7,12)×1015個(gè) B．3×1015個(gè)C.eq\f(12,7)×1015個(gè) D.eq\f(21,4)×1015個(gè)解析由題意得n1eq\f(hc,λ1)＝n2eq\f(hc,λ2)，代入數(shù)據(jù)得3×1015×eq\f(hc,7×10－5)＝n2eq\f(hc,4×10－5)，n2＝eq\f(12,7)×1015個(gè)，故選C.答案C5．頻率為ν的光子的動(dòng)量和波長(zhǎng)的關(guān)系是λ＝eq\f(h,p)，能量為ε，則光的速度為()．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，德布羅意波波長(zhǎng)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).故選項(xiàng)A、C正確．答案AC6．利用金屬晶格(大小約10－10m)作為障礙物觀(guān)察電子的衍射圖樣，方法是讓電子通過(guò)電場(chǎng)加速后，讓電子束照射到金屬晶格上，從面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()．A．該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了電子具有波動(dòng)性B．實(shí)驗(yàn)中電子束的德布羅意波長(zhǎng)為λ＝eq\f(h,\r(2meU))C．加速電壓U越大，電子的衍射現(xiàn)象越明顯D．若用相同動(dòng)能的質(zhì)子替代電子，衍射現(xiàn)象將更加明顯解析得到電子的衍射圖樣，說(shuō)明電子具有波動(dòng)性，A正確；由德布羅意波長(zhǎng)公式λ＝eq\f(h,p)，而動(dòng)量p＝eq\r(2mEk)＝eq\r(2meU)，兩式聯(lián)立得λ＝eq\f(h,\r(2meU))，B正確；從公式λ＝eq\f(h,\r(2meU))可知，加速電壓越大，電子的波長(zhǎng)越小，衍射現(xiàn)象就越不明顯；用相同動(dòng)能的質(zhì)子替代電子，質(zhì)子的波長(zhǎng)小，衍射現(xiàn)象相比電子不明顯，故C、D錯(cuò)誤．答案AB7．如圖2所示，光電子最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖象，該圖像是研究金屬而得到的，那么()．圖2A．該金屬的逸出功為EB．該金屬的逸出功為hν0C．入射光的頻率為2ν0時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為ED．入射光的頻率為eq\f(ν0,2)時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為E/2解析由圖象可知逸出功為E，當(dāng)入射光頻率為ν0時(shí)，產(chǎn)生光電效應(yīng)，當(dāng)入射光頻率為2ν0時(shí)，根據(jù)圖象斜率不變可知，產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能為E，故A、B、C選項(xiàng)正確；入射光頻率為eq\f(ν0,2)時(shí)，不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，D選項(xiàng)錯(cuò)誤．答案ABC8．1924年法國(guó)物理學(xué)家德布羅意提出物質(zhì)波的概念，任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，小到電子，大到行星、恒星都有一種波與之對(duì)應(yīng)，波長(zhǎng)為λ＝h/p，p為物體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)量，h為普朗克常數(shù)，同樣光也具有粒子性，光子的動(dòng)量為：p＝h/λ，根據(jù)上述觀(guān)點(diǎn)可以證明一個(gè)靜止的自由電子如果完全吸收一個(gè)γ光子，會(huì)發(fā)生下列情況：設(shè)光子頻率為ν，則E＝hν，p＝hν/c，被電子吸收后有：hν＝mev2/2，得v＝2c()．A．因?yàn)槲⒂^(guān)世界動(dòng)量守恒定律不適用，上述論證錯(cuò)誤，所以電子有可能完全吸收一個(gè)γ光子B．因?yàn)槲⒂^(guān)世界能量守恒定律不適用，上述論證錯(cuò)誤，所以電子有可能完全吸收一個(gè)γ光子C．動(dòng)量守恒定律、能量守恒定律是自然界中普遍適用規(guī)律，所以唯一結(jié)論是電子不可能完全吸收一個(gè)γ光子D．若γ光子與一個(gè)靜止的自由電子發(fā)生作用，則γ光子被電子散射后頻率增大答案C9．下列關(guān)于光的波粒二象性的說(shuō)法中，正確的是()．A．一束傳播的光，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，光波與機(jī)械波是同樣的一種波C．光的波動(dòng)性是由于光子間的相互作用而形成的D．光是一種波，同時(shí)也是一種粒子，光子說(shuō)并未否定電磁說(shuō)，在光子能量ε＝hν中，頻率ν仍表示的是波的特性解析光是一種波，同時(shí)也是一種粒子，光具有波粒二象性，當(dāng)光和物質(zhì)作用時(shí)，是“一份一份”的，表現(xiàn)出粒子性；單個(gè)光子通過(guò)雙縫后在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性可以用波動(dòng)規(guī)律描述，表現(xiàn)出波動(dòng)性．粒子性和波動(dòng)性是光子本身的一種屬性，光子說(shuō)并未否定電磁說(shuō)．答案D10．硅光電池是利用光電效應(yīng)原理制成的器件，下列表述正確的是()．A．硅光電池是把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N裝置B．硅光電池中吸收了光子能量的電子都能逸出C．逸出的光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率無(wú)關(guān)D．任意頻率的光照射到硅光電池上都能產(chǎn)生光電效應(yīng)解析硅光電池是把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N裝置，是利用光電效應(yīng)原理制成的器件，A正確；依據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－A＝hν－h(huán)ν0，可見(jiàn)只有當(dāng)入射光子的頻率大于極限頻率時(shí)才可能發(fā)生光電效應(yīng)，B、C、D錯(cuò)誤．答案A11．對(duì)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，下面的理解正確的是()．A．只要是用同種頻率的光照射同一種金屬，那么從金屬中逸出的所有光電子都會(huì)具有同樣的初動(dòng)能EkB．式中的W0表示每個(gè)光電子從金屬中飛出過(guò)程中克服金屬中正電荷引力所做的功C．逸出功W0和極限頻率ν0之間應(yīng)滿(mǎn)足關(guān)系式W0＝ν0D．光電子的最大初動(dòng)能和入射光的頻率成正比解析愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0中的W0表示從金屬表面直接逸出的光電子克服金屬中正電荷引力做的功，因此是所有逸出的光電子中克服引力做功的最小值，對(duì)應(yīng)的光電子的初動(dòng)能是所有光電子中最大的，其他光電子的初動(dòng)能都小于這個(gè)值，故A、B錯(cuò)誤．若入射光的頻率恰好是極限頻率，即剛好能有光電子逸出，可理解為逸出的光電子的最大初動(dòng)能是0，因此有W0＝hν0，C對(duì)．由Ek＝hν－W0可知Ek和ν之間是一次函數(shù)關(guān)系，但不是成正比關(guān)系，D錯(cuò)誤．答案C12．康普頓效應(yīng)證實(shí)了光子不僅具有能量，也有動(dòng)量，圖3給出了光子與靜止電子碰撞后電子的運(yùn)動(dòng)方向，則碰后光子()．圖3A．可能沿1方向，且波長(zhǎng)變短B．可能沿2方向，且波長(zhǎng)變短C．可能沿1方向，且波長(zhǎng)變長(zhǎng)D．可能沿3方向，且波長(zhǎng)變長(zhǎng)解析由康普頓效應(yīng)知，光子碰撞電子的過(guò)程遵循動(dòng)量和能量守恒定律，故選C.答案C二、非選擇題(本題共4小題，共40分)13．(10分)一顆地面附近的質(zhì)量為m的人造地球衛(wèi)星，其德布羅意波長(zhǎng)為_(kāi)_______，一個(gè)處于基態(tài)的氫原子核外電子的德布羅意波長(zhǎng)為_(kāi)_______．(地球半徑為R，重力加速度為g，基態(tài)時(shí)電子軌道半徑為r，電子質(zhì)量為me)解析近地衛(wèi)星的速度v＝eq\r(Rg)，由德布羅意波波長(zhǎng)公式得λ＝eq\f(h,mv)＝eq\f(h,m\r(Rg)).電子繞核運(yùn)動(dòng)所需向心力為庫(kù)侖力，即keq\f(e2,r2)＝meeq\f(v2,r)，所以v＝eeq\r(\f(k,mer))由德布羅意波波長(zhǎng)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)一單色光在某種液體中的傳播速度是2.0×108m/s，波長(zhǎng)為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?yàn)棣?lt;W，所以不能發(fā)生光電效應(yīng)．答案不能15．(10分)原子核的半徑為10－15m解析設(shè)質(zhì)子的位置不確定范圍等于原子核的半徑，即Δx＝10－15m，由不確定關(guān)系公式Δx·Δp≥eq\f(h,4π)，得Δp≥eq\f(h,4πΔx)＝5.3×10－20kg·m/s.同理，電子被限制在核內(nèi)，動(dòng)量的不確定范圍與質(zhì)子一樣為Δp′≥5.3×10－20kg根據(jù)位置不確定量與動(dòng)量不確定量的關(guān)系Δx·Δp≥eq\f(h,4π)，已知Δx，則可求出Δp，反之亦然．答案Δp≥5.3×10－20kg·m/sΔp′≥5.3×10－2016．(10分)(1)研究光電效應(yīng)電路如圖4所示，用頻率相同、強(qiáng)度不同的光分別照射密封真空管的鈉極板(陰極K)，鈉極板發(fā)射出的光電子被陽(yáng)極A吸收，在電路中形成光電流．下列光電流I與eq\f(A,K)之間的電壓UAK的關(guān)系圖象中，正確的是________