【选修3-5】波粒二象性限时测试题

一、选择题 (共 10 小题，每小题 4 分，共 40 分，在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项符合题目要求， 有些小题有多个选项符合题目要求， 全部选对的得 4 分， 选不全的得 2 分，有选错或不答的得0 分)1. (2010上海市松江二中高二检测)下列关于光的波粒二象性的说法中，正确的是()A 有的光是波，有的光是粒子B 光子与电子是同样的一种粒子C.光的波长越长，其波动性越显著，波长越短，其粒子性越显著D 大量光子产生的效果往往显示粒子性答案： C2在做双缝干涉实验时，在观察屏的某处是亮纹，则对光子到达观察屏的位置，下列说法正确的是()A 到达亮条纹处的概率比到达暗条纹处的概率大B 到达暗条纹处的概率比到达亮条纹处的概率大C.该光子可能到达观察屏的任意位置D 以上说法均不正确答案：AC解析：亮条纹说明光子落在该处概率大，但不是100%.3对光的认识，以下说法正确的是()A 个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性B 光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的C.光表现出波动性时，就不具有粒子性了，光表现出粒子性时，就不具有波动性了D 光的波粒二象性应理解为： 在某种场合下光的波动性表现明显， 在另外某种场合下，光的粒子性表现明显答案：ABD解析：个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性； 光与物质相互作用，表现为粒子性， 光的传播表现为波动性， 光的波动性与粒子性都是光的本质属性， 因为波动性表现为粒子分布概率，光的粒子性表现明显时仍具有波动性， 因为大量粒子的行为呈现出波动规律，故正确选项有A 、 B、 D.4如图所示，电路中所有元件完好，光照射到光电管上， 灵敏电流计中没有电流通过，其原因可能是()A.入射光太弱C.光照时间太短答案：BDB.入射光波长太长D.电源正负极接反解析：光电管电路中形成电流的条件：一是阴极在光的照射下有光电子逸出，二是逸出的光电子应能在电路中定向移动到达阳极,其中有无光电子逸出决定于入射光的频率是否高于阴极材料的极限频率， 与入射光的强弱、照射时间长短无关；光电子能否到达阳极，应由光电子的初动能大小和光电管两极间所加电压的正负和大小共同决定.一旦电源正负极接反，即使具有最大初动能的光电子也不一定能到达阳极，即使发生了光电效应现象，电路中也不一定能形成光电流，故该题的正确答案是B和D.5 .频率为y的光照射某种金属材料，产生光电子的最大初动能为Ek,若以频率为 2 V的光照射同一金属材料，则光电子的最大初动能是（）A. 2EkB. Ek+h yC. Ek hvD. Ek+2hv答案：B解析：根据爱因斯坦光电效应方程Ek= hL W知，当入射光的频率为Y时，可计算出该金属的逸出功 W= hL Ek.当入射光的频率为 2 V时，光电子的最大初动能为E k = 2hvW= Ek+ h x故正确答案为 B.6 . 一个质量为m、电荷量为q的带电粒子，由静止开始经加速电场加速后（加速电压为U）,该粒子的德布罗意波长为 （）hhA. ;2mqUB.2mqUh hC.2mqU .2mqUD. . mqU答案：C解析：设加速后的速度为 v,由动能定理得：qU = 2mv2所以v=呼由德布罗意波长公式:仁 2qu=2mqumqu7 .近年来，无线光通信技术（不需光纤，利用红外线在空间的定向传播来传递信息的通 信手段）在局域网、移动通信等多方面显示出巨大的应用前景，关于红外线和光通信，以下 说法中正确的是（）光通信就是将文字、数据、图像等信息转换成光信号从一地传向另一地的过程光纤通信中的光信号在光纤中传输，无线光通信的光信号在空气中传输红外线的频率比可见光的频率高红外光子的能量比可见光子的能量大A.B.C.D.答案：A解析：、比较明显都是正确的，红外线频率比可见光小，由 hv,知其光子能量 比可见光小.、错误，故选项 A正确.8 . （2010大庆实验中学高二检测）频率为y的光子，具有的能量为 h动量为h.将这个 c光子打在处于静止状态的电子上，光子将偏离原运动方向，这种现象称光子的散射.下列关于光子散射说法中正确的是 （）A.光子改变原来的运动方向，且传播速度变小B.光子由于在与电子碰撞中获得能量，因而频率增大C.由于受到电子碰撞，散射后的光子波长小于入射光子的波长D.由于受到电子碰撞，散射后的光子频率小于入射光子的频率答案：D9 .如图所示是光电管的原理图，已知当有波长为M的光照到阴极 K时，电路中有光电流，则（）A .若换用波长为 刈?1劝的光照射阴极 K时，电路一定没有光电流B.若换用波长为 旗芯?o）的光照射阴极 K时，电路中光电流一定增大C.若将变阻器滑动头 P从图示位置向右滑一些，仍用波长的光照射，则电路中光电流一定增大D.若将变阻器滑动头 P从图示位置向左滑过中心 O点时，其他条件不变，则电路中 仍可能有光电流答案：D解析：尽管方乃频率”包，但它不一定不能发生光电效应，A错，用力的光一定能发生光电效应，但光电流由光强决定，因此光电流不一定增大，B错.变阻器滑动头 P右滑，Uak增大，若滑动前已达饱和电流，那么光电流不增大，因此 C错，若滑动头左滑 Uak0 是反向电压，只要未超过反向遏止电压，就有光电流，因此 D正确.10 . （2010河北衡水中学高二期末）人类对光的本性认识的过程中先后进行了一系列实验，如图所示的四个示意图所示表示的实验能说明光具有波动性的是（）僮邯单色光HU答案：ABD第n卷（非选择题 共60分）二、填空题（共4小题，每小题5分，共20分.把答案直接填在横线上）11 .在日常生活中，我们不会注意到光是由光子构成的，这是因为普朗克常量很小，每个光子的能量很小，而我们观察到的光学现象中涉及大量的光子，试估算 60W的白炽灯1s内发出的光子数 个.解析：可设白炽灯发出的光子频率为答案：1.5X10206X 1014Hz ,每份光子的能量大约为E = h尸6.63X 10 34X6X 1014J= 4.0 X 10 19J,60W一60 X 1的白炽灯在1s内发出的光子数n=-4.0 X 10 191.5X 1020（个）.12 .二氧化碳能强烈吸收红外长波辐射,这种长波辐射的波长范围是1.4 X 1031.6 X 103m,相应的频率范围是 ,相应的光子能量的范围是 , “温室效应”使空气全年的平均温度升高，空气温度升高，从微观上看就是空气中分子的 .（已知普 朗克恒量h=6.6x 1034j s,真空中的光速c= 3.0X 108m/s,结果取两位有效数字）答案：2.1 X 1011 1.9X 1011Hz1. 4X1022T.3X 1022j 平均动能增大解析：由c=入得尸c 八则求得频率范围2.1 X 10111.9X 1011Hz又由E=hv得能量范围为1.4X 10221.3X 1022J温度越高分子无规则运动更剧烈，无规则运动平均动能也越大.13. 铝的逸出功是 4.2eV,现在用波长200nm的光照射铝的表面.(1)光电子的最大初动能是 ;(2)遏止电压是 ;(3)铝的极限频率是.答案：(1)2.01eV (2)2.01V (3)1.01 X 1015Hz解析：(1)由爱因斯坦光电效应方程Ek= h尸W0可得：Ek=hc- W06.63x 10 34x 3X 108=；J-4.2X 1.6X 10 19J=3.23X 10 19J= 2.01eV.2X 10 7,一一，.一 Ek(2)由 eUc= Ek得遏止电压 Uc= =2.01V.(3)由W0=h w的极限频率W0 4.2X1.6X1019w= =Hz= 1.01 X 1015Hzh 6.63X 10 3414. (2010农七师高二检测)如图所示，一静电计与锌板相连，在 A处用一紫光灯照射 锌板，关灯后，指针保持一定偏角.锦桢紫光灯(1)现用一带负电的金属小球与锌板接触，则静电计指针偏角将 .(填“增大”、“减小”或“不变”)(2)使静电计指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，静电计指针无偏转，那么，若改用强度更大的红外线照射锌板，可观察到静电计指针 (填“有”或 “无”)偏转. 答案：(1)减小 (2)无 解析：锌板在紫外线照射下，发生光电效应现象，有光电子飞出，锌板带正电；将一带负电的金属球与锌板接触，将锌板上的正电荷中和一部分，锌板正电荷减少，则静电计指 针偏角将减小.要发生光电效应现象， 照射光的频率必须大于被照射金属的极限频率，而与照射光的 强度无关.用黄光照射，静电计指针无偏转， 即不能发生光电效应现象.当改用强度更大的 红外线照射时，因为红外线的频率比黄光低，所以用红外线照射更不能发生光电效应现象, 静电计指针无偏转.三、论述计算题（共5小题，共40分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演 算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）15. （7分）对应于3.4X I。19J的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少？它是什么 颜色的？答案：5.13X1014Hz 5.85X 10 （7分）已知钠发生光电效应的极限波长为=5X 105 * 7m,现用波长为 4X107m的m 黄光解析：根据公式s= h v和kc导3.4 x 10 196.63 X 10 34Hz=5.13X 1014Hz3.0 x 1085.13X 10m= 5.85X107答案：1.23X1011m解析：电子加速后的动能 EK = ；mv2=eU,电子的动量p= mv = 2mEk= x/2meU.由入=h知，上,代入数据得h1.23X1011m. P2meU光照射用钠作阴极的光电管.求：(1)钠的逸出功W。；(2)为使光电管中的光电流为零，在光电管上所加反向电压至少多大?答案：(1)3.978X 10 19J (2)0.62Vc解析：(1)逸出功 Wo= h v)=h-= 3.978X 10 19J为(2)光电子最大初动能Ek=h lWo=h三Wo=0.99X 10 19J人Ek=eUc, Uc=Ek/e= 0.62V.18. (9分)具有波长 上0.71A的伦琴射线使金箔发射光电子，电子在磁感应强度为B的匀强磁场区域内做最大半径为r的匀速圆周运动，已知 rB= 1.88X 104m.T,试求：(1)光电子的最大初动能；(2)金属的逸出功；(3)该电子的物质波的波长是多少？答案：(1)3.1 X103eV (2)1.44 x 104eV(3)2.2 x 1011m解析：(1)电子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力为洛伦兹力m/=evB,所以丫=野 1c e2r2B2电子的取大初动能 Ek=2mv = 2m(1.6 x 10 19)2x (1.88 x 10 4)2=31 J2X 9.1X 10 31= 4.97X 10 16J= 3.1 X103eV6.63x 10 34x 3X 108(2)入射光子的能量-eV = 1.75 x 104eV7.1 x 10 11 X 1.6 X 10 19根据爱因斯坦光电效应方程得逸出功W= h l Ek=1.44X 104eV(3)物质波的波长为h h6.63X 10 34入=mv=erB= 1.6X 10 19x 1.88X 10 4m=2.2 10 m19. (10分)科学家设想未来的宇航事业中利用太阳帆来加速星际飞船,设该飞船所在地 每秒每单位面积接收到的光子数为n,光子平均波长为 入太阳帆面积为 S,反射率100%,设太阳光垂直射到太阳帆上，飞船总质量为 m,求飞船加速度的表达式.(光子动量p=h/2),若太阳帆是黑色的，飞船的加速度又为多少？答案：(1)2nsh (2)粤mX mX解析：光子垂直射到太阳帆上再反射，动量变化量为2p,据动量定理和牛顿第二定律进行计算.若太阳帆是黑色的，光子垂直打到太阳帆上不再反弹.(1)光子垂直射到太阳帆上再反射，动量变化量为2p,设光对太阳帆压力为F,单位时间打到太阳帆上的光子数为N,则N=nS,由动量定理有：FANAt2p所以F = N 2P而光子动量p=,所以F=2Sh 人人由牛顿第二定律可得飞船加速度的表达式为F 2nSh a=m mX(2)若太阳帆是黑色的，光子垂直打到太阳帆上不再反弹(被太阳帆吸收)，光子动量变化量为p,故太阳帆上受到的光压力为F=nSh,太阳帆的加速度 a= nSh.5. 13X 1014Hz的频率属于黄光的频率范围，它是黄光.16. （7分）如图所示为证实电子波存在的实验装置，从F上漂出的热电子可认为初速度为零，所加加速电压U=104V,电子质量为 m=0.91X 10-30kg.电子被加速后通过小孔K1和K2后入射到薄的金膜上，发生衍射，结果在照相底片上形成同心圆明暗条纹.试计算电子的德布罗意波长.