《波粒二象性》-单元测试题

1第十七章波粒二象性检测题一、选择题（每小题4分，共48分。在每小题给出的四个选项中有一个或多个选项正确。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的或不答的得0分。）1．下列关于光电效应的说法正确的是（）A．若某材料的逸出功是W，则它的极限频率hWv0B．光电子的初速度和照射光的频率成正比C．光电子的最大初动能和照射光的频率成正比D．光电子的最大初动能随照射光频率的增大而增大2．在下列各组所说的两个现象中，都表现出光具有粒子性的是（）A．光的折射现象、偏振现象B．光的反射现象、干涉现象C．光的衍射现象、色散现象D．光电效应现象、康普顿效应3．关于光的波粒二象性的理解正确的是（）A．大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性B．光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子C．高频光是粒子，低频光是波D．波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著4．当具有5.0eV能量的光子照射到某金属表面后，从金属表面逸出的电子具有最大的初动能是1.5eV．为了使这种金属产生光电效应，入射光的最低能量为（）A．1.5eVB．3.5eVC．5.0eVD．6.5eV5．紫外线光子的动量为chv．一个静止的3O吸收了一个紫外线光子后（）A．仍然静止B．沿着光子原来运动的方向运动C．沿光子运动相反方向运动D．可能向任何方向运动6．关于光电效应，以下说法正确的是（）A．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比B．光电子的最大初动能越大，形成的光电流越强C．能否产生光电效应现象，决定于入射光光子的能量是否大于或等于金属的逸出功D．用频率是1v的绿光照射某金属发生了光电效应，改用频率是2v的黄光照射该金属一定不发生光电效应7．在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是（）A．使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上会出现衍射图样B．单个光子通过单缝后，底片上会出现完整的衍射图样C．光子通过单缝的运动路线像水波一样起伏D．单个光子通过单缝后打在底片的情况呈现出随机性，大量光子通过单缝后打在底片上的情况呈现出规律性28．用波长为1λ和2λ的单色光A和B分别照射两种金属C和D的表面．单色光A照射两种金属时都能产生光电效应现象；单色光B照射时，只能使金属C产生光电效应现象，不能使金属D产生光电效应现象．设两种金属的逸出功分别为CW和DW，则下列选项正确的是（）A．1λ＞2λ，CW＞DWB．1λ＞2λ，CW＜DWC．1λ＜2λ，CW＞DWD．1λ＜2λ，CW＜DW9．在中子衍射技术中，常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距相近，已知中子质量m=1.67×10-27kg，普朗克常量h=6.63×10-34J·s，可以估算出德布罗意波长λ=1.82×10-10m的热中子的动量的数量级可能是（）A．10-17kg·m/sB．10-18kg·m/sC．10-20kg·m/sD．10-24kg·m/s10．如图所示为一光电管的工作原理图，当用波长为λ的光照射阴极K时，电路中有光电流，则（）A．换用波长为1λ(1λ＞λ)的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流B．换用波长为2λ(2λ＜λ)的光照射阴极K时，电路中一定有光电流C．增加电路中电源的路端电压，电路中的光电流一定增大D．将电路中电源的极性反接，电路中可能还有光电流11．2003年全世界物理学家评选出“十大最美物理实验”，排名第一的为1961年物理学家利用“托马斯·杨”双缝干涉实验装置，进行电子干涉的实验．从辐射源辐射出的电子束经两靠近的狭缝后在显微镜的荧光屏上出现干涉条纹，该实验说明（）A．光具有波动性B．光具有波粒二象性C．微观粒子也具有波动性D．微观粒子也是一种电磁波12．要观察纳米级以下的微小结构，需要利用分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜．有关电子显微镜的下列说法正确的是（）A．它是利用了电子物质波的波长比可见光短，因此不容易发生明显衍射B．它是利用了电子物质波的波长比可见光长，因此不容易发生明显衍射C．它是利用了电子物质波的波长比可见光短，因此更容易发生明显衍射D．它是利用了电子物质波的波长比可见光长，因此更容易发生明显衍射二、本题共3小题，共20分．把答案填在题中的横线上．13．（8分）如右图所示，一验电器与锌板相连，在A处用一紫外线灯照射锌板，关灯后，指针保持一定偏角．（1）现用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将（填“增大”“减小”或“不变”）．（2）使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转．那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌3板，可观察到验电器指针（填“有”或“无”）偏转．（3）实验室用功率P=1500W的紫外灯演示光电效应．紫外线波长λ=253nm，阴极离光源距离d=0．5m，原子半径取r=0．5×10-10m，则阴极表面每个原子每秒钟接收到的光子数为．14．(4分)康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量，下图给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰后光子可能沿方向运动，并且波长（填“不变”“变小”或“变长”）．15．(8分)如图所示为研究光电效应的电路，利用能够产生光电效应的两种(或多种)已知频率的光进行实验，（1）请简要写出实验步骤以及应该测量的物理量（2）写出根据本实验计算普朗克常量的关系式(用上面的物理量表示)三、本题共3小题，共32分．解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分．有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位．16．（10分）分别用λ和43λ的单色光照射同一金属，发出的光电子的最大初动能之比为1∶2．以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则此金属板的逸出功是多大？17．（10分）纳米技术现在已经广泛应用到社会生产、生活的各个方面．将激光束的宽度聚光到纳米级范围内，可以精确地修复人体损坏的器官．糖尿病引起视网膜病变是导致成年人失明的一个重要原因，利用聚光到纳米级的激光束进行治疗，90%的患者都可以避免失明的严重后果．一台功率为10W氩激光器，能发出波长λ=500nm的激光，用它“点焊”视网膜，每次“点焊”需要2×10-3J的能量，则每次“点焊”视网膜的时间是多少？在这段时间内发出的激光光子的数量是多少？418．（12分）如图所示，伦琴射线管两极加上一高压电源，即可在阳极A上产生X射线．（h=6．63×10-34J·s，电子电荷量e=1．6×10-19C)（1）如高压电源的电压为20kV，求X射线的最短波长;（2）如此时电流表读数为5mA，1s内产生5×1013个平均波长为1．0×10-10m的光子，求伦琴射线管的工作效率．5参考答案1．AD解析：由光电效应方程kE=hv-W知，B、C错误，D正确．若kE=0，得极限频率0v=hW，故A正确．2．D解析：本题考查光的性质．干涉、衍射、偏振都是光的波动性的表现，只有光电效应现象和康普顿效应都是光的粒子性的表现，D正确．3．AD解析：根据光的波粒二象性知，A、D正确，B、C错误．4．B解析：本题考查光电效应方程及逸出功．由WhvEk得W=hv-kE=5.0eV-1.5eV=3.5eV则入射光的最低能量为hminv=W=3.5eV故正确选项为B．5．B解析：由动量守恒定律知，吸收了紫外线光子的3O分子与光子原来运动方向相同．故正确选项为B．6．C解析：本题考查光电效应．由光电效应方程知，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，但不是正比关系，A错．光电流的强度与入射光的强度成正比，与光电子的最大初动能无关，B错．用频率是1v的绿光照射某金属发生了光电效应，改用频率是2v的黄光照射该金属不一定不发生光电效应，D错、C对．7．AD解析：根据光的波粒二象性知，A、D正确，B、C错误．8．D解析：由题意知，A光光子的能量大于B光光子，根据E=hv=hλc，得1λ＜2λ；又因为单色光B只能使金属C产生光电效应现象，不能使金属D产生光电效应现象，所以CW＜DW，故正确选项是D．9．D解析：本题考查德布罗意波．根据德布罗意波长公式λ=ph得：p=λh=10341082.11063.6kg·m/s=3.6×10-24kg·m/s可见，热中子的动量的数量级是10-24kg·m/s．10．BD解析：用波长为λ的光照射阴极K，电路中有光电流，表明λ小于该金属的极限波长0λ，换用波长为1λ照射，虽然1λ＞λ，但是1λ不一定大于0λ，所以用波长为1λ的光照射时，可能仍有光电流，故A错误．用波长为2λ(2λ＜λ)的光照射阴极K时，因2λ＜λ＜0λ，故电路中一定有光电流，B对．如果电源的端电压已经足够大，阴极K逸出的光电子都能全部被吸引到阳极形成光电流，此时再增大路端电压，电路中的光电流也不再增大，C错．将电路中电源的极性反接，具有最大初动能的光电子有可能能够克服电场阻力到达阳极A，从而形成光电流，所以D正确．11．C解析：本题考查电子能产生干涉现象，表明电子具有波动性．干涉现象是波的特征，电子是微6观粒子，它能产生干涉现象，表明电子等微观粒子具有波动性．但此实验不能说明电子等微观粒子的波就是电磁波．12．A解析：电子显微镜的分辨率比光学显微镜更高，是因为电子物质波的波长比可见光短，和可见光相比，电子物质波更不容易发生明显衍射，所以分辨率更高，A正确．13．解析：（1）当用紫外光照射锌板时，锌板发生光电效应，放出光电子而带上了正电，此时与锌板连在一起的验电器也带上了正电，从而指针发生了偏转．当带负电的小球与锌板接触后，中和了一部分正电荷，从而使验电器的指针偏转减小．（2）使验电器指针回到零，用钠灯黄光照射，验电器指针无偏转，说明钠灯黄光的频率小于极限频率，红外光比钠灯黄光的频率还要低，更不可能发生光电效应．能否发生光电效应与入射光的强度无关．（3）以紫外灯为圆心，作半径为d的球面，则每个原子每秒钟接收到的光能量为E=24ππPπr2=3.75×10-20J因此每个原子每秒钟接收到的光子数为n=hcEhvEλ=5个．答案5个14．解析：因光子与电子碰撞过程动量守恒，所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与光子碰前的方向一致，可见碰后光子的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，能量减少，由E=hv知，频率变小，再根据c=λv知，波长变长．答案1变长15．解析：在此电路的光电管上施加反向电压，用已知频率为1的光照射阴极，调节电压大小，直到光电管刚好无电流通过，测出此时的遏止电压1cU，用另一已知频率为2的光照射，测出此时的遏止电压2cU．利用光电效应方程0kmhWE和kmcEeU可得101chWeU202chWeU由以上两式可得出1212cceUUh（）16．解析：设此金属的逸出功为W，根据光电效应方程得如下两式：当用波长为λ的光照射时：WhcEkλ1①当用波长为34λ的光照射时：WhcEk3λ42②又2121KkEE③解①②③组成的方程组得：λ32hcW．④17．解析：（1）根据E=Pt，所以t=101023PEs=2×10-4s．7（2）由E=n0E=nhλc得：n=83493100.31063.610500102λhcE个=5×1015个．答案2×10-4s5×1015个18．解析：（1）X射线管阴极上产生的热电子在20kV高压加速下获得的动能全部变成X光子的能量，X光子的波长最短．由W=Ue=hv=hc/λ得λ=Uehc=194834106.11021031063.6m=6.2×10-11m．（2）高压电源的电功率P1=UI=100W每秒产生X光子的能量P2=nhc/λ=0．1W效率为η=12PP=0.1%．