波粒二象性測(cè)試題

1、波粒二象性測(cè)試題本試卷分為第卷(選擇題)和第卷(非選擇題)兩部分，滿分100，考試時(shí)間60分鐘。第卷(選擇題共40分)一、選擇題(本題共10小題，每小題4分，共40分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，有的只有一個(gè)選項(xiàng)正確，有的有多個(gè)選項(xiàng)正確，全部選對(duì)的得4分，選對(duì)但不全的得2分，有選錯(cuò)或不選的得0分。)1在下列各組的兩個(gè)現(xiàn)象中都表現(xiàn)出光具有波動(dòng)性的是()A光的折射現(xiàn)象、色散現(xiàn)象B光的反射現(xiàn)象、干涉現(xiàn)象C光的衍射現(xiàn)象、偏振現(xiàn)象D光的直線傳播現(xiàn)象、光電效應(yīng)現(xiàn)象解析：因?yàn)樯F(xiàn)象說明的是白光是由各種單色光組成的復(fù)色光，故A錯(cuò)；由于反射現(xiàn)象并非波動(dòng)所獨(dú)有的性質(zhì)，故B錯(cuò)；直線傳播并非波動(dòng)所獨(dú)有，且光電效應(yīng)說明

2、光具有粒子性，故D錯(cuò)；只有衍射現(xiàn)象和偏振現(xiàn)象為波動(dòng)所獨(dú)有的性質(zhì)，所以C正確。答案：C2下列說法中正確的是()A光的干涉和衍射現(xiàn)象說明光具有波動(dòng)性B光的頻率越大，波長(zhǎng)越長(zhǎng)C光的波長(zhǎng)越大，光子的能量越大D光在真空中的傳播速度為3.0×108 m/s解析：干涉和衍射現(xiàn)象是波的特性，說明光具有波動(dòng)性，A對(duì)；光的頻率越大，波長(zhǎng)越短，光子能量越大，故B、C錯(cuò)；光真空中的速度為3.0×108 m/s，故D對(duì)。答案：A、D3現(xiàn)代科技中常利用中子衍射技術(shù)研究晶體的結(jié)構(gòu)，因?yàn)闊嶂凶拥牡虏剂_意波長(zhǎng)與晶體中原子間距相近。已知中子質(zhì)量m1.67×1027 kg，可以估算德布羅意波長(zhǎng)1.82

3、×1010 m的熱中子動(dòng)能的數(shù)量級(jí)為()A1017 JB1019 JC1021 J D1024 J解析：由p及Ek得，Ek J4×1021 J，C正確。答案：C4下列關(guān)于光電效應(yīng)的說法中，正確的是()A金屬的逸出功與入射光的頻率成正比B光電流的大小與入射光的強(qiáng)度無關(guān)C用不可見光照射金屬一定比用可見光照射同種金屬產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能大D對(duì)于任何一種金屬都存在一個(gè)“最大波長(zhǎng)”，入射光的波長(zhǎng)大于此波長(zhǎng)時(shí)，就不能產(chǎn)生光電效應(yīng)解析：逸出功與入射光無關(guān)，反映的是金屬材料對(duì)電子的束縛能力；A錯(cuò)誤；光強(qiáng)越大，單位時(shí)間內(nèi)入射的光子數(shù)越多，逸出的電子數(shù)也越多，光電流越大，B錯(cuò)誤；紅外線的頻

4、率比可見光小，紫外線的頻率比可見光大，由EkhW0知，C錯(cuò)誤；由產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件知，D正確。答案：D5下列有關(guān)光的說法中正確的是()A光電效應(yīng)表明在一定條件下，光子可以轉(zhuǎn)化為電子B大量光子易表現(xiàn)出波動(dòng)性，少量光子易表現(xiàn)出粒子性C光有時(shí)是波，有時(shí)是粒子D康普頓效應(yīng)表明光子和電子、質(zhì)子等實(shí)物粒子一樣也具有能量和動(dòng)量解析：光電效應(yīng)中，光子把能量轉(zhuǎn)移給電子，而不是轉(zhuǎn)化為電子，A錯(cuò)誤；由光的性質(zhì)可知，B正確；波動(dòng)性和粒子性是光的兩個(gè)固有屬性，只是在不同情況下一種屬性起主要作用，C錯(cuò)誤；康普頓效應(yīng)表明光具有能量和動(dòng)量，能量h，動(dòng)量p，D正確。答案：B、D6一激光器發(fā)光功率為P，發(fā)出的激光在折射率為n的介

5、質(zhì)中波長(zhǎng)為，若在真空中速度為c，普朗克常量為h，則下列敘述正確的是()A該激光在真空中的波長(zhǎng)為nB該激光的頻率為C該激光器在t s內(nèi)輻射的能量子數(shù)為D該激光器在t s內(nèi)輻射的能量子數(shù)為解析：激光在介質(zhì)中的折射率n，故激光在真空中的波長(zhǎng)0n，A正確；激光頻率，B錯(cuò)誤；由能量關(guān)系PtN，c0，0n及h得N，C正確，D錯(cuò)誤。答案：A、C7兩種單色光a和b，a光照射某金屬時(shí)有光電子逸出，b光照射該金屬時(shí)沒有光電子逸出，則()A在真空中，a光的傳播速度較大B在水中，a光的波長(zhǎng)較小C在真空中，b光光子的能量較大D在水中，b光的折射率較小解析：由已知可得頻率ab，所以ab，B對(duì)；由光子能量Eh得，a光光子能

6、量大，C錯(cuò)；在同種介質(zhì)中頻率大的光折射率大，即nanb，D對(duì)；在真空中各種光傳播速度相同，都是c3×108 m/s，A錯(cuò)。答案：B、D8光通過單縫所發(fā)生的現(xiàn)象，用位置和動(dòng)量的不確定性關(guān)系的觀點(diǎn)加以解釋，下列說法中正確的是()A單縫寬，光沿直線傳播，這是因?yàn)槲恢貌淮_定量大，動(dòng)量不確定量小可以忽略B當(dāng)光能發(fā)生衍射現(xiàn)象時(shí)，動(dòng)量不確定量就不能忽略C單縫越窄，中央亮紋越寬，是因?yàn)槲恢貌淮_定量越小，動(dòng)量不確定量越大D以上解釋都不正確解析：由不確定關(guān)系xp知，A、B、C正確。答案：A、B、C9下表列出了幾種不同物體在某種速度下的德布羅意波長(zhǎng)和頻率為1 MHz的無線電波的波長(zhǎng)，由表中數(shù)據(jù)可知()質(zhì)量

7、/kg速度(m·s1)波長(zhǎng)/m彈子球2.0×1021.0×1023.3×1030電子(100 eV)9.0×10315.0×1061.2×1010無線電波(1 MHz)3.0×1083.3×102A.要檢測(cè)彈子球的波動(dòng)性幾乎不可能 B無線電波通常情況下只表現(xiàn)出波動(dòng)性C電子照射到金屬晶體上能觀察到波動(dòng)性 D只有可見光才有波動(dòng)性解析：彈子球的波長(zhǎng)相對(duì)太小，所以檢測(cè)其波動(dòng)性幾乎不可能，A對(duì)；無線電波波長(zhǎng)較長(zhǎng)，所以通常表現(xiàn)為波動(dòng)性，B對(duì)；電子波長(zhǎng)與金屬晶體尺度差不多，所以能利用金屬晶體觀察電子的波動(dòng)性，C對(duì)；由物

8、質(zhì)波理論知，D錯(cuò)。答案：A、B、C10研究光電效應(yīng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置如圖(十七)1所示，以頻率為的光照射光電管陰極K時(shí)，有光電子產(chǎn)生。由于光電管K、A間加的是反向電壓，光電子從陰極K發(fā)射后將向陽極A做減速運(yùn)動(dòng)。光電流i由圖中電流計(jì)G測(cè)出，反向電壓U由電壓表V測(cè)出。當(dāng)電流計(jì)的示數(shù)為零時(shí)，電壓表的示數(shù)稱為反向截止電壓U0。在下列表示光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律的圖象中，錯(cuò)誤的是()圖(十七)1解析：由光電效應(yīng)方程EkhW，若加反向截止電壓，則eU0Ek時(shí)無光電流，則U0，則U0與的關(guān)系圖線不過原點(diǎn)，故B錯(cuò)；根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律，當(dāng)反向電壓U和頻率一定時(shí)，光電流i與光強(qiáng)I(光子個(gè)數(shù))成正比，故A正確；由于光強(qiáng)I與入射光

9、的光子個(gè)數(shù)成正比，所以當(dāng)光強(qiáng)I和頻率一定時(shí)，光電流i與反向電壓U的關(guān)系為C，C正確；根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律，當(dāng)光強(qiáng)I和頻率一定時(shí)，光電流i與產(chǎn)生光電子的時(shí)間關(guān)系是“瞬時(shí)”關(guān)系(109 s)，故D項(xiàng)正確，本題只有B錯(cuò)，故選B。答案：B第卷(非選擇題共60分)二、填空題。(共4小題，每小題5分，共20分。把答案直接填寫在題中橫線上，不要求寫出演算過程。)11(5分)如圖(十七)2所示，用導(dǎo)線將驗(yàn)電器與潔凈鋅板連接，觸摸鋅板使驗(yàn)電器指針歸零。用紫外線照射鋅板，驗(yàn)電器指針發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)，接著用毛皮摩擦過的橡膠棒接觸鋅板，發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器指針張角減小，此現(xiàn)象說明鋅板帶_電(選填“正”或“負(fù)”)；若改用紅外線重復(fù)上實(shí)驗(yàn)

10、，結(jié)果發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器指針根本不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明金屬鋅的極限頻率_紅外線(選填“大于”或“小于”)。圖(十七)2解析：毛皮摩擦過的橡膠棒帶負(fù)電，因鋅板被紫外線照射后發(fā)生光電效應(yīng)缺少電子而帶正電，故驗(yàn)電器的負(fù)電荷與鋅板正電荷中和一部分電荷后驗(yàn)電器指針偏角變小。用紅外線照射驗(yàn)電器指針偏角不變，說明鋅板未發(fā)生光電效應(yīng)，說明鋅板的極限頻率大于紅外線的頻率。答案：正大于12(5分)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，如果實(shí)驗(yàn)儀器及線路完好，當(dāng)光照射到光電管上時(shí)，靈敏電流計(jì)中沒有電流通過，可能的原因是_。解析：入射光頻率小于這種金屬的極限頻率(即入射光波長(zhǎng)大于這種金屬的極限波長(zhǎng))，不能發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，即無光電子逸出。另一種可能

11、是光電管上所加反向電壓太大，逸出的光電子減速運(yùn)動(dòng)，速度為零后又返回，使電路中沒有電流通過。答案：入射光波長(zhǎng)太大(或反向電壓太大)13(5分)利用金屬晶格(大小約1010 m)作為障礙物觀察電子的衍射圖樣，方法是讓電子通過電場(chǎng)加速后，讓電子束照射到金屬晶格上，從而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，則加速后電子的德布羅意波長(zhǎng)為_，若電子質(zhì)量m9.1×1031 kg，加速電壓U300 V，則電子束_(能或不能)發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象。圖(十七)3解析：由eUEk及p得；將U300 V代入，得 m0.71×1010 m與金屬晶格差

12、不多，所以能發(fā)生明顯衍射。答案：能14(5分)利用光電管產(chǎn)生光電流的電路如圖(十七)3所示。電源的正極應(yīng)接在_端(填“a”或“b”)；若電流表讀數(shù)為8 A，則每秒從光電管陰極發(fā)射的光電子至少是_個(gè)(已知電子電荷量為1.6×1019 C)。解析：由題意知，電路圖為利用光電管產(chǎn)生光電流的實(shí)驗(yàn)電路，光電管的陰極為K，光電子從K極發(fā)射出來要經(jīng)高電壓加速，所以a端應(yīng)該接電源正極，b端接電源負(fù)極。假定從陰極發(fā)射出來的光電子全部到達(dá)陽極A，則每秒從光電管陰極發(fā)射出來的光電子數(shù)目為n個(gè)5×1013個(gè)。答案：a5×1013三、計(jì)算題(共6小題，共40分。解答時(shí)應(yīng)寫出必要的文字說明、

13、方程式和重要演算步驟。只寫出最后答案的不能得分。有數(shù)值計(jì)算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位。)15. (6分)如圖(十七)4所示，當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，用光子能量為2.5 eV的一束光照射陰極P，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零。合上開關(guān)，調(diào)節(jié)滑線變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.60 V時(shí)，電流表讀數(shù)仍不為零；當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.60 V時(shí)，電流表讀數(shù)為零，求此陰極材料的逸出功為多大？圖(十七)4解析：設(shè)光子能量為2.5 eV照射時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能為mv2，陰極材料的逸出功為W，據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程有：mv2hW題圖中光電管上加的是反向電壓，據(jù)題意，當(dāng)反向電壓達(dá)到U0.60 V以后，具有最大初動(dòng)能

14、的光電子也不能達(dá)到陽極，因此eUmv2由得WheU2.5 eV0.6 eV1.9 eV。答案：1.9 eV16(6分)一光源的功率P40 W，發(fā)光效率6%，發(fā)出頻率為6×1014 Hz的可見光。已知普朗克常量h6.626×1034 J·s。求：(1)光源每秒發(fā)出的能量子數(shù)；(2)若每秒有10個(gè)能量子進(jìn)入瞳孔就能引起視覺，瞳孔的直徑d5 mm，則能看到光源的最大距離是多少？解析：(1)光源每秒發(fā)出光的能量EPt，由EN及h得PtNh則N個(gè)6.04×1018個(gè)(2)設(shè)能看到光源的最大距離為R，光源向周圍均勻輻射，每秒內(nèi)通過距光源R處單位面積的光子數(shù)為每秒內(nèi)通

15、過瞳孔的光子數(shù)n·d2故R m9.7×105 m。答案：(1)6.04×1018個(gè)(2)9.7×105 m17(7分)高速電子流射到固體上，可產(chǎn)生X射線，產(chǎn)生X射線的最大頻率由公式hmEk確定，Ek表示電子打到固體上時(shí)的動(dòng)能。設(shè)電子經(jīng)過U9 000 V高壓加速，已知電子質(zhì)量me9.1×1031 kg，電子電量e1.60×1019 C。求：(1)加速后電子對(duì)應(yīng)的德布羅意波長(zhǎng)；(2)產(chǎn)生的X射線的最短波長(zhǎng)及一個(gè)光子的最大動(dòng)量。解析：由動(dòng)能定理eUEk，動(dòng)量與動(dòng)能關(guān)系p 及動(dòng)量與波長(zhǎng)關(guān)系p得 m1.3×1011 m(2)產(chǎn)生的X射

16、線最大頻率m，對(duì)應(yīng)的最短波長(zhǎng)min m1.4×1010 m一個(gè)光子的最大動(dòng)量pm kg·m/s4.8×1024 kg·m/s。答案：(1)1.3×1011 m(2)1.4×1010 m4.8×1024 kg·m/s18(7分)波長(zhǎng)為0.17 m的紫外線照射到金屬筒上能使其發(fā)射光電子，光電子在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，做最大半徑為r的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，已知r·B5.6×106 T·m，光電子質(zhì)量m9.1×1031 kg，電荷量e1.6×1019 C，求：(1)光電子的最

17、大動(dòng)能；(2)金屬筒的逸出功。解析：光電子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，在垂直磁場(chǎng)的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，它的動(dòng)能即是最大動(dòng)能。(1)由eBv得v，所以mv2m·2。代入數(shù)據(jù)得mv24.41×1019 J。(2)由愛因斯坦光電效應(yīng)方程得Whmv2hmv2，代入數(shù)據(jù)得W7.3×1019 J。答案：(1)4.41×1019 J(2)7.3×1019 J19(7分)已知5.3×1035 J·s，試求下列情況中速度測(cè)定的不確定量。(1)一個(gè)球的質(zhì)量m1.0 kg，測(cè)定其位置的不確定量為106 m；(2)電子的質(zhì)量me9.1×1031 kg，測(cè)定

18、其位置的不確定量為1010 m(即在原子直徑的數(shù)量級(jí)內(nèi))。解析：(1)m1.0 kg，x1106 m由xp及pmv知v1 m/s5.3×1029 m/s(2)me9.1×1031 kg，x21010 m同理得v2 m/s5.8×105 m/s。答案：(1)5.3×1029 m/s(2)5.8×105 m/s20(7分)20世紀(jì)20年代，劍橋大學(xué)學(xué)生G·泰勒做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)。在一個(gè)密閉的箱子里放上小燈泡、煙熏黑的玻璃、狹縫、針尖、照相底板，整個(gè)裝置如圖(十七)5所示。小燈泡發(fā)出的光通過熏黑的玻璃后變得十分微弱，經(jīng)過三個(gè)月的曝光，在底片上針尖影子周圍才出現(xiàn)非常清晰的衍射條紋。泰勒對(duì)這照片的平均黑度進(jìn)行測(cè)量，得出每秒到達(dá)底片的能量是5×1013 J。圖(十七)5(1)假如起作用的光波波長(zhǎng)約500 nm，計(jì)算從一個(gè)光子到來和下一光子到來所間隔的平均時(shí)間，及光束中兩鄰近光子之間的平均距離；(2)如果當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)用的箱子長(zhǎng)為1.2 m，根據(jù)(1)的計(jì)算結(jié)果，能否找到支持光的概率波的證據(jù)？解析：(1)對(duì)于500 nm的光子能量為：hh·6.63×1034× J4.0×1019 J。因此每秒到達(dá)底片的光子數(shù)為：n個(gè)1.25