第六章 波粒二象性练习（Word含解析）

第6章　波粒二象性
本章达标检测
(满分:100分;时间:90分钟)
一、选择题(共10小题,每小题6分,共60分)
　　　　　 　　　　　 　　　　　
1.(2020北京八中高三下检测)下列四幅示意图所表示的实验中,能说明光具有粒子性的是 (　　)
2.(2021湖南长沙师大附中高二期末)下列说法中正确的是 (　　)
A.黑体辐射强度与波长有关,温度升高,各种波长的辐射都增加,且辐射强度的极大值向波长较长的方向移动,普朗克在对黑体辐射的研究时,提出了光子的假说
B.光电效应揭示了光的粒子性,而康普顿效应则反映了光的波动性
C.电子和其他微观粒子都具有波粒二象性
D.光波是一种概率波,光的波动性是由于光子之间的相互作用引起的,这是光子自身的固有性质
3.(2020安徽六校教育研究会高三第二次测试)用光子能量为5.0 eV的一束光照射阴极K,如图,当开关S断开时,发现电流表读数不为零。闭合开关,调节滑动变阻器,发现当电压表读数小于1.60 V时,电流表读数仍不为零;当电压表读数大于或等于1.60 V时,电流表读数为零,由此可知阴极材料的逸出功为 (　　)
A.1.6 eV B.2.2 eV C.3.0 eV D.3.4 eV
4.(2021河南高三三模)(多选)关于波粒二象性,下列说法正确的是 (　　)
A.光电效应证明了光具有粒子性
B.光的波长越长,其粒子性越显著;波长越短,其波动性越显著
C.不仅光子具有波粒二象性,一切运动的微粒都具有波粒二象性
D.电子绕原子核运动时只能在一定的轨道上运动,此时电子只有粒子性,没有波动性
5.(2021山东昌乐第一中学高三期末)根据光的波粒二象性可知,光与其他物体发生相互作用时表现出粒子性,波长为λ的光子能量为E=h,动量为p=,h为普朗克常量,c为光在真空中的传播速度。科研人员用强激光竖直向上照射一水平放置的小玻璃片,激光子全部被吸收,产生的“光压”把小玻璃片托在空中。若小玻璃片质量为m,重力加速度为g,则激光的发射功率为 (　　)
A.mgc B.mgc2 C.mc D.mc2
6.(2020吉林长春第六中学高三二模)用光照射某种金属,有光电子从金属表面逸出,如果光的频率不变,而减弱光的强度,则 (　　)
A.逸出的光电子数减少,光电子的最大初动能不变
B.逸出的光电子数减少,光电子的最大初动能减小
C.逸出的光电子数不变,光电子的最大初动能减小
D.光的强度减弱到某一数值,就没有光电子逸出了
7.(2020江苏扬州高三检测)在光电效应实验中,某实验小组用同种频率的单色光,先后照射锌和银的表面,都能产生光电效应。对这两个过程,下列四个物理量中,可能相同的是 (　　)
A.饱和光电流
B.遏止电压
C.光电子的最大初动能
D.逸出功
8.
(2020广东广州高三一模)在光电效应实验中得到光电子最大初动能Ekm与入射光频率ν的关系如图所示。普朗克常量、金属材料的逸出功分别为 (　　)
A.,b B., C.,b D.,
9.(2021河北石家庄二中高二期中)(多选)COVID-19引起的肺炎病人在进行CT诊断时,肺部影像呈白色(“白肺”),其物理原理是利用X射线穿透人体肺部进行扫描并呈现灰度不同的图像。X射线的穿透量受物质吸收程度的影响,吸收程度与物质的密度等因素有关。密度越小,吸收X射线的本领越弱,透过人体的量就越多,呈现的图片就越暗,如空气等。密度越大,吸收X射线的本领越强,透过人体的量就越少,呈现的图片为白色,如骨骼等。X射线被物质的吸收主要产生两种效应:光电效应和康普顿效应。依据以上信息判断,下列说法中,正确的是 (　　)
A.光电效应现象是爱因斯坦最先发现的
B.X射线光子被原子中的电子全部吸收从原子中飞出变为具有一定动能的光电子的现象,属于光电效应,说明X射线具有粒子性
C.光电效应中,X射线频率越高,从同种原子中飞出的光电子的最大初动能越大
D.X射线光子只被电子部分吸收,电子能量增大,光子被散射出去,散射光子波长变长,这说明光子既具有能量又具有动量,这属于康普顿效应,说明了X射线具有粒子性
10.(2020北京海淀首师附中高三下检测)从1907 年起,密立根就开始测量金属的遏止电压Uc (即图1所示的电路中电流表G的读数减小到零时加在电极K、A之间的反向电压)与入射光的频率ν,由此算出普朗克常量h ,并与普朗克根据黑体辐射得出的h 相比较,以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性。按照密立根的方法我们利用图示装置进行实验,得到了某金属的Uc-ν图像如图2所示。下列说法正确的是 (　　)
A.该金属的截止频率约为4.3× 1014 Hz
B.该金属的截止频率约为5.50× 1014 Hz
C.该图线的斜率为普朗克常量
D.该图线斜率为这种金属的逸出功
二、非选择题(共4小题,40分)
11.(2020江苏如皋中学检测)(4分)已知普朗克常量为h,真空中的光速为c。一静止的原子核放出一个波长为λ的光子,该光子的能量为　　　　,反冲核的质量为m,
则反冲核的物质波的波长为　　　　。
12.(2020山东济南中学高二阶段检测)(8分)德布罗意认为,任何一个运动着的物体,都有一种波与它对应,波长λ=,式中p是运动物体的动量,h是普朗克常量,且h=6.6×10-34 J·s。已知某种紫光的波长是440 nm,若将电子加速,使它的德布罗意波长是这种紫光波长的万分之一。
(1)求电子的动量的大小。
(2)试推导加速电压跟德布罗意波长的关系,并计算加速电压的大小。(电子质量m=9.1×10-31 kg,电子电荷量e=1.6×10-19 C)
13.(2021湖南长沙师大附中高二月考)(14分)如图所示为光电管产生的光电子进行比荷测定的原理装置图。光电管中两块平行金属板间距离为d,其中N为锌板,受紫外线照射后激发出不同方向的光电子。开关S闭合,电流表A有读数,若调节滑动变阻器R,逐渐增大极板间的电压,电流表读数逐渐减小,当电压表示数为U时,电流表读数恰好为零;断开S,在极板间加上垂直纸面的匀强磁场,当磁感应强度为B时,电流表读数也恰好为零。
(1)若所加紫外线的波长为λ,则金属锌的逸出功为多大 (已知普朗克常量为h,光速为c,电子的电荷量为e)
(2)求光电子的比荷为多大
14.(2020黑龙江哈尔滨师范大学附属中学高二下测试)(14分)如图是研究光电效应的实验电路和氢原子的能级示意图。现用等离子态的氢气(即电离态,n=∞)向低能级跃迁时所发出的光照射光电管的阴极K,测得电压表的示数是20 V。已知光电管阴极材料的逸出功是3.6 eV,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,结果均保留两位有效数字。求:(e=1.6×10-19 C,c=3×108 m/s)
(1)氢气发光的最短波长;
(2)该光电管阴极材料发生光电效应的极限波长;
(3)光电子到达阳极A的最大动能为多少。
答案全解全析
第6章　波粒二象性
本章达标检测
一、选择题
1.C　α粒子散射实验说明了原子的核式结构,故A错误;单色光的干涉实验说明光具有波动性,故B错误;光电效应说明光具有粒子性,故C正确;放射线在电场中偏转是根据带电粒子的偏转方向确定放射线的电性,故D错误。
2.C　根据黑体辐射的规律可知,随着温度的升高,相同波长的光辐射强度都会增加,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,故A错误;光电效应和康普顿效应都揭示了光的粒子性,故B错误;任何一个运动着的物体,小到电子、质子,大到行星、太阳,都有一种波与之对应,这种波称为物质波,故电子和其他微观粒子都具有波粒二象性,故C正确;波粒二象性是光的根本属性,与光子之间的相互作用无关,故D错误。故选C。
3.D　设用光子能量为5.0 eV的光照射时,光电子的最大初动能为Ekm,当反向电压达到U=1.60 V以后,电流表读数为零,说明具有最大初动能的光电子也到达不了阳极,因此Ekm=eU=1.60 eV。根据光电效应方程有Ekm=hν-W0,阴极材料的逸出功为W0=hν-Ekm=3.4 eV,故选D。
4.AC　光电效应证明了光具有粒子性,选项A正确;光的波长越长,其波动性越显著;波长越短,其粒子性越显著,选项B错误;不仅光子具有波粒二象性,一切运动的微粒都具有波粒二象性,选项C正确;一切运动的微粒都具有波粒二象性,电子绕原子核运动时,电子不只有粒子性,也有波动性,D错误。故选A、C。
5.A　由题得P=Nh(式中N为单位时间照射到玻璃片上的光子数),经过时间t,以入射的光子为研究对象,由动量定理得Ft=Nt,设F'为光对玻璃板的作用力,由牛顿第三定律得F=F',因为玻璃板静止,则有F'=mg,联立解得P=mgc,故选A。
6.A　根据光电效应方程Ekm=hν-W0得,光强不影响光电子的最大初动能,光电子的最大初动能与入射光的频率有关;光电效应的条件是入射光的频率大于极限频率,与光的强度无关;入射光的强度影响单位时间内发出光电子的数目,光的强度减弱,单位时间内发出光电子数目减少。故A正确,B、C、D错误。
7.A　饱和光电流和光的强度有关,这个实验可以通过控制光的强度来实现饱和光电流相同,A正确;不同的金属其逸出功是不同的,根据光电效应方程:Ek=hν-W,用同种频率的单色光,光子能量hν相同,光电子的最大初动能Ek不同,C、D错误;根据遏止电压和最大初动能关系U=可知,光电子的最大初动能不同,遏止电压也不同,B错误。
8.A　根据Ekm=hν-W0得纵轴截距的绝对值等于金属的逸出功,等于b,图线的斜率k==h,故A正确,B、C、D错误。
9.BCD　光电效应现象是赫兹最先发现的,故A错误;X射线光子被原子中的电子全部吸收从原子中飞出变为具有一定动能的光电子的现象,属于光电效应,说明X射线具有粒子性,故B正确;根据光电效应方程Ekm=hν-W0可知,光电效应中,X射线频率越高,从同种原子中飞出的光电子的最大初动能越大,故C正确;X射线光子只被电子部分吸收,电子能量增大,光子被散射出去,散射光子波长变长,这说明光子既具有能量又具有动量,这属于康普顿效应,说明了X射线具有粒子性,故D正确。故选B、C、D。
10.A　设金属的逸出功为W0,截止频率为νc,因此W0=hνc;光电子的最大初动能Ek与遏止电压Uc的关系是Ek=eUc,光电效应方程为Ek=hν-W0;联立两式可得Uc=ν-,因此图像的斜率为,C、D错误;当Uc=0可解得ν=νc=4.3×1014 Hz,即金属的截止频率约为4.3×1014 Hz,A正确,B错误。
二、非选择题
11.答案　h(2分)　λ (2分)
解析　该光子的能量为ε=hν=h,静止的原子核放出光子后,反冲核与光子组成的系统动量守恒,则p反=p光=
则反冲核的物质波波长λ反===λ
12.答案　(1)1.5×10-23 kg·m/s　(2)见解析　
解析　(1)由λ=得,电子的动量p== kg·m/s=1.5×10-23 kg·m/s(4分)
(2)电子在电场中加速,有
eU=mv2,U==≈773 V(4分)
13.答案　(1)-eU　(2)
解析　(1)设光电子的最大初动能为mv2,根据动能定理有
eU=mv2 ①(2分)
设紫外线的频率为ν,金属锌的逸出功为W,由爱因斯坦光电效应方程得
hν=mv2+W ②(2分)
光速与波长和频率的关系满足
c=λν ③(2分)
联立①②③解得
W=-eU ④(2分)
(2)当具有最大初动能的光电子平行于N板射出后恰好无法到达M板时,所有光电子均无法到达M板,电流表读数恰好为零,此时具有最大初动能的光电子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径为
r= ⑤(2分)
根据牛顿第二定律得
eBv=m ⑥(2分)
联立①⑤⑥可得
= (2分)
14.答案　(1)9.1×10-8 m　(2)3.5×10-7 m　(3)30 eV
解析　(1)从n=∞跃迁至基态,释放光子的能量为
hνmax=0-(-13.6 eV)=13.6 eV(2分)
根据c=λν可知最短波长为
λmin== m≈9.1×10-8 m(2分)
(2)极限频率满足hνc=h=W0 (2分)
解得极限波长λc== m≈3.5×10-7 m(2分)
(3)根据光电效应方程可知光电子从阴极K中逸出时最大初动能为Ekm=hνmax-W0=13.6 eV-3.6 eV=10 eV(3分)
根据能量守恒定律可知光电子到达阳极A的最大动能为Ek=eU+Ekm=20 eV+10 eV=30 eV(3分)