第六章 波粒二象性 单元测试（word版含答案）

第六章、波粒二象性
一、选择题（共16题）
1．太阳帆（英文名：Solar sails）是利用太阳光的光压进行宇宙航行的一种航天器。科学家设想未来的宇航事业中，可以在没有空气阻力存在的太空利用太阳帆，为星际飞船提供加速度。假设该飞船所在地，太阳光垂直射到太阳帆上，太阳光子会连续撞击太阳帆并以原速率反射。若太阳帆面积为S，每秒钟每单位面积接收到的光子数为n，光子的平均波长为。飞船总质量为m，光速为c。则下列说法中正确的是（　　）
A．每个光子被反射前后动量的变化量为
B．飞船加速度的大小为
C．飞船加速度的大小为
D．每秒钟太阳帆接收到的光子所具有的总平均能量为
2．让电子束通过电场加速后，照射到金属晶格（大小约10-10m）上，可得到电子的衍射图样，如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．电子衍射图样说明了电子具有粒子性
B．加速电压越大，电子的物质波波长越小
C．电子物质波波长比可见光波长更长
D．动量相等的质子和电子，对应的物质波波长不相等
3．人类对光的本性的认识经历了曲折的过程．下列关于光的本性的陈述不符合科学规律或历史事实的是( )
A．牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的．
B．光的双缝干涉实验显示了光具有波动性．
C．麦克斯韦预言了光是一种电磁波．
D．光具有波粒二象性．
4．下列说法中正确的是（　　）
A．电磁波和机械波的本质是一样的，都能发生干涉和衍射现象
B．只要增大入射光强度，就一定能发生光电效应
C．如果能发生光电效应，只增大入射光强度，单位时间内逸出的光电子数目不变
D．光的干涉现象中，干涉亮条纹部分是光子到达几率大的地方
5．下列说法正确的是
A．光电效应揭示了光的粒子性，康普顿效应揭示了光的波动性
B．玻尔原子理论提出了定态和跃迁的概念，能解释氦原子的光谱现象
C．Th(钍核)经过6次α衰变和4次β衰变后变成Pb(铅核)
D．大量氢原子处在n=4的能级，最多可能辐射5种不同频率的光子
6．在光电效应实验中，用光照射光电管阴极，发生了光电效应．如果仅减小光的强度而频率保持不变，下列说法正确的是
A．光电效应现象消失 B．金属的逸出功减小
C．光电子的最大初动能变小 D．光电流减小
7．已知可见光的光子能量范围约为，氢原子能级图如图所示，大量处在能级的氢原子向低能级跃迁时，下列说法中正确的是（　　）
A．会辐射出三种频率的光
B．向能级跃迁时，辐射的光的波长最短
C．向能级跃迁时，辐射的光会具有显著的热效应
D．向能级跃迁时，辐射的光能使逸出功为的铝发生光电效应
8．额温枪是常态化疫情防控的重要设备之一，其工作原理是：人体发出的红外光射入枪内的温度传感器，发生光电效应，显示出人体的温度。已知正常的人辐射的红外光波长为10μm，该红外光照射光电管的阴极K时，电路中有光电流，如图甲所示，得到的电流随电压变化图像如图乙所示。已知h=6.63×10-34J·s，e=1.6×10-19C，则下列说法正确的是（　　）
A．波长10μm的红外光的频率为3×1014Hz
B．将甲图中的电源反接，一定不会产生光电流
C．该光电管阴极金属的逸出功约为0.1 eV
D．若人体温度升高，电路中的饱和光电流减小
9．某金属被光照射后产生了光电效应现象，测得光电子的最大初动能与入射光频率之间的关系如图所示，已知为普朗克常量，电子的电荷量的绝对值为，则当入射光频率为时，其遏止电压为（　　）
A． B． C． D．
10．某种金属板M受到一束紫外线照射时会不停地发射电子，射出的电子具有不同的运动方向，速度大小也不相同。如图所示，在M旁放置一个金属网N，在M、N之间加电压U，调节电压U的大小观察电流表中的电流大小，则下列说法正确的是（　　）
A．U增大，电流表的读数也增大
B．加上某一电压U0时电流表的读数可能为零
C．所有电子从M板到金属网N均做匀减速直线运动
D．将电源的正负极反向时电流表的读数可能为零
11．下列说法错误的是（　　）
A．光的频率越低，粒子性越显著
B．光波不同于宏观概念中的那种连续的波，它是表明大量光子运动规律的一种概率波
C．物质波理论告诉我们，任何运动的微观粒子都具有波粒二象性
D．在光的单缝衍射实验中，狭缝变窄，光子动量的不确定量变大
12．下列四幅图涉及到不同的物理知识，其中说法正确的是（　　）
A．图1是用来加速带电粒子的回旋加速器的示意图，要想粒子获得的最大动能增大，增加电压U即可
B．图2：用质子轰击铀核使其发生裂变反应，能放出巨大的能量
C．图3说明光子既有粒子性也有波动性
D．戴维孙和汤姆孙利用图4证明了电子具有波动性
13．某创新实验小组为研究电子在平行金属板间运动的规律，设计了如图所示的实验：让一束频率为v的单色光照射某碱金属，电子通过速度选择器后，使具有最大初动能的电子沿中轴线水平射入水平放置的平行板电容器A、B极板之间，发现光电子恰能从B极板的右边缘飞出。已知平行板电容器的电容为C，带电荷量为Q，极板长为L、间距为d，普朗克常量为h，电子的电荷量为e，不计电子重力和电子间的相互作用，整个装置放在真空中。则以下说法中正确的是
A．增加单色光的照射强度，则光电子不能从电容器中飞出
B．将A极板向下移动少许，则光电子不能从电容器中飞出
C．光电子的最大初动能为
D．该碱金属的逸出功为
14．如图所示，水面下的光源S向水面A点发射一束光线，反射光线为c，折射光线分成a、b两束，则（　　）
A．水对光折射率小于水对光折射率；在水中a光的速度比b光的速度大
B．用同一双缝干涉实验装置分别以a、b光做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距
C．若保持入射点A位置不变，将入射光线顺时针旋转，则从水面上方观察，a光先消失
D．用光照射某金属产生光电效应，则用光照射该金属一定能产生光电效应
15．下列说法中正确的是
A．α粒子散射实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据
B．根据玻尔理论，氢原子辐射出一个光子后，氢原子的电势能增大
C．在光电效应的实验中，入射光的强度增大，光电子的最大初动能也增大
D． 的半衰期是5天，12 g经过15天衰变后剩余的质量为1.5 g
16．1927年，戴维孙和汤姆孙分别完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一、如图甲所示是该实验装置的简化图，如图乙所示为电子束的衍射图样，下列说法正确的是（　　）
A．亮条纹是电子到达概率大的地方 B．该实验说明物质波理论是正确的
C．该实验再次说明光子具有波动性 D．该实验说明实物粒子具有波动性
二、填空题
17．电子、质子、原子等粒子和光一样，也具有_______。
18．按照玻尔原子理论，氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量 __________ (选填“越大”或“越小”)。已知氢原子的基态能量为E1(E1<0)，电子质量为m，基态氢原子中的电子吸收一频率为γ的光子被电离后，电子速度大小为 ___________ (普朗克常量为h )。
19．某光电管的阴极K用截止频率为的金属钠制成，光电管阳极和阴极之间的正向电压为，普朗克常量为，电子的电荷量为．用频率为的紫外线照射阴极，有光电子逸出，光电子到达阳极的最大动能是_________；若在光电管阳极和阴极之间加反向电压，要使光电子都不能到达阳极，反向电压至少为______________．
20．在某次光电效应实验中，分别用频率为和两种光得到的遏止电压Uc1和Uc2，电子电荷量为-e，已知>，则Uc1____Uc2（填“>”或“<”）．普朗克常量可表示为_______．
三、综合题
21．光的干涉和衍射现象说明光具有波动性。爱因斯坦的光电效应理论和康普顿效应理论表明，光在某些方面确实也会表现得像是由一些粒子（即一个个有确定能量和动量的“光子”）组成的。人们意识到，光既具有波动性，又具有粒子性。（c为光速，h为普朗克常量）我们在磁场中学习过磁通量，其实在物理学中有很多通量的概念，比如电通量、光通量、辐射通量等等。辐射通量表示单位时间内通过某一截面的辐射能，其单位为J/s。
(1)光子具有能量。一束波长为λ的光垂直照射在面积为S的黑色纸片上，其辐射通量为φc，且全部被黑纸片吸收，求该束光单位体积内的光子数n；
(2)光子具有动量。当光照射到物体表面上时，不论光被物体吸收还是被物体表面反射，光子的动量都会发生改变，因而对物体表面产生一种压力。求上一问中的光对黑纸片产生的压力大小，并判断若将黑纸片换成等大的白纸片，该束光对白纸片的压力有何变化。
22．已知铯的逸出功为，现用波长为的入射光照射金属铯。（普朗克常量，元电荷，电子的质量为）
（1）能否发生光电效应？
（2）若能发生光电效应，则光电子的德布罗意波长最短为多少？
23．实验表明，一些金属受到紫外线照射时会有电子射出。如图1所示，真空中一对平行金属板A和B正对放置，用紫外线持续照射A板时，A板持续射出速度大小不同的电子，且电子的最大速度为定值。为了简化问题，假设射出的电子都垂直于A板向B板运动，忽略电子之间的相互作用以及电子所受的重力。电子的电荷量为e、将两金属板、电压可调的电源、灵敏电流计连接成如图2所示的电路，A板接电源正极，B板接电源负极。逐渐增大两板间的电压，发现电流计示数会随着电压的增大而减小，当电压为U0时电流计示数刚好为零。
（1）求从A板射出的电子具有的最大动能；
（2）有同学认为，断开开关，将B板向左平移一段距离，使其靠近A板后，维持电压U0不变，再次闭合开关，则电路中将再次出现电流。你认为这种说法是否正确，请说明理由。
24．研究光电效应的规律实验的原理图如图（a）所示，按图（a）所示的电路将图（b）中实物连线．
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
【详解】
A．每个光子被反射前后动量的变化量为
选项A错误；
BC．对飞船由动量定理
解得飞船加速度的大小为
选项B正确，C错误；
D．每秒钟太阳帆接收到的光子所具有的总平均能量为
选项D错误。
故选B。
2．B
【详解】
A．电子衍射图样说明了电子具有波动性，故A错误；
B．根据
，
解得
加速电压越大，电子的物质波波长越小，故B正确；
C．电子是实物粒子，其动量更大，根据可知电子物质波波长比可见光波长更短，故C错误；
D．根据可知动量相等的质子和电子，对应的物质波波长也相等，故D错误。
故选B。
3．A
【详解】
试题分析：牛顿的“微粒说”认为光子是一个个实物粒子，爱因斯坦的“光子说”认为光子是一份份能量，两者有本质上的区别，所以A项正确；干涉现象和衍射现象都能显示光的波动性，所以B项错误；麦克斯韦预言了光是一种电磁波，赫兹用实验证实了预言，所以C项错误；现代物理认为光具有波粒二象性，所以D项错误．
4．D
【详解】
A．电磁波传播不需要介质，机械波传播需要介质，则电磁波和机械波的本质是不一样的，但是都能发生干涉和衍射现象，所以A错误；
B．只要增大入射光强度，不一定能发生光电效应，因为发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，则与入射光的强度无关，所以B错误；
C．如果能发生光电效应，只增大入射光强度，单位时间内逸出的光电子数目增大，所以C错误；
D．光的干涉现象中，干涉亮条纹部分是光子到达几率大的地方，所以D正确；
故选D。
5．C
【详解】
爱因斯坦提出光子假说，认为光子是一份一份能量，即，从而建立的光电效应方程：，很好地解释了光电效应现象；康普顿效应也是揭示了光的粒子性，即光子和石墨中的电子发生相互作用后，光子的频率减小，且运动方向发生改变，满足动量守恒和能量守恒，故A错误；玻尔提出的氢原子能级结构模型，利用定态概念和能级跃迁的规律，只能很好地解释氢原子光谱，但是无法解释氦原子的光谱现象，故B错误；钍核质量数为232，铅核质量数为208，则a衰变次数为，β衰变次数为y： 解得y=4次，故C正确；大量氢原子从n=4向低能级跃迁，最多产生6种不同频率的光子，故D错误；故选C．
6．D
【详解】
试题分析：光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，能否发生光电效应，与入射光的强度无关，与光照时间也无关，当发生光电效应时，减小入射光的强度，则光电流会减小，D正确．
7．C
【详解】
A．大量处在能级的氢原子向低能级跃迁时，能辐射出不同频率的光子数为
A错误；
B．由
可知，向能级跃迁时，辐射的光子频率最低，波长最长，B错误；
C．向能级跃迁时，辐射的光子能量为，小于红光，故波长大于红光，属于红外线，具有显著的热效应，C正确；
D．向能级跃迁时，辐射的光子能量小于逸出功，故无法使铝发生光电效应，D错误。
故选C。
8．C
【详解】
A．波长10μm的红外光的频率
故A错误；
B．根据图乙可知，遏止电压为0.02V，如果将甲图中的电源反接，但电源电压小于0.02V，则仍产生光电流，故B错误；
C．根据光电效应方程
可得
故C正确；
D．若人体温度升高，则辐射的红外线的强度增大，光电管转换成的光电流增大，故D错误。
故选C。
9．C
【详解】
由光电效应方程
由图可知，当时，则有
故当时，光电子的最大初动能为
又
则遏止电压为
故选C。
10．B
【详解】
ABC．由于电子受静电力方 向水平向左，与电子速度方向间的夹角为钝角(当电子的速度方向沿金属板M板面方向时，静电力方向与电子速度方向间的夹角为直角，该方向射出的电子是不会在两板间运动)，故电子在两板间均做减速运动，但不是匀减速直线运动，故C错误；根据动能定理
U增大，到达N极板电子数减少，电流表的读数减小，故A错误；当时电流表中就没有电流，即电子到达N板的速度恰好为0，故B正确；
D．将电源的正负极反向时，使光电子加速，电流表的读数不可能为零，故D错误。
故选B。
11．A
【详解】
A．在光的波粒二象性中，频率越大的光，光子的能量越大，粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著，故A符合题意；
B．光波不同于宏观概念中的波，它是一种概率波，所以B不符合题意；
C．任何运动的微观粒子都对应一定的波长，都极有波粒二象性，所以C不符合题意；
D．在光的单缝衍射实验中，狭缝变窄，位置不确定量变小，由，则光子动量的不确定量变大，所以D不符合题意。
故选A。
12．D
【详解】
A．根据公式
得
最大动能为
最大动能与加速电压无关，故A错误；
B．用中子轰击铀核使其发生裂变反应，能放出巨大的能量，故B错误；
C．图3说明光子既有能量又有动量，故C错误；
D． 戴维孙和汤姆孙利用图4的电子束衍射实验，证明了电子具有波动性，故D正确。
故选D。
13．D
【详解】
A．增加单色光的照射强度，则逸出的光电子的最大初动能不变，则光电子仍能从电容器中飞出，选项A错误；
B．根据
可得
则将A极板向下移动少许，则两板间的场强不变，则光电子仍能从电容器中飞出，选项B错误；
C．光电子恰能从B极板的右边缘飞出，则
解得
选项C错误；
D．根据光电效应方程
解得
选项D正确。
故选D。
14．ABD
【详解】
A．据折射定律及光路可逆分析，在折射角r相同的情况下，a光入射角i较小，折射率n较小，据可知，在水中a光的速度较大，A正确；
B．由A的分析可知，a光波长较大，用同一双缝干涉实验装置分别以a、b光做实验，据可知，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距，B正确；
C．据可知，b光的临界角C较小，若保持入射点A位置不变，将入射光线顺时针旋转，b光入射角先达到临界角，发生全反射，从水面上方观察，b光先消失，C错误；
D．由可知，a光频率较低，用光照射某金属产生光电效应，b光频率较高，则用光照射该金属一定能产生光电效应，D正确。
故选ABD。
15．AD
【详解】
A. α粒子散射实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据，故A正确；
B. 根据玻尔理论可知，结合，可知，氢原子辐射出一个光子后，核外电子的运动速度增大，即动能增大，则氢原子的电势能减小，故B错误；
C. 在光电效应的实验中，入射光的强度增大，频率不变，光电子的最大初动能不变，C错误；
D. 12g 经过15天后，发生了三次衰变，根据，则还有1.5g未衰变，故D正确；
故选AD.．
16．ABD
【详解】
BCD．电子属于实物粒子，电子衍射实验说明电子具有波动性，说明物质波理论是正确的，与光的波动性无关，B、D正确，C错误；
A．物质波也是概率波，亮条纹是电子到达概率大的地方，A正确。
故选ABD。
17．波粒二象性
【详解】
略
18． 越大
【详解】
按照玻尔原子理论，氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能级越高，能量越大。
由能量关系
解得
19．
【详解】
根据光电效应方程得，最大初动能为：Ekm=hv hv0.
根据动能定理得：eU=EK Ekm
解得：Ek=h(ν ν0)+eU.
根据动能定理得： eU=0 Ekm
解得反向电压为：U=h(ν ν0)/e
20． >
【详解】
根据光电效应方程得
则
根据
可知
联立两式解得．
21．(1)；(2)光对黑纸片产生的压力大小为，该束光对白纸片的压力变大
【详解】
(1)一个光子的能量为
光速
得
该束光单位体积内的光子数为n，则在t时间内的光子数
则该束光的辐射能
由辐射通量的定义知
所以
(2)单位时间内通过某一截面的辐射能为，光故单位时间内这些光子的动量为
黑纸片可以将光完全吸收，由
得到黑纸片对这束光的作用力大小为
由牛顿第三定律可知光对黑纸片的作用力大小为；如果换成等大的白纸片，则会发射一部分光，使得光的动量的变化量增大，作用力变大。
22．（1）能；（2）
【详解】
（1）因为入射光子的能量
所以能发生光电效应。
（2）根据光电效应方程可得光电子的最大初动能
而光电子的最大动量为
则光电子的德布罗意波长的最小值为
23．（1）eU0；（2）不正确，理由见解析
【详解】
（1）以具有最大动能的电子为研究对象，当其速度减小到0时，电子恰好运动到接近B板，设其最大动能为Ekm，根据动能定理得
-eU0=0-Ekm
解得
Ekm=eU0
（2）这种说法不正确。理由是：电子的最大速度为定值，电子的最大动能也是定值，以具有最大动能的电子为研究对象，当移动B板后，设当电压为U时其速度减小到0，根据动能定理得
-eU=0-Ekm
结合上一问的结果，解得
U=U0
即电子也是恰好运动到接近B板速度减为0，故仍然没有电流。
24．见解析
【解析】
试题分析: 实物图连线．
答案第1页，共2页