第一节 光电效应
建议用时
实际用时
满分
实际得分
90分钟
100分
一、选择题（本题包括10小题，每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的有多个选项正确，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不选的得0分，共40分）
1.在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图1所示，这时（ ）
图1
A.锌板带正电，指针带负电?
B.锌板带正电，指针带正电?
C.锌板带负电，指针带正电?
D.锌板带负电，指针带负电
2.（上海物理）光电效应的实验结论是：对于某种金属（ ）?
A.无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应
B.无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应
C.超过极限频率的入射光强度越弱，产生的光电子的最大初动能就越小
D.超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大
3.在X射线管中,由阴极发射的电子被加速后打到阳极,会产生包括X光在内的各种能量的光子,其中光子能量的最大值等于电子的动能.已知阳极与阴极之间的电势差、普朗克常量、电子电荷量和光速，则可知该X射线管发出的X光的（ ）
A.最短波长为 B.最长波长为?
C.最小频率为 D.最大频率为
4. (重庆理综)真空中有一平行板电容器，两极板分别由铂和钾（其极限波长分别为和）制成，极板面积为，间距为.现用波长为 (＜＜)的单色光持续照射两板内表面，则电容器的最终带电荷量正比于（ ）?
A. B.?
C. D.
5.入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么（ ）
A.从光照到金属表面上到发射出光电子之间的 时间间隔将明显增加?
B.逸出的光电子的最大初动能将减小?
C.单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减小?
D.有可能不发生光电效应
6.下列对光子的认识，正确的是（ ）?
A.光子说中的光子就是牛顿在微粒说中所说的光电子?
B.光子说中的光子就是光电效应中的光电子?
C.在空间传播中的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光的能量子，简称光子
D.光子的能量跟光的频率成正比
7.对光电效应的解释正确的是（ ）?
A.金属内的每一个电子都要吸收一个或一个以上的光子，当它积累的能量足够大时，就能逸出金属
B.如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所做的最小功，便不能发生光电效应
C.发生光电效应时，入射光越强，光子能量就越大，光电子的初动能就越大
D.由于不同金属的逸出功是不同的，因此使不同金属产生光电效应的入射光最低频率也不同
8.用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应,可得到光电子最大初动能随入射光频率变化的图.已知钨的逸出功是3.28 eV,锌的逸出功是3.34 eV,若将二者的图线画在同一个坐标图中,用实线表示钨，虚线表示锌,则正确反映这一过程的图象是图2所示中的( )?
图2
9.关于光电效应，下列说法正确的是（ ）
A.极限频率越大的金属材料逸出功越大?
B.只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应?
C.从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小?
D.入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多
10.(江苏高考)研究光电效应规律的实验装置如图3所示，以频率为的光照射光电管阴极时，有光电子产生.由于光电管间加的是反向电压，光电子从阴极发射后将向阳极 图3
做减速运动.光电流由图中电流计G测出，反向电压由电压表测出.当电流计的示数恰好为零时，电压表的示数称为反向截止电压.图4表示光电效应实验规律的图象中，错误的是（ ）?
图4
二、填空题（本题共2小题，每小题6分，共12分.请将正确的答案填到横线上）
11.在伦琴射线管两极间加6.63×104 V的电压，设从阴极发出的电子的初速度为零，加速到达阳极时具有的动能的10%变为伦琴射线的光子的能量，普朗克常量为6.63×10-34 J·s，电子电荷量为1.6×10-19 C，伦琴射线的波长为 .
12. (上海物理)如图5所示，用导线将验电器与洁净锌板连接，触摸锌板使验电器指示归零，用紫外线照射锌板，验电器指针发生明显偏转，接着用毛皮摩擦过的橡胶棒接触锌板，发现验电器指针张角减小，此现象说明锌板带 电（选填“正”或“负”）；若改用红外线重复以上实验，结果发现验电器指针根本不会偏转，说明金属锌的极限频率 红外线的频率（选填“大于”或“小于”）.
图5
三、计算与简答题（本题共4小题，共48分.解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，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）
13.（8分）光具有波动性已被人们所接受,光具有能量,光的能量是连续的还是分立的? 光是否也具有粒子性呢?
14.（13分）已知金属铯的极限波长为0.66μm.用0.50μm的光照射铯金属表面发射光电子的最大初动能为多少焦耳?铯金属的逸出功为多少焦耳????
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[来源:21世纪教育网]
15.（13分）一束频率为5×1014 Hz的黄光，以60°的入射角从真空中射入玻璃，其折射角为30°，求黄光在玻璃中的速度、波长和每个光子的能量.
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16.（14分）在半径=10 m的球壳中心有一盏功率为=40 W的钠光灯（可视为点光源），发出的钠黄光的波长为＝0.59μm，已知普朗克常量＝6.63×10-34J·s，真空中光速=3×108 m/s.试求每秒钟穿过=1 cm2球壳表面的光子数目.
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第一节 光电效应 答题纸
得分： [来源:21世纪教育网]
一、选择题
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
答案
二、填空题
11． 12.
三、计算与简答题
13
14.
15
16.
第一节 光电效应 参考答案
一、选择题
1.B 解析：本题应从光电效应、验电器原理来考虑解答.锌板原来不带电，验电器的指针发生了偏转，说明锌板在弧光灯的照射下发生了光电效应，发生光电效应时，锌板向空气中发射电子，所以锌板带正电，验电器指针亦带正电，故B对.
2. AD 解析：能不能发生光电效应，取决于灯光的频率是不是大于极限频率与灯光的强度无关，A对，B错；由知，灯光频率越大，光电子的最大初动能就越大，与灯光的强度无关，C错.D对.
3. D 解析：电子被电场加速获得的动能为.产生光子能量的最大值故光子频率的最大值为.光子波长的最小值为,选项D正确.
4.D 解析：由可知.从金属板钾中打出的光电子的最大初动能,当时极板上带电荷量最多，联立可知D项正确.
5.C 解析：发生光电效应几乎是瞬间的，所以选项A错误.入射光强度减弱，说明单位时间内入射光子数减少；频率不变，说明光子能量不变，逸出的光电子最大初动能也就不变，选项B也是错误的.入射光子数目减少，逸出的光电子数目也减少，可见选项C正确.入射光照射到某金属上发生光电效应，说明入射光频率大于这种金属的极限频率，一定能发生光电效应，故选项D错误.
6. CD 解析：根据光子说，在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光的能量子，简称光子，而牛顿的“微粒说”中的微粒指的是宏观世界的微小颗粒，光电效应中的光电子指的是金属内的电子吸收光子后克服原子核的库仑引力等束缚，逸出金属表面，称为光电子，故A、B选项错误而C选项正确.由知光子能量与其频率成正比，故D选项正确.
7.BD 解析：按照爱因斯坦光子说，光子的能量是由光的频率决定的，与光强无关.入射光的频率越大，发生光电效应时产生的光电子的最大初动能越大，但要使电子离开金属，需使电子吸收一个光子，因此只要光子的频率低，即使照射时间足够长，也不会发生光电效应.从金属中逸出时，只有在金属表面向外逸出的电子克服原子核的引力所做的功最小，这个功称为逸出功，不同金属逸出功不同.故正确选项为B、D.?
8. A 解析：根据爱因斯坦光电效应方程=.?
设极限频率为则，.
9. A 解析：由爱因斯坦光电效应方程可知，所以极限频率越大，逸出功越大，A正确；低于极限频率的光无论强度多大，照射时间多长，都不可能产生光电效应，B错误；光电子的最大初动能还与照射光子的频率有关，C错误；单位时间内逸出光电子个数与光强成正比，与频率无关，D错误.
10. B 解析：A选项，反向电压和频率一定时，发生光电效应产生的光电子数与光强成正比，则单位时间到达阴极的光电子数与光强也成正比，故光电流与光强成正比，A正确.
B选项，由动能定理，?,又因所以，可知截止电压与频率是线性关系，不是正比关系，故B错误.??
C选项，光强与频率一定时，光电流随反向电压的增大而减小，又据光电子动能大小的分布概率及发出后的方向性可知C正确.?
D选项，由光电效应知金属中的电子对光子的吸收是十分迅速的,时间小于10-9 s,10-9 s后，光强和频率一定时，光电流恒定，故D正确.
二、填空题
11. 1.875×10-10 m
解析：电子在伦琴射线管中加速到阳极所获得的动能?
伦琴射线光子的能量?
光子的波长 m m.
12.正 大于 解析：紫外线照射锌板后，与锌板相连的验电器指针发生明显偏转，可知锌板带电.毛皮摩擦过的橡胶棒带负电，因此橡胶棒与锌板接触，验电器指针张角变小，说明锌板上的电荷与橡胶棒上的电荷电性相反，由此可判断锌板带正电.金属要发生光电效应，入射光的频率必须大于金属的极限频率，本题中红外线照射锌板.验电器指针不偏转，说明没发生光电效应.因此可判断锌的极限频率大于红外线的频率.
三、计算与简答题
13.解析：光的能量是分立的，具有量子化特点，光具有粒子性
14. 9.6×10-20J 3.0×10-19 J
解析：光波的波长越小,频率就越大,光子的能量就越大,反之光子能量就越小.当光子能量等于逸出功时波长最长,所以=6.63×10-34× J≈3.0×10-19 J.由爱因斯坦光电效应方程?
所以J≈9.6×10-20 J.
15. =1.732×108 m/s λ=3.5×10-7 m =3.3×10-19 J
16. 9.4×1012 个 解析：钠黄光的频率 Hz=5.1×1014 Hz?
则一个光子的能量?
=6. 63×10-34×5.1×1014 J=3.4×10-19 J?
又钠黄灯在=1 s内发出光能?
40×1 J＝40 J?
那么在=1 s内穿过球壳=1 cm2的光子能量?
J?
则每秒钟穿过该球壳1 cm2面积的光子数?
（个）.?
第三节 实物粒子的波粒二象性
建议用时
实际用时
满分
实际得分
90分钟
100分
一、选择题（本题包括10小题，每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的有多个选项正确，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不选的得0分，共40分）
1.电子显微镜的最高分辨率高达0.2 nm，如果有人制造出质子显微镜，在加速到相同的速度情况下，质子显微镜的最高分辨率将（ ）?
A.小于0.2 nm?
B.大于0.2 nm?
C.等于0.2 nm?
D.以上说法均不正确
2.下列说法中正确的是（ ）?
A.物质波属于机械波
B.只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性?
C.德布罗意认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波和它对应，这种波叫物质波?
D.宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性
3.关于物质波，以下说法正确的是（ ）
A.任何运动物体都具有波动性
B.湖面上形成的水波就是物质波
C.通常情况下，质子比电子的波长长
D.核外电子绕核运动时，并没有确定的轨道
4.关于物质波，下列认识错误的是（ ）
A.任何运动的物体（质点）都伴随一种波，这种波叫物质波
B. X射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的
C.电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的
D.宏观物体尽管可以看做物质波，但它们不具有干涉、衍射等现象
5.下列关于不确定关系说法正确的是（ ）
A.只对微观粒子适用
B.只对宏观粒子适用
C.对微观和宏观粒子都适用
D.对微观和宏观粒子都不适用
6.有中子衍射技术中，常用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波波长与晶体中原子间距比较接近。已知中子质量为1.67×10-27 kg，普朗克常量为6.63×10-34 J?s，则可以估算出德布罗意波波长为1.82×10-10 m的热中子动能的数量级为 ( )
A.10-17 J B.10-19 J
C.10-21 J D.10-24 J
7.由不确定性关系可以得出的结论是（ ）?
A.如果动量的不确定范围越小，则与它对应坐标的不确定范围就越大?
B.如果位置坐标的不确定范围越小，则动量的不确定范围就越大?
C.动量和位置坐标的不确定范围之间的关系不是反比例函数?
D.动量和位置坐标的不确定范围之间有唯一确定的关系
8.下述说法正确的是（ ）?
A.宏观物体的动量和位置可准确测定?
B.微观粒子的动量和位置可准确测定?
C.微观粒子的动量和位置不可同时准确测定?
D.宏观粒子的动量和位置不可同时准确测定
9.关于不确定性关系≥有以下几种理解，正确的是（ ）
A.微观粒子的动量不可确定
B.微观粒子的位置不可确定
C.微观粒子的动量和位置不可同时确定
D.不确定性关系不仅适用于电子和光子等微观粒子，也适于宏观物体
10.光通过单缝所发生的现象，用位置和动量的不确定性关系的观点加以解释，正确的是（ ）?
A.单缝宽，光是沿直线传播，这是因为单缝宽，位置不确定量大，动量不确定量小，可以忽略
B.当能发生衍射现象时，动量不确定量就不能忽略21世纪教育网
C.单缝越窄，中央亮纹越宽，是因为位置不确定量小，动量不确定量大的缘故
D.以上解释都是不对的
二、填空题（本题共2小题，每小题6分，共12分.请将正确的答案填到横线上）
11.电子经电势差为=200 V的电场加速，在的情况下，此电子的德布罗意波长为 .?
12.一辆摩托车以20 m/s的速度向墙冲去，车身和人共重100 kg,则车撞墙时的不确定范围是 .
三、计算题（本题共4小题，共48分.解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，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）
12.（11分）一质量为10 g的子弹从直径为0.5 cm的枪口射出，求子弹射出枪口时其横向速度的不确定量。
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13.（11分）电子的质量为=9.1×10-31 kg，测定其速度的不确定量为2×10-6 m/s.求其位置的不确定量. =5.3×10-35 J·s
15.（13分）根据光子说光子的能量,我们还知道物体能量,频率=5×1014 Hz的光子具有的动量是多少？一电子的动量与该光子相同，该电子的运动速度是多少？该电子物质波的波长是多少？
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16.（13分）质量为10 g ，速度为300 m/s在空中飞行的子弹，其德布罗意波波长是多少？为什么我们无法观察出其波动性？如果能够用特殊的方法观察子弹的波动性，我们是否能够看到子弹上下或左右颤动着前进，在空间中描绘出正弦曲线或其周期性曲线？为什么？
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第三节 实物粒子的波粒二象性 答题纸
得分：
一、选择题
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
答案
二、填空题
11. 12.
三、计算题
13.
14.
15.
16.
第三节 实物粒子的波粒二象性 参考答案
一、选择题
1. A 解析：显微镜的分辨能力与波长有关,波长越短其分辨能力越强,由知,如果把质子加速到与电子相同的速度,质子的波长更短,分辨能力更高.
2.C?解析：实物粒子也具有波动性，这种与实物粒子相联系的波称为物质波，机械波是由于物体的振动在介质中传播形成的，物质波不是机械波，选项A错误；实物粒子也有波动性，故选项B错误； C.任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波和它对应，这种波叫物质波，选项C正确；宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，是因为宏观粒子的波长短，衍射或干涉现象不明显，选项D错误.
3.AD 解析：任何运动物体都具有波动性，A正确.湖面上形成的水波是机械波不是物质波，B错.电子的动量比质子的动量往往要小一些，由知，电子的德布罗意波长要长，C错.由于电子的波动性，核外电子绕核运动不可能有确定的轨道，D正确.
4.BD 解析：X射线衍射实验验证X射线是电磁波，B错误，宏观物体物质波也具有干涉、衍射现象，只不过现象不明显，D错误.?
5.A
6.D 解析：由不确定性关系得≥
由动量与动能的关系得
联立得≥ J=0.25 J.故选项D正确.
7. ABC
8. AC
9.CD 解析：不确定性关系≥表示确定位置、动量的精度互相制约，此长彼消，当粒子位置不确定性变小时，粒子动量的不确定性变大；粒子位置不确定性变大时，粒子动量的不确定性变小.故不能同时准确确定粒子的动量和坐标.不确定性关系也适用于其他宏观粒子，不过这些不确定量微乎其微.
10.ABC 解析：由不确定性关系可知选项A、B、C正确.
二、填空题21世纪教育网
11. 8.70×10-2 nm
解析：已知?
所以?
nm?
如=200 V，则= nm= nm=8.70×10-2 nm.?
12.≥2.64×10-38 m
解析：根据不确定关系≥得：≥ m=2.64×10-38 m.
三、计算题
13. 1.06×10-30 m/s
解析：由不确定性关系≥得，≥ m/s=1.06×10-30 m/s
14.29.1 m
解析：由不确定性关系得≥
由动量定义得
联立得≥ m=29.1 m.
15. 1.1×10-27 kg·m/s 1.2×103 m/s 6.0×10-7 m
解析：对光子，能量,动量,故得
kg·m/s
≈1.1×10-27 kg·m/s.
设电子质量为,速度为,动量为,则
依题知.
以上三式联立得到电子的速度大小为
m/s≈1.2×103 m/s.
电子物质波的波长
m≈6.0×10-7 m.
16.2.2×10-34 m 其他问题见解析
解析：根据德布罗意的观点，任何运动着的物体都有一种波和它对应，飞行的子弹必有一种波与之对应.由于子弹的德布罗意波波长极短，我们不能观察到其衍射现象.即使采用特殊方法观察，由于德布罗意波是一种概率波，仅是粒子在空间出现的概率遵从波动规律，而非粒子的曲线运动.由波长公式可得
m=2.21×10-34 m.
因子弹的德布罗意波波长太短，无法观察到其波动性.不会看到这种现象，因德布罗意波是一种概率波，粒子在空间出现的概率遵从波动规律，而非宏观的机械波，更不是粒子做曲线运动.
第二节 康普顿效应
建议用时
实际用时
满分
实际得分
90分钟
100分
一、选择题（本题包括12小题，每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的有多个选项正确，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不选的得0分，共72分）
1.有关光的本性的说法正确的是( )?
A.关于光的本性,牛顿提出了“微粒说”,惠更斯提出了“波动说”,爱因斯坦提出了“光子说”,它们都圆满地说明了光的本性
B.光具有波粒二象性是指:既可以把光看成宏观概念上的波,也可以看成微观概念上的粒子
C.光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性
D.在光的双缝干涉实验中，如果光通过双缝时显出波动性，如果光只通过一个缝时显出粒子性
2.下列说法正确的是（ ）?
A.光子和电子一样，都是实物粒子?
B.光子和电子都能发生衍射现象?
C.光子和电子均是微观实物粒子，均具有波粒二象性?
D.光子具有波粒二象性，电子只具有粒子性
3.下列现象中能说明光具有粒子性的是（ ）
A.光的色散和光的干涉?
B.光的干涉和衍射?
C.光的反射和光的折射?21世纪教育网
D.康普顿效应和光电效应
4.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=1.67×10-27 kg,普朗克常量=6.63×10-34 J·s,可以估算德布罗意波长=1.82×10-10 m的热中子动能的数量级为（ ）
A.10-17 J B.10-19 J?
C.10-21 J D.10-24 J
5.硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能.若有个频率为的光子打在光电池极板上，这些光子的总能量为（为普朗克常量）( )
A. B.?
C. D.
6.频率为的光子，具有的能量为，将这个光子打在处于静止状态的电子上，光子将偏离原来的运动方向，这种现象称为光的散射.散射后的光子（ ）?
A.虽改变原来的运动方向，但频率保持不变?
B.光子将从电子处获得能量，因而频率将增大?
C.散射后的光子运动方向将与电子运动方向在一条直线上，但方向相反?
D.由于电子受到碰撞，散射后的光子频率低于入射光的频率
7.下列说法中正确的是（ ）?
A.光的波粒二象性学说是牛顿的微粒说加惠更斯的波动说组成的?
B.光的波粒二象性彻底推翻了麦克斯韦的光的电磁说?
C.光子说并没有否定光的电磁说，在光子能量中，频率表示波的特征，表示粒子的特征?
D.光波不同于宏观观念中连续的波，它是表明大量光子运动规律的一种概率波
8.关于光的波动性与粒子性，以下说法不正确的是（ ）?
A.爱因斯坦的光子说否定了光的电磁说?
B.光电效应现象和康普顿效应说明了光的粒子性?
C.光波不同于机械波，它是一种概率波?
D.光的波动性和粒子性是相互矛盾的，无法统一
9.关于光的波粒二象性正确的说法是（ ）?
A.光的频率越高，光子的能量越大，粒子性越显著?
B.光的波长越长，光子的能量越小，波动性越显著?
C.频率高的光子不具有波动性，波长长的光子不具有粒子性?
D.个别光子产生的效果只体现为粒子性，大量光子产生的效果只体现为波动性
10.物理学家做了一个有趣的实验：
在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减弱光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝，实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只出现一些不规则的点；如果曝光时间足够长，底片上就出现了规则的干涉条纹.对这个实验结果有下列认识，其中正确的是（ ）?
A.曝光时间不长时，光的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的点子?
B.单个光子的运动没有确定的轨道?
C.干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方?
D.只有大量光子的行为才表现出波动性?
E.光的波动性不是光子之间的相互作用引起的
11.关于光的本性，下列说法正确的是（ ）?
A.光子说并没有否定光的电磁说?
B.光电效应现象反映了光的粒子性?
C.光的波粒二象性是综合了牛顿的微粒说和惠更斯的波动说得出来的?
D.大量光子产生的效果体现为粒子性，个别光子产生的效果体现为波动性?
12.下列有关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.大量光子的行为往往显示出粒子性
二、计算题（本题共2小题，共28分.解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，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）
13.（12分）已知人眼瞳孔的直径为，一秒钟进入瞳孔个波长为的光子时，就能引起视觉，若辐射功率为的点光源，能发出波长为的光，则此光源能被人眼看到的最大距离是多少？?
14.（16分）光具有波粒二象性，光子的能量，其中频率表示波的特征，在爱因斯坦提出光子说之后，法国物理学家德布罗意提出了光子动量与光波波长的关系.?
若某激光管以=60 W的功率发射波长=663 nm的光束，试根据上述理论计算：?
（1）该管在1 s内发射出多少个光子？?
（2）若光束全部被某黑体表面吸收，那么该黑体表面所受到光束对它的作用力为多大？????????
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第二节 康普顿效应 答题纸
得分：
一、选择题
题号
1
2
3
4
5
6
答案
题号
7
8
9
10
11
12
答案
二、计算题
13.
[来源:21世纪教育网]
14.
第二节 康普顿效应 参考答案
一、选择题
1. C 解析：牛顿主张的微粒说中的微粒与实物粒子一样,惠更斯主张的波动说中的波动与宏观机械波等同,这两种观点是相互对立的,都不能说明光的本性,所以A、B错误,C正确.在双缝干涉实验中,双缝干涉出现明暗均匀的条纹,单缝出现中央亮而宽、周围暗而窄的条纹,都说明光的波动性.当让光子一个一个地通过单缝时,曝光时间短时表现出粒子性,曝光时间长时显出波动性,因此D错误.
2. B 解析：光子不是实物粒子,微观粒子也具有波动性,故B项正确,A、C、D项错误.
3.D?解析：光的折射、光的干涉和衍射说明光具有波动性，光的色散、康普顿效应和光电效应说明光具有粒子性，光的反射即能体现光的波动性也能体现光的粒子性，故选项A、B、 C错误，选项D正确.
4. C 解析：据;
即,代入数据可得动能数量级为10-21 J,故C项正确.
5.C 解析：单个光子的能量为,所以个光子的总能量为.?
6.D 解析：根据碰撞的特点可知，光子与电子相互作用后，其中一部分能量转移给电子，而致使自身的能量减少，故频率减小，波长变长.?
7.CD 解析：牛顿的微粒说认为光是由物质微粒组成的，惠更斯的波动说认为光是机械波，都是从宏观现象中形成的观念，故都不准确.?
8.BC?
9.AB 解析：干涉、衍射现象表明光具有波动性，光电效应现象表明光具有粒子性，因此任何光波都具有波粒二象性，选项C错误.但波长越长，频率越低的光波，干涉和衍射越容易发生，波动性越显著；频率越高，光子的能量越大，越容易发生光电效应，粒子性越显著，故选项A、B正确.光具有波粒二象性，个别光子产生的效果粒子性较显著，大量光子产生的效果波动性较显著，而非只体现为粒子性或波动性，故D错.
10.BCDE 解析：光的波动性不是光子之间的相互作用引起的，而是光子自身固有的性质.?
11.AB 解析：光既有粒子性，又有波动性，但这两种特性并不是牛顿所支持的微粒说和惠更斯提出的波动说，它体现出的规律不再是宏观粒子和机械波所表现出的规律，而是自身体现的一种微观世界特有的规律.光子说和电磁说各自解释光特有的现象，两者构成一个统一的整体，而微粒说和波动说是相互对立的.?
12.C 解析：一切光都具有波粒二象性，光的有些行为（如干涉、衍射）表现出波动性，光的有些行为（如光电效应）表现出粒子性，所以，不能说有的光是波，有的光是粒子.虽然光子与电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，所以，不能说光子与电子是同样一种粒子.光的波粒二象性的理论和实验表明，大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性.光的波长越长，衍射性越明显，即波动性越显著；光的波长越短，其光子能量越大，个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应，所以其粒子性就越显著.
二、计算题
13.解：点光源发射的光子的能量为?
?
点光源每秒钟发射的光子数为?21世纪教育网
?
单位时间内，以点光源为球心，半径为的球面上单位面积上的光子数为（即是人眼到光源的最大距离）
?
从而应有 ?
解得.?
14.解：（1）设管在时间内发射出的光子数为，光子频率为，每个光子的能量,所以.且.?
解得?
个?
=2.0×1020 个.?
(2)在时间内激光管发射出的光子全部被黑体表面吸收，光子的末动量变为零，据题中信息可知，个光子的总动量.?
根据动量定理有,解得黑体表面对光子束的作用力为?
N=2.0×10-7 N.?
又根据牛顿第三定律，光子束对黑体表面的作用力21世纪教育网
2.0×10-7 N.?
第四节 “基本粒子”与恒星演化
建议用时
实际用时
满分
实际得分
90分钟
100分
一、选择题（本题包括10小题，每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的有多个选项正确，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不选的得0分，共40分）
1.下列说法中正确的是（ ）?
A.日前还未发现媒介子、轻子和夸克这三类粒子的内部结构?
B.自然界存在着能量守恒定律、动量守恒定律及电荷守恒定律，对基本粒子不适用?
C.反粒子与其对应的粒子相遇时，会发生湮灭现象
D.强子是参与强相互作用的粒子，质子是最早发现的强子?
2.为了探究宇宙起源，“阿尔法磁谱仪”（AMS）将在太空中寻找“反物质”.所谓“反物质”是由“反粒子”构成的.“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量，但电荷的符号相反,则反氢原子是（ ）
A.由1个带正电荷的质子和1个带负电荷的电子构成?
B.由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成?
C.由1个带负电荷的反质子和1个带负电荷的电子构成?
D.由1个不带电荷的中子和1个带正电荷的正电子构成?
3.目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成.u夸克带电荷量为,d夸克带电荷量为,为元电荷.下列论断可能正确的是（ ）?
A.质子由1个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成?
B.质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成?
C.质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成
D.质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和1个d夸克组成
4. 介子衰变的方程为→+，其中介子和介子带负的基元电荷，介子不带电荷，一个介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧，衰变后产生的介子的轨迹为圆弧，两轨迹在点相切，如图1所示.它们的半径与之比为2∶1.介子的轨迹未画出.由此可知的动量大小与的动量大小之比为（ ）?
图1
A.1∶1 B.1∶2?
C.1∶3 D.1∶6
5.下列说法中正确的是（ ）?
A.太阳是宇宙的中心?
B.太阳系中只存在太阳和它的八大行星?
C.太阳系是由太阳和若干行星以及它的卫星和彗星组成
D.以上说法都正确
6.正电子是电子的反粒子，它跟普通电子电荷量相等，而电性相反，科学家设想在宇宙的某些部分可能存在完全由反粒子构成的物质——反物质.1997年年初和年底，欧洲和美国的科学研究机构先后宣布；他们分别制造出9个和7个反氢原子.这是人类探索反物质的一大进步，你推测反氢原子的结构是（ ）?
A.由一个带正电荷的质子与一个带负电荷的电子构成?
B.由一个带负电荷的质子与一个带正电荷的电子构成?
C.由一个不带电的中子与一个带负电荷的电子构成?
D.由一个带负电荷的质子与一个带负电荷的电子构成
7.加拿大萨德伯里中微子观察站的结果揭示了中微子失踪的原因，即观察到的中微子数目比理论值少是因为中微子在运动过程中转化为一个μ子和一个τ子.在上述研究中有以下说法，正确的是（ ）?
①若发现μ子和中微子的运动方向一致，则τ子的运动方向与中微子的运动方向相反.?
②若发现μ子和中微子的运动方向一致，则τ子的运动方向与中微子的运动方向可能一致.?
③若发现μ子和中微子的运动方向相反，则τ子的运动方向与中微子的运动方向一定一致.?
④若发现μ子和中微子的运动方向相反，则τ子的运动方向与中微子的运动方向可能相反.?
A.①③ B.②③?
C.③④ D.①②
8.阿尔法磁谱仪（简称AMS），是人类送入太空的第一台磁谱仪，其核心部分是中国研制的一台用铷铁硼材料制成的大型永磁体.AMS将在太空中寻找反物质、暗物质等，来回答有关宇宙起源的重要问题.反物质是指由质量相同但电荷符号相反的反电子（即正电子）、反质子和反中子组成的反原子构成的物质.AMS原理是利用这些物质的粒子在磁场中运动时表现出的不同特点来探测的.如图1所示，是三种等速粒子在永磁体形成的磁场内的运动轨迹，下面对这三种粒子判断可能正确的是（ ）
图1
A.粒子是反质子，粒子是反电子
B.粒子是反质子，粒子是反电子
C.粒子是反质子，粒子是反电子
D.粒子是反质子,粒子是反电子
9.下列说法中正确的是（ ）
A.质量相同、电荷等值而电性相反的粒子叫做反粒子
B.光子是传递电磁相互作用的，属于媒介子
C.轻子就是质量很轻的粒子
D.强子就是强相互作用的粒子
10. 1956年，李政道和杨振宁提出在弱相互作用中动量不守恒，并由吴健雄用放射源进行了实验验证，1957年李、杨两人为此获得诺贝尔物理学奖.的衰变方程是：→++，是反中微子，它的电荷量为零，静止质量可认为是零，则衰变产物的质量数和核电荷数分别为（ ）
A.60，28 B.60，26
C.59，26 D.59，28
二、填空题（本题共2小题，每小题6分，共12分.请将正确的答案填到横线上）
11.按照现代的粒子理论，可以将粒子分为 、
和 三大类，从目前的观点看， 、 和 可以认为是今日的“基本粒子”.?
12.现在科学家们正在设法探寻“反物质”.所谓“反物质”是由“反粒子”构成的，与其对应的正粒子具有相同的质量数和相同的电荷量，但电荷的符号相反.据此，若有“反α粒子”，则它的质量数为 ，电荷数为 .
三、计算题（本题共4小题，共48分.解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，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）
13.(10分)一个负电子和一个正电子相遇会发生湮灭而转化为一对光子，计算核反应中放出的能量（电子的质量为9.1×10-31 kg）.
14.(13分)太阳现正处于主序星演化阶段，它主要是由电子和11H、42He等原子核组成的，维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应方程为2+4→，并释放核能，这些核能最后转化为辐射能.根据目前关于恒星演化的理论，若由于聚变反应而使太阳中的核数目从现有数减少10%，太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段.为了简化，假定目前太阳全部由电子和H核组成.?
(1)为了研究太阳演化进程，需知道目前太阳的质量.已知地球半径=6.4×106 m，地球质量=6.0×1024 kg，日地中心的距离=1.5×1011 m,地球表面处的重力加速度10 m/s2,1年约为3.2×107 s，试估算目前太阳的质量.
(2)已知质子质量=1.6726×10-27 kg，质量=6.645 8×10-27 kg，电子质量=0.9×10-30 kg，光速c=3×108 m/s，求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能.?
(3)又知地球上与太阳光垂直的每平方米截面上，每秒通过的太阳辐射能1.35×103 W/m2.试估算太阳继续保持在主序星阶段还有多少年的寿命？（估算结果只要求保留一位有效数字）?
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15.（12分）已经证实，质子、中子都是由上夸克和下夸克的两种夸克组成，上夸克带电荷量为，下夸克带电荷量为，为电子所带电荷量的大小，如果质子是由三个夸克组成的，且各个夸克之间的距离都是，=1.5×10-15 m，试计算质子内相邻两个夸克之间的静电力（库仑力）.?21世纪教育网
16.（13分）某一年，7颗人造卫星同时接收到来自远方的中子星发射的γ光子，经分析确认，1个负电子和1个正电子湮灭时放出2个频率相同的γ光子.已知负电子、正电子的静止质量=9.1×10-31 kg，又已知静止质量为的粒子，其能量和湮灭前的动量满足关系.式中为光速，若负电子、正电子的动量为零，求：（1）写出湮灭的核反应方程式；
（2）用动量的有关知识说明上述核反应不可能只放出一个光子；
（3）计算出γ光子的频率.
?
第四节 “基本粒子”与恒星演化 答题纸
得分：
一、选择题
题号
1
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3
4
5
6
7
8
9
10
答案
二、填空题
11． 12.
三、计算题
13
14.
15
16.
第四节 “基本粒子”与恒星演化 参考答案
一、选择题
1. ACD 解析：媒介子、轻子和夸克在现代实验中还没有发现其内部结构，故A正确.反粒子带等量异种电荷，反粒子与其对应的粒子相遇时会发生湮灭现象，故C正确.质子是最早发现的强子，故D正确.
2. B 解析：根据反粒子的定义可以知道反氢原子是由和构成的.
3.B 解析：题目中给出的信息是u夸克与d夸克的带电荷量，故应从质子带一个元电荷的电荷量、中子不带电的角度考虑.?
4.C 解析：设带电荷量为，动量大小为的带电粒子垂直进入磁感应强度为的匀强磁场，其轨迹半径为，由牛顿第二定律和洛伦兹力公式，得?
有，
对于、介子，因电荷量相同，?
所以 ①?
考虑动量的矢量性，由图可知，与介子动量方向相反.?
据动量守恒定律，有：
②?
由①②得
所以.?
5.C 解析：太阳系中以太阳为中心，有八大行星绕太阳运行，有的行星还有卫星，此外还有2 000多颗比较小的小行星和彗星等，所以叙述较完整的是C项.通常我们所说的八大行星是指太阳系中较大的几颗行星，太阳系的组成中还有小行星和彗星.
6.B 解析：氢原子是由质子和电子构成，那么反氢原子也应由它们的反粒子构成，即反质子和反电子，因此选项B正确，选项A、C、D错误.
6.B 解析：对微观粒子运用动量守恒定律，关键在于明确动量守恒定律的适用条件，它包括高速运动物体和低速运动物体，包括宏观物体和微观物体，因此可由动量守恒定律得B正确.
8.C 解析：首先由左手定则可知，向左偏转的粒子带正电，向右偏转的粒子带负电，根据可知，等速的反质子比反电子的运动半径大；反质子带负电，反电子带正电，由此可得:可能为反质子，可能为反电子.
9.ABD 解析：所谓反粒子，即质量相同且电荷等值而电性及其他一些物理性质相反的粒子；强子是参与强相互作用的粒子；轻子的质量不一定很轻，如τ子的质量比核子的质量还大.
10.A 解析:根据核电荷数守恒得：，；根据质量数守恒得：，.故选项A是正确的.
二、填空题
11.媒介子 轻子 强子 媒介子 轻子 夸克?
12.4 -2?
三、计算题
13. ?
解析：负电子和一个正电子相遇会湮灭的核反应方程式为+→2γ，
由得
一个负电子和一个正电子相遇后湮灭放出的能量为
14.（1）2×1030 kg （2）4.2×10-12 J （3）1百亿年?
解析：（1）设为地球绕日心做匀速圆周运动的周期，则=3.2×107 s，
由万有引力定律和牛顿定律可知21世纪教育网
①
地球表面处的重力加速度为
②?
由①②式联立解得太阳质量为?
kg=2×1030 kg.?
（2）根据太阳内部核聚变反应方程及质能方程，可求得该核反应每发生一次释放的核能为?
代入数值，得 J.?
（3）由题意可知太阳继续保持在主序星阶段的时间内，发生题中所述的核聚变反应的次数为
×10%，?
太阳总共辐射出的能量为?
设太阳辐射是各向同性的，则每秒内太阳向外放出的辐射能为
?
所以太阳继续保持在主序星阶段的时间为
?
由以上各式解得
将题给数据代入，并以年为单位，可得?
1×1010 年1百亿年.
15.见解析 解析：质子带电，所以它是由2个上夸克和1个下夸克组成的，且三个夸克都位于等边三角形的三个顶点处，这时上夸克与上夸克之间的静电力应为
?
代入数值，得＝46 N，为斥力?
上夸克与下夸克之间的静电力为
?
代入数值，得23 N，为引力.
16.(1)+→2γ (2)见解析 （3）1.24×1020 Hz
解析：（1）+→2γ
（2）若只放出一个γ光子，则反应后总动量不为零，而反应前总动量为零，违反动量守恒定律，所以只放出一个γ光子是不可能的.?
（3）正、负电子湮灭前的动量为零，即项为零，可知其对应的能量为，光子的能量满足，得频率，代入数据解得≈1.24×1020 Hz.
