实物是粒子还是波
1．根据物质波理论，以下说法正确的是（ ）。
A．微观粒子有波动性，宏观物体没有波动性
B．宏观物体和微观粒子都具有波动性
C．宏观物体的波动性不易被观察到，是因为它的波长太短
D．物质波是一种概率波
2．在中子衍射技术中，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很相近。已知中子质量m＝1.67×10－27
kg，普朗克常量h＝6.63×10－34
J·s，可以估算德布罗意波波长λ＝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
3．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
4．利用金属晶格（大小约10－10m）作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子通过电场加速后，让电子束照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样。已知电子质量为m，电荷量为e，初速度为0，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法中正确的是（ ）。
A．该实验说明了电子具有波动性
B．实验中电子束的德布罗意波长为
C．加速电压U越大，电子的衍射现象越明显
D．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显
5．
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。从辐射源射出的电子束经两个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
6．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
7．一个电子（初动能视为零）经200
V电压加速，已知电子的质量为9.1×10－31kg，计算这个运动着的电子的波长，当它在原子中或原子附近运动时，能否产生衍射现象？
8．试比较电子和质量为10
g的子弹位置的不确定量范围。（设它们的速率为200
m/s，动量的不确定范围为0.01%）
参考答案
1．答案：BCD
解析：根据物质波理论，宏观物体和微观粒子都具有波动性，只是宏观物体的物质波波长太短，不易观察到它的波动性，物质波也是一种概率波，故正确选项是B、C、D。
2．答案：C
解析：据，，即有，代入数据可得动能数量级为10－21
J，故C正确。
3．答案：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，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的一种粒子。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，衍射性越好，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，所以其粒子性就很显著。故选项C正确，A、B、D错误。
4．答案：AB
解析：得到电子的衍射图样，说明电子具有波动性，A正确；由德布罗意波长公式，
而动量，
两式联立得，B正确；
从公式可知，加速电压越大，电子的波长越小，衍射现象就越不明显；用相同动能的质子替代电子，质子的波长小，衍射现象相比电子不明显，故C、D错误。
5．答案：C
解析：该实验使用的是电子束，得到的是电子干涉条纹，故实验证明的是微观粒子也具有波动性。
6．答案：BD
解析：据德布罗意物质波理论知，任何一个运动的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之相对应，这种波就叫物质波，可见，A选项是正确的；由于X射线本身就是一种波，而不是实物粒子，故X射线的衍射现象并不能证实物质波理论的正确性，即B选项错误；电子是一种实物粒子，电子的衍射现象表明运动着的实物粒子具有波动性，故C选项是正确的；由电子穿过铝箔的衍射实验知，少量电子穿过铝箔后所落的位置是散乱的，无规律的，但大量电子穿过铝箔后落的位置则呈现出衍射图样，即大量电子的行为表现出电子的波动性，干涉、衍射是波的特有现象，只要是波，都会发生干涉、衍射现象，故选项D错误。综合以上分析知，本题应选B、D。
7．答案：8.7×10－11m 能产生衍射现象
解析：由，，
可得电子波长λ＝8.7×10－11m。
因原子大小的数量级为10－14～10－15m，
所以能产生衍射现象。
8．答案：电子的位置不确定范围是2.9×10－3
m，子弹是宏观粒子，位置确定。
解析：对电子Δpe＝0.01%p＝0.01%mv＝10－4×9.1×10－31×200
kg·m/s＝1.82×10－32
kg·m/s，
对子弹Δpz＝0.01%pz＝10－4×0.01×200
kg·m/s＝2×10－4
kg·m/s，
由不确定关系，对电子：＝2.9×10－3
m，
对子弹：＝2.6×10－31
m，这个数据比电子的小得多，因此说，子弹的位置是确定的，或者说不确定关系对宏观不成立。拨开黑体辐射的疑云
1．下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是（ ）。
2．已知某单色光的波长为λ，在真空中光速为c，普朗克常量为h，则电磁波辐射的能量子E的值为（ ）。
A． B．
C．
D．以上均不正确
3．某激光器能发射波长为λ的激光，发射功率为P，c表示光速，h为普朗克常量，则激光器每秒发射的光量子数为（ ）。
A．
B．
C．
D．λPhc
4．下列叙述错误的是（ ）。
A．一切物体都在辐射电磁波
B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关
C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关
D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
5．关于光的传播，下列说法中正确的是（ ）。
A．各种色光在真空中传播速度相同，在媒质中传播速度不同
B．各种色光在真空中频率不同，同一色光在各种媒质中频率相同
C．同一色光在各种介质中折射率不同，不同色光在同一媒质中折射率相同
D．各种色光在同一介质中波长不同，同一色光在真空中的波长比在任何介质中波长都长
6．对一束太阳光进行分析，下列说法正确的是（ ）。
A．太阳光是由各种单色光组成的复合光
B．在组成太阳光的各单色光中，其能量子最大的光为红光
C．在组成太阳光（可见光部分）的各单色光中，其能量子最大的光为紫光
D．组成太阳光的各单色光，其能量子都相同
7．由能量的量子化假说可知，能量是一份一份的而不是连续的，但我们平时见到的宏观物体的温度升高或降低，为什么不是一段一段的而是连续的，解释其原因。
8．某激光器能发射波长为λ的激光，发射功率为P，c表示光速，h为普朗克常量，则激光器每秒发射的光量子数为多少？
参考答案
1．答案：A
解析：黑体辐射的本领随着温度的升高，一方面各种波长的辐射本领都增加，另一方面辐射本领的极大值向着波长较短的方向移动，所以A正确。
2．答案：A
解析：由光速、波长的关系可得出光的频率，从而E＝hν＝，故A选项正确。
3．答案：A
解析：每个光量子的能量E＝hν＝，每秒钟发光的总能量为P，则。
4．答案：B
解析：我们周围的一切物体都在辐射电磁波，故A正确；根据热辐射和黑体辐射的特点知，一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射只与黑体的温度有关，B错误，C正确；根据黑体的定义知D正确。
5．答案：ABD
解析：各种色光在真空中的传播速度都相同；同一介质对不同色光有不同的折射率，色光频率不变；同一色光在不同介质中波速不同，在不同介质中波长不同。
6．点拨：解本题的关键是正确理解能量的量子假说，也就是说能量是以最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的。其中E＝hν，ν为电磁波的频率，h为普朗克常量。
答案：AC
解析：根据棱镜散射实验得：太阳光是由各种单色光组成的复合光，故A正确。根据能量子的概念得：光的能量与它的频率有关，而频率又等于光速除以波长，由于红光波长最长，紫光的波长最短，可以得出各单色光中能量最强的为紫光，能量最弱的为红光，即B、D错，C正确。
7．解析：由于宏观物质是由大量微粒组成的，每一个粒子的能量是一份一份的，这符合能量量子化假说，而大量粒子则显示出了能量的连续性，故我们平时看到的物体的温度升高或降低不是一段一段的，而是连续的。
8．答案：
解析：每个光量子的能量E＝hν＝，每秒钟发光的总能量为P，则。涅槃凤凰再飞翔
1．光电效应实验中，下列表述正确的是（ ）。
A．光照时间越长光电流越大
B．入射光足够强就可以有光电流
C．遏止电压与入射光的频率有关
D．入射光频率大于极限频率才能产生光电子
2．下列选项正确的是（ ）。
A．波长较短的光如X射线或γ射线入射到散射物上，主要产生光电效应
B．波长较长的可见光或紫外光入射时，主要产生光电效应
C．波长较短的光如X射线或γ射线入射到散射物上，产生康普顿效应
D．是否发生光电效应或康普顿效应与入射光的波长无关
3．光电效应的四条规律中，波动说不能解释的有（ ）。
A．入射光的频率必须大于被照金属的极限频率才能产生光电效应
B．光电子的最大初动能与入射光强度无关，只随入射光频率的增大而增大
C．入射光照射到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10－9
s
D．当入射光频率大于极限频率时，光电流强度与入射光强度成正比
4．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粒子
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，每一份叫做一个光量子，简称光子
D．光子的能量跟光的频率成正比
5．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，所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
6．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λ1（λ1＞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λ2（λ2＜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
7．如图所示，一验电器与锌板相连，A处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______（选填“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板，可观察到验电器指针______（选填“有”或“无”）偏转。
（3）实验室用功率P＝1
500
W的紫外灯演示光电效应。紫外线波长λ＝253
nm，阴极离光源距离d＝0.5
m，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约为______。（已知h＝6.63×10－34J·s）
8．已知金属铯的极限波长为0.66
μm，用波长为0.05
μm的光照射铯金属表面，发射光电子的最大初动能为多少？铯金属的逸出功为多少？
参考答案
1．答案：CD
解析：只有当入射光频率大于极限频率时才能发生光电效应，如果入射光频率小于等于极限频率，不论光多么强也不会产生光电流，选项B错误、D正确；光电流的大小只与单位时间流过单位截面积的光电子数目有关，而与光照时间的长短无关，选项A错误；遏止电压即反向截止电压，eU＝Ekm，Ekm＝hν－W，故eU＝hν－W，与入射光的频率有关，当改变入射光频率时，遏止电压也会变化，选项C正确。
2．答案：BC
解析：发生光电效应或康普顿效应取决于入射光的波长，D错。波长较短的光如X射线或γ射线入射到散射物上，产生康普顿效应。波长较长的可见光或紫外光入射时，主要产生光电效应。故B、C正确。
3．答案：ABC
解析：此题应从光电效应规律与经典波动理论的矛盾着手去解答。按照经典的光的波动理论，光的能量随光的强度的增大而增大，与光的频率无关，金属中的电子必须吸收足够能量后，才能从中逸出，电子有一个能量积蓄的时间，光的强度越大，单位时间内辐射到金属表面的光子数目越多，被电子吸收的光子数目自然也多，这样产生的光电子数目也多。但是，光子不一定全部形成光电流，故应选A、B、C。
4．答案：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E＝hν知，光子能量E与其频率ν成正比，故D选项正确。
5．答案：AD
解析：根据光电效应规律知，选项A正确；根据光电效应方程hν＝W＋知，对于某种金属（W不变），ν越大，光电子的最大初动能越大，选项C错，D对。
6．答案：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λ0，换用波长为λ1的光照射，虽然λ1＞λ，但是λ1不一定大于λ0，所以用波长为λ1的光照射时，可能仍有光电流，故A错误；用波长为λ2（λ2＜λ）的光照射阴极K时，因λ2＜λ＜λ0，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。
7．答案：（1）减小 （2）无 （3）5
解析：（1）用紫外线照射锌板时发生光电效应，锌板因有光电子逸出而带正电，当用带负电的金属小球接触时中和了一部分正电荷，使验电器的带电荷量减小，指针偏角减小；（2）用黄光照射锌板不能发生光电效应，说明黄光的频率低于锌板的极限频率，而红外线的频率比黄光的频率还低，所以用红外线照射锌板时，验电器的指针无偏转；（3）因为紫外灯发光的能量分布在半径为d的球面上，所以由能量守恒有：，解得≈4.77≈5（个）。
8．答案：3.68×10－18
J 3×10－19
J
解析：由光子说可知，金属的逸出功在数值上就等于频率（波长）为极限频率（波长）的光子能量，即W＝hν0＝，再根据光电效应方程Ekm＝hν－W＝－W，可求得光电子的最大初动能。
铯的逸出功W＝＝3×10－19
J。
当用波长为λ＝0.05
μm的光照射金属时，光电子最大初动能为Ekm＝hν－W＝－W，
代入数值得Ekm＝3.68×10－18
J。光是波还是粒子
1．在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是（ ）。
A．使光子一个一个的通过单缝，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
2．用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图（a）（b）（c）所示的图像，则（ ）。
A．图像（a）表明光具有粒子性
B．图像（c）表明光具有波动性
C．用紫外光观察不到类似的图像
D．实验表明光是一种概率波
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U、普朗克常量h、电子电荷量e和光速c，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．在做双缝干涉实验时，在观察屏的某处是亮纹，则对光子到达观察屏的位置，下列说法正确的是（ ）。
A．到达亮纹处的概率比到达暗纹处的概率大
B．到达暗纹处的概率比到达亮纹处的概率大
C．该光子可能到达光屏的任何位置
D．以上说法均有可能
5．关于光的本性，以下说法中正确的是（ ）。
A．光的频率越大，光子的能量越小
B．光的波长越长，光的频率也越大
C．光的颜色与光的频率无关
D．光既具有波动性，又具有粒子性
6．2002年诺贝尔物理学奖中的一项是奖励美国科学家贾科尼和日本科学家小柴昌俊发现了宇宙X射线源。X射线是一种高频电磁波，若X射线在真空中的波长为λ，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，以E和p分别表示X射线每个光子的能量和动量，则（ ）。
A．，p＝0
B．，
C．，p＝0
D．，
7．在双缝干涉实验中，若在像屏处放上照相底片，并使光子流减弱到使光子只能一个一个地通过狭缝，实验结果证明，如果曝光时间不太长，底片上出现________；如果曝光时间足够长，底片上出现__________。
8．20世纪20年代，剑桥大学学生G·泰勒做了一个实验。在一个密闭的箱子里放上小灯泡、烟熏黑的玻璃、狭缝、针尖、照相底板，整个装置如图所示，小灯泡发出的光通过熏黑的玻璃后变得十分微弱，经过三个月的曝光，在底片上针尖影子周围才出现非常清晰的衍射条纹，泰勒对此照片的平均黑度进行测量，得出每秒到达底片的能量是5×10－13
J。
（1）假设起作用的光波长约为500
nm，计算从一个光子到达和下一个光子到达所相隔的平均时间及光束中两邻近光子之间的平均距离；
（2）如果当时实验用的箱子长为1.2
m，根据（1）的计算结果，能否找到支持光是概率波的证据？
参考答案
1．答案：AD
解析：根据光的波粒二象性知，A、D正确，B、C错误。
2．答案：ABD
解析：图像（a）表明单个光子的运动落点无规律，表现出光的粒子性，选项A正确；图像（c）表明大量光子运动的规律表现出光的波动性，选项B正确；用任意单色光做实验都能得到类似的结果，选项C错误；实验表明光子到达各个地方的几率不一样，光是一种概率波，选项D正确。
3．答案：D
解析：波长最短的光子能量最大，其能量E＝hν＝＝eU，所以，，D项正确。
4．答案：AC
解析：根据概率波的含义，一个光子到达亮纹处的概率要比到达暗纹处的概率要大得多，但并不是一定能够到达亮纹处，故A、C正确。
5．答案：D
解析：根据E＝hν知，光子的频率越大，光子的能量越大，A错误；根据知，光的波长越长，光的频率越小，B错误；不同频率的光颜色不同，光的颜色与光的频率有关，C错误；光具有波粒二象性，D正确。
6．答案：D
解析：根据E＝hν，且，c＝λν可得X射线每个光子的能量为，每个光子的动量为。
7．答案：无规则分布的光点 规则的干涉图样
解析：解此类题的关键是要理解以下知识要点：（1）光是一种波，同时也是一种粒子，也就是说光具有波粒二象性。（2）光的波动性在光的传播过程中表现出来，具有一定的波长和频率，能够发生干涉和衍射现象；光的粒子性在它与物质相互作用时表现出来，光子具有一定的能量（E＝hν）和动量（）。在双缝实验中，如能使光子一个一个地通过狭缝，如果曝光时间短时，底片上只出现一些无规则分布的点子，形不成干涉特有的明、暗相间的条纹，表现出光的粒子性。点子分布看似无规则，但在底片上各处出现的概率却遵从双缝干涉实验规律；如果曝光时间足够长，底片上就出现如同强光短时间曝光一样的规则的干涉条纹。在干涉条纹中亮度大的地方，也就是光子到达机会多的地方。所以，这种意义上，可以把光的波动性看做表明光子运动规律的一种概率波。
8．答案：（1）8.0×10－7
s 2.4×102
m （2）见解析
解析：（1）对于λ＝500
nm的光子能量为
E＝hν＝＝6.63×10－34×J＝4.0×10－19
J。
因此每秒到达底片的光子数为＝1.25×106（个）。
如果光子是依次到达底片的，则光束中相邻两光子到达底片的时间间隔是
＝8.0×10－7
s。
两相邻光子间平均距离为s＝c·Δt＝3.0×108×8.0×10－7m＝2.4×102
m。
（2）由（1）的计算结果可知，两光子间距为2.4×102
m，而箱子长只有1.2
m，所以在箱子里一般不可能有两个光子同时在运动，这样就排除了光的衍射行为是光子相互作用的可能性，因此，衍射图形的出现是许多光子各自独立行为积累的结果，在衍射条纹的亮区是光子到达可能性较大的区域，而暗区是光子到达可能性较小的区域。这个实验支持了光波是概率波的观点。第二章
波和粒子
本章测评
(时间：90分钟 分值：100分)
一、选择题(共10个小题，每小题4分，共40分)
1爱因斯坦由光电效应的实验规律，猜测光具有粒子性，从而提出光子说，从科学研究的方法来说，这属于
( )
A．等效替代
B．控制变量
C．科学假说
D．数学归纳
2下列说法正确的是( )
A．光波是一种概率波
B．光波是一种电磁波
C．单色光从光密介质进入光疏介质时，光子的能量改变
D．单色光从光密介质进入光疏介质时，光的波长不变
3在如图所示的光电管的实验中，发现用一定频率的A单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，而用另一频率的B单色光照射时不发生光电效应，那么( )
A．A光的频率大于B光的频率
B．B光的频率大于A光的频率
C．用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是a流向b
D．用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是b流向a
4利用金属晶格(大小约10－10
m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子通过电场加速，然后让电子束照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样。已知电子质量为m，电量为e，初速度为0，加速电压为U，普朗克常量为h，则下述说法中正确的是( )
A．该实验说明了电子具有波动性
B．实验中电子束的德布罗意波的波长为λ＝
C．加速电压U越大，电子的衍射现象越明显
D．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显
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不变，则下列说法正确的是( )
A．有可能不发生光电效应
B．从光照射到金属表面上到发生光电效应的时间间隔将增加
C．光电子的最大初动能将减少
D．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少
6A和B两种单色光均垂直照射到同一条直光纤的端面上，A光穿过光纤的时间比B光穿过的时间长，现用A和B两种光照射同种金属，都能发生光电效应，则下列说法正确的是( )
A．光纤对B光的折射率大
B．A光打出的光电子的最大初动能一定比B光的大
C．A光在单位时间内打出的电子数一定比B光的多
D．B光的波动性一定比A光显著
7关于光的波动性与粒子性，下列说法正确的是( )
A．大量光子的行为能明显地表现出波动性，而个别光子的行为往往表现出粒子性
B．频率越低、波长越长的光子波动性越明显，而频率越高波长越短的光子的粒子性越明显
C．光在传播时往往表现出波动性，而光在与物质相互作用时往往显示粒子性
D．据光子说，光子的能量是与频率成正比的，这说明了光的波动性与光的粒子性是统一的
8a、b两种色光以相同的入射角从某种介质射向真空，光路如图所示，则以下描述错误的是( )
A．a光的频率大于b光的频率
B．a光在真空中的波长大于b光在真空中的波长
C．a光在介质中的传播速度大于b光在介质中的传播速度
D．如果a光能使某种金属发生光电效应，b光也一定能使该金属发生光电效应
92006年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化。他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点，下列与宇宙微波背景辐射黑体谱相关的说法中正确的是( )
A．微波是指波长在10－3
m到10
m之间的电磁波
B．微波和声波一样都只能在介质中传播
C．黑体的热辐射实际上是电磁辐射
D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说
10如图所示，一验电器与锌板相连，现用一弧光灯照射锌板一段时间，关灯后，指针保持一定偏角( )
A．用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将增大
B．用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将减小
C．使验电器指针回到零，改用强度更大的弧光灯照射锌板相同的时间，验电器指针偏角将增大
D．使验电器指针回到零，改用强度更大的红外线灯照射锌板，验电器的指针一定偏转
二、填空题(共3个小题，每小题5分，共15分)
11已知铯的极限频率为4.545×1014
Hz，钠的极限频率为6.000×1014
Hz，银的极限频率为1.153×1015
Hz，铂的极限频率为1.529×1015
Hz，当用波长为0.375
μm的光来照射它们的时候，可能发生光电效应的是__________。
12使锌板发生光电效应的光子的最长波长是370
nm，这种光子的能量为______________，锌板的极限频率为________，逸出功为________。
13用频率未知的紫外线照射某光电管的阴极时，光电子飞出。现用一个电压可以调节且可以指示电压数值的直流电源和一个灵敏度很高的灵敏电流计，连接电路进行测量，如图所示。测量用所给紫外线照射光电管阴极时所产生的光电子的最大初动能，需要记录的数据是______________，测量得到的光电子的最大初动能是__________。
三、计算与论证(共3个小题，共45分。要有必须的解析过程，直接写出结果的不得分)
14(15分)已知由激光器发出的一细束功率为P＝0.15
kW的激光束，竖直向上照射在一个固态铝球的下部，使其恰好能在空中悬浮。已知铝的密度为ρ＝2.7×103
kg/m3，设激光束的光子全部被铝球吸收，求铝球的直径是多大？(计算中可取π＝3，g＝10
m/s2)
15(15分)德布罗意认为：任何一个运动着的物体，都有着一种波与它对应，波长是λ＝，式中p是运动着的物体的动量，h是普朗克常量。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10－4倍。
(1)求电子的动量的大小；
(2)试推导加速电压跟德布罗意波波长的关系，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，普朗克常量h＝6.6×10－34
J·s，加速电压的计算结果取一位有效数字)
16(15分)如图所示，相距d的A、B两平行金属板足够大，板间电压为U，一束波长为λ的激光照射到B板中央，光斑的半径为r，B板发生光电效应，其逸出功为W。已知电子质量为m，电荷量e，求：
(1)B板中射出的光电子的最大初速度的大小；
(2)光电子所能到达A板区域的面积。
参考答案
1解析：本题考查物理思维方法，光子说的提出属于科学猜想，是否正确需实践的进一步检验，这种方法是科学假说，故选C。
答案：C
2解析：据光的波粒二象性可知光是一种概率波，A选项正确；据光的电磁说可知B选项正确；任何单色光在传播过程中其频率总是保持不变，但波速v却随介质的改变而改变(v＝)，据E＝hν知单色光在传播过程中，单个光子的能量总是保持不变，C选项错误。据n＝，v＝νλ得λ＝，光密介质的折射率较大，故当光从光密介质进入光疏介质时波长变长，D选项错误。
答案：AB
3解析：光电效应中当入射光频率大于极限频率时才能产生光电子，因此A项正确，B项错误；光电管中电子向左流，因此回路电流顺时针，即电流表G中电流从a流向b，故C项正确，D项错。
答案：AC
4解析：由题意知：观察到电子的衍射图样，所以该实验说明了电子具有波动性，所以选项A正确；根据德布罗意波的波长λ＝，再由p＝＝，代入得到λ＝，所以选项B正确；如果加速电压越大，则电子波长越小，衍射就越不明显，所以选项C错误；同理选项
D错误。综上所述，本题的正确选项为A、B。
答案：AB
5解析：根据光电效应的规律得能否发生光电效应是取决于入射光的频率，而不是光的强度，所以选项A错误；同理选项B也错误；则光电效应方程Ek＝hν－W，光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，所以选项C错误；当能产生光电效应时，单位时间内跑出来的光电子数目与入射光的强度成正比，所以选项D正确。综上所述，本题正确选项为D。
答案：D
6解析：因为A光穿过光纤的时间比B光穿过的时间长，所以A光在光纤中的传播速度小，根据折射率n＝，所以光纤对A光的折射率大，选项A错误；A光的频率比B光大，再由光电效应规律Ek＝hν－W，所以A光打出的光电子的最大初动能一定比B光的大，选项B正确；因为光电子的数目与光的强度有关，所以选项C错误；B光的波长比A光长，所以B光的波动性一定比A光显著，选项D正确。综上所述，本题的正确选项为B、D。
答案：BD
7答案：ABCD
8解析：由题意a、b两种色光以相同的入射角入射，折射角越大的b光的频率越大，所以选项A是错误的，再由波长与频率、光电效应的规律判断出B、C、D三个选项都是正确的，综上所述，本题的正确选项为A。
答案：A
9解析：微波是电磁波，在真空中也能传播。
答案：ACD
10解析：由光电效应知识得：逸出了光电子，锌板带正电，当关灯后，锌板和验电器带正电，所以用一带负电的金属小球与锌板接触，验电器的指针偏角将减小，所以选项A错误；选项B正确；光电流与光的强度有关，所以改用强度更大的弧光灯照射锌板相同的时间，跑出的光电子更多，验电器指针偏角将增大，所以选项C正确；因为红外线的频率小，所以不一定能让锌板发生光电效应，所以选项D错误。综上所述，本题的正确选项为B、C。
答案：BC
11解析：由波速公式c＝λ·ν得ν＝，则波长为0.375
μm的光频率为
ν＝
Hz＝8×1014
Hz，比较题目所给数据，可知该光子频率大于铯、钠的极限频率，故可以发生光电效应的金属应该是铯、钠。
答案：铯 钠
12解析：由光子说可知，这种光子的能量E＝，代入数值可得光子的能量为3.4
eV或5.4×10－19
J，锌板的极限频率为ν＝＝
Hz＝8.1×1014
Hz，逸出功为3.4
eV或5.4×10－19
J。
答案：3.4
eV或5.4×10－19
J 8.1×1014
Hz 3.4
eV或5.4×10－19
J
13解析：调节电源电压使灵敏电流计的读数恰好为零，记下此时电源电压的数值U；光电子最大初动能为eU。光电管的阴极接电源正极，阴极和阳极间的电场阻碍光子向阳极运动，当灵敏电流计的读数恰好为零时，由动能定理得eU＝mv
m
。
答案：电压值U Ue
14解析：设每个激光光子的能量为E，动量为p，时间t内射到铝球上的光子数为n，激光束对铝球的作用力为F，铝球的直径为d，则有Pt＝nE，Ft＝np，光子能量和动量间关系是E＝pc，
铝球的重力和F平衡，因此F＝ρgπd3，
由以上各式解得d＝0.33
mm。
答案：d＝0.33
mm
15解析：(1)λ＝，电子的动量
p＝＝
kg·
m/s＝1.5×10－23
kg·
m/s
(2)电子在电场中加速，有eU＝mv2
U＝＝＝8×102
V。
答案：(1)1.5×10－23
kg·
m/s
(2)8×102
V
16解析：(1)根据爱因斯坦光电效应方程mv2＝hν－W，ν＝，解得v＝。
(2)由对称性可知，光电子到达A板上的区域是一个圆，该圆的半径由从B板上光斑边缘，以最大初速度沿平行于极板方向飞出的光电子到达A板上的位置决定。设光电子在电场中运动时间为t，沿板方向的运动距离为L，则其加速度为a＝，垂直于极板方向d＝at2，平行于极板方向；L＝υt，光电子到达且板上区域最大面S＝π(L＋r)2，解得S＝π(2d＋r)2。
答案：(1)
(2)S＝π(2d＋r)2
