高中物理粤教版选修3-5 第2 章波粒二象性 章末测试题 Word版含解析

章末测试题
一、单项选择题(本大题共10小题，每小题3分，共30分．每小题给出的四个选项中，只有一个选项正确)
1.下列说法不正确的是（　　）
A.普朗克提出“振动者的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍”，从而建立了“能量量子化”观点
B.如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波，而不发生反射，这种物体就被称为“黑体”
C.我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与温度无关
D.爱因斯坦指出“光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个不可分割的能量子组成的”
解析：根据“黑体辐射”以及对黑体辐射的研究，普朗克提出“振动者的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍”，从而建立了“能量量子化”观点.故A正确；根据“黑体辐射”以及对黑体辐射的研究，如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波，而不发生反射，这种物体就被称为“黑体”.故B正确；我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与温度有关.故C错误；爱因斯坦提出了光子的概念，指出“光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个不可分割的能量子组成的”.故D正确.本题选择不正确的.
答案：C
2.下列说法正确的是（　　）
A.就物质波来说，速度相等的电子和质子，电子的波长长
B.原来不带电的一块锌板，被弧光灯照射锌板时，锌板带负电
C.红光光子比紫光光子的能量大
D.光电效应和康普顿效应均揭示了光具有波动性
解析：物质波波长λ＝＝，速度相等的电子和质子，电子质量较小，则电子的波长长.故A项正确.原来不带电的一块锌板，被弧光灯照射锌板时，电子从锌板逸出，锌板带正电.故B项错误.红光的频率小于紫光频率，光子能量E＝hν，则红光光子比紫光光子的能量小.故C项错误.光电效应和康普顿效应均揭示了光具有粒子性.故D项错误.
答案：A
3．关于光的波粒二象性，以下说法中正确的是(　　)
A．光的波动性与机械波，光的粒子性与质点都是等同的
B．光子和质子、电子等是一样的粒子
C．大量光子易显出粒子性，少量光子易显出波动性
D．紫外线、X射线和γ射线中，γ射线的粒子性最强，紫外线的波动性最显著
解析：光的波动性与机械波、光的粒子性与质点有本质区别，选项A错误；光子实质上是以场的形式存在的一种“粒子”，而电子、质子是实物粒子，故选项B错误；光是一种概率波，大量光子往往表现出波动性，少量光子则往往表现出粒子性，选项C错误；频率越高的光的粒子性越强，频率越低的光的波动性越显著，故选项D正确．
答案：D
4．下列关于物质波的说法中正确的是(　　)
A．实物粒子与光子一样都具有波粒二象性，所以实物粒子与光子是本质相同的物体
B．物质波和光波都不是概率波
C．粒子的动量越大，其波动性越易观察
D．粒子的动量越大，其波动性越易观察
解析：实物粒子虽然与光子具有某些相同的现象，但实物粒子是实物，而光则是传播着的电磁波，其本质不同；物质波和光波都是概率波；又由λ＝可知，p越小，λ越大，波动性越明显．故正确选项为D.
答案：D
5.黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知，下列说法错误的是(　　)
A．随温度升高，各种波长的辐射强度都增加
B．随温度降低，各种波长的辐射强度都增加
C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
解析：黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大，A正确、B错误；随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故C、D正确.
答案：B
6．用波长为2.0×10－7 m的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是4.7×10－19 J．由此可知，钨的极限频率是：(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s，结果取两位有效数字)(　　)
A．5.5×1014Hz B．7.9×1014Hz
C．9.8×1014Hz D．1.2×1015Hz
解析：据Ekm＝hν－W，W＝hν0 ν＝ 可得：ν0＝－，代入数据得： ν0＝7.9×1014Hz，故选B.
答案：B
7.如图所示，光滑水平面上有两个大小相同的钢球A、B，A球的质量大于B球的质量．开始时A球以一定的速度向右运动，B球处于静止状态．两球碰撞后均向右运动．设碰撞前A球的德布罗意波的波长为λ1，碰撞后A、B两球的德布罗意波的波长分别为λ2和λ3，则下列关系正确的是(　　)
A．λ1＝λ2＝λ3　　　　　 B．λ1＝λ2＋λ3
C．λ1＝ D．λ1＝
解析：球A、B碰撞过程中满足动量守恒，得p′B－0＝pA－p′A；由λ＝，可得p＝，所以动量守恒表达式也可写成：＝－，
所以λ1＝，故选项D正确．
答案：D
8．一个质量为m、电荷量为q的带电粒子，由静止开始经加速电场加速后(加速电压为U)，该粒子的德布罗意波长为(　　)
A.  B.
C. D.
解析：设加速后的速度为v，由动能定理，得qU＝mv2，所以v＝ ，
代入德布罗意波长公式，得
λ＝＝＝＝.
答案：C
9.用强度相同的红光和蓝光分别照射同一种金属，均能使该金属发生光电效应.下列判断正确的是（　　）
A.用红光照射时，该金属的逸出功小，用蓝光照射时该金属的逸出功大
B.用红光照射时，逸出光电子所需时间长，用蓝光照射时逸出光电子所需时间短
C.用红光照射时，逸出的光电子最大初动能小，用蓝光照射时逸出的光电子最大初动能大
D.若增加入射光的强度，逸出的光电子最大初动能相应增加
解析：强度相同的红光和蓝光分别照射同一种金属，均能使该金属发生光电效应，知红光和蓝光的频率都大于金属的截止频率，金属的逸出功与照射光的频率无关，故A错误；发生光电效应的时间极短，即逸出光电子在瞬间完成，小于10－9 s，与光的频率无关，故B错误；根据光电效应方程得，Ekm＝hν－W0，金属的逸出功不变，红光的频率小，蓝光的频率大，则蓝光照射时逸出的光电子最大初动能大，与光照强度无关，故C正确，D错误.
答案：C
10.实验得到金属钙的光电子的最大初动能Ekmax与入射光频率ν的关系如图所示.下表中列出了几种金属的截止频率和逸出功，参照下表可以确定的是（　　）
金属
钨
钙
钠
截止频率ν0/Hz
10.95
7.73
5.53
逸出功W/eV
4.54
3.20
2.29
A.如用金属钨做实验得到的Ekmaxν图线也是一条直线，其斜率比图中直线的斜率大
B.如用金属钠做实验得到的Ekmaxν图线也是一条直线，其斜率比图中直线的斜率大
C.如用金属钠做实验得到的Ekmaxν图线也是一条直线，设其延长线与纵轴交点的坐标为（0，－Ek2），则Ek2D.如用金属钨做实验，当入射光的频率ν<ν1时，可能会有光电子逸出
解析：由光电效应方程：Ekm＝hν－W0＝hν－hν0可知， Ekmν图线的斜率表示普朗克常量，横轴截距表示最大初动能为零时的入射光频率，此时的频率等于金属的极限频率，故极限波长可求，再根据W0＝hν0可求出逸出功.普朗克常量与金属的性质、与光电子的最大初动能、入射光的频率无关，如用金属钨做实验或者用金属钠做实验得到的Ekmν图线都是一条直线，其斜率与图中直线的斜率相等，故A、B错误.如用金属钠做实验得到的Ekmν图线也是一条直线，设其延长线与纵轴交点的坐标为（0，－Ek2），由于钠的逸出功小于钙的逸出功，则Ek2答案：C
二、多项选择题(本大题共4小题，每小题4分，共16分．在每小题给出的四个选项中有多个选项正确，全选对得4分，漏选得2分，错选或不选得0分)
11．在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是(　　)
A．使光子一个一个地通过单缝，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上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
解析：A.使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上中央到达的机会最多，其他地方机会较少.因此会出现衍射图样，故A正确；B.单个光子通过单缝后，要经过足够长的时间，底片上才会出现完整的衍射图样，故B错误；C.光的波动性不同于宏观意义的波，是一种概率波，C错误；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.所以少量光子体现粒子性，大量光子体现波动性，故D正确.故选：AD.
答案：AD
12．用两束频率相同，强度不同的紫外线分别照射两种相同金属的表面，均能产生光电效应，那么 (　　)
A．两束光的光子能量相同
B．两种情况下单位时间内逸出的光电子个数相同
C．两种情况下逸出的光电子的最大初动能相同
D．两种情况下逸出的光电子的最大初动能不同
解析：由ε＝hν和Ek＝hν－W0，可知两束光的光子能量相同，照射金属得到的光电子最大初动能相同，故A、C对，D错；由于两束光强度不同，逸出光电子个数不同，故B错．
答案：AC
13.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，方法是让电子束通过电场加速后，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
解析：该实验观察电子的衍射图样，衍射现象说明粒子的波动性，故A正确；电子束通过电场加速，由动能定理可得eU＝mv2，故有p＝mv＝，所以，实验中电子束的德布罗意波的波长为λ＝＝，故B正确；由B可知：加速电压U越大，波长越小，那么，衍射现象越不明显，故C错误；若用相同动能的质子替代电子，质量变大，那么粒子动量p＝变大，故德布罗意波的波长λ＝变小，故衍射现象将不明显，故D错误.
答案：AB
14．美国物理学家密立根利用图甲所示的电路研究金属的遏止电压U0与入射光频率ν的关系，描绘出图乙中的图象，由此算出普朗克常量h.电子电量用e表示，下列说法正确的是(　　)
图甲　　　　　　　图乙
A．入射光的频率增大，为了测遏止电压，则滑动变阻器的滑片P应向M端移动
B．增大入射光的强度，光电子的最大初动能也增大
C．由UC -ν图象可知，这种金属的截止频率为νc
D．由UC -ν图象可求普朗克常量表达式为h＝
解析：入射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，则遏止电压增大，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片P向N端移动，A错误；根据光电效应方程Ekm＝hν－W0知，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，B错误；根据Ekm＝hν－W0＝eUC，解得UC＝－，则h＝；当遏止电压为0时，ν＝νc，C、D正确．
答案：CD
三、非选择题(本题共4小题，共54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)
15.（10分）已知小灯泡的功率P＝1 W，设小灯泡发光时向四周均匀辐射平均波长λ＝10－6 m的光，求在距离灯泡d＝1.0×103 m处，每秒钟落在垂直于光线方向上面积为S＝1 cm2处的光子数是多少（已知h＝6.63×10－34J·s，计算结果保留两位有效数字）？
解析：每个光子W0＝＝1.99×10－19J，每秒发射光子数n＝＝5×1018个，n0＝n，S球＝4πR2，解得n0＝4.0×107个.
答案：4.0×107个
16．(14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，波长是λ＝，式中p是运动物体的动量，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，使它的德布罗意波波长是这种紫光波长的10－4倍.
(1)求电子的动量大小；
(2)试推导加速电压跟德布罗意波波长的关系.
解析：根据德布罗意波波长公式与动量表达式，即可求解；根据动能定理，即可求解.
(1)根据德布罗意波波长公式：λ＝， 电子的动量为：p＝，
代入数据解得：p＝1.5×10－23 kg·m/s.
(2)根据动能定理：eU＝mv2＝，又因：p＝，
联立以上解得：U＝.
答案：(1)1.5×10－23 kg·m/s　(2)U＝
17．(14分)波长为λ＝0.071 nm的伦琴射线使金箔发射光电子，电子在磁感应强度为B的匀强磁场区域内做匀速圆周运动的最大半径为r.已知r·B＝1.88×10－4 T·m，电子的质量me＝9.1×10－31 kg.试求；
(1)光电子的最大初动能；
(2)金箔的逸出功；
(3)该电子的物质波的波长．
解析：(1)电子在匀强磁场中做匀速圆周运动的最大半径
r＝.
其最大初动能为
Ek＝mev2＝＝
＝ J
＝3.1×103 eV.
(2)由爱因斯坦光电效应方程
hν＝Ek＋W0和ν＝得
W0＝－Ek＝ eV＝1.44×104 eV.
(3)由德布罗意波长公式得
λ′＝，p＝mv＝erB.
解得λ′＝2.2×10－11 m.
答案：(1)3.1×103 eV　(2)1.44×104 eV
(3)2.2×10－11 m
18．(14分)如图所示装置，阴极K用极限波长λ0＝0.66 μm的金属制成．若闭合开关S，用波长λ＝0.50 μm的绿光照射阴极，调整两个极板电压，使电流表示数最大为0.64 μA，求：
(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能；
(2)如果将照射阴极的绿光的光强增大为原来的2倍，求每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能．
解析：(1)阴极每秒钟发射的光电子个数：
n＝＝个＝4.0×1012个．
根据光电效应方程，光电子的最大初动能应为：
Ek＝hν－W0＝h－h.
代入数据可得：Ek＝9.6×10－20 J.
(2)如果照射光的频率不变，光强加倍，则每秒钟发射的光电子数也加倍，饱和光电流也增大为原来的2倍．根据光电效应实验规律可得阴极每秒钟发射的光电子个数为
n′＝2n＝8.0×1012个．
光子子的最大初动能仍然为：
Ek＝hν－W0＝9.6×10－20 J.
答案：(1)4.0×1012个　9.6×10－20 J
(2)8.0×1012个　9.6×10－20 J