高中物理人教版选修3-5课后练习质量检测卷 第17章　波粒二象性word含解析

波粒二象性
(时间：90分钟　满分：100分)
一、单选题(本题共8小题，每小题3分，共24分)
1．(2019·长治二中期中)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成正比
D．入射光频率大于极限频率时才能产生光电子
解析：选D　发生光电效应的条件是入射光频率大于极限频率，并不是光照时间长和光足够强，就能发生光电效应，故A、B错误，D正确；根据光电效应方程Ek＝eUc＝hν－W0，知遏止电压与入射光的频率及逸出功有关，且与入射光的频率成线性关系，不是成正比，故C错误．
2．(2018·蚌埠二中期中)下列说法正确的是(　　)
A．紫光照射某金属时有电子向外发射，红光照射该金属时也一定有电子向外发射
B．康普顿效应表明光子只具有能量，不具有动量
C．任意运动的物体都有一种波和它对应，这就是物质波
D．德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越长
解析：选C　入射光的频率大于金属的极限频率时，才能发生光电效应，红光的频率小于紫光的频率，故紫光照射某金属时有电子向外发射，红光照射该金属时不一定有电子向外发射，故A错误；康普顿效应表明光不仅具有能量，还具有动量，故B错误；德布罗意指出波粒二象性不只是光子才有，一切运动的物体都有波粒二象性，故C正确；微观粒子的德布罗意波长为λ＝，其中p为微观粒子的动量，故动量越大，则对应的波长就越短，故D错误．
3．(2018·舟山中学期中)下列说法正确的是(　　)
A．概率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
解析：选D　概率波是物质波，传播不需要介质，而机械波传播需要介质，故概率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，故A错误；发生光电效应的条件是入射光的频率大于极限频率，与光强无关，故B错误；如果能发生光电效应，只增大入射光强度，则光子的密集程度增加，故单位时间内逸出的光电子数目增加，故C错误；光波是概率波，故光的干涉现象中，干涉亮条纹部分是光子到达几率大的地方，故D正确．
4．在绿色植物的光合作用中，每放出1个氧分子要吸收8个波长为6.88×10－7 m的光量子．每放出1 mol的氧气，同时植物储存469 kJ的能量，绿色植物能量转换率为(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s)(　　)
A．9%　　　　　　　　　 B．34%
C．56% D．79%
解析：选B　植物储存的能量与它储存这些能量所需要吸收的总光能的比值就是绿色植物的能量转换效率．现已知每放出1 mol氧气储存469 kJ的能量，只要再求出所需的光能就行．设阿伏加德罗常数为NA，因每放出一个氧分子需要吸收8个光量子，故每放出1 mol的氧气需要吸收的光量子数为8NA.其总能量为E＝8NA·＝8×6.02×1023× J≈1.392×106 J.
绿色植物的能量转化效率为
η＝×100%≈34%，故B选项正确．
5．(2019·绵阳中学期中)利用光电管研究光电效应的实验电路如图所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流计中有电流通过，则(　　)
A．用紫外光照射K，电流计中不一定有电流通过
B．用红外光照射K，电流计中一定无电流通过
C．用频率为ν的可见光照射K，滑动变阻器的滑片移到A端，电流计中一定无电流通过
D．用频率为ν的可见光照射K，滑动变阻器的滑片向B端滑动时，电流计示数可能不变
解析：选D　可见光照射阴极，可以发生光电效应，用紫外光照射，因为紫外光的频率大于可见光的频率，所以一定能发生光电效应，A错误；因不知阴极K的极限频率和红外光的频率关系，所以用红外线照射时不能确定是否发生光电效应，B错误；用频率为ν的可见光照射K，滑动变阻器的滑片移到A端，光电管两端的电压为零，但光电子有初动能，故电流计中仍有电流通过，C错误；用频率为ν的可见光照射K，滑动变阻器的滑片到达B端前，可能光电流已达到饱和，所以滑动变阻器的滑片向B端滑动时，电流计示数可能不变，D正确．
6．2016年8月16日1时40分，我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空．中国将成为全球第一个实现卫星和地面之间量子通信的国家．在量子世界中，一个物体可以同时处在多个位置，一只猫可以处在“死”和“活”的叠加状态上；所有物体都具有“波粒二象性”，既是粒子也是波；两个处于“纠缠态”的粒子，即使相距遥远也具有“心电感应”，一个发生变化，另一个会瞬时发生相应改变．正是由于量子具有这些不同于宏观物理世界的奇妙特性，才构成了量子通信安全的基石．在量子保密通信中，由于量子的不可分割、不可克隆和测不准的特性，所以一旦存在窃听就必然会被发送者察觉并规避．通过阅读以上材料可知(　　)
A．电磁波是量子化的
B．量子不具有波粒二象性
C．可以准确测定量子的位置
D．量子相互独立互不干扰
解析：选A　电磁波是一份份的能量，所以电磁波是量子化的，选项A正确；微观的粒子与光子都具有波粒二象性，不能准确测定量子的位置，同时量子也具有波粒二象性，选项B、C错误；由题可知，两个处于“纠缠态”的粒子，即使相距遥远也具有“心电感应”，一个发生变化，另一个会瞬时发生相应改变，选项D错误．
7．现有a、b、c三束单色光，其波长关系为λa∶λb∶λc＝1∶2∶3.当用a光束照射某种金属板时能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为3Ek，若改用b光束照射该金属板，飞出的光电子最大动能为Ek，当改用c光束照射该金属板时(　　)
A．能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为Ek
B．能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为
C．能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为
D．由于c光束光子能量较小，该金属板不会发生光电效应
解析：选B　a、b、c三束单色光，其波长关系为λa∶λb∶λc＝1∶2∶3，因为光子频率ν＝，知光子频率之比为6∶3∶2.
设a光的频率为6ν，根据光电效应方程Ekm＝hν－W0得，3Ek＝h·6ν－W0，
Ek＝h·3ν－W0.
联立两式解得逸出功W0＝hν，Ek＝hν
c光的光子频率为2ν>W0，能发生光电效应．
最大初动能Ekm′＝h·2ν－W0＝hν＝Ek.故B正确，A、C、D错误．
8．有人设想在遥远的宇宙探测时，给探测器安上反射率极高(可认为100%)的薄膜，并让它正对太阳，用光压为动力推动探测器加速．已知某探测器在轨道上运行，阳光恰好垂直照射在薄膜上，薄膜面积为S，每秒每平方米面积获得的太阳光能为E，若探测器总质量为M，光速为c，则探测器获得的加速度大小的表达式是光子动量为p＝(　　)
A. B.
C. D.
解析：选A　设光反射时，探测器对光子的作用力为F，每平方米薄膜上每秒有n个光子被反射，则nh＝E，得p＝；由动量定理有Ft＝2Np，其中N＝n·S，t＝1 s；以探测器为研究对象，根据牛顿第二定律有F＝Ma，由以上各式解得a＝，故A正确，B、C、D错误．
二、多选题(本题共7小题，每小题3分，共21分)
9．关于热辐射和黑体辐射，下列叙述正确的是(　　)
A．热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同
B．热辐射不需要高温，任何温度下物体都会发出一定的热辐射
C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布与黑体的温度无关
D．一般物体的热辐射只与温度有关
解析：选AB　我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射，热辐射特点是热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同，选项A正确；热辐射不需要高温，任何温度下物体都会发出一定的热辐射．只是温度低时辐射弱，温度高时辐射强，选项B正确；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布与黑体的温度有关，一般物体的热辐射除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关，选项C、D错误．
10．(2018·莆田八中高二检测)下列关于波粒二象性的说法正确的是(　　)
A．光电效应揭示了光的波动性，光的衍射和干涉揭示了光的粒子性
B．随着电磁波频率的增大其波动性越不显著，粒子性越显著
C．大量光子的行为显示波动性，个别光子的行为显示粒子性
D．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
解析：选BCD　光电效应揭示了光的粒子性，衍射和干涉是波特有的性质，光的衍射和干涉揭示了光的波动性，A错误；电磁波频率越高，波长越短，衍射和干涉现象越不明显，波动性越不显著，粒子性越显著，B正确；光既具有波动性又具有粒子性，个别光子的作用效果往往表现为粒子性，大量光子的作用效果往往表现为波动性，C正确；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正确．
11．在做光电效应的实验时，某金属被光照射发生了光电效应，实验测得光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν的关系如图所示，由实验图象可求出(　　)
A．该金属的极限频率和极限波长
B．普朗克常量
C．该金属的逸出功
D．单位时间内逸出的光电子数
解析：选ABC　金属中电子吸收光子的能量为hν，根据爱因斯坦光电效应方程有Ek＝hν－W0，金属的逸出功W0一定，则光电子的最大初动能Ek随频率ν的变化而变化，且是线性关系，图线的斜率等于普朗克常量，图线与横轴的截距表示Ek＝0时的频率ν0，即该金属的极限频率．根据hν0－W0＝0，求得逸出功W0＝hν0.已知极限频率，根据波速公式可求出极限波长λ0＝＝.由Ek-ν图象并不能求出在单位时间内逸出的光电子数，故选项A、B、C正确，D错误．
12．关于光电效应的规律，下面说法正确的是(　　)
A．当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，则入射光的频率越高，产生的光电子的最大初动能越大
B．当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，则入射光的强度越大，产生的光电子数越多
C．同一频率的光照射不同金属，如果都能产生光电效应，则逸出功大的金属产生的光电子的最大初动能也越大
D．对于某种金属，入射光波长必须小于某一极限波长，才能发生光电效应
解析：选ABD　由光电效应规律知，对于某种金属，其逸出功是一个定值，当能产生光电效应时，光电子的最大初动能Ek＝hν－W0，若提高入射光的频率，则产生的光电子的最大初动能也将增大，故A正确；在能发生光电效应的前提下，由于光强的增加，入射光的光子数目增加，因而产生的光电子数目也随之增加，故B正确；同一频率的光照射到不同金属上时，因各种金属的逸出功不相同，产生的光电子的最大初动能也不相同，逸出功越小，电子摆脱金属的束缚也越容易，电子脱离金属表面时的最大初动能越大，故C错误；要想使某种金属发生光电效应，必须使照射光的频率大于其极限频率ν0，刚好发生光电效应时，光电子的最大初动能为零，有hν0＝W0，所以ν0＝，又因为ν0＝，若照射光频率ν>ν0，即λ<λ0＝时能发生光电效应，故D正确．
13．下列说法中正确的是(　　)
A．随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都会增加；另一方面辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
B．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此，光子散射后波长变短
C．根据海森伯提出的不确定性关系可知，不可能同时准确地测定微观粒子的位置和动量
D．物质波和光波都是概率波
解析：选ACD　根据黑体辐射规律可知，温度越高，各种波长的辐射强度都会增加，同时辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故A选项正确；根据康普顿效应可知，入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，光子的动量变小，根据德布罗意波的波长公式λ＝可知，光子散射后波长变长，故B选项错误；不确定性关系的含义是微观粒子的位置和动量不可能同时准确地测定，故C选项正确；物质波和光波都是概率波，故D选项正确．
14.如图所示是研究光电效应的电路，阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极，K在受到光照时能够发射光电子，阳极A吸收阴极K发出的光电子，在电路中形成光电流．如果用单色光a照射阴极K，电流表的指针发生偏转；用单色光b照射光电管阴极K时，电流表的指针不发生偏转，下列说法正确的是(　　)
A．a光的波长一定小于b光的波长
B．只增加a光的强度可能使通过电流表的电流增大
C．只增加a光的强度可使逸出的电子最大初动能变大
D．阴极材料的逸出功与入射光的频率有关
解析：选AB　用单色光b照射光电管阴极K时，电流表的指针不发生偏转，说明用b光不能发生光电效应，即a光的波长一定小于b光的波长，选项A正确；只增加a光的强度可使阴极K单位时间内逸出的光电子数量增加，故通过电流表的电流增大，选项B正确；只增加a光的强度不能使逸出的电子的最大初动能变大，选项C错误；阴极材料的逸出功只与阴极材料有关，与入射光的频率无关，选项D错误．
15．用频率为ν的光照射某金属表面产生光电子，当光电子垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动时，其最大半径为R.以W表示逸出功，m、e表示电子质量、电量，h表示普朗克常数，则电子最大初动能是(　　)
A．hν＋W B.
C．hν－W D.
解析：选CD　根据光电效应方程可知，Ekm＝hν－W，故A选项错误，C选项正确；光电子受到的洛伦兹力提供向心力，qvmB＝m，电子的最大初动能Ekm＝mvm2＝，故B选项错误，D选项正确．
三、非选择题(本题共5小题，共55分)
16．(8分)嫦娥二号卫星于2010年10月1日18时59分57秒在西昌卫星发射中心成功发射，19时25分许，北京航天飞行控制中心数据显示，卫星在太平洋上空正以约11 km/s的速度进入地月转移轨道．已知嫦娥二号卫星的质量为2 480 kg，试计算与卫星奔月过程对应的物质波波长．
解析：与嫦娥二号卫星奔月过程对应的物质波波长为
λ＝＝＝ m＝2.43×10－41 m.
答案：2.43×10－41 m
17．(10分)某光电管用金属钠作为阴极金属，已知金属钠的逸出功为2.29 eV，现用波长为300 nm的光照射金属钠表面，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，真空中的光速c＝3.0×108 m/s，电子电荷量e＝1.6×10－19 C,1 nm＝10－9 m，求：
(1)金属钠的截止频率；
(2)光电子的最大初动能；
(3)该光电管的遏止电压．(结果均保留两位有效数字)
解析：(1)根据逸出功W0＝hν0
解得，截止频率ν0＝ Hz≈5.5×1014 Hz.
(2)根据光电效应方程
Ek＝hν－W0＝－W0＝ J－2.29×1.6×10－19 J≈3.0×10－19 J.
(3)光电子动能减小到0时，反向电压即为遏止电压，
根据动能定理eU＝Ek
代入数据得U＝ V≈1.9 V.
答案：(1)5.5×1014 Hz　(2)3.0×10－19 J　(3)1.9 V
18．(12分)一铜板暴露在波长为λ的紫外线中，观测到有电子从铜板表面逸出．在铜板所在空间加一方向垂直于板面、大小为E的匀强电场时，电子能运动到距板面的最大距离为d.已知真空中的光速为c，普朗克常量为h，电子电荷量为e，求：
(1)入射光光子的能量；
(2)铜板的极限频率．
解析：(1)依据光子能量E＝hν，及ν＝
入射光光子的能量E0＝.
(2)由功能关系可知光电子的最大初动能Ekm＝eEd
设铜板的极限频率为ν0，
则E0＝hν0＋Ekm
解得ν0＝－.
答案：(1)　(2)－
19．(12分)如图所示，表示黑体辐射强度随波长的变化图线．根据热辐射理论，辐射强度的极大值所对应的波长λm与热力学温度之间存在如下关系：λmT＝2.90×10－3 m·K(h＝6.626×10－34 J·s)．求：
(1)T＝15 000 K所对应的波长；
(2)用T＝15 000 K所对应波长的光照射逸出功为W0＝4.54 eV的金属钨，能否发生光电效应？若能，逸出光电子的最大初动能是多少？
解析：(1)由公式λmT＝2.90×10－3 m·K得
λm＝ m≈1.93×10－7 m.
(2)波长λm＝1.93×10－7 m的光子能量
E＝hν＝＝ eV≈6.44 eV
因E>W0，故能发生光电效应．
由光电效应方程Ek＝hν－W0，得
Ek＝(6.44－4.54) eV＝1.90 eV.
答案：(1)1.93×10－7 m　(2)能　1.90 eV
20．(13分)如图所示，伦琴射线管两极加上一高压电源，即可在阳极A上产生X射线．若高压电源的电压为20 kV.(h＝6.63×10－34 J·s，电子电荷量e＝1.6×10－19 C)
(1)求X射线的最短波长；
(2)若此时电流表读数为5 mA,1 s内产生5×1013 个平均波长为1.0×10－10 m的光子，求伦琴射线管的工作效率．
解析：(1)伦琴射线管阴极上产生的热电子在20 kV高压加速下获得的动能全部变成X光子的能量，X光子的波长最短．
由W＝Ue＝hν＝
得λ＝＝≈6.2×10－11 m.
(2)高压电源的电功率P1＝UI＝100 W
每秒产生X光子的能量P2＝≈0.1 W
效率为η＝×100%＝0.1%.
答案：(1)6.2×10－11 m　(2)0.1%