第四章　波粒二象性 单元测试卷 Word版含解析

单元素养评价（四）
(第四章)
(90分钟　100分)
一、选择题(本大题共12小题,1～9为单选,10～12为多选,每小题4分,共48分)
1.关于对热辐射的认识,下列说法中正确的是 (　　)
A.热的物体向外辐射电磁波,冷的物体只吸收电磁波
B.温度越高,物体辐射的电磁波越强
C.辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关,与材料种类及表面状况无关
D.常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色
【解析】选B。一切物体都在不停地向外辐射电磁波,且温度越高,辐射的电磁波越强。对于一般材料的物体,辐射强度按波长的分布除与物体的温度有关外,还与材料的种类和表面状况有关;常温下我们看到的物体的颜色是反射光的颜色。
2.在下列各组所说的两个现象中,都表现出光具有粒子性的是 (　　)
A.光的折射现象、偏振现象
B.光的反射现象、干涉现象
C.光的衍射现象、色散现象
D.光电效应现象、康普顿效应
【解析】选D。本题考查光的性质。干涉、衍射、偏振都是光的波动性的表现,只有光电效应现象和康普顿效应是光的粒子性的表现,D正确。
3.关于电子的运动规律,以下说法正确的是 (　　)
A.电子如果表现出粒子性,则无法用轨迹来描述它们的运动,其运动遵循牛顿运动定律
B.电子如果表现出粒子性,则可以用轨迹来描述它们的运动,其运动遵循牛顿运动定律
C.电子如果表现出波动性,则无法用轨迹来描述它们的运动,空间分布的概率遵循波动规律
D.电子如果表现出波动性,则可以用轨迹来描述它们的运动,其运动遵循牛顿运动定律
【解析】选C。电子运动对应的物质波是概率波。少量电子表现出粒子性,无法用轨迹描述其运动,也不遵循牛顿运动定律,A、B错误;大量电子表现出波动性,无法用轨迹描述其运动,可确定电子在某点附近出现的概率,且概率遵循波动规律,C正确,D错误。
4.当具有5.0 eV能量的光子照射到某金属表面后,从金属表面逸出的电子具有的最大初动能是1.5 eV。为了使这种金属产生光电效应,入射光的最低能量为 (　　)
A.1.5 eV　　　　　　　　　 B.3.5 eV
C.5.0 eV D.6.5 eV
【解析】选B。由Ek=hν-W得W=hν-Ek
=5.0 eV-1.5 eV=3.5 eV
要使光电子从金属表面逸出,入射光的能量必须满足hνmin≥W,则入射光的最低能量为hνmin=W=3.5 eV
故正确选项为B。
5.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,如果有光通过双缝则显出波动性
【解析】选C。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,当让光子一个一个地通过单缝,曝光时间短时表现出粒子性,曝光时间长时表现出波动性,所以D错误。
6.如图所示为研究光电效应的电路图。开关闭合后,当用波长为λ0的单色光照射光电管的阴极K时,电流表有示数。下列说法正确的是 (　　)
A.若只让滑片P向D端移动,则电流表的示数一定增大
B.若只增加该单色光的强度,则电流表示数一定增大
C.若改用波长小于λ0的单色光照射光电管的阴极K,则阴极K的逸出功变大
D.若改用波长大于λ0的单色光照射光电管的阴极K,则电流表的示数一定为零
【解析】选B。电路所加电压为正向电压,如果电流达到饱和电流,增加电压,电流也不会增大,故A错误;只增加单色光强度,逸出的光子数增多,电流增大,故B正确;金属的逸出功与入射光无关,故C错误;改用波长大于λ0的光照射,虽然光子的能量变小,但也可能发生光电效应,可能有电流,故D错误。
7.分别用波长为λ和λ的单色光照射同一金属板,发出的光电子的最大初动能之比为1∶2。以h表示普朗克常量,c表示真空中的光速,则此金属板的逸出功为(　　)
A.　　　B.　　　C.　　　D.
【解析】选A。由光电效应方程得Ek1=h-W0 ①
Ek2=h-W0 ②
又Ek2=2Ek1 ③
联立①②③得W0=,故选A。
8.如图甲所示,合上开关,用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极K,发现电流表读数不为零。调节滑动变阻器,发现当电压表读数小于0.60 V时,电流表读数仍不为零,当电压表读数大于或等于0.60 V时,电流表读数为零。把电路改为图乙,当电压表读数为2 V时,则逸出功及电子到达阳极时的最大动能为 (　　)
A.1.5 eV　0.6 eV
B.1.7 eV　1.9 eV
C.1.9 eV　2.6 eV
D.3.1 eV　4.5 eV
【解析】选C。用光子能量hν=2.5 eV的光照射阴极,电流表读数不为零,则能发生光电效应,如题图甲所示,当电压表读数大于或等于0.60 V时,电流表读数为零,则电子不能到达阳极,由动能定理-eU=0-m知,最大初动能Ek=eU=0.6 eV,由光电效应方程知W=hν-Ek=1.9 eV。对题图乙当电压表读数为2 V时,电子到达阳极的最大动能为Ek′=Ek+eU′=0.6 eV+2 eV=2.6 eV。故C正确。
9. 电子显微镜的分辨率高达0.2 nm(波长越短,分辨率越高),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
【解析】选A。质子比电子质量大得多,加速到相同的速度的情况下,质子的动量(p=mv)大,由物质波波长公式λ=知,质子对应的物质波波长短,所以对应的显微镜分辨率高,最高分辨率将小于0.2 nm,A正确。
10.波粒二象性是微观世界的基本特征,以下说法正确的是 (　　)
A.光电效应现象提示了光的粒子性
B.黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释
C.动能相等的质子和电子,它们的德布罗意波长也相等
D.热中子束射到晶体上产生的衍射图样说明中子具有波动性
【解析】选A、D。光电效应无法用波动性解释,爱因斯坦引入了光量子,成功解释了光电效应,因此光电效应现象揭示了光的粒子性,故A正确。黑体辐射的实验规律无法用光的波动性解释,为了解释黑体辐射规律,普朗克建立了量子理论,成功解释了黑体辐射的实验规律,故B错误。动能相等的质子和电子,质子和电子质量不相等,由动量大小与动能关系p=,可知它们的动量不相等,根据德布罗意波长公式λ=可知,它们的德布罗意波长也不相等。故C错误。衍射和干涉是波特有的现象,电子束通过双缝实验装置后形成干涉图样说明中子具有波动性,故D正确。
11.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、初速度为零,加速电压为U,普朗克常量为h,则下列说法中正确的是 (　　)
A.该实验说明物质波的存在
B.实验中电子束的德布罗意波长为λ=
C.加速电压U越大,电子的衍射现象越不明显
D.若用相同动能的质子代替电子, 衍射现象将更加明显
【解析】选A、B、C。衍射现象是波的特有现象,能通过金属晶格观察到电子的衍射图样,说明实物粒子具有波动性,德布罗意物质波的确存在,A正确;由Ue=mv2,λ=可得λ=,B正确;由公式可知,加速电压越大,λ越小,越不易观察到电子的衍射现象,C正确;由p=,λ=可知,λ=,现用相同动能的质子代替电子,质子的物质波波长更短,衍射现象将更加不明显,D错误。
12.对某种金属的光电效应,其遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像如图所示。则由图像可知 (　　)
A.当入射光的频率为ν0时,有光电子逸出
B.入射光的光照强度增大时,遏止电压增大
C.若已知电子电量e,就可以求出普朗克常量h
D.入射光的频率为2ν0时,产生的光电子的最大初动能为hν0
【解析】选C、D。由图可知,只有当入射光的频率大于或等于极限频率ν0时,才会发生光电效应现象,故A错误。根据光电效应方程Ekm=hν-W0和eUc=Ekm得遏止电压与入射光的强度无关,故B错误。根据光电效应方程Ekm=hν-W0和eUc=Ekm得,Uc=-,知图线的斜率等于,从图像上可以得出斜率的大小,已知电子电量,可以求出普朗克常量,故C正确;当遏止电压为零时,最大初动能为零,则入射光的能量等于逸出功,所以W0=hν0。若入射光的频率为2υ0时,根据光电效应方程,Ekm=hν-W0=hν0。即入射光的频率为2ν0时,产生的光电子的最大初动能为hν0,故D正确。
二、计算题(本大题共4小题,共52分,要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)
13.(10分)X射线管中阳极与阴极间所加电压为3×104 V,电子加速后撞击X射线管阳极产生X射线,求X射线的最短波长。(电子电荷量e=1.6×10-19 C,电子的初速度为零)
【解析】在射线管中,电子在电场的加速作用下由阴极向阳极加速运动,电子到达阳极时获得动能
Ek=eU=1.60×10-19×3.00×104J=4.80×10-15J(3分)
电子撞击阳极发出X射线,当电子动能全部变为光子能量hν时X射线的波长最短,X射线光子能量最大hν=eU, (2分)
即h=eU, (2分)
得λ==4.1×10-11m。 (3分)
答案:4.1×10-11 m
14.(12分)如图甲所示是研究光电效应规律的光电管。用波长λ=0.50 μm的绿光照射阴极K,实验测得流过G表的电流I与AK之间的电势差UAK满足如图乙所示规律,取h=6.63×10-34 J·s。结合图像,求:(结果保留两位有效数字)
(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极K时的最大动能。
(2)该阴极材料的极限波长。
【解析】(1)光电流达到饱和时,阴极发射的光电子全部到达阳极A,阴极每秒钟发射的光电子的个数n==(个)=4.0×1012(个), (3分)
光电子的最大初动能为:
Ekm=eU0=1.6×10-19C×0.6 V=9.6×10-20 J。 (3分)
(2)设阴极材料的极限波长为λ0,
根据爱因斯坦光电效应方程:
Ekm=h-h, (3分)
代入数据得
λ0=0.66 μm。 (3分)
答案:(1)4.0×1012个　9.6×10-20 J　 (2)0.66 μm
【加固训练】
已知钠发生光电效应的极限波长为λ0=5×10-7 m。现用波长为4×10-7 m的光照射用钠做阴极的光电管。求:
(1)钠的逸出功W。
(2)为使光电管中的光电流为零,在光电管上所加反向电压至少多大。
【解析】(1)钠的逸出功
W=hν0=h=3.978×10-19J
(2)光电子最大初动能
Ek=hν-W=h-A=0.99×10-19J
Ek=eUe,Ue==0.62 V
答案:(1)3.978×10-19J　(2)0.62 V
15.(14分)爱因斯坦的相对论指出,物体的能量和质量之间存在一个定量关系:E=mc2,其中c为光在真空中的速度。频率为ν=5×1014Hz的光子具有的动量是多少?若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λe是多少?
【解析】根据光子说,光子的能量E=hν=mc2, (1分)
故得动量p=mc= (2分)
= kg·m·s-1
=1.1×10-27 kg·m·s-1(3分)
设电子质量为me,速度为ve,动量为pe,
则pe=meve, (1分)
依题意pe=p, (2分)
则电子的速度大小为ve===m/s=1.2×103 m/s(2分)
该电子物质波的波长为
λe== m=6.0×10-7 m。 (3分)
答案:1.1×10-27 kg·m·s-1
1.2×103 m/s　6.0×10-7m
16.(16分)(1)氢原子从-3.4 eV 的能级跃迁到-0.85 eV的能级时,是发射还是吸收光子?这种光子的波长是多少?(计算结果取一位有效数字)
(2)图中光电管用金属材料铯制成,电路中定值电阻R0=0.75 Ω,电源电动势E=1.5 V,内阻r=0.25 Ω,图中电路在D点交叉,但不相连。R为变阻器,O是变阻器的中间触头,位于变阻器的正中央,P为滑动端。变阻器的两端点ab总阻值为14 Ω。当用上述氢原子两能级间跃迁而发射出来的光照射图中的光电管,欲使电流计G中电流为零,变阻器aP间阻值应为多大?(已知普朗克常量h=6.63×
10-34 J·s,金属铯的逸出功为1.9 eV。1 eV=1.6×10-19 J)
【解题指南】解答本题时应把握以下两点:
(1)当光电管接反向电压且阻碍住具有最大初动能的光电子时,电流计G中电流才为零。
(2)当G中电流为零时,有光电管的回路并不影响有电源回路的连接方式。
【解析】(1)氢原子从低能级向高能级跃迁时,应吸收光子,ΔE=-0.85 eV-(-3.4 eV)=2.55 eV(2分)
由ΔE=可知
λ== m
=5×10-7 m(3分)
(2)由爱因斯坦光电效应方程可知
hν-W=Ek(2分)
又hν=ΔE (1分)
Ek=UOP·e (2分)
UOP=·ROP (3分)
RaP=-ROP (2分)
解得RaP=0.5 Ω(1分)
答案:(1)吸收光子　5×10-7 m
(2)0.5 Ω