第二章 波粒二象性 单元测试卷 Word版含解析

波粒二象性(一)
一、选择题(本题共9小题，每小题7分，共63分．在每小题给出的四个选项中，第1～3题只有一项符合题目要求，第4～9题有多项符合题目要求，全部选对的得7分，选对但不全的得4分，有选错的得0分．)
1．下列关于光的波粒二象性的说法中正确的是(　　)
A．光的波动性和粒子性是相互矛盾的，不能统一
B．在衍射现象中，暗条纹的地方是光子永远不能到达的地方
C．大量光子表现出的波动性强，少量光子表现出的粒子性强
D．频率低的光子表现出的粒子性强，频率高的光子表现出的波动性强
【答案】C
【解析】光的波粒二象性是指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性，二者是统一的，故A错误；在衍射现象中，暗条纹是指振动减弱的地方，并非光子不能到达的地方，故B错误；光既具有粒子性，又具有波动性，大量的光子波动性比较明显，个别光子粒子性比较明显，故C正确；光的粒子性和波动性与光子频率高低无关，故D错误．故选C．
2．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
【答案】A
【解析】金属材料的逸出功与其极限频率相对应，即W＝hν0，显然ν0越大，W越大，A对，只有当入射光的频率大于某种金属的极限频率，才能发生光电效应，B错，由光电效应方程mv2＝hν－W可知，从金属表面出来的光电子的最大初动能与入射光的频率或光子的能量hν有关，而某种金属的逸出功是确定的，与光子的最大初动能无关，C错．发生光电效应时，单位时间内逸出的光电子数与入射光的光强有关，与频率无关，只要入射光的光强一定，单位时间内逸出的光电子数就一定，D错．
3．光子有能量，也有动量，它也遵守有关动量的规律，如图所示，真空中，有一“∞”字形装置可绕通过横杆中点的竖直轴OO′在水平面内灵活地转动，其中左边是圆形黑纸片(吸收光子)，右边是和左边大小、质量相同的圆形白纸片(反射光子)．当用平行白光垂直照射这两个圆面时，关于装置开始转动情况(俯视)的下列说法中正确的是(　　)
A．顺时针方向转动　　 B．逆时针方向转动
C．都有可能　　 D．不会转动
【答案】B
【解析】白纸片发射光子，光子的动量变化大，由动量定理知，光子对白纸片的冲击力大，B正确．
4．利用金属晶格(大小约为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
【答案】AB
【解析】能得到电子的衍射图样，说明电子具有波动性，故A正确．
由Ue＝mv2得v＝ ，
动量p＝mv＝m ＝，
波长λ＝＝，故B对．
由上式可知，U越大，λ越小，衍射现象越不明显，故C错．用相同动能的质子代替电子时，由p＝可知，m变大，p变大，λ变小，衍射现象越不明显，故D错．故选A、B．
5．(2019年天津二模)现代物理学认为，光和实物粒子都具有波粒二象性．下列事实中突出体现波动性的是(　　)
A．一定频率的光照射到锌板上，光的强度越大，单位时间内锌板上发射的光电子的数目就越多
B．在白光下观察竖直放置的肥皂膜，呈现彩色条纹的干涉现象
C．阳光通过三棱镜形成彩色光带
D．人们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大致相同
【答案】BD
【解析】只有当入射光的频率大于金属的极限频率时才能发生光电效应，故如果入射光的频率小于金属的极限频率，无论怎样增大光的强度，也不会有光电子逸出，如能发生光电效应，则证明了光的粒子性，故A错误．肥皂液是无色的，吹出的肥皂泡却是彩色的，是由于光线在肥皂膜的表面发生干涉造成的，而干涉是波特有的性质，故证明了光具有波动性，故B正确．阳光通过三棱镜形成彩色光带，是光的色散现象，不是波动性的特征，故C错误．晶体中相邻原子之间的距离大致与德布罗意波长相同，故能发生明显的衍射现象，而衍射是波特有的性质，故D正确．
6．下表列出了几种不同物体在某种速度下的德布罗意波长和频率为1 MHz的无线电波的波长，由表中数据可知(　　)
—— 质量/kg 速度/(m·s－1) 波长/m
弹子球 2.0×10－2 1.0×10－2 3.3×10－30
电子(100 eV) 9.1×10－31 5.0×106 1.2×10－10
无线电波(1 MHz) ____ 3.0×108 3.3×102
A．要检测弹子球的波动性是可能的
B．无线电波通常情况下只表现出波动性
C．电子照射到金属晶体上能观察到波动性
D．只有可见光才有波动性
【答案】BC
【解析】弹子球的波长(3.3×10－30 m)相对太小，所以要检测其波动性几乎不可能，故A错．无线电波的波长(3.3×102 m)较长，通常表现为波动性，故B对．电子与金属晶体的尺度差不多，所以能利用金属晶体观察电子的波动性，故C对．任何物体，小到中子、质子，大到行星、太阳都存在波动性，故D错．
7．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
【答案】AB
【解析】用一定频率的a单色照射光电管时，电流表指针会发生偏转，知νa＞ν0，由λ＝νf 知a光的波长小于b光的波长，故A正确；只增加a光的强度，即增加了光子的个数，则产生的光电子数目增多，光电流增大，使通过电流表的电流增大，故B正确；根据光电效应方程Ek＝hν－W，最大初动能与入射光频率有关，与强度无关，故只增加a光的强度逸出的电子最大初动能不变，故C错误；阴极材料的逸出功由材料本身决定，与入射光的频率无关，故D错误．
8．下列说法正确的是(　　)
A．在电磁波中红外线比紫外线的波动性更显著
B．光的波动性不是由于光子之间的相互作用引起的
C．光的波长越小，光子的能量越小
D．德布罗意的“物质波”假设否定了光具有波动性
【答案】AB【解析】红外线的波长大于紫外线的波长，故红外线波动性更显著，故A正确；光的波动性不是由于光子之间的相互作用引起的，是由于无数光子的无规则运动形成的，B正确；光的波长越小，频率越大，则光子的能量越大，故C错误；德布罗意的“物质波”假设证实了光具有波动性；故D错误．
9．用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子，比较不同曝光时间摄得的照片，发现曝光时间不长的情况下，照片上是一些散乱的无规则分布的亮点，若曝光时间较长，照片上亮点分布区域呈现出不均匀迹象；若曝光时间足够长，照片上获得清晰的双缝干涉条纹，这个实验说明了(　　)
A．光只具有粒子性
B．光只具有波动性
C．光既具有粒子性，又具有波动性
D．光的波动性不是光子之间的相互作用引起的
【答案】CD
【解析】此实验说明了光既具有粒子性，又具有波动性，少量的光子往往表现为粒子性，大量的光子往往表现为波动性．由于只有一个光子，所以说明光的波动性不是光子之间的相互作用引起的．
二、非选择题(本题共3小题，共37分，计算题要有必要的文字说明和解题步骤)
10．(12分)已知功率为100 W灯泡消耗的电能的5%转化为所发出的可见光的能量，光速c＝3×108 m/s，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s.假定所发出的可见光的波长都是560 nm，计算灯泡每秒内发出的光子数．
【答案】1.4×1019 s－1
【解析】波长为λ的光子能量为E＝，
设灯泡每秒内发出的光子数为n，灯泡的电功率为P.
则n＝，式中k＝5%是灯泡的发光效率，
联立解得n＝，
代入数据得n＝1.4×1019 s－1.
11．(12分)某种金属的逸出功是3 eV，用波长500 nm的绿光照射该金属能否发生光电效应？用波长400 nm的紫光照射能否发生光电效应？电子的最大初动能是多少？
【答案】不能　能　0.11 eV
【解析】入射光子能量大于金属的逸出功就可以发生光电效应．根据光电效应方程Ek＝hν－W，电子的最大初动能等于入射光子能量减去金属逸出功．
绿光光子能量
E绿＝hν绿＝h
＝6.63×10－34× J
≈3.98×10－19 J≈2.49 eV.
紫光光子能量
E紫＝hν紫＝h
＝6.63×10－34× J
≈4.97×10－19 J≈3.11 eV.
由题意知，W＝3 eV，E绿W，所以紫光照射能够发生光电效应．
电子最大初动能
Ek＝hν紫－W＝3.11 eV－3 eV＝0.11 eV
12．(13分)(2018年盐城三模)光照射某金属产生光电效应时，实验测得光电子最大初动能与照射光频率的图象如图所示，其中图线与横轴交点坐标为5.5×1014Hz.用一束波长范围为4.0×10－7～9.0×10－7 m的可见光照射该金属时，求光电子的最大初动能．(已知普朗克常量为h＝6.6×10－34 J·s)
【答案】1.32×10－19 J
【解析】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
从图象上可知，逸出功W0＝hν0
根据光电效应方程有Ekm＝hν－W0＝hν－hν0
用一束波长范围为λ1～λ2，且λ1<λ2的光照射该金属时产生光电效应，入射光的最小波长为λ1，即频率最大，那么产生的光电子的最大初动能为
Ekm＝h－hν0
代入数据可得Ekm＝1.32×10－19 J＝0.825 eV.