章末綜合檢測(cè)（五） 波粒二象性

章末綜合檢測(cè)（五）波粒二象性(本試卷滿分：100分)一、單項(xiàng)選擇題(本題共8小題，每小題3分，共24分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的)1．關(guān)于光電效應(yīng)的規(guī)律，下面說法中正確的是()A．當(dāng)某種色光照射金屬表面時(shí)，能產(chǎn)生光電效應(yīng)，則入射光的頻率越高，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能也就越大B．當(dāng)某種色光照射金屬表面時(shí)，能產(chǎn)生光電效應(yīng)，如果入射光的強(qiáng)度減弱，從光照至金屬表面上到發(fā)射出光電子之間的時(shí)間間隔將明顯增加C．對(duì)某種金屬來說，入射光波長(zhǎng)必須大于一極限值，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)D．同一頻率的光照射不同金屬，如果都能產(chǎn)生光電效應(yīng)，則所有金屬產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能一定相同解析：選A從光照至金屬表面上到發(fā)射出光電子之間的時(shí)間間隔只與光和金屬種類有關(guān)，B錯(cuò)；由光電效應(yīng)方程可知入射光波長(zhǎng)必須小于一極限值，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)，光子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率和金屬的種類有關(guān)，C、D錯(cuò)，A對(duì)。2.如圖所示是研究光電管產(chǎn)生電流的電路圖，A、K是光電管的兩個(gè)電極，已知該光電管陰極的極限頻率為ν0，元電荷為e，普朗克常量為h。現(xiàn)將頻率為ν(大于ν0)的光照射在陰極上，則下列方法一定能夠增加飽和光電流的是()A．照射光強(qiáng)度不變，增加光的頻率B．照射光頻率不變，增加照射光強(qiáng)度C．增加A、K電極間的電壓D．減小A、K電極間的電壓解析：選B照射光強(qiáng)度不變，增加光的頻率，則單位時(shí)間內(nèi)入射光的光子數(shù)目變小，光電流的飽和值變小，A錯(cuò)誤；照射光頻率不變，增加光強(qiáng)，則單位時(shí)間內(nèi)入射光的光子數(shù)目增多，使光電流的飽和值增大，B正確；飽和光電流與入射光強(qiáng)度有關(guān)，增減A、K電極間的電壓，飽和光電流不變，C、D錯(cuò)誤。3．下列說法正確的是()A．質(zhì)子的德布羅意波長(zhǎng)與其動(dòng)能成正比B．天然放射的三種射線，穿透能力最強(qiáng)的是α射線C．光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中的截止頻率與入射光的頻率有關(guān)D．電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣說明電子具有波動(dòng)性解析：選D由德布羅意波長(zhǎng)λ＝eq\f(h,p)可知，質(zhì)子的波長(zhǎng)與動(dòng)量成反比，而動(dòng)量與動(dòng)能關(guān)系為p＝eq\r(2mEk)，所以A項(xiàng)錯(cuò)誤；天然放射的三種射線，穿透能力最強(qiáng)的是γ射線，B項(xiàng)錯(cuò)誤；光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中的截止頻率是指使金屬恰好發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)入射光的頻率，即hν＝W，只與金屬的逸出功W有關(guān)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；衍射是波的特性，所以電子束穿過鋁箔的衍射圖樣說明電子具有波動(dòng)性，D項(xiàng)正確。4.如圖所示是甲、乙兩種金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖像，如果用頻率為ν0的光照射兩種金屬，光電子的最大初動(dòng)能分別為E甲、E乙，則關(guān)于E甲、E乙大小關(guān)系正確的是()A．E甲＞E乙 B．E甲＝E乙C．E甲＜E乙 D．無法判斷解析：選A由題圖可知，當(dāng)用頻率為ν0的光照射兩金屬時(shí)，Uc甲>Uc乙，由Ekm＝eUc可知，光電子的最大初動(dòng)能E甲>E乙，故A正確。5．可見光的波長(zhǎng)的大致范圍是400～760nm，如表給出了幾種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的極限波長(zhǎng)，下列說法正確的是()金屬鎢鈣鈉鉀極限波長(zhǎng)/nm274388542551A．表中所列金屬，鉀的逸出功最大B．只要光照時(shí)間足夠長(zhǎng)或強(qiáng)度足夠大，所有波長(zhǎng)的可見光都可以使鈉發(fā)生光電效應(yīng)C．用波長(zhǎng)760nm的光照射金屬鈉、鉀，則鈉逸出的光電子最大初動(dòng)能較大D．用波長(zhǎng)400nm的光照射金屬鈉、鉀，則鉀逸出的光電子最大初動(dòng)能較大解析：選D根據(jù)逸出功與極限頻率、極限波長(zhǎng)的關(guān)系可知，W＝hν＝heq\f(c,λ)，金屬鉀的極限波長(zhǎng)最大，則鉀的逸出功最小，故A錯(cuò)誤；根據(jù)光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件可知，當(dāng)入射光的頻率大于或等于金屬的極限頻率時(shí)，或入射光的波長(zhǎng)小于或等于金屬的極限波長(zhǎng)時(shí)，會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，與光照時(shí)間和光照強(qiáng)度無關(guān)，故B錯(cuò)誤；根據(jù)光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件可知，用波長(zhǎng)760nm的光照射金屬鈉、鉀，由于入射光的波長(zhǎng)均大于兩金屬的極限波長(zhǎng)，不能發(fā)生光電效應(yīng)，故C錯(cuò)誤；鉀的逸出功小，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知，Ek＝heq\f(c,λ)－W，當(dāng)用波長(zhǎng)400nm的光照射金屬鈉、鉀時(shí)，可以發(fā)生光電效應(yīng)，并且鉀逸出的光電子最大初動(dòng)能較大，故D正確。6．用光照射某種金屬，有光電子從金屬表面逸出，如果光的頻率不變，而減弱光的強(qiáng)度，則()A．逸出的光電子數(shù)減少，光電子的最大初動(dòng)能不變B．逸出的光電子數(shù)減少，光電子的最大初動(dòng)能減小C．逸出的光電子數(shù)不變，光電子的最大初動(dòng)能減小D．光的強(qiáng)度減弱到某一數(shù)值，就沒有光電子逸出了解析：選A根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0得，光的強(qiáng)度不影響光電子的最大初動(dòng)能，光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率有關(guān)；光電效應(yīng)發(fā)生的條件是入射光的頻率大于極限頻率，與光的強(qiáng)度無關(guān)；入射光的強(qiáng)度影響單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出光電子的數(shù)目，光的強(qiáng)度減弱，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出光電子數(shù)目減少。故A正確，B、C、D錯(cuò)誤。7.在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，飛飛同學(xué)用同一光電管在不同實(shí)驗(yàn)條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線(甲光、乙光、丙光)，如圖所示。則可判斷出()A．甲光的頻率大于乙光的頻率B．乙光的波長(zhǎng)大于丙光的波長(zhǎng)C．乙光對(duì)應(yīng)的遏止電壓大于丙光對(duì)應(yīng)的遏止電壓D．甲光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能大于丙光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能解析：選B當(dāng)光電管兩端加上遏止電壓且光電流恰好為零時(shí)，有Ek－0＝eUc，對(duì)同一光電管逸出功W0相同，對(duì)應(yīng)的截止頻率相等，使用不同頻率的光照射，有Ek＝hν－W0，兩式聯(lián)立得，hν－W0＝eUc，丙光的遏止電壓最大，則丙光的頻率最大，甲光、乙光頻率相同，A、C錯(cuò)誤；又由λ＝eq\f(c,ν)可知λ丙<λ乙，B正確；由Ek＝hν－W0可知丙光對(duì)應(yīng)的最大初動(dòng)能最大，D錯(cuò)誤。8.如圖所示，有一束單色光入射到極限頻率為ν0的金屬板K上，具有最大初動(dòng)能的某出射電子，沿垂直于平行板電容器極板的方向，從左側(cè)極板上的小孔入射到兩極板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)后，到達(dá)右側(cè)極板時(shí)速度剛好為零。已知電容器的電容為C，帶電量為Q，極板間距為d，普朗克常量為h，電子電量的絕對(duì)值為e，不計(jì)電子的重力。關(guān)于電容器右側(cè)極板的帶電情況和入射光的頻率ν，以下判斷正確的是()A．帶正電，ν0＋eq\f(Qe,Ch) B．帶正電，ν0＋eq\f(Qe,Chd)C．帶負(fù)電，ν0＋eq\f(Qe,Ch) D．帶負(fù)電，ν0＋eq\f(Qe,Chd)解析：選C以最大初動(dòng)能入射至電容器的電子經(jīng)極板間的電場(chǎng)到達(dá)右側(cè)極板時(shí)速度剛好為零，說明電場(chǎng)力做負(fù)功，電場(chǎng)強(qiáng)度方向向右，右側(cè)極板所帶電荷為負(fù)電荷，依據(jù)動(dòng)能定理，則有：－eU＝0－Ek0，其中由電容器電壓與電荷量的關(guān)系可知，U＝eq\f(Q,C)，由最大初動(dòng)能與單色光入射頻率的關(guān)系，可知：Ek0＝hν－h(huán)ν0，代入化簡(jiǎn)，可得：ν＝ν0＋eq\f(Qe,Ch)，故A、B、D錯(cuò)誤，C正確。二、多項(xiàng)選擇題(本題共4小題，每小題4分，共16分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，有多項(xiàng)符合題目要求。全部選對(duì)的得4分，選對(duì)但不全的得2分，有選錯(cuò)的得0分)9．物理學(xué)家做了一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn)：在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，光屏處放上照相底片，若減弱光波的強(qiáng)度，使光子只能一個(gè)一個(gè)地通過狹縫，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，如果曝光時(shí)間不太長(zhǎng)，底片上只能出現(xiàn)一些不規(guī)則的點(diǎn)；如果曝光時(shí)間足夠長(zhǎng)，底片上就會(huì)出現(xiàn)規(guī)則的干涉條紋，下列對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的認(rèn)識(shí)正確的是()A．曝光時(shí)間不長(zhǎng)時(shí)，光子的能量太小，底片上的條紋看不清楚，故出現(xiàn)不規(guī)則的點(diǎn)B．單個(gè)光子的運(yùn)動(dòng)沒有確定的軌道C．干涉條紋中明亮的部分是光子到達(dá)概率較大的地方D．只有大量光子的行為才能表現(xiàn)出波動(dòng)性解析：選BCD光波是概率波，單個(gè)光子沒有確定的軌道，其到達(dá)某點(diǎn)的概率受波動(dòng)規(guī)律支配，少數(shù)光子落點(diǎn)不確定，體現(xiàn)粒子性，大量光子的行為符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律，受波動(dòng)規(guī)律支配，才表現(xiàn)出波動(dòng)性，出現(xiàn)干涉條紋中的亮條紋或暗條紋，故A錯(cuò)誤，B、D正確；干涉條紋中的亮條紋處是光子到達(dá)概率較大的地方，暗條紋處是光子到達(dá)概率較小的地方，但也有光子到達(dá)，故C正確。10．下列四個(gè)圖中，N為鎢板，M為金屬網(wǎng)，它們分別與電池兩極相連，各電池的電動(dòng)勢(shì)E和極性已在圖中標(biāo)出，鎢的逸出功為4.5eV，現(xiàn)分別用能量不同的光子照射鎢板(各光子的能量也已在圖上標(biāo)出)，那么下列圖中從鎢板逸出的光電子能到達(dá)金屬網(wǎng)的是()解析：選BC由于鎢的逸出功為4.5eV，當(dāng)用能量為3eV的光子照射鎢板時(shí)，不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，故A錯(cuò)誤。當(dāng)用能量為8eV的光子照射鎢板時(shí)，會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，逸出的光電子的最大初動(dòng)能為Ek＝8eV－4.5eV＝3.5eV。在題圖B中，由于電池的電動(dòng)勢(shì)為2V，電場(chǎng)力對(duì)光電子做正功，則電子能到達(dá)金屬網(wǎng)。在題圖C中，由于電池的電動(dòng)勢(shì)為2V，電場(chǎng)力對(duì)光電子做負(fù)功，光電子克服電場(chǎng)力做功為2eV，2eV<3.5eV，則光電子能到達(dá)金屬網(wǎng)。在題圖D中，由于電池的電動(dòng)勢(shì)為4V，電場(chǎng)力對(duì)光電子做負(fù)功，4eV>3.5eV，則光電子不能到達(dá)金屬網(wǎng)。故B、C正確，D錯(cuò)誤。11.場(chǎng)致發(fā)射顯微鏡的構(gòu)造如圖所示：一根金屬針的尖端直徑約為100nm，位于真空玻璃球泡的中心，球的內(nèi)表面涂有熒光材料導(dǎo)電膜，在膜與針之間加上如圖所示的高電壓，使針尖附近的電場(chǎng)強(qiáng)度高達(dá)4×109V/m，電子就從針尖表面被拉出并加速到達(dá)涂層，引起熒光材料發(fā)光。這樣，在熒光屏上就看到了針尖的某種像(針尖表面的發(fā)射率圖像)，如果分辨率足夠高，還可以分辨出針尖端個(gè)別原子的位置。但由于電子波的衍射，會(huì)使像模糊，影響分辨率。將電極方向互換，并在玻璃泡中充進(jìn)氦氣，則有氦離子產(chǎn)生并打到熒光屏上，這樣可使分辨率提高，以下判斷正確的是()A．氦原子變成氦離子是在針尖端附近發(fā)生的B．電子從針尖到導(dǎo)電膜的運(yùn)動(dòng)過程中加速度不斷減小C．電子或氦離子的撞擊使熒光材料的原子躍遷到了激發(fā)態(tài)D．分辨率提高是因?yàn)楹るx子的德布羅意波長(zhǎng)比電子的長(zhǎng)解析：選ABC當(dāng)無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的氦原子與針尖上的金屬原子碰撞時(shí)，氦原子由于失去電子成為正離子，故A正確；電場(chǎng)強(qiáng)度從針尖到導(dǎo)電膜由強(qiáng)變?nèi)?，電子從針尖到?dǎo)電膜的運(yùn)動(dòng)過程中加速度不斷減小，故B正確；當(dāng)電子或氦離子以很大的速度撞擊熒光材料時(shí)，電子或氦離子把一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)移給了熒光材料的原子，從而使其躍遷到了激發(fā)態(tài)，故C正確；要想使分辨率提高，就要使衍射變得不明顯，可知氦離子的德布羅意波長(zhǎng)比電子的短，故D錯(cuò)誤。12．利用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置觀測(cè)光電效應(yīng)，已知實(shí)驗(yàn)中測(cè)得某種金屬的遏止電壓Uc與入射頻率ν之間的關(guān)系如圖乙所示，電子的電荷量為e＝1.6×10－19C，則()A．普朗克常量為eq\f(eν1,U1)B．該金屬的逸出功為eU1C．要測(cè)得金屬的遏止電壓，電源的右端為正極D．若電流表的示數(shù)為10μA，則每秒內(nèi)從陰極發(fā)出的光電子數(shù)的最小值為6.25×1012解析：選BC由愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知，Uc＝eq\f(hν,e)－eq\f(W0,e)，故題圖乙圖線的斜率eq\f(U1,ν1)＝eq\f(h,e)，則普朗克常量h＝eq\f(eU1,ν1)，該金屬的逸出功為W0＝hν1＝eU1，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；要測(cè)得金屬的遏止電壓，需要在光電管上加反向電壓，故電源右端為正極，選項(xiàng)C正確；每秒內(nèi)發(fā)出的光電子的電荷量為q＝It＝10×10－6×1C＝10－5C，而n＝eq\f(q,e)，故每秒內(nèi)至少發(fā)出6.25×1013個(gè)光電子，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。三、非選擇題(本題共4小題，共60分)13．(10分)在“焊接”視網(wǎng)膜的眼科手術(shù)中，所用激光的波長(zhǎng)λ＝6.4×10－7m，每個(gè)激光脈沖的能量E＝1.5×10－2J。求每個(gè)脈沖中的光子數(shù)目。(已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3×108m/s。計(jì)算結(jié)果保留1位有效數(shù)字)解析：光子能量ε＝eq\f(hc,λ)，光子數(shù)目n＝eq\f(E,ε)代入數(shù)據(jù)得n≈5×1016。答案：5×101614．(14分)鋁的逸出功為4.2eV，現(xiàn)用波長(zhǎng)200nm的光照射鋁的表面。已知h＝6.63×10－34J·s，求：(1)光電子的最大初動(dòng)能；(2)遏止電壓；(3)鋁的極限頻率。解析：(1)根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W有Ek＝eq\f(hc,λ)－W＝eq\f(6.63×10－34×3.0×108,200×10－9)J－4.2×1.6×10－19J＝3.225×10－19J。(2)由Ek＝eUc可得Uc＝eq\f(Ek,e)＝eq\f(3.225×10－19,1.6×10－19)V≈2.016V。(3)由hνc＝W知νc＝eq\f(W,h)＝eq\f(4.2×1.6×10－19,6.63×10－34)Hz≈1.014×1015Hz。答案：(1)3.225×10－19J(2)2.016V(3)1.014×1015Hz15．(16分)圖甲為利用光電管研究光電效應(yīng)的電路圖，其中光電管陰極K的材料是鉀，鉀的逸出功為W0＝3.6×10－19J，圖乙為實(shí)驗(yàn)中用某一頻率的光照射光電管時(shí)，測(cè)量得到的光電管伏安特性曲線，當(dāng)U＝－2.5V時(shí)，光電流剛好截止，已知h＝6.63×10－34J·s，e＝1.6×10－19C，求：(1)本次實(shí)驗(yàn)入射光的頻率是多少？(2)當(dāng)U′＝2.5V時(shí)，光電子到達(dá)陽極A的最大動(dòng)能是多少？解析：(1)由題圖像可知，反向遏止電壓為：Uc＝－2.5V依據(jù)遏止電壓與最大初動(dòng)能的關(guān)系，則有：eUc＝eq\f(1,2)mvm2根據(jù)光電效應(yīng)方程，hν＝W0＋eq\f(1,2)mvm2代入數(shù)據(jù)，解得：ν≈1.1×1015Hz。(2)光電子由K運(yùn)動(dòng)到A的過程中，設(shè)光電子到達(dá)陽極A的最大動(dòng)能為Ekm，由動(dòng)能定理，則有eU′＝Ekm－eq\f(1,2)mvm2代入數(shù)據(jù)，解得：Ekm＝2eUc＝8×10－19J。答案：(1)1.1×1015Hz(2)8×10－19J16．(20分)電子和光一樣具有波動(dòng)性和粒子性，它表現(xiàn)出波動(dòng)的性質(zhì)，就像X射線穿過晶體時(shí)會(huì)產(chǎn)生衍射一樣，這一類物質(zhì)粒子的波動(dòng)叫物質(zhì)波。質(zhì)量為m的電子以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)，這種物質(zhì)波的波長(zhǎng)可表示為λ＝eq\f(h,mv)，電子質(zhì)量m＝9.1×10－31kg，電子電荷量e＝1.6×10－19C，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s。(1)計(jì)算具有100eV動(dòng)能的電子的動(dòng)量p和波長(zhǎng)λ。(2)若一個(gè)靜止的電子經(jīng)2500V電壓加速：①求能量和這個(gè)電子動(dòng)能相同的光子的