高中物理 第四章 波粒二象性章末檢測 教科版選修3-5

章末檢測(時間：90分鐘滿分：100分)一、選擇題(共12小題，共60分)1．年諾貝爾物理學(xué)獎中的一項是獎勵美國科學(xué)家賈科尼和日本科學(xué)家小柴昌俊發(fā)現(xiàn)了宇宙X放射源．X射線是一種高頻電磁波，若X射線在真空中的波長為λ，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，以E和p分別表示X射線每個光子的能量和動量，則()．左起——賈科尼、戴維斯、小柴昌俊圖1A．E＝eq\f(hλ,c)，p＝0 B．E＝eq\f(hλ,c)，p＝eq\f(hλ,c2)C．E＝eq\f(hc,λ)，p＝0 D．E＝eq\f(hc,λ)，p＝eq\f(h,λ)解析根據(jù)E＝hν，且λ＝eq\f(h,p)，c＝λν可得X射線每個光子的能量為：E＝eq\f(hc,λ)，每個光子的動量為：p＝eq\f(h,λ).答案D2．現(xiàn)代物理學(xué)認為，光和實物粒子都具有波粒二象性，下列事實中突出體現(xiàn)波動性的是()．A．一定頻率的光照射到鋅板上，光的強度越大，單位時間內(nèi)鋅板上發(fā)射的光電子就越多B．肥皂液是無色的，吹出的肥皂泡卻是彩色的C．質(zhì)量為10－3kg、速度為10－2m/s的小球，其德布羅意波波長約為10－D．人們常利用熱中子研究晶體的結(jié)構(gòu)，因為熱中子的德布羅意波波長與晶體中原子間距大致相同解析肥皂泡呈現(xiàn)彩色花紋是光的干涉現(xiàn)象，利用熱中子研究晶體的結(jié)構(gòu)是利用了中子的衍射現(xiàn)象，干涉和衍射是波動性的表現(xiàn)，而A體現(xiàn)了光的粒子性，C中體現(xiàn)的是宏觀運動，所以只有B、D正確．答案BD3．光具有波粒二象性，那么能夠證明光具有波粒二象性的現(xiàn)象是()．A．光的反射及小孔成像B．光的干涉，光的衍射，光的色散C．光的折射及透鏡成像D．光的干涉，光的衍射和光電效應(yīng)解析中學(xué)階段表明光具有波動性的典型現(xiàn)象是光的干涉和衍射現(xiàn)象，表明光具有粒子性的典型現(xiàn)象是光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)．答案D4．一束波長為7×10－5cm的光波，每秒鐘有3×1015個光子通過一個與光線垂直的平面．另有一束光，它傳輸相同的能量，但波長為4×10－5()．A.eq\f(7,12)×1015個 B．3×1015個C.eq\f(12,7)×1015個 D.eq\f(21,4)×1015個解析由題意得n1eq\f(hc,λ1)＝n2eq\f(hc,λ2)，代入數(shù)據(jù)得3×1015×eq\f(hc,7×10－5)＝n2eq\f(hc,4×10－5)，n2＝eq\f(12,7)×1015個，故選C.答案C5．頻率為ν的光子的動量和波長的關(guān)系是λ＝eq\f(h,p)，能量為ε，則光的速度為()．A.eq\f(ελ,h) B．pεC.eq\f(ε,p) D.eq\f(h2,ε·p)解析由波速公式c＝λν，德布羅意波波長λ＝eq\f(h,p)，光能量子ε＝hν，可得c＝λeq\f(ε,h)＝eq\f(h,p)·eq\f(ε,h)＝eq\f(ε,p).故選項A、C正確．答案AC6．利用金屬晶格(大小約10－10m)作為障礙物觀察電子的衍射圖樣，方法是讓電子通過電場加速后，讓電子束照射到金屬晶格上，從面得到電子的衍射圖樣．已知電子質(zhì)量為m，電荷量為e，初速度為0，加速電壓為U，普朗克常量為h()．A．該實驗說明了電子具有波動性B．實驗中電子束的德布羅意波長為λ＝eq\f(h,\r(2meU))C．加速電壓U越大，電子的衍射現(xiàn)象越明顯D．若用相同動能的質(zhì)子替代電子，衍射現(xiàn)象將更加明顯解析得到電子的衍射圖樣，說明電子具有波動性，A正確；由德布羅意波長公式λ＝eq\f(h,p)，而動量p＝eq\r(2mEk)＝eq\r(2meU)，兩式聯(lián)立得λ＝eq\f(h,\r(2meU))，B正確；從公式λ＝eq\f(h,\r(2meU))可知，加速電壓越大，電子的波長越小，衍射現(xiàn)象就越不明顯；用相同動能的質(zhì)子替代電子，質(zhì)子的波長小，衍射現(xiàn)象相比電子不明顯，故C、D錯誤．答案AB7．如圖2所示，光電子最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖象，該圖像是研究金屬而得到的，那么()．圖2A．該金屬的逸出功為EB．該金屬的逸出功為hν0C．入射光的頻率為2ν0時，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為ED．入射光的頻率為eq\f(ν0,2)時，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為E/2解析由圖象可知逸出功為E，當入射光頻率為ν0時，產(chǎn)生光電效應(yīng)，當入射光頻率為2ν0時，根據(jù)圖象斜率不變可知，產(chǎn)生光電子的最大初動能為E，故A、B、C選項正確；入射光頻率為eq\f(ν0,2)時，不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，D選項錯誤．答案ABC8．1924年法國物理學(xué)家德布羅意提出物質(zhì)波的概念，任何一個運動著的物體，小到電子，大到行星、恒星都有一種波與之對應(yīng)，波長為λ＝h/p，p為物體運動的動量，h為普朗克常數(shù)，同樣光也具有粒子性，光子的動量為：p＝h/λ，根據(jù)上述觀點可以證明一個靜止的自由電子如果完全吸收一個γ光子，會發(fā)生下列情況：設(shè)光子頻率為ν，則E＝hν，p＝hν/c，被電子吸收后有：hν＝mev2/2，得v＝2c()．A．因為微觀世界動量守恒定律不適用，上述論證錯誤，所以電子有可能完全吸收一個γ光子B．因為微觀世界能量守恒定律不適用，上述論證錯誤，所以電子有可能完全吸收一個γ光子C．動量守恒定律、能量守恒定律是自然界中普遍適用規(guī)律，所以唯一結(jié)論是電子不可能完全吸收一個γ光子D．若γ光子與一個靜止的自由電子發(fā)生作用，則γ光子被電子散射后頻率增大答案C9．下列關(guān)于光的波粒二象性的說法中，正確的是()．A．一束傳播的光，有的光是波，有的光是粒子B．光子與電子是同樣的一種粒子，光波與機械波是同樣的一種波C．光的波動性是由于光子間的相互作用而形成的D．光是一種波，同時也是一種粒子，光子說并未否定電磁說，在光子能量ε＝hν中，頻率ν仍表示的是波的特性解析光是一種波，同時也是一種粒子，光具有波粒二象性，當光和物質(zhì)作用時，是“一份一份”的，表現(xiàn)出粒子性；單個光子通過雙縫后在空間各點出現(xiàn)的可能性可以用波動規(guī)律描述，表現(xiàn)出波動性．粒子性和波動性是光子本身的一種屬性，光子說并未否定電磁說．答案D10．硅光電池是利用光電效應(yīng)原理制成的器件，下列表述正確的是()．A．硅光電池是把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N裝置B．硅光電池中吸收了光子能量的電子都能逸出C．逸出的光電子的最大初動能與入射光的頻率無關(guān)D．任意頻率的光照射到硅光電池上都能產(chǎn)生光電效應(yīng)解析硅光電池是把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N裝置，是利用光電效應(yīng)原理制成的器件，A正確；依據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－A＝hν－h(huán)ν0，可見只有當入射光子的頻率大于極限頻率時才可能發(fā)生光電效應(yīng)，B、C、D錯誤．答案A11．對愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，下面的理解正確的是()．A．只要是用同種頻率的光照射同一種金屬，那么從金屬中逸出的所有光電子都會具有同樣的初動能EkB．式中的W0表示每個光電子從金屬中飛出過程中克服金屬中正電荷引力所做的功C．逸出功W0和極限頻率ν0之間應(yīng)滿足關(guān)系式W0＝ν0D．光電子的最大初動能和入射光的頻率成正比解析愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0中的W0表示從金屬表面直接逸出的光電子克服金屬中正電荷引力做的功，因此是所有逸出的光電子中克服引力做功的最小值，對應(yīng)的光電子的初動能是所有光電子中最大的，其他光電子的初動能都小于這個值，故A、B錯誤．若入射光的頻率恰好是極限頻率，即剛好能有光電子逸出，可理解為逸出的光電子的最大初動能是0，因此有W0＝hν0，C對．由Ek＝hν－W0可知Ek和ν之間是一次函數(shù)關(guān)系，但不是成正比關(guān)系，D錯誤．答案C12．康普頓效應(yīng)證實了光子不僅具有能量，也有動量，圖3給出了光子與靜止電子碰撞后電子的運動方向，則碰后光子()．圖3A．可能沿1方向，且波長變短B．可能沿2方向，且波長變短C．可能沿1方向，且波長變長D．可能沿3方向，且波長變長解析由康普頓效應(yīng)知，光子碰撞電子的過程遵循動量和能量守恒定律，故選C.答案C二、非選擇題(本題共4小題，共40分)13．(10分)一顆地面附近的質(zhì)量為m的人造地球衛(wèi)星，其德布羅意波長為________，一個處于基態(tài)的氫原子核外電子的德布羅意波長為________．(地球半徑為R，重力加速度為g，基態(tài)時電子軌道半徑為r，電子質(zhì)量為me)解析近地衛(wèi)星的速度v＝eq\r(Rg)，由德布羅意波波長公式得λ＝eq\f(h,mv)＝eq\f(h,m\r(Rg)).電子繞核運動所需向心力為庫侖力，即keq\f(e2,r2)＝meeq\f(v2,r)，所以v＝eeq\r(\f(k,mer))由德布羅意波波長公式得λ＝eq\f(h,mv)＝eq\f(h,e\r(\f(kme,r)))答案eq\f(h,m\r(Rg))eq\f(h,e\r(\f(kme,r)))14．(10分)一單色光在某種液體中的傳播速度是2.0×108m/s，波長為3.0×10－7m解析由v＝λν可得ν＝eq\f(v,λ)＝eq\f(2.0×108,3.0×10－7)Hz＝eq\f(2,3)×1015Hzε＝hν＝6.63×10－34×eq\f(2,3)×1015J＝4.42×10－19J因為ε<W，所以不能發(fā)生光電效應(yīng)．答案不能15．(10分)原子核的半徑為10－15m解析設(shè)質(zhì)子的位置不確定范圍等于原子核的半徑，即Δx＝10－15m，由不確定關(guān)系公式Δx·Δp≥eq\f(h,4π)，得Δp≥eq\f(h,4πΔx)＝5.3×10－20kg·m/s.同理，電子被限制在核內(nèi)，動量的不確定范圍與質(zhì)子一樣為Δp′≥5.3×10－20kg根據(jù)位置不確定量與動量不確定量的關(guān)系Δx·Δp≥eq\f(h,4π)，已知Δx，則可求出Δp，反之亦然．答案Δp≥5.3×10－20kg·m/sΔp′≥5.3×10－2016．(10分)(1)研究光電效應(yīng)電路如圖4所示，用頻率相同、強度不同的光分別照射密封真空管的鈉極板(陰極K)，鈉極板發(fā)射出的光電子被陽極A吸收，在電路中形成光電流．下列光電流I與eq\f(A,K)之間的電壓UAK的關(guān)系圖象中，正確的是________