高中同步测试卷·人教物理选修3－5：高中同步测试卷（八） word版含解析

高中同步测试卷(八)

专题二　波粒二象性

(时间：90分钟，满分：100分)

一、选择题(本题共12小题，每小题5分，共60分．在每小题给出的四个选项中，至少有一个选项正确．全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有错选或不答的得0分．)

1．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

2．关于光的波粒二象性，下列说法正确的是(　　)

A．光的粒子性说明每个光子相当于高速运动的质点

B．光是波，而且是横波，与橡皮绳上传播的波类似

C．光和物质相互作用时是“一份一份”进行的，从这个意义上说光是一种粒子

D．光子在空间各点出现的可能性的大小(概率)，可以用波动的规律来描述，从这个意义上说光是一种波

3．下列说法正确的是(　　)

A．有的光是波，有的光是粒子

B．光子与电子是同样的一种粒子

C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著

D．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

4．关于物质波的认识，正确的是(　　)

①电子的衍射证实了物质波的假设是正确的

②物质波也是一种概率波

③任一物体都有一种波和它对应，这就是物质波

④物质波就是光波

A．①②  B．②③

C．①④  D．①③

5.如图所示，一个粒子源产生某种粒子，在其正前方安装只有两条狭缝的挡板，粒子穿过狭缝打在前方的荧光屏上使荧光屏发光，那么在荧光屏上将会看到(　　)

A．只有两条亮纹

B．有许多条明、暗相间的条纹

C．没有亮纹

D．只有一条亮纹

6．现用电子显微镜观测线度为d的某生物大分子的结构，为满足测量要求，将显微镜工作时电子的德布罗意波长设定为，其中n>1，已知普朗克常量h、电子质量m和电子电荷量e，电子的初速度不计，则显微镜工作时电子的加速电压应为(　　)

A.  B.

C.  D.

7．三种不同的入射光A、B、C分别射在三种不同的金属a、b、c表面，均恰能使金属中逸出光电子，若三种入射光的波长λA＞λB＞λC，则(　　)

A．用入射光A照射金属b和c，金属b和c均可发生光电效应现象

B．用入射光A和B照射金属c，均可使金属c发生光电效应现象

C．用入射光C照射金属a和b，金属a、b均可发生光电效应现象

D．用入射光B和C照射金属a，均可使金属a发生光电效应现象

8．科学研究证明，光子有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子．假设光子与电子碰撞前的波长为λ，碰撞后的波长为λ′，则碰撞过程中(　　)

A．能量守恒，动量守恒，且λ＝λ′ B．能量不守恒，动量不守恒，且λ＝λ′

C．能量守恒，动量守恒，且λ<λ′  D．能量守恒，动量守恒，且λ>λ′

9．用两束频率相同，强度不同的紫外线分别照射两种相同金属的表面，均能产生光电效应，那么(　　)

A．两束光的光子能量相同

B．两种情况下单位时间内逸出的光电子个数相同

C．两种情况下逸出的光电子的最大初动能相同

D．两种情况下逸出的光电子的最大初动能不同

10．在自然生态系统中，蛇与老鼠等生物通过营养关系构成食物链，在维持生态平衡方面发挥着重要作用．蛇是老鼠的天敌，它通过接收热辐射来发现老鼠的存在．假设老鼠的体温约为37 ℃，它发出的最强的热辐射的波长为λmax，根据热辐射理论，λmax与辐射源的绝对温度T的关系近似为λmaxT＝2.90×10－3 m·K.则老鼠发出的最强的热辐射的波长为(　　)

A．7.8×10－5 m  B．9.4×10－6 m

C．1.16×10－4 m  D．9.7×10－8 m

11．已知人眼瞳孔的直径为d，一秒进入瞳孔N个波长为λ的光子时就能引起视觉．若辐射功率为P的点光源能发出波长为λ的光子，则此光源能被人眼看到的最大距离是(　　)

A.   B.

C．d  D．2d

12．如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象．由图象可知(　　)

A．该金属的逸出功等于E

B．该金属的逸出功等于hνc

C．入射光的频率为2νc时，产生的光电子的最大初动能为E

D．入射光的频率为时，产生的光电子的最大初动能为

二、非选择题(本题共4小题，共40分．解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位．)

13．(8分)电子具有多大速度时，德布罗意波的波长同光子能量为4×104eV的X射线的波长相等？此电子需经多大的电压加速？

14.(10分)已知金属铯的截止频率对应的波长为0.66 μm，用波长为0.05 μm的光照射铯金属表面，发射光电子的最大初动能为多少？铯金属的逸出功为多少？(h＝6.63×10－34 J·s)

15．(10分)电子和光一样具有波动性和粒子性，它表现出波动的性质，就像X射线穿过晶体时会产生衍射一样，这一类物质粒子的波叫物质波．质量为m的电子以速度v运动时，这种物质波的波长可表示为λ＝.电子质量m＝9.1×10－31 kg，电子电荷量e＝1.6×10－19 C，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s.

(1)计算具有100 eV动能的电子的动量p和物质波波长λ；

(2)若一个静止的电子经2 500 V电压加速，求能量和这个电子动能相同的光子波长，并求该光子的波长与这个电子的物质波波长之比．

16.(12分)用波长为4×10－7 m的紫光照射某金属，发出的光电子垂直进入3×10－4 T的匀强磁场中，光电子所形成的圆轨道的最大半径为1.2 cm(电子电荷量e＝1.6×10－19 C，其质量m＝0.91×10－30 kg)．求：

(1)紫光光子的能量；

(2)光电子的最大初动能；

(3)该金属发生光电效应的极限频率．

参考答案与解析

1．[导学号13050113]　【解析】选D.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．

2．[导学号13050114]　【解析】选CD.光的粒子性，并不是说光子跟实物粒子一样，而是光和物质相互作用时是“一份一份”进行的，选项C对，A错；光的波动性，与机械波有本质的不同，它是概率波，选项D对，B错．故正确选项为C、D.

3．[导学号13050115]　【解析】选CD.一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、衍射)表现出波动性，光的有些行为(如光电效应)表现出粒子性，所以，不能说有的光是波，有的光是粒子，A错误；虽然光子和电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，所以不能说光子和电子是同样的一种粒子，B错误；波长长，容易发生干涉、衍射，波动性强，反之，波长短，光子能量大，粒子性强，C正确；干涉、衍射是波特有的现象，光电效应说明光具有粒子性，D正确．

4．[导学号13050116]　【解析】选A.电子衍射图样的观测证明德布罗意关于物质波的假说是正确的，所以①正确；只有运动的物质才有物质波与它对应，故③错误；物质波与光波一样，也是一种概率波，即粒子在各点出现的概率遵循波动规律，但物质波不是光波，所以②正确，④错误，即正确选项是A.

5．[导学号13050117]　【解析】选B.任何运动的粒子都具有波粒二象性，那么粒子源产生的大量粒子透过双缝就应该表现出波动性，即形成明、暗相间的多条干涉条纹，故B项正确．

6．[导学号13050118]　【解析】选D.由德布罗意波长λ＝知，p是电子的动量，则p＝mv＝，而λ＝，代入得U＝，故D正确，A、B、C错误．

7．[导学号13050119]　【解析】选CD.因为三种入射光的波长λA＞λB＞λC，所以三种入射光的频率关系为νA＜νB＜νC，所以若用入射光A照射金属b和c，金属b和c均不可发生光电效应，A选项错误；用入射光A和B照射金属c，也不可能使金属c发生光电效应，B选项错误；用入射光C照射金属a与b，金属a、b均可发生光电效应，C选项正确；用入射光B和C照射金属a，均可使金属a发生光电效应，D选项正确．

8．[导学号13050120]　【解析】选C.能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律，适用于宏观世界也适用于微观世界，光子与电子碰撞时遵循这两个守恒定律．光子与电子碰撞前，光子的能量E＝hν＝h，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，光子的能量E′＝hν′＝h，由E>E′，可知λ<λ′，选项C正确．

9．[导学号13050121]　【解析】选AC.由E＝hν和Ek＝hν－W知两束光的光子能量相同，照射金属得到的光电子最大初动能相同，故A、C对，D错；由于两束光强度不同，逸出光电子个数不同，故B错．

10．[导学号13050122]　【解析】选B.体温为37 ℃时，热力学温度T＝310 K，根据λmaxT＝2.90×10－3 m·K，得λmax＝ m＝9.4×10－6 m.

11．[导学号13050123]　【解析】选A.每个能量子(光子)的能量为：ε＝hν＝h

点光源一秒辐射的光子数为n＝＝

欲能引起视觉，有N＝×πd2，R＝ .正确选项为A.

12．[导学号13050124]　【解析】选ABC.由光电效应方程Ek＝hν－W0知，图线与纵轴的交点表示逸出功的大小，A对；图线与横轴的交点为极限频率，此时Ek＝0＝hνc－W0，故W0＝hνc，B对；当入射光的频率为2νc时，Ek′＝2hνc－W0＝hνc，而hνc＝E，C对；当入射光的频率为时，不发生光电效应，D错误．

13．[导学号13050125]　【解析】由德布罗意波公式λ＝＝和光子能量式E＝hν＝h联立可得：

ve＝＝ m/s＝2.34×107 m/s

由动能定理得：eU＝mev

U＝＝ V＝1.56×103 V.

【答案】2.34×107 m/s　1.56×103 V

14．[导学号13050126]　【解析】铯的逸出功W0＝＝3.01×10－19 J

当用波长为λ＝0.05 μm的光照射金属时，光电子最大初动能为Ek＝hν－W0＝－W0

代入数值得Ek＝3.68×10－18 J.

【答案】3.68×10－18 J　3.01×10－19 J

15．[导学号13050127]　【解析】(1)由公式Ek＝得，电子的动量p＝

＝ kg·m/s≈5.4×10－24 kg·m/s

电子物质波波长

λ＝＝ m≈1.2×10－10 m.

(2)由hc/λ＝Ek′＝2 500 eV＝4.0×10－16 J，

得光子波长λ＝ m≈5.0×10－10 m.

电子动量p′＝mv′＝＝ kg·m/s

≈2.7×10－23 kg·m/s.

电子波长λ′＝≈2.5×10－11 m，

则＝20.

【答案】见解析

16．[导学号13050128]　【解析】(1)光子的能量

E＝hν＝h＝6.63×10－34× J＝4.97×10－19 J.

(2)光电子进入磁场后，受到的洛伦兹力等于做匀速圆周运动的向心力，qvB＝m，v＝，光电子的最大初动能

Ek＝mv2＝＝ J＝1.82×10－19 J.

(3)金属的极限频率满足W＝hν0

由爱因斯坦光电效应方程

Ek＝hν－W＝hν－hν0

得ν0＝＝ Hz＝4.75×1014 Hz.

【答案】(1)4.97×10－19 J

(2)1.82×10－19 J

(3)4.75×1014 Hz