物理粤教版选修3-5单元测试：第二章波粒二象性含解析

本章测评
（满分:100分时间：90分钟）
第Ⅰ卷(选择题共48分）
一、选择题（共有12个小题，每个小题4分，共48分．每个小题至少有一个选项正确,选对得4分，选不全得2分,选错或不选得0分)
1爱因斯坦由光电效应的实验规律猜测光具有粒子性,从而提出光子说．从科学研究的方法来说，这属于…(）
A．等效替代B．控制变量
C．科学假说D．数学归纳
2下列说法正确的是( )
A．光波是一种概率波
B．光波是一种电磁波
C．单色光从光密介质进入光疏介质时,光子的能量改变
D．单色光从光密介质进入光疏介质时,光的波长不变
3在图2－1 所示的光电管的实验中,发现用一定频率的A单色光照射光电管时,电流表指针会发生偏转，而用另一频率的B单色光照射时不发生光电效应．那么( ）
图2－1
A．A光的频率大于B光的频率
B．B光的频率大于A光的频率
C．用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是a流向b D．用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是b流向a 4如图2－2 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,那么在荧光屏上将看到（）
图2－2
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
5人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm 的绿光时,只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔,眼睛就能察觉．普朗克常量为6.63×10－34J·s，光速为3.0×108 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是（)
A．2。

3×10－18 W B．3.8×10－19 W
C．7.0×10－48 W D．1。

2×10－48 W
6下列实际的例子中，应用的物理原理表明光具有波动性的是( ）
A．在磨制各种镜面或其他光学平面时应用干涉法检查平面的平整程度
B．拍摄水面下的物体时，在照相机镜头前装一片偏振滤光片，可以使景象清晰
C．一窄束白光通过三棱镜色散得到彩色的光带
D．利用光照射到光电管上产生光电流，进行自动控制
7关于电磁波和机械波，下列说法正确的是( )
A．电磁波和机械波的传播都需要借助于介质
B．电磁波在任何介质中传播的速度都相同，而机械波的波速大小与介质密切相关
C．电磁波和机械波都能产生干涉和衍射现象
D．机械波能产生多普勒效应，而电磁波不能产生多普勒效应8分别用波长为λ和错误!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。

错误!B。

错误! C.错误!hcλ
D。

4hc
5λ
9在中子衍射技术中，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相近．已知中子质量m＝1.67×10－27 kg，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，可以估算德布罗意波长λ＝1。

82×10－10 m 的热中子动能的数量级为（）A．10－17J B．10－19J C．10－21J D．10－24 J
10在光的双缝干涉实验中，在光屏上放上照相底片，并设法减弱光子流的强度，尽可能使光子一个一个地通过狭缝，在曝光时间不长和曝光时间足够长情况下，实验结果是（)
A．若曝光时间不长,则底片上出现一些无规则的点
B．若曝光时间足够长，则底片上出现干涉条纹
C．这一实验结果表明光只具有波动性
D．这一实验结果表明光只具有粒子性
11如图2－3所示为一真空光电管的应用电路，其阴极金属材料的极限频率为4.5×1014 Hz，则以下判断正确的是（)
图2－3
A．发生光电效应时，电路中光电流的值取决于入射光的频率B．发生光电效应时，电路中光电流的值取决于入射光的强度C．用λ＝0.5 μm的光照射光电管时，电路中有光电流产生
D．光照射时间越长，电路中的光电流越大
12下列关于光的说法中正确的是( )
A．在真空中红光波长比紫光波长短
B．红光光子能量比紫光光子能量小
C．红光和紫光相遇时产生干涉现象
D．红光照射某金属时有电子向外发射，紫光照射该金属时一定也有电子向外发射
第Ⅱ卷(非选择题共52分)
二、填空题（共有3个小题，每小题5分，共15分．把正确答案填在横线上)
13已知铯的极限频率为4。

545×1014Hz,钠的极限频率为
6.000×1014Hz，银的极限频率为1.153×1015Hz,铂的极限频率为1.529×1015 Hz,当用波长为0.375 μm 的光照射它们时，可发生光电效应的是______．
14使锌板发生光电效应的光子的最长波长为370 nm,这种光子的能量为______eV,锌板的极限频率为______,逸出功为______．15用频率未知的紫外线照射某光电管的阴极时,有光电子飞出．现给你一个电压可调且可指示电压数值的直流电源和一个灵敏度很高的灵敏电流计,试在图2－4的方框中设计一种电路(光电管已画出）,要求用该电路测量用所给紫外线照射光电管的阴极时产生的光电子的最大初动能．按照你设计的电路，重要的操作以及需要记录的数据是______．你所测量的光电子的最大初动能是______（已知电子电荷量为e)．
图2－4
三、计算题（共3个小题,共37分．解答应写出必要的文字说明和重要的演算步骤，有数值计算的应写出数值和单位）
16(12分)某广播电台发射功率为10 kW、在空气中波长为187.5 m 的电磁波，求：
(1）该电台每秒钟从天线发射多少个光子？
（2)若发射的光子四面八方视为均匀的，试求在离天线2.5 km 处直径为1 m的环状天线每秒钟最多能接收的光子个数．
17（12分)德布罗意认为：任何一个运动着的物体，都有一种波与它对应,波长是λ＝错误!，式中p是运动物体的动量，h是普朗克常量．已知某种紫光的波长是440 nm，若将电子加速，使它的德布罗意波长是这种紫光波长的10－4倍，求:
（1)电子动量的大小;
（2）试推导加速电压跟德布罗意波长的关系，并计算加速电压的大小．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＝6.6×10－34J·s，加速电压的计算结果取一位有效数字．
18（13分)如图2－5 所示，阴极K是用极限波长λ0＝0.66 μm 的金属铯制成的，用波长λ＝0。

5 μm 的绿光照射阴极K，调整两个极板电压,当A板电压比阴极高出2.5 V时，光电流达到饱和,电流表示数为0.64 μA.求：
图2－5
（1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能；
（2)如果把照射阴极光的光强增大为原来的2倍，每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极的最大初动能．
参考答案
1解析：本题考查物理思维方法，光子说的提出属于科学猜想，是否正确需实践的进一步检验,这种方法是科学假说，故选C。

答案：C
2解析：据光的波粒二象性可知，光是一种概率波，A选项正确．据光的电磁说可知B选项正确．任何单色光在传播过程中其频率总保持不变,但波速v却随介质的改变而改变（v＝错误!），据E＝hν知,单色光在传播过程中，单个光子的能量总保持不变,C选项错
误．据n＝c
v
,v＝νλ得λ＝错误!，光密介质的折射率较大,故当光从光密介质进入光疏介质时波长变长，D选项错误．
答案：AB
3解析:光电效应中，当入射光频率大于极限频率时才能产生光电子,因此νa＞νb，A项正确,B项错．光电管中电子向左流，因此回路电流顺时针，即电流表G中电流从a流向b，故C项正确，D项错．
答案:AC
4解析：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表现出波动性，即形成明、暗相间的多条干涉条纹，故B选项正确．
答案：B
5解析:人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是P＝nhν＝2。

3×10－18 W.
答案：A
6解析：A项中是利用了光的干涉现象，表明光是波动的,A正确．B项中利用光是横波的特性,用偏振滤光片消除反射光的影响，表明了光是波动的．C选项为光的色散，D项利用光的粒子性，均不能表明光是波动的．
答案：AB
7解析：机械波传播需要介质，而电磁波不需要,A错．电磁波在不同介质中传播速度不相等,B错．两种波都可发生多普勒效应,D 错．只有C正确．
答案：C
8解析：由爱因斯坦光电效应方程知：Ek＝h c
λ
－W,可算出W.
答案：B
9解析:据λ＝错误!，E k＝错误!mv2＝错误!错误!，即有E k＝错误!·（错误!）2，代入数据可得动能数量级为10－21 J,故C正确．
答案：C
10解析：光具有波粒二象性，少量光子表现出粒子性,大量光子表现出波动性．
答案：AB
11解析:当入射光的频率确定后，入射光的强度就决定了单位时间内发射光电子的数目,即光电流的值，故B正确，A、D错误；波长λ＝0。

5 μm的光子，其频率ν＝c/λ＝6×1014 Hz＞4.5×1014 Hz，C 也正确．
答案:BC
12解析：光的颜色是由光的频率决定的，红光频率小于紫光频率．各种色光在真空中的传播速度都为c＝3.00×108 m/s.据光的传播规律λ＝错误!,所以λ红＞λ紫,A错．只有频率相同的两束光才能发生干涉现象,所以C错．据光子说:E＝hν得E红＜E紫，所以B正确．由光电效应实验规律，红光照射某金属发生光电效应时,因ν紫＞ν红,所以紫光照射该金属一定能发生光电效应,D正确．
答案:BD
13解析：由波速公式c＝λ·ν得ν＝错误!,则波长为0。

375 μm的光频率为:ν＝错误!Hz＝8×1014Hz,比较题目所给数据,可知该光子频率大于铯、钠的极限频率，故可发生光电效应的金属是铯、钠．答案：铯、钠
14解析：由光子说可知，这种光子的能量E＝hν0＝错误!，代入数值可得光子的能量为3。

1 eV，锌板的极限频率为8.1×1014Hz，逸出功为3。

1 eV或5.2×10－19 J。

答案:3。

1 8.1×1014 Hz 3。

1 eV或5。

2×10－19 J
15解析:测量电路如图所示；调节电源电压使灵敏电流计的读数恰好为零，记下此时电源电压的值U；光电子最大初动能为eU.光电管的阴极接电源正极，阴极和阳极间的电场阻碍光电子向阳极运动，当灵敏电流计的读数恰好为零时,由动能定理得eU＝错误!mvm2。

答案：电压值U Ue
16解析：(1）每个光子的能量
E ＝hν＝h 错误!＝错误! J ＝1.06×10－27 J
每秒钟电台发射上述波长的光子数
N ＝错误!＝错误!＝9。

4×1030(个)．
(2)设环状天线每秒钟接收的光子数为n,以电台发射天线为中心，则半径为R ＝2.5 km 的球面积S ＝4πR 2，而环状天线的面积S ＝πr 2,其中r ＝错误! m ＝0。

5 m
可得n ＝错误!N ＝9.4×1022个．
答案:（1）9.4×1030个 (2）9。

4×1022个
17解析：(1)λ＝错误!，电子的动量
p ＝错误!＝错误! kg·m/s＝1.5×10－23 kg·m/s。

(2)电子在电场中加速，有
eU ＝12
mv 2 U ＝错误!＝错误!＝8×102 V.
答案：（1)1.5×10－23 kg·m/s
（2)U ＝错误! 8×102 V
18解析：（1)当阴极发射的光电子全部打到阳极A 时,光电流达到饱和，由电流可知每秒到达阳极的电子数，即每秒发射的电子数．由爱因斯坦光电效应方程可计算最大的初动能．
（2）光强加倍，每秒钟发射的光电子数加倍，但入射光频率不变,发射的光电子的最大初动能不变．
解：(1）当电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部到达阳极A ，
学必求其心得，业必贵于专精
阴极每秒钟发射的光电子的个数n＝错误!＝错误!＝4。

0×1012(个）．根据爱因斯坦光电方程，光电子的最大初动能：
1
2
mv m2＝hν－W＝h错误!－h错误!
＝6.63×10－34×3×108×（1
0.50×10－6－
1
0。

66×10－6
) J＝9。

5×10
－20 J。

(2)如果照射光的频率不变,光强加倍，根据光电效应实验规律,阴极每秒发射的光电子数
n′＝2n＝8。

0×1012个
光电子的最大初动能仍然是
错误!mv m2＝9.5×10－20 J。

答案：（1)4。

0×1012个9.5×10－20 J
(2）8。

0×1012个9。

5×10－20 J。