高中物理第十七章波粒二象性单元检测2新人教版选修3-5

第十七章波粒二象性
(时间：60分钟满分：100分)
一、选择题(本题共10小题，每小题5分，共50分。

在每小题给出的四个选项中有一个或多个选项正确。

全部选对的得5分，选对但不全的得2分，有选错的或不答的得0分) 1．下列各种说法中正确的有( )。

A．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说
B．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的照射时间太短
C．在光的单缝衍射实验中，狭缝越窄，光子动量的不确定量越大
D．任何一个运动物体，无论是大到太阳、地球，还是小到电子、质子，都与一种波相对应，这就是物质波。

物质波是概率波
2．下列实验现象中，哪些实验现象的解释使得光的波动说遇到了巨大的困难( )。

A．光的干涉B．光的衍射C．康普顿效应D．光电效应
3．(2011·上海单科)用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措施是( )。

A．改用频率更小的紫外线照射B．改用X射线照射
C．改用强度更大的原紫外线照射D．延长原紫外线的照射时间
4．关于物质波的认识，正确的是( )。

A．电子的衍射证实了物质波的假设是正确的
B．物质波也是一种概率波
C．任何一物体都有一种波和它对应，这就是物质波
D．物质波就是光波
5．运动电子束穿过某一薄晶体时能产生明显的衍射现象，那么下列说法中正确的是( )。

A．电子束的运动速度越快，产生的衍射现象越明显
B．电子束的运动速度越慢，产生的衍射现象越明显
C．产生衍射现象的明显程度与电子束的运动速度无关
D．以上说法都不对
6．根据爱因斯坦光子说，光子能量ε等于(h为普朗克常量，c、λ为真空中的光速和波长)( )。

A．
c
h
λ
B．h
c
λ
C．hλ D.
h
λ
7．用波长为λ1和λ2的单色光A和B分别照射两种金属C和D的表面。

单色光A照射两种金属时都能产生光电效应现象；单色光B照射时，只能使金属C产生光电效应现象，不能使金属D产生光电效应现象。

设两种金属的逸出功分别为W C和W D，则下列选项正确的是( )。

A．λ1＞λ2，W C＞W D B．λ1＞λ2，W C＜W D
C．λ1＜λ2，W C＞W D D．λ1＜λ2，W C＜W D
8. 如图所示，是某金属在光的照射下，光电子最大初动能E k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2E
D ．入射光的频率为c 2v 时，产生的光电子的最大初动能为2
E 9．下列叙述中正确的是( )。

A ．在相同条件下，用紫光照射双缝产生的干涉条纹间距比用红光时大
B ．衍射现象研究表明，“光沿直线传播”只是一种近似的规律
C ．产生光电效应的截止频率，只与金属的逸出功有关
D ．光电效应实验表明，入射光波的振幅越大，所产生的光电子的最大初动能就越大
10. 研究光电效应规律的实验装置如图所示，以频率为ν的光照射光电管阴极K 时，有光电子产生。

由于光电管K 、A 间加的是反向电压，光电子从阴极K 发射后将向阳极A 做减速运动。

光电流i 由图中电流计G 测出，反向电压U 由电压表V 测出。

当电流计的示数恰好为零时，电压表的示数称为反向截止电压U c ，在下列表示光电效应实验规律的图象中，错误的是( )。

二、填空题(本题共2个小题，11小题4分，12小题12分，共16分。

把正确答案填在题中的横线上)
11．已知铯的极限频率为4.545×1014 Hz ，钠的极限频率为6.00×1014 Hz ，锶的极限频
率为1.153×1015 Hz，铂的极限频率为7.529×1015 Hz，当用波长为0.375 μm的光照射它们时，其中能够发生光电效应的金属是________。

12．如图所示是做光电效应实验的装置简图。

在抽成真空的玻璃管内，K为阴极(用金属铯制成，发生光电效应的逸出功为1.9 eV)，A为阳极。

在a、b间不接任何电源，用频率为ν(高于铯的截止频率)的单色光照射阴极K，会发现电流表指针有偏转。

这时，若在a、b间接入直流电源，a接正极，b接负极，并使a、b间电压从零开始逐渐增大，发现当电压表的示数增大到2.1 V时，电流表的示数刚好减小到零。

则a、b间未接直流电源时，通过电流表的电流方向为____________；从阴极K发出的光电子的最大初动能E k＝______ J；入射单色光的频率ν＝______ Hz。

三、解答题(本题共3小题，共34分。

要求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给分。

有数值计算的题，答案中应明确写出数值和单位) 13．(8分)一颗地面附近的质量为m的人造地球卫星，其德布罗意波长为多少？一个离氢原子核最近的电子的德布罗意波长为多少？(地球半径为R，重力加速度为g，电子轨道半径为r，电子质量为m)
14．(12分)小灯泡的功率P＝1 W，设其发出的光向四周均匀辐射平均波长λ＝10－6 cm，求在距离d＝10 km处，每秒落在垂直于光线方向上面积S＝1 cm2上的光子数。

(h ＝6.63×10－34J·s)
15．(14分)如图所示，阴极K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：
(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极的时候所具有的最大初动能；
(2)如果把照射阴极的单色光的光强增大为原来的2倍，每秒钟从阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极的时候所具有的最大初动能。

参考答案
1. 答案：ACD
2. 答案：CD
3. 答案：B 发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，与入射光的强度和照射时间无关，故选项A 、C 、D 错误；X 射线的频率大于紫外线的频率，可能使该金属发生光电效应，故选项B 正确。

4. 答案：AB
5. 答案：B 由德布罗意波长公式λ＝h p ＝h mv
可知，电子束的运动速度v 越小，波长λ越大，根据光波的衍射现象可知，波长越大，衍射现象越明显，B 选项正确。

6. 答案：A ε＝hν＝c
h λ。

7. 答案：D 由题意知，A 光光子的能量大于B 光光子的能量，根据ε＝hν＝c
h λ，
得λ1＜λ2；又因为单色光B 只能使金属C 产生光电效应现象，不能使金属D 产生光电效应现象，所以W C ＜W D ，故正确选项是D 。

8. 答案：AB
9. 答案：BC
10. 答案：B 当反向电压U 与入射光频率ν一定时，光电流i 与光强成正比，所以A 图正确；频率为ν的入射光照射阴极所发射出的光电子的最大初动能为2e max 12
m v ＝hν－W 0，而截止电压U c 与最大初动能的关系为eU c ＝2max 12
mv ，所以截止电压U c 与入射光频率ν的关系是eU c ＝hν－W 0，其函数图象不过原点，所以B 图错误；当光强与入射光频率一定时，单位时间内单位面积上逸出的光电子数及其最大初动能是一定的，所形成的光电流强度会随反向电压的增大而减少，所以C 图正确；根据光电效应的瞬时性规律，不难确定D 图是正确的。

11. 解析：根据公式c ＝λν，得到入射光的频率ν＝c λ＝863100.37510
-⨯⨯ Hz ＝8×1014 Hz 。

可以看出铯和钠的极限频率比入射光的频率小。

答案：钠和铯
12. 解析：(1)光电子由K 向A 定向移动，光电流由A 向K ，因此通过电流表的电流从下向上。

(2)具有最大初动能的电子刚好不能到达A 板，对该电子用动能定理E k ＝U c e 得最大初动
能为2.1 eV ＝3.36×10－19 J 。

(3)由光电效应方程：E k ＝hν－W 0，得
ν＝9.66×1014 Hz 。

答案：从下向上 3.36×10－19 9.66×1014
13. 解析：近地卫星的速度v λ＝h
mv
电子绕核运动所需向心力为库仑力，即22e 2e v k m r r =，所以v
＝由德布罗意波长公式得λ＝h mv。

14. 解析：以d ＝1.0×104 m 为半径的球面积为S 0＝4πd 2，
设t ＝1 s 内小灯泡发出的总光子数为N ，则
Pt ＝c
Nh λ N ＝
Pt hc λ 设S ＝1 cm 2上的光子个数为n ，有
0N n S S
= n ＝0N S S ＝0
Pt S hcS λ ＝624
3484211110101106.63103104 3.14(1.010)
----⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯个 ＝4.0×103
个。

答案：4.0×103个
15. 解析：(1)当阴极发射的光电子全部到达阳极A 时，光电流达到饱和，由电流可知每秒钟到达阴极的电子数，即每秒钟发射的电子数。

由爱因斯坦光电效应方程可计算最大的初动能。

当电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部到达阳极A ，阴极每秒钟发射的光电子的个数n ＝max I e ＝6
190.64101.610--⨯⨯ 个＝4.0×1012 个。

根据爱因斯坦光电方程，光电子的最大初动能：
2e max 12m v ＝hν－W 0＝c h λ－0c h λ＝6.626×10－34×3×108×(6
10.5010-⨯－610.6610
-⨯) J ＝9.6×10－20 J 。

(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，发射的光子的最大初动能不变。

如果照射光的频率不变，光强加倍，根据光电效应实验规律，阴极每秒钟发射的光子数
n ′＝2n ＝8.0×1012
光电子的最大初动能仍然是
2e max 12m v ＝9.6×10－20 J 。

答案：(1)4.0×1012 个 9.6×10
－20 J
(2)8.0×1012 个 9.6×10－20 J。