高二物理下册第二章 波粒二象性单元检测试题（带答案）

第二章 波粒二象性 单元测试（粤教版选修3-5）
说明：本试卷分为第Ⅰ、Ⅱ卷两部分，请将第Ⅰ卷的答案填入题后括号内，第Ⅱ卷可在各题后直接作答.共100分，考试时间90分钟.
第Ⅰ卷（共40分）
一、本题共10小题，每小题4分，共40分.在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确.全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分.
1.下列关于光电效应的说法正确的是 （ ）
A.若某材料的逸出功是W，则它的极限频率
B.光电子的初速度和照射光的频率成正比
C.光电子的最大初动能和照射光的频率成正比
D.光电子的最大初动能随照射光频率的增大而增大
解析：由光电效应方程 =hv-W知，B、C错误，D正确.若 =0，得极限频率 = ,故A正确.
答案AD
2.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
解析：本题考查光的性质.
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都是光的粒子性的表现，D正确.
答案D
3.关于光的波粒二象性的理解正确的是 （ ）
A.大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性
B.光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子
C.高频光是粒子，低频光是波
D.波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著
解析：根据光的波粒二象性知，A、D正确，B、C错误.
答案AD
4.当具有5.0 eV能量的光子照射到某金属表面后，从金属表面逸出的电子具有最大的初动能是1.5 eV.为了使这种金属产生光电效应，入射光的最低能量为 （ ）
A.1.5 eVB.3.5 eV
C.5.0 eVD.6.5 eV
解析：本题考查光电效应方程及逸出功.
由
得W=hv - =5.0 eV-1.5 eV=3.5 eV
则入射光的最低能量为h =W=3.5 eV
故正确选项为B.
答案B
5.紫外线光子的动量为 .一个静止的 吸收了一个紫外线光子后 （ ）
A.仍然静止
B.沿着光子原来运动的方向运动
C.沿光子运动相反方向运动
D.可能向任何方向运动
解析：由动量守恒定律知,吸收了紫外线光子的 分子与光子原来运动方向相同.故正确选项为B.
答案B
6.关于光电效应，以下说法正确的是 （ ）
A.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
B.光电子的最大初动能越大，形成的光电流越强
C.能否产生光电效应现象，决定于入射光光子的能量是否大于或等于金属的逸出功
D.用频率是 的绿光照射某金属发生了光电效应，改用频率是 的黄光照射该金属一定不发生光电效应
解析：本题考查光电效应.
由光电效应方程知，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，但不是正比关系，A错.光电流的强度与入射光的强度成正比，与光电子的最大初动能无关，B错.用频率是 的绿光照射某金属发生了光电效应，改用频率是 的黄光照射该金属不一定不发生光电效应，D错、C对.
答案C
7.在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是 （ ）
A.使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上会出现衍射图样
B.单个光子通过单缝后，底片上会出现完整的衍射图样
C.光子通过单缝的运动路线像水波一样起伏
D.单个光子通过单缝后打在底片的情况呈现出随机性，大量光子通过单缝后打在底片上的情况呈现出规律性
解析：根据光的波粒二象性知，A、D正确，B、C错误.
答案AD
8.用波长为 和 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 和 ，则下列选项正确的是（ ）
A. ＞ , ＞
B. ＞ , ＜
C. ＜ , ＞
D. ＜ , ＜
解析：由题意知，A光光子的能量大于B光光子，根据E=hv=h ,得 ＜ ；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 ＜ ,故正确选项是D.
答案D
9.光子有能量，也有动量p= ，它也遵守有关动量的规律.如图所示，真空中有一“∞”字形装置可绕通过横杆中点的竖直轴O 在水平面内灵活地转动，其中左边是圆形黑纸片，右边是和左边大小、质量均相同的圆形白纸片.当用平行白光垂直照射这两个圆面时，关于此装置开始时转动情况（俯视）的下列说法中正确的是 （ ）
A.顺时针方向转动
B.逆时针方向转动
C.都有可能
D.不会转动
解析：本题考查光子的动量.光照射到黑纸片上被吸收，照射到白纸片上被反射，因此白纸片受到的冲量大，装置逆时针转动.故正确选项为B.
答案B
10.如图所示为一光电管的工作原理图，当用波长为λ的光照射阴极K时，电路中有光电流，则 （ ）
A.换用波长为 ( ＞λ)的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流
B.换用波长为 ( ＜λ)的光照射阴极K时，电路中一定有光电流
C.增加电路中电源的路端电压，电路中的光电流一定增大
D.将电路中电源的极性反接，电路中可能还有光电流
解析：用波长为λ的光照射阴极K，电路中有光电流，表明λ小于该金属的极限波长 ，换用波长为 照射，虽然 ＞λ，但是 不一定大于 ,所以用波长为 的光照射时，可能仍有光电流，故A错误.用波长为 ( ＜λ)的光照射阴极K时，因 ＜λ＜ ,故电路中一定有光电流，B对.如果电源的端电压已经足够大，阴极K逸出的光电子都能全部被吸引到阳极形成光电流，此时再增大路端电压，电路中的光电流也不再增大，C错.将电路中电源的极性反接，具有最大初动能的光电子有可能能够克服电场阻力到达阳极A，从而形成光电流，所以D正确.
答案BD
第Ⅱ卷（非选择题共60分）
二、本题共5小题，每小题4分，共20分.把答案填在题中的横线上.
11.如右图所示，一验电器与锌板相连，在A处用一紫外线灯照射锌板，关灯后，指针保持一定偏角.
（1）现用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将（填“增大”“减小”或“不变”）.
（2）使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转.那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针（填“有”或“无”）偏转.
解析：当用紫外光照射锌板时，锌板发生光电效应，放出光电子而带上了正电，此时与锌板连在一起的验电器也带上了正电，从而指针发生了偏转.当带负电的小球与锌板接触后，中和了一部分正电荷，从而使验电器的指针偏转减小.
使验电器指针回到零，用钠灯黄光照射，验电器指针无偏转，说明钠灯黄光的频率小于极限频率，红外光比钠灯黄光的频率还要低，更不可能发生光电效应.能否发生光电效应与入射光的强度无关.
答案（1）减小（2）无
12.在某种介质中，某单色光的波长为λ，已知该色光光子能量为E，光在真空中的速度为c，则该介质对这种色光的折射率为.
解析：由E=hv得色光频率：v=
单色光在介质中传播的速度：v=
介质对这种色光的折射率：n= .
答案
13.在绿色植物的光合作用中，每放出一个氧分子要吸收8个波长为6.68×10-7 m的光子，同时每放出1 mol氧气，植物储存469 kJ的能量.则绿色植物能量转化效率为 （普朗克常量h=6.63×10-34 J?s）.
解析：吸收的能量为
E=8NAh
=8×6.0×1023×6.63×10-34× J
=1.43×106 J
则能量转化效率为
η= ×100%= ×100%=33%.
答案33%
14.康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量，下图给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰后光子可能沿方向运动，并且波长（填“不变”“变小”或“变长”）.
解析：因光子与电子碰撞过程动量守恒，所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与光子碰前的方向一致，可见碰后光子的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，能量减少，由E=hv知，频率变小，再根据c=λv知，波长变长.
答案1变长
15.实验室用功率P=1 500 W的紫外灯演示光电效应.紫外线波长λ=2 537 ,阴极离光源距离d=0.5 m,原子半径取r=0.5×10-10 m,则阴极表面每个原子每秒钟接收到的光子数为.
解析：以紫外灯为圆心，作半径为d的球面，则每个原子每秒钟接收到的光能量为
E= πr2=3.75×10-20J
因此每个原子每秒钟接收到的光子数为
n= =5个.
答案5个
三、本题共4小题，共40分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，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.
16.（8分）为引起人眼的视觉，进入人眼的绿光的能量至少为每秒E=10-16 J.假设在漆黑的夜晚，在距人s=100 m远处点亮一只绿光小灯泡，为使人看到它的光线，小灯泡的功率至少为多大？（人用一只眼看，瞳孔直径为4 mm）
解析：由题意知E=
解得
P= .
答案
17.（9分）分别用λ和 λ的单色光照射同一金属，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是多大？
解析：设此金属的逸出功为W,根据光电效应方程得如下两式：
当用波长为λ的光照射时： ①
当用波长为34λ的光照射时： ②
又 ③
解①②③组成的方程组得： .④
答案
18.（11分）纳米技术现在已经广泛应用到社会生产、生活的各个方面.将激光束的宽度聚光到纳米级范围内，可以精确地修复人体损坏的器官.糖尿病引起视网膜病变是导致成年人失明的一个重要原因，利用聚光到纳米级的激光束进行治疗，90%的患者都可以避免失明的严重后果.一台功率为10 W氩激光器，能发出波长λ=500 nm的激光，用它“点焊”视网膜，每次“点焊”需要2×10-3 J的能量，则每次“点焊”视网膜的时间是多少？在这段时间内发出的激光光子的数量是多少？
解析：（1）根据E=Pt,所以t= s=2×10-4 s.
（2）由E=n =nh 得：
n= 个=5×1015个.
答案2×10-4 s5×1015个
19.（12分）如图所示，伦琴射线管两极加上一高压电源，即可在阳极A上产生X射线.（h=6.63×10-34 J?s,电子电荷量e=1.6×10-19 C)
（1）如高压电源的电压为20 kV，求X射线的最短波长;
（2）如此时电流表读数为5 mA，1 s内产生5×1013个平均波长为1.0×10-10 m的光子，求伦琴射线管的工作效率.
解析：（1）X射线管阴极上产生的热电子在20 kV高压加速下获得的动能全部变成X光子的能量，X光子的波长最短.
由W=Ue=hv=hc/λ
得λ=
= m
=6.2×10-11 m.
（2）高压电源的电功率
P1=UI=100 W
每秒产生X光子的能量
P2=nhc/λ=0.1 W
效率为η= =0.1%.
答案（1）6.2×10-11 m(2)0.1%


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