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1、1第十七章 波粒二象性水平测试本试卷分第卷(选择题)和第卷(非选择题)两部分，满分 100分，考试时间 90分钟。第卷(选择题，共 40分)一、选择题(本题共 10小题，每小题 4分，共 40分，其中 16 题为单选，710 题为多选)1.爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得 1921年诺贝尔物理学奖。某种金属逸出光电子的最大初动能 Ek与入射光频率 的关系如图所示，其中 0为极限频率。从图中可以确定的是( )A逸出功与 有关B Ek与入射光强度成正比C当 0时，会逸出光电子D图中直线的斜率与普朗克常量有关答案 D解析 根据爱因斯坦的光电效应方程 Ek h W0可知，光电

2、子的最大初动能与入射光的频率有关，而与入射光的强度无关，选项 B错误；在 Ek 图象中，图线的斜率表示普朗克常量，图线在 轴上的截距表示极限频率，选项 D正确；逸出功是金属本身对金属内电子的一种束缚本领的体现，与入射光的频率无关，选项 A错误；当 0时，不会发生光电效应，选项 C错误。2能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为 1018 J，已知可见光的平均波长约为 0.6 m，普朗克常量 h6.6310 34 Js，则要引起视觉效应进入人眼的光子至少为( )A1 个 B3 个 C30 个 D300 个答案 B解析 由题意可知，可见光光子的平均能量为 h hc3.310 19 J，引起视觉效应时 E

3、 n ，所以 n 6.6310 3431080.610 6 E3 个，故 B项正确。10 183.310 1923.研究光电效应规律的实验装置如图所示，以频率为 的光照射光电管阴极时，有光电子产生。由于光电管间加的是反向电压，光电子从阴极发射后将向阳极做减速运动。光电流由图中电流计 G测出，反向电压由电压表测出。当电流计的示数恰好为零时，电压表的示数称为遏止电压。下列表示光电效应实验规律的图象错误的是( )答案 B解析 频率 一定时，光电效应产生的光电子数与光强成正比，则正向电压很大时，单位时间到达阳极的光电子数与光强也成正比，故饱和光电流与光强成正比，A 正确；由动能定理得， qU00 Ek

4、，又因 Ek h W0，可知截止电压 U0 ，与频率 是hq W0q线性关系，不是正比关系，B 错误；光强 I与频率 一定时，单位时间内逸出的光电子的最大初动能是一定的，所形成的光电流随反向电压的增大而减小，C 正确；由光电效应知3金属中的电子对光子的吸收是十分迅速的，时间小于 109 s,109 s后，光强 I和频率 一定时，光电流恒定，D 正确。4 A、 B两种光子的能量之比为 21，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子最大初动能分别为 EA、 EB，则下列说法正确的是( )A A、 B两种光子的频率之比为 12B A、 B两种光子的动量之比为 12C该金属的逸出功 W0 EA

5、2 EBD该金属的极限频率 cEA EBh答案 C解析 由 h 知，光子的能量与频率成正比，则 A、 B两种光子的频率之比为21，故 A错误；由光子能量 和动量公式 p 知， A、 B两种光子的动量之比等于hc hA、 B两种光子的能量之比，为 pA pB21，故 B错误； EA A W0， EB B W0，解得W0 EA2 EB，故 C正确；该金属的极限频率为 c ，故 D错误。W0h EA 2EBh5光子不仅有能量，还有动量，光照射到某个面上就会产生压力。有人设想在火星探测器上安装面积很大的薄膜，正对着太阳光，靠太阳光在薄膜上产生压力推动探测器前进。第一次安装的是反射率极高的薄膜，第二次安

6、装的是吸收率极高的薄膜，那么( )A安装反射率极高的薄膜，探测器的加速度大B安装吸收率极高的薄膜，探测器的加速度大C两种情况下，由于探测器的质量一样，探测器的加速度大小应相同D两种情况下，探测器的加速度大小无法比较答案 A解析 若薄膜的反射率极高，那么光子与其作用后，动量改变较大，由动量定理可知，若作用时间都相同，薄膜反射对光子的作用力较大，根据牛顿第三定律，光子对薄膜的作用力也较大，因此探测器可获得较大的加速度，A 正确。6在绿色植物的光合作用中，每放出 1个氧分子要吸收 8个波长为 6.88107 m的光量子。每放出 1 mol的氧气，同时植物储存 469 kJ的能量，绿色植物能量转换效率

7、为(普朗克常量 h6.6310 34 Js)( )A9% B34% C56% D79%答案 B解析 植物储存的能量与它储存这些能量所需要吸收的总光能的比值就是绿色植物的能量转换效率。现已知每放出 1 mol氧气储存 469 kJ的能量，只要再求出所需的光能就行了。设阿伏加德罗常数为 NA。因每放出一个氧分子需要吸收 8个光量子，故每放出 1 mol的氧气需要吸收的光量子数为 8NA。其总能量为 E8 NAhc486.0210 23 J6.6310 3431086.8810 71.39210 6 J。绿色植物的能量转化效率为 100%34%。4691031.3921067黑体辐射的实验规律如图所

8、示，由图可知( )A随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加B随温度降低，各种波长的辐射强度都有增加C随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动D随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动答案 ACD解析 由题图可知，随温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，当温度降低时，上述变化相反。故正确答案为 A、C、D。8人类对光的本性认识的过程中先后进行了一系列实验，如图所示的四个示意图所表示的实验能说明光具有波动性的是( )5答案 ABD解析 A 为单缝衍射、B 为双孔干涉、D 为薄膜干涉，这三个实验均说明光具有波动性；C为光电效应，说明光具有粒子

9、性。9关于物质波，下列认识正确的是( )A任何运动的物体(质点)都伴随一种波，这种波叫物质波BX 射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的C电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的D宏观物体尽管可以看做物质波，但它们不具有干涉、衍射等现象答案 AC解析 根据德布罗意物质波理论知，任何一个运动的物体，都有一种波与之相对应，这种波就叫物质波，A 正确；由于 X射线本身不是实物粒子，故 X射线的衍射现象并不能证实物质波理论的正确性，B 错误；电子是一种实物粒子，电子的衍射现象表明运动着的实物粒子具有波动性，C 正确；衍射是波的特有现象，只要是波，都会发生干涉、衍射现象，D 错误。10如图所示，某种单

10、色光射到光电管的阴极上时，电流表有示数，则( )6A入射的单色光的频率必大于阴极材料的截止频率B增大单色光的强度，电流表示数将增大C滑片 P向左移，可增大电流表示数D滑片 P向左移，电流表示数将减小，甚至为零答案 ABD解析 光电管内是真空的，靠阴极 K放出的光电子导电，电流表有示数，必然发生了光电效应，则选项 A、B 正确；当滑片 P向左移时，K 极的电势比 A极高，光电管上加的是反向电压，故选项 C不正确，而 D正确。第卷(非选择题，共 60分)二、填空题(本题共 3小题，共 15分)11(3 分)用同一束单色光，在同一条件下，先后照射锌片和银片，都能产生光电效应。在这两个过程中，对下列四

11、个量，一定相同的是_，可能相同的是_，一定不相同的是_。(填正确答案标号)A光子的能量 B金属的逸出功C光电子的初动能 D光电子的最大初动能答案 A C B、D解析 光子的能量由光的频率决定，同一束单色光频率相同，因而光子能量相同。逸出功等于电子脱离原子核束缚需要做的最少的功，因此只由材料决定，锌片和银片的光电效应中，光电子的逸出功一定不相同。由 Ek h W0，照射光的光子能量 h 相同，逸出功 W0不同，则电子最大初动能不同。由于光电子吸收光子后到达金属表面的路径不同，途中损失的能量也不同，因而脱离金属时的初动能分布在零到最大初动能之间。所以，在两个不同光电效应过程中，光电子的初动能是有可

12、能相等的。12(6 分)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，试在如图所示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，需要记录的数据是_。你所测量的光电子的最大初动能是_(已知电荷量为 e)。7答案 电路图如图。电流恰好为 0时的电压值 U Ue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

13、时，由动能定理得 eU mv ，光电子最大初动能为 eU。12 2m13(6 分)已知某金属的逸出功为 2.25 eV，则入射光子的最低频率是_Hz 时就可以使其发生光电效应，此种频率的光的颜色是_。(附表：可见光中各色光在真空中波长)可见光各色光在真空中波长光色 波长 (nm)红 630760橙 600630黄 570600绿 500570青 450500蓝 430450紫 400430答案 5.4310 14 绿色解析 由光电效应方程 Ek h W0知，入射光的最低频率 h 0 W0，求得 05.4310 14 Hz，波长 552 nm。c 0三、计算题(本题共 4小题，共 45分)14(

14、12 分)用功率 P1 W的光源，照射离光源 r3 m处的某金属薄片。已知光源发出的是波长 5890 的单色光，(1 10 10 m)试计算：(1)单位时间内打到金属片单位面积上的光子数；(2)若取该金属原子的半径 r10.510 10 m，则金属表面上每个原子平均需要隔多长8时间才能接收到一个光子？答案 (1)2.6210 16个 (2)4854.4 s解析 (1)离光源 3 m处的金属片每秒内单位面积上接收的光能为：W J8.84610 3 J；Pt4 r2 1143.1432每个光子的能量： h J3.37710 19 J。c 6.6310 343108589010 10所以单位时间内打

15、到金属片单位面积上的光子数为：n 2.6210 16(个)。W 8.84610 33.37710 19(2)每个原子的截面积为S1 r 3.14(0.510 10 )2 m27.8510 21 m2。21把金属板看成由原子密集排列组成的，则每个原子截面上每秒内接收到的光子数：n1 nS12.6210 167.851021 2.0610 4 (个)。每相邻的两个光子落在原子上的时间间隔为： t s4854.4 s。1n1 12.0610 415(12 分)普朗克常量 h6.6310 34 Js，铝的逸出功 W06.7210 19 J，现用波长 200 nm 的光照射铝的表面。(结果保留三位有效数

16、字)(1)求光电子的最大初动能；(2)若射出的一个具有最大初动能的光电子正对一个原来静止的电子运动，求在此运动过程中两电子电势能增加的最大值。(电子所受的重力不计)答案 (1)3.2310 19 J (2)1.6210 19 J解析 (1) Ek h W0 W03.2310 19 J。hc(2)增加的电势能来自系统损失的动能，当两电子的速度相等时电势能最大，由动量守恒 mv02 mv损失的动能： Ek mv (2m)v2 1.6210 19 J，12 20 12 Ek2所以， 电势能增加的最大值为 1.621019 J。16(9 分)电视显像管中的电子的加速电压为 10 kV，电子枪的枪口直径

17、设为 0.01 cm，试求电子射出电子枪后的横向速度的不确定量。答案 大于等于 0.58 m/s解析 电子的横向位置不确定量 x0.01 cm，由不确定关系式得 vxh4 m x m/s0.58 m/s。6.6310 3443.140.9110 3010 417(12 分)光电管是应用光电效应实现光信号与电信号之间相互转换的装置，其广泛9应用于光功率测量、光信号记录、电影、电视和自动控制等诸多方面。如图所示， C为光电管， B极由金属钠制成(钠的极限波长为 5.0107 m)。现用波长为 4.8107 m的某单色光照射 B极。( h6.6310 34 Js)(1)电阻 R上电流的方向是向左还是

18、向右？(2)求出从 B极发出的光电子的最大初动能；(3)若给予光电管足够大的正向电压时，电路中光电流为 10 A，则每秒射到光电管B极的光子数至少为多少个？答案 (1)向左 (2)1.6610 20 J (3)6.2510 13个解析 (1)电子从 B逸出后，向 A运动，因电子带负电，所以流过电阻 R的电流的方向向左。(2)因入射光的波长 4.8107 m，小于金属钠的极限波长，入射光的频率大于金属钠的极限频率，故能使金属发生光电效应。由光电效应方程得， Ekm h h 0 。hc hc 0代入数据：Ekm6.6310 34 3108 J1.6610 20 J。(14.810 7 1510 7)(3)电路中的饱和电流 Iqt每秒钟到达 A的电子数目：n 6.2510 13个，若每一个光子都能打出一个光电子，则光qe Ite 1010 61.610 19电子数目是 6.251013个。