1、- 1 -阶段验收评估（四）波粒二象性(时间：50 分钟 满分：100 分)一、选择题(本题共 8 小题，每小题 6 分，共 48 分。第 15 小题只有一个选项符合题目要求，第 68 小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得 6 分，选对但不全的得 3 分，有选错的得 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数学归纳解析：选 C 为了解释光电效应的实验规律，由于当时没有现成的理论，爱因斯坦就提出了“光子说”来解释光电效应的规律，并取得成功。从科学研究的方法来说，这属于科学假说。C 正确，A
2、、B、D 错误。2关于德布罗意波，下列说法正确的是( )A所有物体不论其是否运动，都有对应的德布罗意波B任何一个运动着的物体都有一种波和它对应，这就是德布罗意波C运动着电场、磁场没有相对应的德布罗意波D只有运动着的微观粒子才有德布罗意波，对于宏观物体，不论其是否运动，都没有相对应的德布罗意波解析：选 B 任何一个运动着的物体，都有一种波与它对应，即物质波，物质有两类：实物和场，所以 B 正确。3关于热辐射，下列说法中正确的是( )A一般物体的热辐射强度只与物体的温度有关B黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，所以黑体一定是黑的C一定温度下，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值D温度升高时，黑体辐射强
3、度的极大值向波长增大的方向移动解析：选 C 一般物体的热辐射强度除与温度有关之外，还与材料、表面状况有关，A错误；黑体可以辐射可见光，不一定是黑的，B 错误；由黑体辐射的实验规律知，C 正确，D错误。4如图所示是一个粒子源，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，以下结论不正确的是( )A有多条明暗相间的条纹B每个光子到达屏上的位置都是一定的- 2 -C光子到达明条纹处的概率较大D光子到达暗条纹处的概率较小，但也有可能到达的光子解析：选 B 由于粒子源产生的粒子是微观粒子，它的运动受波动规律支配，对大量粒子运动到达屏上某点的概率，可以用波的特
4、征进行描述，即产生双缝干涉，在屏上将看到干涉条纹，所以选项 A、C、D 正确，B 错误。51924 年法国物理学家德布罗意提出物质波的概念，任何一个运动着的物体，小到电子，大到行星、恒星都有一种波与之对应，波长 ， p 为物体运动的动量， h 是普朗克常hp量。同样光也具有粒子性，光子的动量 p 。根据上述观点可以证明一个静止的自由电子h如果完全吸收一个 光子，会发生下列情况：设光子频率为 ，则 E h ， p ，h hc被静止的自由电子吸收后有 h ， mev。由以上两式可解得 v2 c，电子的速度为mev22 hc两倍光速，显然这是不可能的。关于上述过程以下说法正确的是( )A因为在微观世
5、界中动量守恒定律不适用，上述论证错误，所以电子可能完全吸收一个 光子B因为在微观世界中能量守恒定律不适用，上述论证错误，所以电子可能完全吸收一个 光子C动量守恒定律、能量守恒定律是自然界中普遍适用规律，所以唯一结论是电子不可能完全吸收一个 光子D若 光子与一个静止的自由电子发生作用，则 光子被电子散射后频率不变解析：选 C 动量守恒定律和能量守恒定律是自然界中普遍适用的规律，因此在微观世界中动量守恒定律和能量守恒定律仍适用，在光电效应实验中金属内部电子在吸收一定能量的光子后克服逸出功从而成为自由电子，因此电子可以吸收光子，故得出的唯一结论是静止的自由电子不可能完全吸收一个 光子，选项 A、B
6、错误，C 正确； 光子与静止的自由电子发生作用，被电子散射后因能量变小从而频率降低，选项 D 错误。6对光的认识，以下说法中正确的是( )A个别光子的行为易表现为粒子性，大量光子的行为易表现为波动性B光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的C光表现出波动性时，就不具有粒子性了，光表现出粒子性时，就不具有波动性了D光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现明显解析：选 ABD 个别光子的行为易表现为粒子性，大量光子的行为易表现为波动性。光与物质相互作用，表现为粒子性，光的传播表现为波动性，光的波动性与粒子性都是光的本- 3 -质属
7、性，故 A、B、D 正确。7如图所示，某种单色光射到光电管的阴极上时，电流表有示数，则( )A入射的单色光的频率必须大于阴极材料的极限频率B增大单色光的强度，电流表的示数将增大C滑片 P 向左移，电流表示数将增大D滑片 P 向左移，电流表示数将减小，甚至为零解析：选 ABD 单色光射到光电管的阴极上时，电流表有示数，说明发生了光电效应，因此入射的单色光的频率一定大于阴极材料的极限频率，选项 A 正确；增大单色光的强度，则产生的光电流增大，电流表的示数增大，选项 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 错误，D 正确。8美国物理学家密立根利用图
8、甲所示的电路研究金属的遏止电压 Uc与入射光的频率 的关系，描绘出图乙中的图像，由此算出普朗克常量 h。电子的电荷量用 e 表示，下列说法正确的是( )A入射光的频率增大，为了测遏止电压，则滑动变阻器的滑片 P 应向 M 端移动B由 Uc 图像可知，这种金属的截止频率为 cC增大入射光的强度，光电子的最大初动能也增大D由 Uc 图像可求普朗克常量表达式为 hU1e 1 c解析：选 BD 入射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，则遏止电压增大，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片 P 向 N 端移动，故 A 错误；根据光电效应方程 Ek h W0知，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，故 C
9、错误；根据 Ek h W0 eUc，解得Uc ，图线的斜率 k ，则 h ，当遏止电压为零时，he h ce he U1 1 c U1e 1 c c。故 B、D 正确。二、计算题(本题共 3 小题，共 52 分)9(16 分)如图所示是光电效应实验示意图。当用光子能量为h 3.1 eV 的光照射金属 K 时，产生光电流。若 K 的电势高于 A 的电势，且电势差为 0.9 V，此时光电流刚好截止。那么，当 A 的电势- 4 -高于 K 的电势，且电势差也为 0.9 V 时，光电子到达 A 极时的最大动能是多大？此金属的逸出功是多大？解析：设光电子逸出时最大初动能为 Ek，到达 A 极的最大动能为
10、 Ek当 A、K 间所加反向电压为 0.9 V 时，由动能定理有eU Ek，得 Ek0.9 eV当 A、K 间所加正向电压为 0.9 V 时，由动能定理有eU Ek Ek，得 Ek1.8 eV由光电效应方程有 Ek h W0，得 W02.2 eV。答案：1.8 eV 2.2 eV10(16 分)德布罗意认为：任何一个运动着的物体，都有着一种波与它对应，波长是 ，式中 p 是运动着的物体的动量， h 是普朗克常量。已知某种紫光的波长是 440 nm，hp若将电子加速，使它的德布罗意波长是这种紫光波长的 104 倍，求：(1)电子的动量的大小；(2)试推导加速电压跟德布罗意波波长的关系，并计算加速
11、电压的大小。电子质量m9.110 31 kg，电子电荷量 e1.610 19 C，普朗克常量 h6.610 34 Js，加速电压的计算结果取一位有效数字。解析：(1) ，电子的动量hpp kgm/s1.510 23 kgm/s。h 6.610 344.410 11(2)电子在电场中加速，有 eU mv212U 810 2 V。mv22e h22me 2答案：(1)1.510 23 kgm/s (2) U 810 2 Vh22me 211(20 分)太阳光垂直射到地面上时，地面上 1 m2接收的太阳光的功率为 1.4 kW，其中可见光部分约占 45%。(普朗克常量 h6.610 34 Js)(1
12、)假如认为可见光的波长约为 0.55 m，日、地间距离 R1.510 11 m，估算太阳每秒辐射出的可见光子数为多少？(2)若已知地球的半径为 6.4106 m，估算地球接收的太阳光的总功率。解析：(1)设地面上垂直阳光的 1 m2面积上每秒钟接收的可见光光子数为 n，则有 P45% nhc解得 n 1.7510 21(个)0.45 Phc 0.450.5510 61.41036.610 343108- 5 -设想一个以太阳为球心，以日、地距离为半径的大球面包围着太阳，大球面接收的光子数即等于太阳辐射的全部光子数。则所求可见光光子数 N n4 R21.7510 2143.14(1.51011)24.910 44(个)。(2)地球背着阳光的半个球面没有接收太阳光。地球向阳的半个球面面积也不都与太阳光垂直。接收太阳光辐射且与阳光垂直的有效面积是以地球半径为半径的圆的平面的面积。则地球接收阳光的总功率P 地 P r21.43.14(6.410 6)2 kW1.810 14 kW。答案：(1)4.910 44个 (2)1.810 14 kW
