1、第第 6 6 章章 波粒二象性波粒二象性 (时间：90 分钟 满分：100 分) 一、 选择题(本题共 12 小题， 每小题 5 分， 共 60 分。 其中 17 题为单项选择题， 812 题为多项选择题) 1.能够证明光具有波粒二象性的现象是( ) A.光的反射和小孔成像现象 B.光的衍射和光的色散 C.光的折射和透镜成像 D.光的干涉、光的衍射、光电效应 解析 在中学阶段可以认为光的干涉、光的衍射现象证明了光的波动性，光电效 应证明光的粒子性。 答案 D 2.某光子动量为 p，能量为 E，则光子的速度为( ) A.E h B.pE C.E p D. h2 Ep 解析 由波速和频率的关系式
2、v，德布罗意波波长公式 h p，以及光子的能 量公式 Eh 可得：vE h h p E h E p。 答案 C 3.已知钙和钾的截止频率分别为 7.731014 Hz 和 5.441014 Hz，在某种单色光 的照射下两种金属均发生光电效应， 比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电 子，钙逸出的光电子具有较大的( ) A.波长 B.频率 C.能量 D.动量 解析 金属的逸出功 Wh0，根据爱因斯坦光电效应方程 hW1 2mv 2 可知， 从金属钾表面飞出的光电子的最大初动能较金属钙的大， 金属钙表面飞出的光电 子最大初动能小，因 hc E ，所以从钙表面逸出的光电子具有较大的波长，选项 A 正
3、确。 答案 A 4.用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间，在胶片上出现的图像如图所示， 该实验表明( ) A.光的本质是波 B.光的本质是粒子 C.光的能量在胶片上分布不均匀 D.光到达胶片上不同位置的概率相同 解析 用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间，根据在胶片出现的图样，说 明光有波粒二象性，故 A、B 错误；说明光到达胶片上的不同位置的概率是不一 样的，也就说明了光的能量在胶片上分布不均匀，故 C 正确，D 错误。 答案 C 5.2003 年全世界物理学家评选出“十大最美物理实验”，排名第一的为 1961 年 物理学家利用“托马斯 杨”双缝干涉实验装置进行的电子干涉实验。 如图所示
4、， 从辐射源射出的电子束经两个靠近的狭缝后在显微镜的荧光屏上出现干涉条纹， 该实验说明( ) A.光具有波动性 B.光具有波粒二象性 C.微观粒子也具有波动性 D.微观粒子的波是一种电磁波 解析 干涉现象是波的特征，电子是微观粒子，它能产生干涉现象，表明电子等 微观粒子具有波动性。但此实验不能说明电子等微观粒子的波就是电磁波。 答案 C 6.关于光电效应，下列说法正确的是( ) A.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 B.光电子的动能越大，光电子形成的电流就越大 C.光子本身所具有的能量取决于光子本身的频率 D.如果用红光照射金属能发生光电效应， 则改用绿光照射该金属一定不发生光电 效应
5、解析 根据爱因斯坦光电效应方程 hW1 2mv 2， 入射光的频率越大， 光电子的 最大初动能也越大，但不是正比关系，A 错误；光电流的大小与入射光的强度有 关，入射光越强，单位时间内逸出的光电子数目越多，光电流就越大，B 错误； 由 Eh 可知，光子的能量取决于光子本身的频率，C 正确；发生光电效应的条 件是入射光的频率大于或等于金属的极限频率， 如果用红光照射金属能发生光电 效应， 由于绿光的频率大于红光的频率，则用绿光照射该金属一定能发生光电效 应，D 错误。 答案 C 7.经 150 V 电压加速的电子束，沿同一方向射出，穿过铝箔后射到其后的屏上， 则( ) A.所有电子的运动轨迹均相
6、同 B.所有电子到达屏上的位置坐标均相同 C.电子到达屏上的位置坐标可用牛顿运动定律确定 D.电子到达屏上的位置受波动规律支配，无法用确定的坐标来描述它的位置 解析 电子在运动中表现出波动性，没有一定的运动轨迹，牛顿运动定律不适用 于电子的运动。故正确选项为 D。 答案 D 8.从光的波粒二象性出发，下列说法正确的是( ) A.光是高速运动的微观粒子，每个光子都具有波粒二象性 B.光的频率越高，光子的能量越大 C.在光的干涉中，暗条纹的地方是光子不会到达的地方 D.在光的干涉中，亮条纹的地方是光子到达概率最大的地方 解析 一个光子谈不上波动性，A 错误；暗条纹是光子到达概率最小的地方，C 错误
7、。 答案 BD 9.根据物质波理论，以下说法中正确的是( ) A.微观粒子有波动性，宏观物体没有波动性 B.宏观物体和微观粒子都具有波动性 C.宏观物体的波动性不易被人观察到是因为它的波长太长 D.速度相同的质子与电子相比，电子的波动性更为明显 解析 一切运动的物体都有一种物质波与它对应， 所以宏观物体和微观粒子都具 有波动性，A 选项错误，B 选项正确；宏观物体的物质波波长很短，不易观察到 它的波动性，所以 C 选项错误；速度相同的质子与电子相比，电子质量小，物 质波波长更长，所以电子波动性更明显，D 选项正确。 答案 BD 10.在光电效应实验中，分别用频率为 a、b的单色光 a、b 照射
8、到同种金属上， 测得相应的遏止电压分别为 Ua和 Ub、光电子的最大初动能分别为 Eka和 Ekb。h 为普朗克常量。下列说法正确的是( ) A.若 ab，则一定有 Uab，则一定有 EkaEkb C.若 UaUb，则一定有 Ekab，则一定有 haEkahbEkb 解析 设该金属的逸出功为 W， 根据爱因斯坦光电效应方程有 EkhW， 同种 金属的 W 不变，则逸出光电子的最大初动能随 的增大而增大，B 项正确；又 EkeU，则最大初动能与遏止电压成正比，C 项正确；根据上述有 eUhW， 遏止电压 U 随 增大而增大，A 项错误；又有 hEkW，W 相同，则 D 项错 误。 答案 BC 1
9、1.如图所示为光电管工作原理图，当有波长(均指真空中的波长，下同)为 的光 照射阴极板 K 时，电路中有光电流，则( ) A.换用波长为 1(1)的光照射阴极 K 时，电路中可能有光电流 B.换用波长为 2(2)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，电路中一定没有光电流 解析 由题意可知，光电管的极限频率 0，即 1 c ，但 1 可能大 于 0，故波长为 1时也有可能发生光电效应，故 A 正确；而 2，即c c 2，故 一定能发生光电效应，故 B 正确；增加电路中电源的路端电压，当达到饱和电 流时，电流不再
10、增大，故 C 错误；将电路中电源的极性反接，光电子做减速运 动，还有可能到达阳极，还可能有电流，故 D 错误。 答案 AB 12.如图所示为研究光电效应规律的实验电路，电源的两个电极分别与接线柱 c、 d连接。 用一定频率的单色光a照射光电管时， 灵敏电流计G的指针会发生偏转， 而用另一频率的单色光 b 照射该光电管时，灵敏电流计 G 的指针不偏转。下列 说法正确的是( ) A.a 光的频率一定大于 b 光的频率 B.用 b 光照射光电管时，一定没有发生光电效应 C.电源正极可能与 c 接线柱连接 D.若灵敏电流计的指针发生偏转，则电流方向一定是由 dGf 解析 由于电源的接法不知道，所以有两
11、种情况：(1)c 接负极，d 接正极：单色 光 a 频率大于金属的极限频率，b 光的频率小于金属的极限频率，所以 a 光的频 率一定大于 b 光的频率。(2)c 接正极，d 接负极：a、b 两光都能发生光电效应， a 光产生的光电子能到达负极而 b 光产生的光电子不能到达负极，a 光产生的光 电子的最大初动能大，所以 a 光的频率一定大于 b 光的频率。故 A、C 正确，B 错误； 电流的方向与负电荷定向移动的方向相反， 若灵敏电流计的指针发生偏转， 则电流方向一定是由 dGf。故 D 正确。 答案 ACD 二、非选择题(共 4 个题，共 40 分) 13.(8 分)如图甲所示为研究光电效应的
12、电路图。 (1)对于某金属用紫外线照射时，电流表指针发生偏转。将滑动变阻器滑片向右 移动的过程中，电流表的示数不可能_(选填“减小”或“增大”)。如果 改用频率略低的紫光照射，电流表_(选填“一定”“可能”或“一定 没”)有示数。 (2)当用光子能量为 5 eV 的光照射到光电管上时，测得电流表上的示数随电压变 化的图像如图乙所示。则光电子的最大初动能为_ J，金属的逸出功为 _ J。 解析 (1)AK 间所加的电压为正向电压，光电子在光电管中加速，滑动变阻器滑 片向右移动的过程中，若光电流达到饱和，则电流表示数不变，若光电流没达到 饱和电流，则电流表示数增大，所以滑动变阻器滑片向右移动的过程
13、中，电流表 的示数不可能减小，紫光照射也可能发生光电效应，所以电流表可能有示数。 (2)由题图乙可知，当该装置所加的电压为反向电压，且电压表示数为 2 V 时， 电流表示数为 0，得光电子的最大初动能为 2 eV，即 3.210 19 J，根据光电效 应方程 hW1 2mv 2 得，W3 eV4.810 19 J。 答案 (1)减小 可能 (2)3.210 19 4.81019 14.(10分)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， 且所产生的光电子的最大初动能分别为 EkA、EkB。求 A、B 两种光子的动量之比 和该金属的逸出功。 解析 光子能量 Eh，动量
14、ph ，且 c 得 pE c，则 pApB21 A 照射该金属时，光电子的最大初动能 EkAEAW 同理，EkBEBW 解得 WEkA2EkB。 答案 21 EkA2EkB 15.(10 分)已知金属钠的逸出功为 2.29 eV，现用波长为 400 nm 的光照射金属钠 表面，普朗克常量 h6.6310 34 J s，1 nm109m，求遏止电压和金属钠的截 止频率。(结果保留 2 位有效数字) 解析 c 7.510 14 Hz EkhW，解得 Ek0.82 eV EkeUc，解得 Uc0.82 V 截止频率 cW h 5.51014 Hz。 答案 0.82 V 5.51014 Hz 16.(
15、12 分)如图甲所示是研究光电效应规律的光电管。用波长 0.50 m 的绿光 照射阴极 K，实验测得流过表的电流 I 与 AK 之间电势差 UAK满足如图乙所示 规律，取 h6.6310 34 J s。结合图像，求：(结果均保留 2 位有效数字) (1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极 K 时的最大初动能； (2)该阴极材料的极限波长。 解析 (1)光电流达到饱和时，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 nIm e 0.6410 6 1.610 19个4.01012(个) 光电子的最大初动能为 EkmeUc1.610 190.6 J9.61020 J。 (2)设该阴极材料的极限波长为 c，根据爱因斯坦光电效应方程 Ekmhc h c c 代入数据得 c6.610 7 m。 答案 (1)4.01012个 9.610 20 J (2)6.6107 m
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