第十七章 波粒二象性(时间：90分钟 满分：100分)一、选择题(本题共10小题，每小题4分，共40分)1．普朗克能量子假说是为解释( )A．光电效应实验规律提出的B．康普顿效应实验规律提出的C．光的波粒二象性提出的D．黑体辐射的实验规律提出的2．对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3．硅光电池是利用光电效应原理制成的器件．下列表述正确的是( )A．硅光电池是把光能转化为电能的一种装置B．硅光电池中吸收了光子能量的电子都能逸出C．逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率无关D．任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应4．以下说法正确的是( )A．若用红光照射金属时发生光电效应，则用其他可见光照射该金属均能产生光电效应B．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为该束光的照射时间太短C．光电效应揭示了光的粒子性，而康普顿效应则反映了光的波动性D．物质波是一种概率波，在微观物理学中可以用“轨迹”来描述粒子的运动5．频率为ν的光子的动量和波长的关系是λ＝，能量为ε，则光的速度为( )A．ελ/hB．pεC．ε/pD．h2/(ε·p)6．用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而发生光电效应，可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率ν变化的Ek－ν图象．已知钨的逸出功是3.28eV，锌的逸出功是3.34eV，若将二者的图线画在同一个Ek－ν坐标图中，用实线表示钨，虚线表示锌，则能正确反映这一过程的是下图中的( ) 7．2022年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化．他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点．下列与宇宙微波背景辐射的黑体谱相关的说法中正确的是( )A．微波是指波长在10－3m到10m之间的电磁波B．微波和声波一样都只能在介质中传播C．黑体的热辐射实际上是电磁辐射D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说8.5图1用同一光电管研究a、b两种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图1所示．则这两种光( )A．照射该光电管时a光使其逸出的光电子最大初动能大B．从同种玻璃射入空气发生全反射时，a光的临界角大C．通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距大D．通过同一玻璃三棱镜时，a光的偏折程度大9．分别用波长为λ和λ的单色光照射同一金属板，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为( )A.B.C.hcλD.10.图2某同学采用如图2所示的实验装置来研究光电效应现象．当用某单色光照射光电管的阴极K时，会发生光电效应现象．闭合开关S，在阳极A和阴极K之间加上反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计中电流恰为零，此电压表的电压值U称为遏止电压，根据遏止电压，可以计算出光电子的最大初动能Ekm.现分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极，测量到遏止电压分别为U1和U2，设电子质量为m，电荷量为e，则下列关系式中正确的是( )A．用频率为ν1的光照射时，光电子的最大初速度v＝B．阴极K金属的逸出功W0＝hν1－eU1C．阴极K金属的极限频率νc＝D．普朗克常数h＝题 号12345678910答 案二、非选择题(本题共4小题，共60分)511．(12分)一颗质量为5kg的炮弹以200m/s的速度运动时，它的德布罗意波长为________；假设它以光速运动，它的德布罗意波长为________；若要使它的德布罗意波长为400nm，则它的速度为________．12．(15分)一电子具有200m/s的速率，动量的不确定范围是0.01%，我们确定该电子位置时，有多大的不确定范围？(电子质量为9.1×10－31kg)13．(15分)铝的逸出功是4.2eV，现在用波长200nm的光照射铝的表面．(1)求光电子的最大初动能；(2)求遏止电压；(3)求铝的极限频率．4.(18分)已知每秒钟从太阳射到地球上垂直于太阳光的每平方米截面上的辐射能为1.4×103J，其中可见光部分约占45%.假设可见光的波长为0.55μm，太阳光向各个方向的辐射是均匀的，日地之间距离R＝1.5×1011m，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，由此可估算出太阳每秒钟辐射的可见光的光子数约为多少个(保留两位有效数字)．第十七章 波粒二象性1．D 2.AD3．A [光电效应是光(包括不可见光)照射金属使其逸出电子的现象，因此硅光电池是把光能转化为电能的一种装置，选项A正确；根据光电效应规律知，大于一定频率的光才能被电子吸收而发生光电效应，电子的最大初动能与入射光的频率有关．]54．A [其他可见光频率均大于红光频率故均可发生光电效应，所以A正确；光照射到金属上，不能发生光电效应，说明入射光的频率太低，低于极限频率，所以B错；光电效应，康普顿效应都反映了光的粒子性，所以C错；物质波是一种概率波，粒子到达什么位置是随机的，是预先不确定的，因此不能用“轨迹”描述粒子的运动，所以D错．]5．AC [由波速公式c＝λν，德布罗意波波长λ＝，光能量子ε＝hν，可得c＝λ＝·＝，故选项A、C正确．]6．A [由爱因斯坦光电效应方程可知，光电子的最大初动能Ek＝hν－W0，Ek－ν图象中，钨、锌直线的斜率应相同，故C、D错误；又因为钨的逸出功小于锌的逸出功，所以钨的截止频率应小于锌的截止频率，综上可知A项正确．]7．ACD [微波的波长范围是1mm到10m，A正确．微波能在真空中传播，B不正确．黑体热辐射实际上是电磁辐射，C正确．普朗克在研究黑体的热辐射问题时提出了能量子假说，D正确．]8．BC [由E＝hν知，光的频率是光电子最大初动能的决定因素，a光的频率小，折射率小，临界角大，在光的干涉实验中，若保持双缝间距离、缝与屏间距离都不变，用b光和a光分别做实验得出的干涉条纹，可以看出b光的条纹间距比a光的小，B、C正确．]9．B [由光电效应方程得h－W0＝Ek1，－W0＝Ek2，并且Ek1∶Ek2＝1∶2，可得W0＝.]10．ABD [光电子在电场中做减速运动，根据动能定理可知－eU1＝0－mv2，可得v＝，A正确；根据光电效应方程Ek＝hν－W0，可得W0＝hν1－eU1＝hν2－eU2，联立解得h＝，D正确；将h代入hνc＝W0，解得νc＝，C错误．]11．6.63×10－37m 4.42×10－43m 3.32×10－28m/s解析 炮弹的动量p＝mv＝103kg·m/s它的德布罗意波长为λ＝＝m＝6.63×10－37m当它以光速c＝3×108m/s运动时λ′＝＝＝m＝4.42×10－43m当λ″＝400nm＝4×10－7m时v＝＝m/s＝3.32×10－28m/s.12．Δx≥2.90×10－3m解析 由不确定性关系ΔxΔp≥得：电子位置的不确定范围Δx≥＝m＝2.90×10－3m513．(1)2.02eV (2)2.02V (3)1.01×1015Hz解析 (1)由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可得：Ek＝h－W0＝J－4.2×1.6×10－19J≈3.23×10－19J≈2.02eV(2)由eUc＝Ek得遏止电压Uc＝＝2.02V.(3)由W0＝hνc得极限频率νc＝＝Hz≈1.01×1015Hz.14．4.9×1044个解析 因太阳光向各个方向的辐射是均匀的，可认为太阳每秒钟辐射的可见光的光子数等于以太阳为球心、日地之间距离为半径的球面上每秒钟获得的可见光的光子数，已知每秒钟从太阳射到地球上垂直于太阳光的每平方米截面上的辐射能σ＝1.4×103J/(s·m2)，可见光所占全部辐射能的比例为η＝45%，则太阳每秒钟辐射的可见光的能量E＝4πR2ση，而每个可见光子的能量E0＝hν，则太阳每秒钟辐射出的可见光的光子数N＝＝≈4.9×1044个．5
