2020屆高三物理一輪總復(fù)習(xí) （選修3-5）2 波粒二象性課時(shí)作業(yè) 新人教版

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1、波粒二象性 一、選擇題 1．愛因斯坦由光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，猜測光具有粒子性，從而提出光子說，從科學(xué)研究的方法來說，這屬于(　　) A．等效替代 B．控制變量 C．科學(xué)假說 D．?dāng)?shù)學(xué)歸納 【解析】　科學(xué)假說是科學(xué)理論發(fā)展的思維形式，是人們根據(jù)已經(jīng)掌握的科學(xué)原理和科學(xué)事實(shí)，對未知的自然現(xiàn)象及其規(guī)律，經(jīng)過一系列的思維過程，預(yù)先在自己頭腦中作出的假定性解釋．愛因斯坦由光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，猜測光具有粒子性，從而提出光子說，屬于科學(xué)假說，選項(xiàng)C正確． 【答案】　C 2．(多選)光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：對于某種金屬(　　) A．無論光強(qiáng)多強(qiáng)，只要光的頻率小于極限頻率就不能產(chǎn)生光電效應(yīng)

2、B．無論光的頻率多低，只要光照時(shí)間足夠長就能產(chǎn)生光電效應(yīng) C．超過極限頻率的入射光強(qiáng)度越弱，所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能就越小 D．超過極限頻率的入射光頻率越高，所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能就越大 【解析】　根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律可知，選項(xiàng)A正確；根據(jù)光電效應(yīng)方程hν＝mv＋W0知，頻率ν越高，初動(dòng)能就越大，選項(xiàng)D正確． 【答案】　AD 3．質(zhì)量為m的粒子原來的速度為v，現(xiàn)將粒子的速度增大為2v，則該粒子的物質(zhì)波的波長將(粒子的質(zhì)量保持不變)(　　) A．保持不變 B．變?yōu)樵瓉聿ㄩL的兩倍 C．變?yōu)樵瓉聿ㄩL的一半 D．變?yōu)樵瓉聿ㄩL的倍 【解析】　由題意知，粒子速度為v時(shí)，λ1＝；粒子速

3、度為2v時(shí)，λ2＝，則λ2＝λ1，可知C正確，A、B、D錯(cuò)誤． 【答案】　C 4．下列有關(guān)光的波粒二象性的說法中，正確的是(　　) A．有的光是波，有的光是粒子 B．光子與電子是同樣的一種粒子 C．光的波長越長，其波動(dòng)性越顯著；波長越短，其粒子性越顯著 D．大量光子的行為往往顯示出粒子性 【解析】　一切光都具有波粒二象性，光的有些行為(如干涉、衍射)表現(xiàn)出波動(dòng)性，有些行為(如光電效應(yīng))表現(xiàn)出粒子性，所以，不能說有的光是波，有的光是粒子．雖然光子與電子都是微觀粒子，都具有波粒二象性，但電子是實(shí)物粒子，有靜止質(zhì)量，光子不是實(shí)物粒子，沒有靜止質(zhì)量，電子是以實(shí)物形式存在的物質(zhì)，光子是以場

4、形式存在的物質(zhì)，所以，不能說光子與電子是同樣一種粒子．光的波粒二象性表明，大量光子的行為表現(xiàn)出波動(dòng)性，個(gè)別光子的行為表現(xiàn)出粒子性．光的波長越長，衍射性越好，即波動(dòng)性越顯著，光的波長越短，其光子能量越大，個(gè)別或少數(shù)光子的作用就足以引起光接收裝置的反應(yīng)，所以其粒子性就很顯著． 【答案】　C 5．(多選)下表列出了幾種不同物體在某種速度下的德布羅意波的波長和頻率為1 MHz的無線電波的波長，由表中數(shù)據(jù)可知(　　) 質(zhì)量/kg 速度/ (m·s－1) 波長/m 彈子球 2×10－2 1.0×10－2 3.3×10－30 電子(100 eV) 9.0×10－31 5.0

5、×106 1.4×10－10 無線電波(1 MHz) 3.0×108 3.3×102 A.要檢測彈子球的波動(dòng)性幾乎不可能 B．無線電波通常情況下表現(xiàn)出波動(dòng)性 C．電子照射到金屬晶體(大小約為10－10 m)上能觀察到波動(dòng)性 D．只有可見光才有波動(dòng)性 【解析】　彈子球的波長相對太小，所以檢測其波動(dòng)性幾乎不可能，A正確；無線電波波長較長，所以通常表現(xiàn)為波動(dòng)性，B正確；電子波長與金屬晶體尺度差不多，所以能利用金屬晶體觀察電子的波動(dòng)性，C正確；由物質(zhì)波理論知，D錯(cuò)誤． 【答案】　ABC 6. 如圖所示，近年來數(shù)碼相機(jī)已經(jīng)進(jìn)入千家萬戶，用來衡量數(shù)碼相機(jī)性能的一個(gè)重要的指標(biāo)

6、就是像素，1像素可理解為光子打在光屏上的一個(gè)亮點(diǎn)，現(xiàn)知300萬像素的數(shù)碼相機(jī)拍出的照片比30萬像素的數(shù)碼相機(jī)拍出的等大的照片清晰得多，其原因可解釋為(　　) A．像素的多少，與光的本質(zhì)無關(guān) B．像素少，光的波動(dòng)性顯著 C．像素多，說明大量光子表現(xiàn)光具有粒子性 D．像素的多少能說明光具有波粒二象性，像素多光的波動(dòng)性顯著 【解析】　根據(jù)光的波粒二象性，當(dāng)光同物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)，這種作用是“一份一份”進(jìn)行的，表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)，少量或個(gè)別光子容易顯示出光的粒子性；光在傳播時(shí)，表現(xiàn)出波的性質(zhì)，大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示出波動(dòng)性．像素越多，光子與物質(zhì)作用的個(gè)數(shù)越多，波動(dòng)性越明顯，照片越清晰，D正確．

7、 【答案】　D 7. (多選)(2020·武漢測試)如圖所示是研究光電效應(yīng)的電路，陰極K和陽極A是密封在真空玻璃管中的兩個(gè)電極，K在受到光照射時(shí)能夠發(fā)射光電子．陽極A吸收陰極K發(fā)出的光電子，在電路中形成光電流．如果用單色光a照射陰極K，電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)；用單色光b照射光電管陰極K時(shí)，電流表的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)．下列說法正確的是(　　) A．a(chǎn)光的波長一定小于b光的波長 B．只增加a光的強(qiáng)度可能使通過電流表的電流增大 C．只增加a光的強(qiáng)度可使逸出的光電子最大初動(dòng)能變大 D．陰極材料的逸出功與入射光的頻率有關(guān) 【解析】　用a光照射，探測到了光電流，說明發(fā)生了光電效應(yīng)，而用b光照

8、射，未探測到光電流，說明沒有發(fā)生光電效應(yīng)，所以νa>νb，即λa<λb，A正確；增加a光的強(qiáng)度，會(huì)使單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)量增大，引起光電流增大，即電流表示數(shù)增大，B正確；光的強(qiáng)度與光的頻率無關(guān)，所以只增加a光的強(qiáng)度，不能增大光電子的最大初動(dòng)能，C錯(cuò)誤；逸出功由金屬的原子結(jié)構(gòu)決定，與入射光無關(guān)，D錯(cuò)誤． 【答案】　AB 8．如果一個(gè)電子的德布羅意波長和一個(gè)中子的相等，則它們的哪一個(gè)物理量也相等．(　　) A．速度 B．動(dòng)能 C．動(dòng)量 D．總能量 【解析】　由公式p＝可知，它們的動(dòng)量相等，C項(xiàng)正確． 【答案】　C 9．在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，小明同學(xué)用同一實(shí)驗(yàn)裝置如圖(a)在甲、乙

9、、丙三種光的照射下得到了三條電流表與電壓表讀數(shù)之間的關(guān)系曲線，如圖(b)所示，則正確的是(　　) A．乙光的頻率小于甲光的頻率 B．甲光的波長大于丙光的波長 C．丙光的光子能量小于甲光的光子能量 D．乙光對應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能小于丙光的光電子最大初動(dòng)能 【解析】　由題圖可知，乙、丙兩光對應(yīng)的截止電壓均為U1，由光電效應(yīng)方程hν＝mv＋W0，及－eU1＝0－mv可知，乙、丙兩光的頻率相同，且均大于甲光的頻率，則由c＝λν，可知甲光波長大于乙、丙波長；同樣丙光光子能量大于甲光的光子能量．選項(xiàng)B正確，其余皆錯(cuò)． 【答案】　B 10．下表給出了一些金屬材料的逸出功. 材料 銫

10、鈣 鎂 鈹 鈦 逸出功(10－19 J) 3.0 4.3 5.9 6.2 6.6 現(xiàn)用波長為400 nm的單色光照射上述材料，能產(chǎn)生光電效應(yīng)的材料最多有幾種(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s)(　　) A．2種 B．3種 C．4種 D．5種 【解析】　要發(fā)生光電效應(yīng)，則入射光的能量必須大于金屬的逸出功，由題可算出波長為400 nm的光的能量為E＝hν＝h＝6.63×10－34× J＝4.97×10－19 J，大于銫和鈣的逸出功．所以A選項(xiàng)正確． 【答案】　A 11．(多選)如圖所示是用光照射某種金屬時(shí)逸出的光電子的最

11、大初動(dòng)能隨入射光頻率的變化圖線(直線與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為4.27，與縱軸交點(diǎn)坐標(biāo)為0.5)．由圖可知(　　) A．該金屬的截止頻率為4.27×1014 Hz B．該金屬的截止頻率為5.5×1014 Hz C．該圖線的斜率表示普朗克常量 D．該金屬的逸出功為0.5 eV 【解析】　圖線在橫軸上的截距為截止頻率，A正確，B錯(cuò)誤；由光電效應(yīng)方程知Ekm＝hν－W0，因此圖線的斜率為普朗克常量，C正確；金屬的逸出功為W0＝hν0＝＝1.77 eV，D錯(cuò)誤． 【答案】　AC 二、非選擇題 12．如圖甲，合上開關(guān)，用光子能量為2.5 eV的一束光照射陰極K，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零．調(diào)節(jié)滑動(dòng)

12、變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.60 V時(shí)，電流表讀數(shù)仍不為零，當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.60 V時(shí)，電流表讀數(shù)為零．由此可知，光電子的最大初動(dòng)能為________．把電路改為圖乙，當(dāng)電壓表讀數(shù)為2 V時(shí)，電子到達(dá)陽極時(shí)的最大動(dòng)能為________．圖乙中，電壓表讀數(shù)為2 V不變而照射光的強(qiáng)度增到原來的三倍，此時(shí)電子到達(dá)陽極時(shí)的最大動(dòng)能是________． 【解析】　光子能量hν＝2.5 eV的光照射陰極，電流表讀數(shù)不為零，則能發(fā)生光電效應(yīng)，由光電效應(yīng)方程hν＝mv＋W0，當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.6 V時(shí)，電流表讀數(shù)為零，則電子不能到達(dá)陽極， 由動(dòng)能定理eU＝mv知， 最大初動(dòng)能m

13、v＝eU＝0.6 eV 對題圖乙，當(dāng)電壓表讀數(shù)為U′＝2 V時(shí)，電子到達(dá)陽極的最大動(dòng)能Ek＝mv＋eU′＝0.6 eV＋2 eV＝2.6 eV 根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律，光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，電壓為2 V不變，則電子到達(dá)陽極的最大動(dòng)能不變，仍為2.6 eV. 【答案】　0.6 eV　2.6 eV　2.6 eV 13．X射線是一種高頻電磁波，若X射線在真空中的波長為λ，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，求X射線每個(gè)光子的能量E和動(dòng)量p. 【解析】　根據(jù)E＝hν，λ＝，c＝λν可得，X射線每個(gè)光子的能量為E＝，每個(gè)光子的動(dòng)量為p＝. 【答案】　見解析 14．德布羅意認(rèn)為

14、，任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，都有一種波與它對應(yīng)，波長是λ＝，式中p是運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)量，h是普朗克常量．已知某種紫光的波長是440 nm，若將電子加速，使它的德布羅意波長是這種紫光波的10－4倍．求： (1)電子的動(dòng)量大?。? (2)試推導(dǎo)加速電壓跟德布羅意波長的關(guān)系，并計(jì)算加速電壓的大?。娮淤|(zhì)量m＝9.1×10－31 kg，電子電荷量e＝1.6×10－19 C，普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，加速電壓的計(jì)算結(jié)果取一位有效數(shù)字． 【解析】　(1)由λ＝ 得p＝＝ kg·m/s ＝1.5×10－23 kg·m/s. (2)eU＝Ek＝，又λ＝ 聯(lián)立解得U＝， 代入數(shù)據(jù)解得U＝8×102 V. 【答案】　(1)1.5×10－23 kg·m/s (2)U＝　8×102 V