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波粒二象性 一、選擇題(每小題5分，共40分) 1．有關光的本性的說法正確的是(　　) A．關于光的本性，牛頓提出“微粒說”，惠更斯提出“波動說”，愛因斯坦提出“光子說”，它們都說明了光的本性 B．光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏觀概念上的波，也可以看成微觀概念上的粒子 C．光的干涉、衍射現(xiàn)象說明光具有波動性，光電效應說明光具有粒子性 D．在光的雙縫干涉實驗中，如果光通過雙縫則顯出波動性，如果光只通過一個縫則顯出粒子性 　解析　C　牛頓主張的“微粒說”中的微粒與實物粒子一樣，惠更斯主張的“波動說”中的波動與宏觀機械波等同，這兩種觀點是相互對立的，都不能說明光的本性，所以A、B錯，C正確；雙縫干涉出現(xiàn)明暗相間的條紋，單縫衍射出現(xiàn)中央亮而寬、周圍暗而窄的條紋，都說明光的波動性．當讓光子一個一個地通過單縫時，曝光時間短時表現(xiàn)出粒子性，曝光時間長時顯出波動性，因此D錯誤． 2．用綠光照射一光電管，能產生光電流，則下列一定可以使該光電管產生光電效應的有(　　) A．紅外線 B．黃光 C．藍光 D．紫外線 　解析　CD　按頻率從小到大的順序排列：紅外、紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫、紫外．光的能量與光的頻率成正比，大于綠光頻率的光都可以發(fā)生光電效應，選項C、D正確． 3．光電效應實驗中，下列表述正確的是(　　) A．光照時間越長光電流越大 B．入射光足夠強就可以有光電流 C．遏止電壓與入射光的頻率有關 D．入射光頻率大于極限頻率才能產生光電子 　解析　CD　只有當入射光頻率大于極限頻率時才能發(fā)生光電效應，如果入射光頻率小于等于極限頻率，不論光多么強也不會產生光電流，B項錯誤、D項正確；光電流的大小只與單位時間流過單位截面積的光電子數目有關，而與光照時間的長短無關，選項A錯誤；遏止電壓即反向截止電壓，eU＝Ekm，Ekm＝hν－W，故eU＝hν－W，與入射光的頻率有關，當改變入射光頻率時，遏止電壓也會變化，C項正確． 4．用一束紫外線照射某金屬時不能產生光電效應，可能使該金屬產生光電效應的措施是(　　) A．改用頻率更小的紫外線照射 B．改用X射線照射 C．改用強度更大的原紫外線照射 D．延長原紫外線的照射時間 　解析　B　金屬發(fā)生光電效應必須使光的頻率大于極限頻率，X射線的頻率大于紫外線的頻率． 5．物理學家做了一個有趣的實驗：在光屏處放上照相用的底片．若減弱光的強度，使光子只能一個一個地通過狹縫．實驗結果表明，如果曝光時間不太長，底片上只能出現(xiàn)一些不規(guī)則的點；如果曝光時間足夠長，底片上就會出現(xiàn)規(guī)則的干涉條紋．對這個實驗結果有下列認識(　　) A．曝光時間不太長時，底片上只能出現(xiàn)一些不規(guī)則的點，表現(xiàn)出光的波動性 B．單個光子通過雙縫后的落點可以預測 C．只有大量光子的行為才能表現(xiàn)出光的粒子性 D．干涉條紋中明亮的部分是光子到達機會較多的地方 　解析　D　少數光子落點不確定，到達某點的概率受波動規(guī)律支配，體現(xiàn)了粒子性．大量光子的行為符合統(tǒng)計規(guī)律，受波動規(guī)律支配，體現(xiàn)了波動性，故只有D正確． 6．100多年前的1905年是愛因斯坦的“奇跡”之年，這一年他先后發(fā)表了3篇具有劃時代意義的論文，其中關于光量子的理論成功地解釋了光電效應現(xiàn)象．關于光電效應，下列說法正確的是(　　) A．當入射光的頻率低于極限頻率時，不能發(fā)生光電效應 B．光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比 C．光電子的最大初動能與入射光的強度成正比 D．某單色光照射一金屬時不發(fā)生光電效應，改用波長較短的光照射該金屬，可能發(fā)生光電效應 　解析　AD　根據光電效應現(xiàn)象的實驗規(guī)律，只有入射光頻率大于極限頻率才能發(fā)生光電效應，故A、D正確．根據光電效應方程，最大初動能與入射光頻率為線性關系，但非正比關系，B錯．根據光電效應現(xiàn)象的實驗規(guī)律，光電子的最大初動能與入射光強度無關，C錯． 7．已知電磁波的波長從小到大依次排列，其順序為：γ射線、X射線、紫外線、可見光(紫、靛、藍、綠、黃、橙、紅)、紅外線、無線電波．當用綠光照射某金屬表面時，能產生光電效應現(xiàn)象，為了增大光電子的最大初動能(　　) A．可選用紫外線照射 B．可選用紅光照射 C．可增強綠光照射強度 D．可延長綠光的照射時間 　解析　A　當入射光的頻率增加時，光電子的最大初動能增大． 8.在做光電效應實驗時，某種金屬在光的照射下發(fā)生了光電效應．實驗過程中測得光電子的最大初動能Ek與照射光的頻率ν的關系如圖所示，由實驗圖象可以求出(　　) A．該金屬的極限頻率和極限波長 B．該金屬的逸出功 C．普朗克常量 D．單位時間逸出的光電子個數 　解析　ABC　由光電效應方程Ek＝hν－W，則Ekν圖線應為一條傾斜的直線，圖線在縱軸上的截距的絕對值是金屬逸出功W，圖線與橫軸的交點橫坐標表示金屬的極限頻率，由ν＝可求出極限波長，圖線的斜率為普朗克常量h.光電效應的產生幾乎是瞬時的，不能求出單位時間逸出的光電子個數． 二、非選擇題(共60分) 9．(12分)用同一束單色光，在同一條件下先后照射鋅片和銀片，都能產生光電效應，在這兩個過程中，對于下列四個量，一定相同的是________，可能相同的是________，一定不同的是________． A．光子的能量 B．光電子的逸出功 C．光電子動能 D．光電子初動能 　解析　光子的能量由光的頻率決定，同一束單色光頻率相同，因而光子能量相同．逸出功等于電子脫離原子核束縛需要做的最少的功，因此只由材料決定．鋅片和銀片的光電效應中，光電子的逸出功一定不相同．由Ek＝hν－W0，照射光子能量hν相同，逸出功W0不同，則電子最大初動能也不同．由于光電子吸收光子后到達金屬表面的路徑不同，途中損失的能量也不同，因而脫離金屬時的動能可能分布在零到最大初動能之間．所以，兩個不同光電效應的光電子中，有時初動能是可能相等的． 【答案】　A　CD　B 10．(12分)如圖所示，一驗電器與鋅板相連，在A處用一紫外線燈照射鋅板，關燈后，指針保持一定偏角． (1)現(xiàn)用一帶負電的金屬小球與鋅板接觸，則驗電器指針偏角將________(選填“增大”“減小”或“不變”)． (2)使驗電器指針回到零，再用相同強度的鈉燈發(fā)出的黃光照射鋅板，驗電器指針無偏轉．那么，若改用強度更大的紅外線燈照射鋅板，可觀察到驗電器指針________(選填“有”或“無”)偏轉． (3)實驗室用功率P＝1 500 W的紫外燈演示光電效應．紫外線波長λ＝253 nm，陰極離光源距離d＝0.5 m，原子半徑取r＝0.510－10 m，則陰極表面每個原子每秒鐘接收到的光子數約為________．(已知h＝6.6310－34 Js) 　解析　(1)用紫外線照射鋅板時發(fā)生光電效應，鋅板因有光電子逸出而帶正電，當用帶負電的金屬小球接觸時中和了一部分正電荷，使驗電器的帶電荷量減小，指針偏角減?。? (2)用黃光照射鋅板不能發(fā)生光電效應，說明黃光的頻率低于鋅板的極限頻率，而紅外線的頻率比黃光的頻率還低，所以用紅外線照射鋅板時，驗電器的指針無偏轉． (3)因為紫外燈發(fā)光的能量分布在半徑為d的球面上，所以由能量守恒有： πr2＝nh， 解得n＝≈4.77≈5. 【答案】　(1)減小　(2)無 　(3)5 11．(18分)“神光Ⅱ”裝置是我國規(guī)模最大、國際上為數不多的高功率固體激光系統(tǒng)，利用它可獲得能量為2 400 J、波長λ為0.35 μm的紫外激光．已知普朗克常量h＝6.6310－34 Js，則該紫外激光所含光子數為多少個？(結果取2位有效數字) 　解析　每個光子的能量E0＝hν＝.故所含的光子數為n＝＝＝＝4.21021個． 【答案】　4.21021個 12．(18分)已知金屬銫的逸出功為1.9 eV，在光電效應實驗中，要使銫表面發(fā)出的光電子的最大初動能為1.0 eV，求入射光的波長應為多少？ 　解析　根據光電效應方程Ek＝hν－W0可得入射光的頻率為ν＝ 由c＝νλ可得入射光的波長為 λ＝＝＝ m ≈4.310－7 m. 【答案】　4.310－7 m - 5 -