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波粒二象性 一、選擇題(每小題5分，共40分) 1．有關(guān)光的本性的說(shuō)法正確的是(　　) A．關(guān)于光的本性，牛頓提出“微粒說(shuō)”，惠更斯提出“波動(dòng)說(shuō)”，愛(ài)因斯坦提出“光子說(shuō)”，它們都說(shuō)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(shuō)明光具有波動(dòng)性，光電效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性 D．在光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，如果光通過(guò)雙縫則顯出波動(dòng)性，如果光只通過(guò)一個(gè)縫則顯出粒子性 　解析　C　牛頓主張的“微粒說(shuō)”中的微粒與實(shí)物粒子一樣，惠更斯主張的“波動(dòng)說(shuō)”中的波動(dòng)與宏觀機(jī)械波等同，這兩種觀點(diǎn)是相互對(duì)立的，都不能說(shuō)明光的本性，所以A、B錯(cuò)，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(shuō)明光的波動(dòng)性．當(dāng)讓光子一個(gè)一個(gè)地通過(guò)單縫時(shí)，曝光時(shí)間短時(shí)表現(xiàn)出粒子性，曝光時(shí)間長(zhǎng)時(shí)顯出波動(dòng)性，因此D錯(cuò)誤． 2．用綠光照射一光電管，能產(chǎn)生光電流，則下列一定可以使該光電管產(chǎn)生光電效應(yīng)的有(　　) A．紅外線 B．黃光 C．藍(lán)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(lán)、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(yīng)，選項(xiàng)C、D正確． 3．光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，下列表述正確的是(　　) A．光照時(shí)間越長(zhǎng)光電流越大 B．入射光足夠強(qiáng)就可以有光電流 C．遏止電壓與入射光的頻率有關(guān) D．入射光頻率大于極限頻率才能產(chǎn)生光電子 　解析　CD　只有當(dāng)入射光頻率大于極限頻率時(shí)才能發(fā)生光電效應(yīng)，如果入射光頻率小于等于極限頻率，不論光多么強(qiáng)也不會(huì)產(chǎn)生光電流，B項(xiàng)錯(cuò)誤、D項(xiàng)正確；光電流的大小只與單位時(shí)間流過(guò)單位截面積的光電子數(shù)目有關(guān)，而與光照時(shí)間的長(zhǎng)短無(wú)關(guān)，選項(xiàng)A錯(cuò)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(guān)，當(dāng)改變?nèi)肷涔忸l率時(shí)，遏止電壓也會(huì)變化，C項(xiàng)正確． 4．用一束紫外線照射某金屬時(shí)不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，可能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)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(qiáng)度更大的原紫外線照射 D．延長(zhǎng)原紫外線的照射時(shí)間 　解析　B　金屬發(fā)生光電效應(yīng)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(xué)家做了一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn)：在光屏處放上照相用的底片．若減弱光的強(qiáng)度，使光子只能一個(gè)一個(gè)地通過(guò)狹縫．實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，如果曝光時(shí)間不太長(zhǎng)，底片上只能出現(xiàn)一些不規(guī)則的點(diǎn)；如果曝光時(shí)間足夠長(zhǎng)，底片上就會(huì)出現(xiàn)規(guī)則的干涉條紋．對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有下列認(rèn)識(shí)(　　) A．曝光時(shí)間不太長(zhǎng)時(shí)，底片上只能出現(xiàn)一些不規(guī)則的點(diǎn)，表現(xiàn)出光的波動(dòng)性 B．單個(gè)光子通過(guò)雙縫后的落點(diǎn)可以預(yù)測(cè) 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(dá)機(jī)會(huì)較多的地方 　解析　D　少數(shù)光子落點(diǎn)不確定，到達(dá)某點(diǎn)的概率受波動(dòng)規(guī)律支配，體現(xiàn)了粒子性．大量光子的行為符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律，受波動(dòng)規(guī)律支配，體現(xiàn)了波動(dòng)性，故只有D正確． 6．100多年前的1905年是愛(ài)因斯坦的“奇跡”之年，這一年他先后發(fā)表了3篇具有劃時(shí)代意義的論文，其中關(guān)于光量子的理論成功地解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象．關(guān)于光電效應(yīng)，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．當(dāng)入射光的頻率低于極限頻率時(shí)，不能發(fā)生光電效應(yīng) B．光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比 C．光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度成正比 D．某單色光照射一金屬時(shí)不發(fā)生光電效應(yīng)，改用波長(zhǎng)較短的光照射該金屬，可能發(fā)生光電效應(yīng) 　解析　AD　根據(jù)光電效應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)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(yīng)，故A、D正確．根據(jù)光電效應(yīng)方程，最大初動(dòng)能與入射光頻率為線性關(guān)系，但非正比關(guān)系，B錯(cuò)．根據(jù)光電效應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，光電子的最大初動(dòng)能與入射光強(qiáng)度無(wú)關(guān)，C錯(cuò)． 7．已知電磁波的波長(zhǎng)從小到大依次排列，其順序?yàn)椋害蒙渚€、X射線、紫外線、可見(jiàn)光(紫、靛、藍(lán)、綠、黃、橙、紅)、紅外線、無(wú)線電波．當(dāng)用綠光照射某金屬表面時(shí)，能產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，為了增大光電子的最大初動(dòng)能(　　) A．可選用紫外線照射 B．可選用紅光照射 C．可增強(qiáng)綠光照射強(qiáng)度 D．可延長(zhǎng)綠光的照射時(shí)間 　解析　A　當(dāng)入射光的頻率增加時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能增大． 8.在做光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，某種金屬在光的照射下發(fā)生了光電效應(yīng)．實(shí)驗(yàn)過(guò)程中測(cè)得光電子的最大初動(dòng)能Ek與照射光的頻率ν的關(guān)系如圖所示，由實(shí)驗(yàn)圖象可以求出(　　) A．該金屬的極限頻率和極限波長(zhǎng) B．該金屬的逸出功 C．普朗克常量 D．單位時(shí)間逸出的光電子個(gè)數(shù) 　解析　ABC　由光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W，則Ekν圖線應(yīng)為一條傾斜的直線，圖線在縱軸上的截距的絕對(duì)值是金屬逸出功W，圖線與橫軸的交點(diǎn)橫坐標(biāo)表示金屬的極限頻率，由ν＝可求出極限波長(zhǎng)，圖線的斜率為普朗克常量h.光電效應(yīng)的產(chǎn)生幾乎是瞬時(shí)的，不能求出單位時(shí)間逸出的光電子個(gè)數(shù)． 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(chǎn)生光電效應(yīng)，在這兩個(gè)過(guò)程中，對(duì)于下列四個(gè)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(dòng)能 D．光電子初動(dòng)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(yīng)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(dòng)能也不同．由于光電子吸收光子后到達(dá)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(shí)的動(dòng)能可能分布在零到最大初動(dòng)能之間．所以，兩個(gè)不同光電效應(yīng)的光電子中，有時(shí)初動(dòng)能是可能相等的． 【答案】　A　CD　B 10．(12分)如圖所示，一驗(yàn)電器與鋅板相連，在A處用一紫外線燈照射鋅板，關(guān)燈后，指針保持一定偏角． (1)現(xiàn)用一帶負(fù)電的金屬小球與鋅板接觸，則驗(yàn)電器指針偏角將________(選填“增大”“減小”或“不變”)． (2)使驗(yàn)電器指針回到零，再用相同強(qiáng)度的鈉燈發(fā)出的黃光照射鋅板，驗(yàn)電器指針無(wú)偏轉(zhuǎn)．那么，若改用強(qiáng)度更大的紅外線燈照射鋅板，可觀察到驗(yàn)電器指針________(選填“有”或“無(wú)”)偏轉(zhuǎn)． (3)實(shí)驗(yàn)室用功率P＝1 500 W的紫外燈演示光電效應(yīng)．紫外線波長(zhǎng)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(gè)原子每秒鐘接收到的光子數(shù)約為_(kāi)_______．(已知h＝6.6310－34 Js) 　解析　(1)用紫外線照射鋅板時(shí)發(fā)生光電效應(yīng)，鋅板因有光電子逸出而帶正電，當(dāng)用帶負(fù)電的金屬小球接觸時(shí)中和了一部分正電荷，使驗(yàn)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(yīng)，說(shuō)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(shí)，驗(yàn)電器的指針無(wú)偏轉(zhuǎn)． (3)因?yàn)樽贤鉄舭l(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(wú) 　(3)5 11．(18分)“神光Ⅱ”裝置是我國(guó)規(guī)模最大、國(guó)際上為數(shù)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(zhǎng)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(shù)為多少個(gè)？(結(jié)果取2位有效數(shù)字) 　解析　每個(gè)光子的能量E0＝hν＝.故所含的光子數(shù)為n＝＝＝＝4.21021個(gè)． 【答案】　4.21021個(gè) 12．(18分)已知金屬銫的逸出功為1.9 eV，在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，要使銫表面發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能為1.0 eV，求入射光的波長(zhǎng)應(yīng)為多少？ 　解析　根據(jù)光電效應(yīng)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(zhǎng)為 λ＝＝＝ m ≈4.310－7 m. 【答案】　4.310－7 m - 5 -