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第二章 波粒二象性 單元測試（粵教版選修3-5）
說明：本試卷分為第Ⅰ、Ⅱ卷兩部分，請將第Ⅰ卷的答案填入題后括號內，第Ⅱ卷可在各題后直接作答.共100分，考試時間90分鐘.
第Ⅰ卷（共40分）
一、本題共10小題，每小題4分，共40分.在每小題給出的四個選項中，有的小題只有一個選項正確，有的小題有多個選項正確.全部選對的得4分，選不全的得2分，有選錯或不答的得0分.
1.下列關于光電效應的說法正確的是 （ ）
A.若某材料的逸出功是W，則它的極限頻率
B.光電子的初速度和照射光的頻率成正比
C.光電子的最大初動能和照射光的頻率成正比
D.光電子的最大初動能隨照射光頻率的增大而增大
解析：由光電效應方程 =hv-W知，B、C錯誤，D正確.若 =0，得極限頻率 = ,故A正確.
答案AD
2.在下列各組所說的兩個現象中，都表現出光具有粒子性的是 （ ）
A.光的折射現象、偏振現象
B.光的反射現象、干涉現象
C.光的衍射現象、色散現象
D.光電效應現象、康普頓效應
解析：本題考查光的性質.
干涉、衍射、偏振都是光的波動性的表現，只有光電效應現象和康普頓效應都是光的粒子性的表現，D正確.
答案D
3.關于光的波粒二象性的理解正確的是 （ ）
A.大量光子的效果往往表現出波動性，個別光子的行為往往表現出粒子性
B.光在傳播時是波，而與物質相互作用時就轉變成粒子
C.高頻光是粒子，低頻光是波
D.波粒二象性是光的根本屬性，有時它的波動性顯著，有時它的粒子性顯著
解析：根據光的波粒二象性知，A、D正確，B、C錯誤.
答案AD
4.當具有5.0 eV能量的光子照射到某金屬表面后，從金屬表面逸出的電子具有最大的初動能是1.5 eV.為了使這種金屬產生光電效應，入射光的最低能量為 （ ）
A.1.5 eVB.3.5 eV
C.5.0 eVD.6.5 eV
解析：本題考查光電效應方程及逸出功.
由
得W=hv - =5.0 eV-1.5 eV=3.5 eV
則入射光的最低能量為h =W=3.5 eV
故正確選項為B.
答案B
5.紫外線光子的動量為 .一個靜止的 吸收了一個紫外線光子后 （ ）
A.仍然靜止
B.沿著光子原來運動的方向運動
C.沿光子運動相反方向運動
D.可能向任何方向運動
解析：由動量守恒定律知,吸收了紫外線光子的 分子與光子原來運動方向相同.故正確選項為B.
答案B
6.關于光電效應，以下說法正確的是 （ ）
A.光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比
B.光電子的最大初動能越大，形成的光電流越強
C.能否產生光電效應現象，決定于入射光光子的能量是否大于或等于金屬的逸出功
D.用頻率是 的綠光照射某金屬發(fā)生了光電效應，改用頻率是 的黃光照射該金屬一定不發(fā)生光電效應
解析：本題考查光電效應.
由光電效應方程知，光電子的最大初動能隨入射光頻率的增大而增大，但不是正比關系，A錯.光電流的強度與入射光的強度成正比，與光電子的最大初動能無關，B錯.用頻率是 的綠光照射某金屬發(fā)生了光電效應，改用頻率是 的黃光照射該金屬不一定不發(fā)生光電效應，D錯、C對.
答案C
7.在驗證光的波粒二象性的實驗中，下列說法正確的是 （ ）
A.使光子一個一個地通過單縫，如果時間足夠長，底片上會出現衍射圖樣
B.單個光子通過單縫后，底片上會出現完整的衍射圖樣
C.光子通過單縫的運動路線像水波一樣起伏
D.單個光子通過單縫后打在底片的情況呈現出隨機性，大量光子通過單縫后打在底片上的情況呈現出規(guī)律性
解析：根據光的波粒二象性知，A、D正確，B、C錯誤.
答案AD
8.用波長為 和 的單色光A和B分別照射兩種金屬C和D的表面.單色光A照射兩種金屬時都能產生光電效應現象；單色光B照射時，只能使金屬C產生光電效應現象，不能使金屬D產生光電效應現象.設兩種金屬的逸出功分別為 和 ，則下列選項正確的是（ ）
A. ＞ , ＞
B. ＞ , ＜
C. ＜ , ＞
D. ＜ , ＜
解析：由題意知，A光光子的能量大于B光光子，根據E=hv=h ,得 ＜ ；又因為單色光B只能使金屬C產生光電效應現象，不能使金屬D產生光電效應現象，所以 ＜ ,故正確選項是D.
答案D
9.光子有能量，也有動量p= ，它也遵守有關動量的規(guī)律.如圖所示，真空中有一“∞”字形裝置可繞通過橫桿中點的豎直軸O 在水平面內靈活地轉動，其中左邊是圓形黑紙片，右邊是和左邊大小、質量均相同的圓形白紙片.當用平行白光垂直照射這兩個圓面時，關于此裝置開始時轉動情況（俯視）的下列說法中正確的是 （ ）
A.順時針方向轉動
B.逆時針方向轉動
C.都有可能
D.不會轉動
解析：本題考查光子的動量.光照射到黑紙片上被吸收，照射到白紙片上被反射，因此白紙片受到的沖量大，裝置逆時針轉動.故正確選項為B.
答案B
10.如圖所示為一光電管的工作原理圖，當用波長為λ的光照射陰極K時，電路中有光電流，則 （ ）
A.換用波長為 ( ＞λ)的光照射陰極K時，電路中一定沒有光電流
B.換用波長為 ( ＜λ)的光照射陰極K時，電路中一定有光電流
C.增加電路中電源的路端電壓，電路中的光電流一定增大
D.將電路中電源的極性反接，電路中可能還有光電流
解析：用波長為λ的光照射陰極K，電路中有光電流，表明λ小于該金屬的極限波長 ，換用波長為 照射，雖然 ＞λ，但是 不一定大于 ,所以用波長為 的光照射時，可能仍有光電流，故A錯誤.用波長為 ( ＜λ)的光照射陰極K時，因 ＜λ＜ ,故電路中一定有光電流，B對.如果電源的端電壓已經足夠大，陰極K逸出的光電子都能全部被吸引到陽極形成光電流，此時再增大路端電壓，電路中的光電流也不再增大，C錯.將電路中電源的極性反接，具有最大初動能的光電子有可能能夠克服電場阻力到達陽極A，從而形成光電流，所以D正確.
答案BD
第Ⅱ卷（非選擇題共60分）
二、本題共5小題，每小題4分，共20分.把答案填在題中的橫線上.
11.如右圖所示，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）現用一帶負電的金屬小球與鋅板接觸，則驗電器指針偏角將（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（填“有”或“無”）偏轉.
解析：當用紫外光照射鋅板時，鋅板發(fā)生光電效應，放出光電子而帶上了正電，此時與鋅板連在一起的驗電器也帶上了正電，從而指針發(fā)生了偏轉.當帶負電的小球與鋅板接觸后，中和了一部分正電荷，從而使驗電器的指針偏轉減小.
使驗電器指針回到零，用鈉燈黃光照射，驗電器指針無偏轉，說明鈉燈黃光的頻率小于極限頻率，紅外光比鈉燈黃光的頻率還要低，更不可能發(fā)生光電效應.能否發(fā)生光電效應與入射光的強度無關.
答案（1）減�。�2）無
12.在某種介質中，某單色光的波長為λ，已知該色光光子能量為E，光在真空中的速度為c，則該介質對這種色光的折射率為.
解析：由E=hv得色光頻率：v=
單色光在介質中傳播的速度：v=
介質對這種色光的折射率：n= .
答案
13.在綠色植物的光合作用中，每放出一個氧分子要吸收8個波長為6.68×10-7 m的光子，同時每放出1 mol氧氣，植物儲存469 kJ的能量.則綠色植物能量轉化效率為 （普朗克常量h=6.63×10-34 J?s）.
解析：吸收的能量為
E=8NAh
=8×6.0×1023×6.63×10-34× J
=1.43×106 J
則能量轉化效率為
η= ×100%= ×100%=33%.
答案33%
14.康普頓效應證實了光子不僅具有能量，也有動量，下圖給出了光子與靜止電子碰撞后，電子的運動方向，則碰后光子可能沿方向運動，并且波長（填“不變”“變小”或“變長”）.
解析：因光子與電子碰撞過程動量守恒，所以碰撞之后光子和電子的總動量的方向與光子碰前的方向一致，可見碰后光子的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向；通過碰撞，光子將一部分能量轉移給電子，能量減少，由E=hv知，頻率變小，再根據c=λv知，波長變長.
答案1變長
15.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=2 537 ,陰極離光源距離d=0.5 m,原子半徑取r=0.5×10-10 m,則陰極表面每個原子每秒鐘接收到的光子數為.
解析：以紫外燈為圓心，作半徑為d的球面，則每個原子每秒鐘接收到的光能量為
E= πr2=3.75×10-20J
因此每個原子每秒鐘接收到的光子數為
n= =5個.
答案5個
三、本題共4小題，共40分.解答應寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟，只寫出最后答案的不能得分.有數值計算的題，答案中必須明確寫出數值和單位.
16.（8分）為引起人眼的視覺，進入人眼的綠光的能量至少為每秒E=10-16 J.假設在漆黑的夜晚，在距人s=100 m遠處點亮一只綠光小燈泡，為使人看到它的光線，小燈泡的功率至少為多大？（人用一只眼看，瞳孔直徑為4 mm）
解析：由題意知E=
解得
P= .
答案
17.（9分）分別用λ和 λ的單色光照射同一金屬，發(fā)出的光電子的最大初動能之比為1∶2.以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，則此金屬板的逸出功是多大？
解析：設此金屬的逸出功為W,根據光電效應方程得如下兩式：
當用波長為λ的光照射時： ①
當用波長為34λ的光照射時： ②
又 ③
解①②③組成的方程組得： .④
答案
18.（11分）納米技術現在已經廣泛應用到社會生產、生活的各個方面.將激光束的寬度聚光到納米級范圍內，可以精確地修復人體損壞的器官.糖尿病引起視網膜病變是導致成年人失明的一個重要原因，利用聚光到納米級的激光束進行治療，90%的患者都可以避免失明的嚴重后果.一臺功率為10 W氬激光器，能發(fā)出波長λ=500 nm的激光，用它“點焊”視網膜，每次“點焊”需要2×10-3 J的能量，則每次“點焊”視網膜的時間是多少？在這段時間內發(fā)出的激光光子的數量是多少？
解析：（1）根據E=Pt,所以t= s=2×10-4 s.
（2）由E=n =nh 得：
n= 個=5×1015個.
答案2×10-4 s5×1015個
19.（12分）如圖所示，倫琴射線管兩極加上一高壓電源，即可在陽極A上產生X射線.（h=6.63×10-34 J?s,電子電荷量e=1.6×10-19 C)
（1）如高壓電源的電壓為20 kV，求X射線的最短波長;
（2）如此時電流表讀數為5 mA，1 s內產生5×1013個平均波長為1.0×10-10 m的光子，求倫琴射線管的工作效率.
解析：（1）X射線管陰極上產生的熱電子在20 kV高壓加速下獲得的動能全部變成X光子的能量，X光子的波長最短.
由W=Ue=hv=hc/λ
得λ=
= m
=6.2×10-11 m.
（2）高壓電源的電功率
P1=UI=100 W
每秒產生X光子的能量
P2=nhc/λ=0.1 W
效率為η= =0.1%.
答案（1）6.2×10-11 m(2)0.1%


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