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1、第 - 1 - 页 共 7 页 光电效应与光的波粒二象性 说明： 本试卷分为第、卷两部分，请将第卷选择题的答案填入题后括号内，第 卷可在各题后直接作答. 共 100 分，考试时间90 分钟 . 第卷 （选择题共40 分） 一、本题共10 小题，每小题4 分，共 40 分. 在每小题给出的四个选项中，有的小题只有 一个选项正确，有的小题有多个选项正确. 全部选对的得4 分，选不全的得2 分，有选错或不 答的得 0 分. 1. 下列关于光电效应的说法正确的是（） A.若某材料的逸出功是W，则它的极限频率 h W v0 B.光电子的初速度和照射光的频率成正比 C.光电子的最大初动能和照射光的频率成正
2、比 D.光电子的最大初动能随照射光频率的增大而增大 解析： 由光电效应方程 k E=hv-W知， B 、 C 错误， D 正确 . 若 k E=0，得极限频率 0 v= h W , 故 A正确 . 答案 AD 2. 在下列各组所说的两个现象中，都表现出光具有粒子性的是（） A.光的折射现象、偏振现象 B.光的反射现象、干涉现象 C.光的衍射现象、色散现象 D.光电效应现象、康普顿效应 解析： 本题考查光的性质. 干涉、衍射、偏振都是光的波动性的表现，只有光电效应现象和康普顿效应都是光的粒 子性的表现，D正确 . 答案 D 3. 关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
3、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 解析： 根据光的波粒二象性知，A、D正确， B、C错误 . 答案 AD 4. 当具有 5.0 eV 能量的光子照射到某金属表面后，从金属表面逸出的电子具有最大的初 动能是 1.5 eV. 为了使这种金属产生光电效应，入射光的最低能量为（） A.1.5 eV B.3.5 eV C.5.0 eV D.6.5 eV 解析： 本题考查光电效应方程及逸出功. 由WhvEk 得W=hv - k E=5.0 eV-1.
4、5 eV=3.5 eV 则入射光的最低能量为h min v=W=3.5 eV 第 - 2 - 页 共 7 页 故正确选项为B. 答案 B 5. 紫外线光子的动量为 c hv . 一个静止的 3 O吸收了一个紫外线光子后（） A.仍然静止 B.沿着光子原来运动的方向运动 C.沿光子运动相反方向运动 D.可能向任何方向运动 解析： 由动量守恒定律知, 吸收了紫外线光子的 3 O分子与光子原来运动方向相同. 故正确 选项为 B. 答案 B 6. 关于光电效应，以下说法正确的是（） A.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 B.光电子的最大初动能越大，形成的光电流越强 C.能否产生光电效应现象，决定
5、于入射光光子的能量是否大于或等于金属的逸出功 D.用频率是 1 v的绿光照射某金属发生了光电效应，改用频率是 2 v的 黄光照射该金属一定 不发生光电效应 解析： 本题考查光电效应. 由光电效应方程知，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，但不是正比关系， A错. 光电流的强度与入射光的强度成正比，与光电子的最大初动能无关，B错. 用频率是 1 v的 绿光照射某金属发生了光电效应，改用频率是 2 v的黄光照射该金属不一定不发生光电效应，D 错、 C对. 答案 C 7. 在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是（） A.使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上会出现衍射图样
6、B.单个光子通过单缝后，底片上会出现完整的衍射图样 C.光子通过单缝的运动路线像水波一样起伏 D.单个光子通过单缝后打在底片的情况呈现出随机性，大量光子通过单缝后打在底片上 的情况呈现出规律性 解析： 根据光的波粒二象性知，A、D正确， B、C错误 . 答案 AD 8. 用波长为 1 和 2 的单色光A和B分别照射两种金属C和D的表面 . 单色光A照射两种金 属时都能产生光电效应现象；单色光B照射时，只能使金属C产生光电效应现象，不能使金 属D产生光电效应现象. 设两种金属的逸出功分别为 C W和 D W，则下列选项正确的是（） A. 1 2 , C W D W B. 1 2 , C W D
7、W 第 - 3 - 页 共 7 页 C. 1 2 , C W D W D. 1 2 , C W D W 解析： 由题意知，A光光子的能量大于B光光子，根据E=hv=h c ,得 1 2 ；又因为单 色光B只能使金属C产生光电效应现象，不能使金属D产生光电效应现象，所以 C W D W, 故正确选项是D. 答案 D 9. 光子有能量，也有动量p= h ，它也遵守有关动量的规律. 如图所示，真空中有一“” 字形装置可绕通过横杆中点的竖直轴OO在水平面内灵活地转动，其中左边是圆形黑纸片， 右边是和左边大小、质量均相同的圆形白纸片. 当用平行白光垂直照射这两个圆面时，关于此 装置开始时转动情况（俯视）
8、的下列说法中正确的是（） A.顺时针方向转动 B.逆时针方向转动 C.都有可能 D.不会转动 解析： 本题考查光子的动量. 光照射到黑纸片上被吸收，照射到白纸片上被反射，因此白 纸片受到的冲量大，装置逆时针转动. 故正确选项为B. 答案 B 10. 如图所示为一光电管的工作原理图，当用波长为的光照射阴极K时，电路中有光电 流，则 （） A.换用波长为 1 ( 1 )的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流 B.换用波长为 2 ( 2 ) 的光照射阴极K时，电路中一定有光电流 C.增加电路中电源的路端电压，电路中的光电流一定增大 D.将电路中电源的极性反接，电路中可能还有光电流 解析： 用波长为
9、的光照射阴极K，电路中有光电流，表明 小于该金属的极限波长 0 ， 换用波长为 1 照射， 虽 然 1 ，但是 1 不一定大于 0 , 所以用波长为 1 的光照射时， 可能 第 - 4 - 页 共 7 页 仍有光电流， 故 A错误 . 用波长为 2 ( 2 ) 的光照射阴极K时，因 2 0 , 故电路中 一定有光电流，B 对. 如果电源的端电压已经足够大，阴极K逸出的光电子都能全部被吸引到 阳极形成光电流，此时再增大路端电压，电路中的光电流也不再增大，C 错 . 将电路中电源的 极性反接，具有最大初动能的光电子有可能能够克服电场阻力到达阳极A，从而形成光电流， 所以 D正确 . 答案 BD 第
10、卷 （非选择题共60 分） 二、本题共5 小题，每小题4 分，共 20 分. 把答案填在题中的横线上. 11. 如右图所示，一验电器与锌板相连，在A处用一紫外线灯照射锌板，关灯后，指针保 持一定偏角 . （1）现用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将（ 填 “ 增 大” “减小”或“不变” ）. （2）使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏 转. 那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针（填“有” 或“无”）偏转 . 解析： 当用紫外光照射锌板时，锌板发生光电效应，放出光电子而带上了正电，此时与 锌板连在一起的验电器也带上了正电，
11、从而指针发生了偏转. 当带负电的小球与锌板接触后， 中和了一部分正电荷，从而使验电器的指针偏转减小. 使验电器指针回到零，用钠灯黄光照射，验电器指针无偏转，说明钠灯黄光的频率小于 极限频率，红外光比钠灯黄光的频率还要低，更不可能发生光电效应. 能否发生光电效应与入 射光的强度无关. 答案（ 1）减小（2）无 12. 在某种介质中，某单色光的波长为，已知该色光光子能量为E，光在真空中的速度 为c，则该介质对这种色光的折射率为. 解析： 由E=hv得色光频率：v= h E 单色光在介质中传播的速度：v= h E v T 介质对这种色光的折射率：n= E hc v c . 答案 E hc 13. 在
12、绿色植物的光合作用中，每放出一个氧分子要吸收8 个波长为6.68 10 -7 m的光子， 同时每放出1 mol 氧气，植物储存469 kJ 的能量 . 则绿色植物能量转化效率为（ 普 朗克常量h=6.63 10 -34 J s）. 解析： 吸收的能量为 第 - 5 - 页 共 7 页 E=8NAh c =86.0 10 236.6310-34 7 8 1068.6 100.3 J =1.4310 6 J 则 能量转化效率为 = E E 100%= 6 5 1043.1 1069.4 100%=33%. 答案 33% 14. 康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量， 下图给出了光子与静止电子
13、碰撞后， 电子的运动方向，则碰后光子可能沿方向运动，并且波长（填“不变” “变小” 或“变长”）. 解析： 因光子与电子碰撞过程动量守恒，所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与光 子碰前的方向一致，可见碰后光子的方向可能沿1 方向，不可能沿2 或 3 方向；通过碰撞， 光子将一部分能量转移给电子，能量减少，由E=hv知，频率变小，再根据c=v知，波长变 长. 答案 1 变长 15. 实验室用功率P=1 500 W 的紫外灯演示光电效应.紫外线波长 =2 537A, 阴极离光源 距离d=0.5 m, 原子半径取r=0. 510 -10 m, 则阴极表面每个原子每秒钟接收到的光子数为. 解析： 以
14、紫外灯为圆心，作半径为d的球面，则每个原子每秒钟接收到的光能量为 E= 2 4 P r 2=3.75 10-20 J 因此每个原子每秒钟接收到的光子数为 n= hc E hv E =5 个. 答案 5 个 三、本题共4 小题，共40 分. 解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只 写出最后答案的不能得分. 有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位. 16. （8 分）为引起人眼的视觉，进入人眼的绿光的能量至少为每秒E=10 -16 J. 假设在漆黑 的夜晚，在距人s=100 m 远处点亮一只绿光小灯泡，为使人看到它的光线，小灯泡的功率至 少为多大？（人用一只眼看，瞳孔直径为4 m
15、m ） 解析： 由题意知E= 2 2 ) 2 ( 4 1 d s P 解得 第 - 6 - 页 共 7 页 P=W10W )104( 100101616 6- 23 216 2 2 d Es . 答案W10 -6 17. （9 分）分别用 和 4 3 的单色光照射同一金属，发出的光电子的最大初动能之比为 12. 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是多大？ 解析： 设此金属的逸出功为W, 根据光电效应方程得如下两式： 当用波长为 的光照射时：W hc Ek 1 当用波长为34 的光照射时：W hc Ek 3 4 2 又 2 1 2 1 K k E E 解组成的方程组得：
16、3 2hc W. 答案 3 2hc 18. （11 分）纳米技术现在已经广泛应用到社会生产、生活的各个方面. 将激光束的宽度 聚光到纳米级范围内，可以精确地修复人体损坏的器官. 糖尿病引起视网膜病变是导致成年人 失明的一个重要原因，利用聚光到纳米级的激光束进行治疗，90% 的患者都可以避免失明的严 重后果 . 一台功率为10 W氩激光器，能发出波长=500 nm的激光，用它“点焊”视网膜，每 次“点焊”需要210-3 J的能量，则每次“点焊”视网膜的时间是多少？在这段时间内发 出的激光光子的数量是多少？ 解析： （1）根据E=Pt, 所以t= 10 102 3 P E s=2 10 -4 s.
17、 （2）由E=n 0 E=nh c 得： n= 834 93 100.31063.6 10500102 hc E 个 =510 15 个. 答案 210 -4 s 510 15 个 19. （12 分）如图所示，伦琴射线管两极加上一高压电源，即可在阳极A上产生 X 射线 . （h=6.63 10 -34 J s, 电子电荷量e=1.6 10 -19 C) （1）如高压电源的电压为20 kV，求 X射线的最短波长; 第 - 7 - 页 共 7 页 （2）如此时电流表读数为5 mA，1 s 内产生 510 13个平均波长为 1.0 10 -10 m 的光子， 求伦琴射线管的工作效率. 解析： （1）X射线管阴极上产生的热电子在20 kV 高压加速下获得的动能全部变成X光子 的能量， X光子的波长最短. 由W=Ue=hv=hc/ 得= Ue hc = 194 834 106.1102 1031063.6 m =6.2 10 -11 m. （2）高压电源的电功率 P1=UI=100 W 每秒产生X光子的能量 P2=nhc/ =0.1 W 效率为 = 1 2 P P =0.1%. 答案（ 1）6.2 10 -11 m (2)0.1%