2018-2019學(xué)年高中物理 第十七章 波粒二象性單元質(zhì)量評(píng)估 新人教版選修3-5.doc

第十七章 波粒二象性單元質(zhì)量評(píng)估(90分鐘100分)一、選擇題(本題共12小題,每小題5分,共60分。其中18題為單選題,912題為多選題)1.在下列實(shí)驗(yàn)中,能證明光具有粒子性的是()A.光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)B.光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)C.光的衍射實(shí)驗(yàn)D.粒子的散射實(shí)驗(yàn)【解析】選A。光電效應(yīng)說明光具有粒子性,故A正確。光的干涉和衍射現(xiàn)象說明光具有波動(dòng)性,故B、C錯(cuò)。粒子的散射實(shí)驗(yàn)不能說明光的特性,故D錯(cuò)誤。2.關(guān)于熱輻射,下列說法中正確的是()A.一般物體的熱輻射強(qiáng)度只與物體的溫度有關(guān)B.黑體只吸收電磁波,不反射電磁波,所以黑體一定是黑的C.一定溫度下,黑體輻射強(qiáng)度隨波長(zhǎng)的分布有一個(gè)極大值D.溫度升高時(shí),黑體輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)增大的方向移動(dòng)【解析】選C。一般物體的熱輻射強(qiáng)度除與溫度有關(guān)之外,還與材料、表面狀況有關(guān),A錯(cuò)誤;黑體不一定是黑的,B錯(cuò)誤;由黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律知,C正確,D錯(cuò)誤。3.關(guān)于光電效應(yīng),下列表述正確的是()A.光照時(shí)間越長(zhǎng),光電流越大B.入射光頻率大于極限頻率時(shí)就能產(chǎn)生光電子C.入射光足夠強(qiáng),就可以有光電流D.不同的金屬逸出功都是一樣的【解析】選B。光電流的大小與入射光的強(qiáng)度有關(guān),與光照射的時(shí)間長(zhǎng)短無關(guān),故A錯(cuò)誤;發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光頻率大于極限頻率,故B正確;能否發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的強(qiáng)度無關(guān),入射光足夠強(qiáng),不一定能產(chǎn)生光電流,故C錯(cuò)誤;不同的金屬逸出功是不同的,故D錯(cuò)誤。故選B?！究偨Y(jié)提升】解決本題關(guān)鍵要掌握光電效應(yīng)的條件和規(guī)律。知道光電流的大小在發(fā)生光電效應(yīng)的前提下,與入射光的強(qiáng)度有關(guān)。4.下列關(guān)于光的波粒二象性的理解,正確的是()A.大量的光子中有些光子表現(xiàn)出波動(dòng)性,有些光子表現(xiàn)出粒子性B.光在傳播時(shí)是波,而與物質(zhì)相互作用時(shí)就轉(zhuǎn)變成粒子C.高頻光是粒子,低頻光是波D.波粒二象性是光的屬性,有時(shí)它的波動(dòng)性顯著,有時(shí)它的粒子性顯著【解析】選D。光的波粒二象性是光的屬性,不論其頻率的高低還是光在傳播或者是與物質(zhì)相互作用,光都具有波粒二象性,大量光子的行為易呈現(xiàn)出波動(dòng)性,少量光子的行為易表現(xiàn)出粒子性,光的頻率越高,粒子性越強(qiáng),光的頻率越低,波動(dòng)性越強(qiáng),故A、B、C錯(cuò)誤,D項(xiàng)正確。5.(2018廈門高二檢測(cè))用不同頻率光照射某一金屬發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),光電子最大初動(dòng)能隨入射光頻率變化的圖象如圖所示,則圖中橫、縱軸截距及斜率的物理意義為()A.斜率為普朗克常量的倒數(shù)B.縱軸截距為逸出功的倒數(shù)C.橫軸截距為極限頻率D.橫軸截距為極限波長(zhǎng)【解析】選C。由光電子最大初動(dòng)能隨入射光頻率變化的公式Ek=h-W0得知,該圖線的斜率表示普朗克常量h,縱軸截距為逸出功,橫軸截距對(duì)應(yīng)的頻率是發(fā)生光電效應(yīng)的最小頻率,即為極限頻率,故選C。6.關(guān)于黑體輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系,如圖所示正確的是()【解析】選B。根據(jù)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律:隨溫度升高,各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加,故圖線不會(huì)有交點(diǎn),選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。另一方面,隨溫度升高輻射強(qiáng)度的極大值會(huì)向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng),選項(xiàng)A錯(cuò)誤,選項(xiàng)B正確。7.如圖所示是某金屬在光的照射下產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率的關(guān)系圖象。由圖象可知()A.該金屬的逸出功等于EB.由該圖象可得出普朗克常量h=0EC.入射光的頻率為20時(shí),產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為2ED.入射光的頻率為20時(shí),由該金屬做成的光電管的遏止電壓為2Ee【解題指南】解答本題要把握以下三點(diǎn):(1)根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=h-h0,入射光的頻率為20時(shí),即可求出最大初動(dòng)能。(2)由圖象的斜率,求得普朗克常量。(3)根據(jù)光電效應(yīng)方程和動(dòng)能定理即可求解遏止電壓?！窘馕觥窟xA。根據(jù)光電效應(yīng)方程有:Ek=h-W0,其中W0為金屬的逸出功:W0=h0,所以有:Ek=h-h0,由此結(jié)合圖象可知,該金屬的逸出功為E,當(dāng)入射光的頻率為20時(shí),代入方程可知產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為E,故A正確,C錯(cuò)誤;最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率的關(guān)系圖象的斜率即為普朗克常量h=E0,故B錯(cuò)誤;根據(jù)eUc=W0得,Uc=W0e=Ee,故D錯(cuò)誤。故選A。8.如圖所示為光電管工作原理圖,當(dāng)有波長(zhǎng)(均指真空中的波長(zhǎng),下同)為的光照射陰極板K時(shí),電路中有光電流,則()A.換用波長(zhǎng)為1(1>)的光照射陰極K時(shí),電路中一定沒有光電流B.換用波長(zhǎng)為2(2<)的光照射陰極K時(shí),電路中一定沒有光電流C.增加電路中電源的路端電壓,電路中的光電流可能增大D.將電路中電源的極性反接,電路中一定沒有光電流【解析】選C。用波長(zhǎng)為的光照射陰極K時(shí),電路中有光電流,知波長(zhǎng)為的光照射陰極K時(shí),發(fā)生了光電效應(yīng)。換用波長(zhǎng)為1(1>)的光照射陰極K時(shí),由于頻率變小,不一定發(fā)生光電效應(yīng),電路中不一定有光電流,故A錯(cuò)誤;換用波長(zhǎng)為2(2<)的光照射陰極K時(shí),頻率變大,一定能發(fā)生光電效應(yīng),電路中一定有光電流,故B錯(cuò)誤;增加電路中電源的路端電壓,當(dāng)達(dá)到飽和電流,才不再增大,故C正確。將電路中電源的極性反接,光電子做減速運(yùn)動(dòng),可能到達(dá)陽極,所以可能有光電流,故D錯(cuò)誤。故選C。9.(2018大慶高二檢測(cè))關(guān)于康普頓效應(yīng),以下說法正確的是()A.康普頓效應(yīng)現(xiàn)象說明光具有波動(dòng)性B.康普頓效應(yīng)現(xiàn)象說明光具有粒子性C.當(dāng)光子與晶體中的電子碰撞后,其能量增加D.當(dāng)光子與晶體中的電子碰撞后,其能量減少【解析】選B、D。康普頓效應(yīng)揭示了光具有粒子性,故A錯(cuò)誤,B正確;在康普頓效應(yīng)中,當(dāng)入射光子與晶體中的電子碰撞時(shí),把一部分能量轉(zhuǎn)移給電子,則能量減小,故C錯(cuò)誤,D正確。10.用很弱的光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn),把入射光減弱到可以認(rèn)為光源和感光膠片之間只能同時(shí)有兩個(gè)光子,比較不同曝光時(shí)間拍得的照片,發(fā)現(xiàn)曝光時(shí)間不長(zhǎng)的情況下,照片上是一些散亂的無規(guī)則分布的亮點(diǎn),若曝光時(shí)間較長(zhǎng),照片上亮點(diǎn)分布區(qū)域呈現(xiàn)不均勻跡象;若曝光時(shí)間足夠長(zhǎng),照片上獲得清晰的雙縫干涉條紋,這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明了()A.光具有粒子性B.光具有波動(dòng)性C.光既具有粒子性,又具有波動(dòng)性D.光的波動(dòng)性不是光子之間的相互作用引起的【解析】選C、D。少量光子通過雙縫后,照片上呈現(xiàn)不規(guī)則分布亮點(diǎn),顯示了光的粒子性;大量光子通過雙縫后照片上獲得了雙縫干涉條紋,說明光具有波動(dòng)性;光子先后依次通過雙縫,說明光的波動(dòng)性不是光子之間的相互作用引起的,故選C、D。11.(2018保定高二檢測(cè))某同學(xué)采用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來研究光電效應(yīng)現(xiàn)象。當(dāng)用某單色光照射光電管的陰極K時(shí),會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象。閉合開關(guān)S,在陽極A和陰極K之間加上反向電壓,通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片逐漸增大電壓,直至電流計(jì)中電流恰為零,此電壓表的電壓值U稱為遏止電壓,根據(jù)遏止電壓,可以計(jì)算出光電子的最大初動(dòng)能Ekm?，F(xiàn)分別用頻率為1和2的單色光照射陰極,測(cè)量到遏止電壓分別為U1和U2,設(shè)電子質(zhì)量為m,電荷量為e,則下列關(guān)系式中正確的是()A.用頻率為1的光照射時(shí),光電子的最大初速度v=2eU1mB.陰極K金屬的逸出功W0=h1-eU1C.陰極K金屬的極限頻率c=U12-U21U1-U2D.普朗克常量h=c(U1-U2)2-1【解析】選A、B、C。光電子在電場(chǎng)中做減速運(yùn)動(dòng),根據(jù)動(dòng)能定理得:-eU1=0-12mvm2,則光電子的最大初速度vm=2eU1m,故A正確;根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程得:h1=eU1+W0,h2=eU2+W0,得金屬的逸出功為:W0=h1-eU1。聯(lián)立得:h=e(U1-U2)1-2,故B正確,D錯(cuò)誤;陰極K金屬的極限頻率0=W0h=U12-U21U1-U2,故C正確。故選A、B、C。12.2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主威拉德博伊爾和喬治史密斯主要成就是發(fā)明了電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器。他們的發(fā)明利用了愛因斯坦的光電效應(yīng)原理。如圖所示電路可研究光電效應(yīng)規(guī)律,圖中標(biāo)有A和K的為光電管,其中A為陽極,K為陰極。理想電流計(jì)可檢測(cè)通過光電管的電流,理想電壓表用來指示光電管兩端的電壓?，F(xiàn)接通電源,用光子能量為10.5eV的光照射陰極K,電流計(jì)中有示數(shù),若將滑動(dòng)變阻器的滑片P緩慢向右滑動(dòng),電流計(jì)的讀數(shù)逐漸減小,當(dāng)滑至某一位置時(shí)電流計(jì)的讀數(shù)恰好為零,讀出此時(shí)電壓表的示數(shù)為6.0V,現(xiàn)保持滑片P位置不變,以下判斷正確的是()A.光電管陰極K射出的光電子是具有瞬時(shí)性的B.光電管陰極材料的逸出功為4.5 eVC.若增大入射光的強(qiáng)度,電流計(jì)的讀數(shù)不為零D.若用光子能量為12 eV的光照射陰極K,光電子的最大初動(dòng)能一定變大【解析】選A、B、D。射出的光電子是具有瞬時(shí)性的,故A正確;電流計(jì)的讀數(shù)恰好為零,此時(shí)電壓表的示數(shù)為6.0 V,根據(jù)動(dòng)能定理得,eUc=Ekm=6eV。再根據(jù)光電效應(yīng)方程知W0=h-Ekm=10.5eV-6eV=4.5 eV,故B正確;光電效應(yīng)產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān),與入射光的頻率有關(guān),故C錯(cuò)誤;增大入射光的光子能量,根據(jù)光電效應(yīng)方程知,光電子的最大初動(dòng)能變大,故D正確。故選A、B、D。二、計(jì)算題(本題共4小題,共40分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要注明單位)13.(8分)已知功率為100W的燈泡消耗電能的5%轉(zhuǎn)化為所發(fā)出的可見光的能量,光速c=3.0108m/s,普朗克常量h=6.6310-34Js,假定所發(fā)出的可見光的波長(zhǎng)都是560nm,計(jì)算燈泡每秒內(nèi)發(fā)出的光子數(shù)。【解析】波長(zhǎng)為的光子能量為:E=hc,(2分)設(shè)燈泡每秒內(nèi)發(fā)出的光子數(shù)為n,燈泡電功率為P,則n=kPE,(3分)式中,k=5%是燈泡的發(fā)光效率。得:光子數(shù)n=kPhc,(1分)代入題給數(shù)據(jù)得:n=1.41019(個(gè))。(2分)答案:1.41019個(gè)14.(8分)原子核的半徑為10-15m,估計(jì)核內(nèi)質(zhì)子的動(dòng)量不確定范圍。如果電子被限制在核內(nèi),其動(dòng)量不確定范圍又是多少?【解析】設(shè)質(zhì)子的位置不確定范圍等于原子核的直徑,即x=210-15m,(3分)由不確定關(guān)系公式xph4,得ph4x=2.610-20kgm/s。(2分)同理,電子被限制在核內(nèi),動(dòng)量的不確定范圍與質(zhì)子一樣,為p2.610-20kgm/s。(3分)答案:都是大于或等于2.610-20kgm/s15. (12分)如圖所示,陰極K用極限波長(zhǎng)=0.66m的金屬銫制成,用波長(zhǎng)=0.50m的綠光照射陰極K,調(diào)整兩個(gè)極板間的電壓,當(dāng)A板電壓比陰極高出2.5V時(shí),光電流達(dá)到飽和,電流表示數(shù)為0.64A,(普朗克常量h=6.6310-34Js,光速c=3108m/s)求:(1)光電子飛出陰極時(shí)的最大初動(dòng)能。(2)每秒鐘陰極發(fā)射的光電子數(shù)?！窘馕觥?1)根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程,光電子的最大初動(dòng)能:12mvm2=h-W0=hc-hc0(3分)=6.6310-343108(10.510-6-10.6610-6)9.610-20J。(3分)(2)光電流達(dá)到飽和時(shí),陰極發(fā)射的光電子全部到達(dá)陽極A,陰極每秒鐘發(fā)射的光電子的總電荷量Q=Imaxt=0.6410-6C(3分)陰極每秒鐘發(fā)射的光電子的個(gè)數(shù)n=Qe=0.6410-61.610-19=4.01012。(3分)答案:(1)9.610-20J(2)4.01012【總結(jié)提升】應(yīng)用光電效應(yīng)方程的兩點(diǎn)注意(1)由光電效應(yīng)方程計(jì)算最大初動(dòng)能。(2)當(dāng)陰極發(fā)射的光電子全部到達(dá)陽極A時(shí),光電流達(dá)到飽和。由電流可知,每秒到達(dá)陽極的電子數(shù)即為每秒從陰極發(fā)射的電子數(shù),即可求解。解決本題的關(guān)鍵是掌握光電效應(yīng)方程Ekm=h-W0=hc-hc0,以及知道光強(qiáng)影響的是單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的光電子數(shù)目。16. (12分)如圖所示,相距為d的兩平行金屬板A、B足夠大,板間電壓恒為U,有一波長(zhǎng)為的細(xì)激光束照射到B板中央,使B板發(fā)生光電效應(yīng),已知普朗克常量為h,金屬板B的逸出功為W,電子質(zhì)量為m,電荷量為e,求:(1)從B板運(yùn)動(dòng)到A板所需時(shí)間最短的光電子到達(dá)A板時(shí)的動(dòng)能。(2)光電子從B板運(yùn)動(dòng)到A板所需的最長(zhǎng)時(shí)間?！窘馕觥?1)根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程有:Ek=h-W光子的頻率:=c(1分)所以,光電子的最大初動(dòng)能:Ek=hc-W(2分)能以最短時(shí)間到達(dá)A板的光電子,是初動(dòng)能最大且垂直于板面離開B板的電子,設(shè)到達(dá)A板時(shí)的動(dòng)能為Ek1,由動(dòng)能定理:eU=Ek1-Ek(1分)所以:Ek1=eU+hc-W(2分)(2)能以最長(zhǎng)時(shí)間到達(dá)A板的光電子,是離開B板時(shí)的初速度為零或運(yùn)動(dòng)方向平行于B板的光電子。因?yàn)?d=12at2=eU2mdt2(3分)所以:t=d2mUe(3分)答案:(1)eU+hc-W(2)d2mUe