2012高考物理总复习 易错题与高考综合问题解读 考点 14 光的波动性 量子论初步 考点高分解题综合训练

用心 爱心 专心 1 光的波动性量子论初步考点高分解题综合训练光的波动性量子论初步考点高分解题综合训练 1 下列关于杨氏双缝干涉实验的说法中 正确的是 A 杨氏双缝干涉实验证明光具有波动性 B 光屏上凡是波峰与波峰相遇处 呈现亮条纹 凡是波谷与波谷相遇处 呈现暗条纹 C 以白光为光源呈现彩色条纹 以单色光为光源呈现明暗相间条纹 D 干涉条纹的间距与光的波长有关 在实验装置不变的条件下 波长越长条纹间距越 宽 1 ACD 双缝干涉实验是光具有波动性的有力的验证 光屏上波谷与波谷相遇处振动也是 加强的 呈现亮条纹 根 据可知 在实验装置不变的条件下 波长越长条纹间距越宽 2 人类对光的本性的认识经历了曲折的过程 下列关于光的本性的陈述符合科学规律或 历史事实的是 A 牛顿的 微粒说 与爱因斯坦的 光子说 本质上是一样的 B 光的双缝干涉实验显示了光具有波动性 C 麦克斯韦预言了光是一种电磁波 D 光具有波粒二象性 2 BCD 牛顿的 微粒说 认为光是从光源发出的一种物质微粒 在均匀的介质中以一 定的速度传播 爱因斯坦的 光子说 认为在空间传播的光不是连续的 而是一份一份的 每一份叫做一个光子 它与 微粒说 在本质上是不同的 故选项 A 错误 3 如图 14 11 所示 甲图中 S 为点光源 AB 为一遮光板 CD 表示 AB 上透光部分 C D 之间的距离 d 可以调节 MN 为光屏 乙图和丙图上的白色部分表示光通过 CD 在屏上得 到的这部分光 下列说法中正确的是 A CD 为一窄缝 B CD 为一圆孔 C 比较得到乙 丙两图时的 d 乙图对应的 d 较小 D 比较得到乙 丙两图时的 d 丙图对应的 d 较小 3 BD 孔的尺寸越小 衍射现象越明显 4 太阳表面的温度约为 6000 K 所辐射的电磁波中辐射强度最大的在可见光波段 人体 的温度约为 310 K 所辐射的电磁波中辐射强度最大的在红外线波段 宇宙空间内的电磁辐 射相当于温度约为 3 K 的物体所发出的 这种辐射称为 3 K 背景辐射 若要对 3 K 背景辐 射 进行观测研究 则应选择的观测波段为 A 无线电波 B 紫外线 C X 射线 D 射线 用心 爱心 专心 2 4 A 由题意 6 000 K 时所辐射的电磁波中辐射强度最大的在可见光波段 310 K 时所辐 射的电磁波中辐射强度最大的在红外线波段 由此可知 温度越低所辐射的电磁波的频率越 小 所以 3 K 背景辐射 的电磁波波段应为无线电波 故选项 A 正确 5 如图 14 12 所示 N 为钨板 M 为金属网 它们分别与电池的两极相连 各电池的电 动势和极性已在图中标出 已知金属钨的逸出功为 4 5 eV 现分别用不同能量的光子照射钨 板 各光子的能量在图上标出 那么下列各图中能有光电子到达金属网的是 5 BD 因金属钨的逸出功为 4 5 eV 故 A 没有光电子逸出 B 中电场力对电子起加速作 用 故可以到达金属网 M B 正确 C D 中电场力对电子起减速作用 c 中光电子的最大初动 能只有 1 3 eV 故不能到达金属网 而 D 中光电子的最大初动能有 2 3 eV 克服电场力只 需 1 5 eV 故能到达金属网 所以选项 C 错误 D 正确 6 现有 a b c 三束单色光 其波长关系为 c b c 用 6 光束照射某种金属时 恰 能发生光电效应 若分别用 a 光束和 c 光束照射该金属 则可以断定 A a 光束照射时 不能发生光电效应 B c 光束照射时 不能发生光电效应 C a 光束照射时 释放出的光电子数目最多 D c 光束照射时 释放出的光电子的最大初动能最小 6 A 根据波长关系可知 a 光的频率最小 c 光的频率最大 用 b 光束照射时 恰能发 生光电效应 说明 b 光的频率等于该金属的极限频率 若用 a 光照射 则一定不能发出光电 效应 故选项 A 对 C 错 若用 c 光照射 一定能发生光电效应 且光电子的最大初动能最大 故选项 BD 错误 7 为了减少光在透镜的表面因反射而损失的光能 可在透镜表面上涂一层增透膜 一般 是用折射率为 1 38 的氟化镁 为了使在真空中波长为 0 552 10 6 m 的绿光在垂直透过透镜 表面时不发生反射能量损失 所涂膜的厚度应是 A 1 0 10 7 m Bo 1 38 10 7m C 2 76 10 7 m D 4 0 10 7m 7 A 设绿光在膜中速度为 v 波长为 0 其频率为 f 而 得 所以薄膜的厚度应为 8 在图 14 13 所示的光电管的实验中 发现用一定频率的 A 单色光照射光电管时 电 流表指针会发生偏转 而用另一频率的 B 单色光照射时不发生光电效应 那么 A A 光的频率大于 B 光的频率 B B 光的频率大于 A 光的频率 用心 爱心 专心 3 C 用 A 光照射光电管时流过电流表 G 的电流方向是 a 流向 b D 用 A 光照射光电管时流过电流表 G 的电流方向是 b 流向 a 8 AC 用一定频率的 A 单色光照射光电管时 电流表指针会发生偏转 说明发生光电效 应 故 A 光的频率大于 B 光的频率 所以 A 正确 B 错误 光电子是从右边极板出来的 故用 A 光照射光电管时流过电流表 G 的电流方向是 a 流向 b C 正确 D 错误 9 下列实际的例子中 应用的物理原理表明光是波动的是 A 在磨制各种镜面或其他光学平面时应用干涉法检查平面的平整程度 B 拍摄水面下的物体时 在照相机镜头前装一片偏振滤光片 可以使景象清晰 C 一窄束白光通过三棱镜色散得到彩色的光带 D 利用光照射到光电管上产生光电流 进行自动控制 9 ABC 光的干涉 偏振 色散现象都体现了光的波动性 光电效应现象体现了光的粒 子性 10 如图 14 14 所示是伦琴射线管的装置示意图 关于该装置 下列说法中正确的是 A El可用低压交流电源 也可用直流电源 蓄电池 B E2已是高压直流电源 且 E2 的右端为电源的正极 C 射线 a b 均是电子流 D 射线 a 是电子流 射线 b 是 X 射线 10 ABD 电源 E1的作用是使阴极发出电子 可用低压交流电源 也可用直流电源 蓄电 池 射线 a 是电子流 电源 E2的作用为加速电子 让电子获得很高的能量去轰击对阴极 使 对阴极发出 X 射线 即射线 b 因而电源 应为高压直流电源 且右端为电源的正极 故选项 ABD 正确 11 科学研究表明 光子有能量 也有动量 当光子与电子碰撞时 光子的一些能量转 移给了电子 假设光子与电子碰撞前的波长为 A 碰撞后的波长为 则下列说法正确的 是 A 碰撞过程中能量守恒 动量守恒 且 B 碰撞过程中能量不守恒 动量不守恒 且 C 碰撞过程中能量守恒 动量守恒 且 11 C 碰撞过程中能量守恒 动量守恒 光子的一些能量转移给了电子 则光子的能量 减小 光速不变 故波长增长 所以 C 选项正确 用心 爱心 专心 4 12 劈尖干涉是一种薄膜干涉 其装置如图 14 16 1 所示 将一块平板玻璃放置在另一 平板玻璃之上 在一端夹入两张纸片 从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜 当光 垂直入射后 从上往下看到的干涉条纹如图 14 16 图 2 所示 干涉条纹有如下特点 1 任 意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等 2 任意相邻明条纹和暗条纹所对应 的薄膜厚度差恒定 现若在图 1 装置中抽去 一张纸片 则当光垂直入射到新的劈形空气 薄膜后 从上往下观察到的干涉条纹 A 变疏 B 变密 C 不变 D 消失 12 A 撤去一张纸片后 相同水平距离上的空气薄膜厚度差减小 而相邻明条纹对应的 空气薄膜厚度差一定 故从上往下观察到的干涉条纹变疏 故选项 A 正确 13 夜晚 汽车前灯发出的强光将迎面驶来的汽车司机照射得睁不开眼 严重影响行车安 全 若考虑将汽车前灯玻璃改用偏振玻璃 使射出的灯光变为偏振光 同时汽车前窗玻璃也 采用偏振玻璃 其透偏方向正好与灯光的振动方向垂直 但还要能看清自己车灯发出的光所 照亮的物体 假设所有的汽车前窗玻璃和前灯玻璃均按同一要求设置 如下措施中可行的是 A 前窗玻璃的透振方向是竖直的 车灯玻璃的透振方向是水平的 B 前窗玻璃的透振方向是竖直的 车灯玻璃的透振方向是竖直的 C 前窗玻璃的透振方向是斜向右上 45o 车灯玻璃的透振方向是斜向左上 45 o D 前窗玻璃和车灯玻璃的透振方向都是斜向右上 45 o 13 D 司机要看见自己车灯发出的光 但对方车灯发出的光要看不见 故前窗玻璃和车 灯玻璃的透振方向要一致 只有选项 D 满足要求 故选项 D 正确 14 1961 年德国学者约恩孙发表了一篇论文 介绍了他用电子束做的一系列衍射和干涉 实验 其中他做的双缝干涉实验 与托马斯 杨用可见光做的双缝干涉实验所得到的图样基 本相同 这是对德布罗意的物质波理论的又一次实验验证 根据德布罗意理论 电子也具有 波粒二象性 其德布罗意波长 h p 其中 h 为普朗克常量 p 为电子的动量 约恩孙实 验时用 50 kV 电压加速电子束 然后垂直射到间距为毫米级的双缝上 在与双缝距离约为 35 cm 的衍射屏上得到了干涉条纹 但条纹间距很小 下面所说的 4 组方法中 哪些方法一定能 使条纹间距变大 A 降低加速电子的电压 同时加大双缝间的距离 B 降低加速电子的电压 同时减小双缝间的距离 C 增大双缝间的距离 同时使衍射屏靠近双缝 D 减小双缝间的距离 同时使衍射屏远离双缝 用心 爱心 专心 5 14 BD 由 和 可知 要使 z 增大 可以从三方面人手 一方面增大德 布罗意波长 即降低加速电子的电压 减小电子的动量 另一方面减小双缝间的距离 第三 方面增大双缝和屏间的距离 故选项 BD 正确 15 用 a b 两束单色光分别照射同一双缝干涉装置 在距双缝恒定距离的屏上得到图 14 17 所示的干涉图样 其中图 甲 是 a 光照射时形成的 图 乙 是 b 光照射时形成的 则 关于 a b 两束单色光 下述说法中正确的是 A a 光光子的能量较大 B 水中 a 光传播的速度较大 C 若用 a 光照射某金属时不能打出光电子 则用 b 光照射该金属时肯定打不出光电子 D 若 a 光是氢原子的核外电子从第四轨道向第二轨道跃迁时产生的 则 b 光可能是氢原 子的核外电子从第三轨道向第二轨道跃迁时产生的 15 B a 光的干涉条纹间距大 所以波长较长 频率较低 光子能量也较小 折射率也 较小 在水中传播速度较大 b 光的频率有可能大于极限频率 核外电子从第四轨道向第二 轨道跃迁时产生光子的能量大于核外电子从第三轨道向第二轨道跃迁时产生光子的能量 16 一束复色可见光射到置于空气中的平板玻璃上 穿过玻璃后从下表面射出 变为 a b 两束平行单色光 如图 14 18 所示 对于两束单色光来说 A 玻璃对 a 的折射率较大 B a 光在琉璃中传播的速度较大 C b 光每个光子的能量较大 D b 光的波长较长 16 BC 复色光通过平行玻璃砖 频率越高 侧移量越大 故玻璃对 b 光的折射率较大 故 a 光在玻璃中传播的速度较大 故选项 B C 正确 A D 错误 17 德布罗意认为 任何一个运动着的物体 都有一种波与它对应 波长是 式 中 p 是运动物体的动量 h 是普朗克常量 已知某种紫光的波长是 440 mm 若将电子加速 使它的德布罗意波长是这种紫光波长的 10 叫倍 求 1 电子的动量的大小 2 试推导加 速电压跟德布罗意波长的关系 并计算加速电压的大小 电子质量 m 9 1 10 31kg 电子电 量 e 1 6 10 19C 普朗克常量 h 6 6 10 34J s 加速电压的计算结果取一位有效数字 17 1 由 得电子的动量大小 2 设加速电压为 U 由动能定理得 而 所以 代人 用心 爱心 专心 6 数据得加速电压的大小 U 8 102 v 18 在实验室做了一个这样的光学实验 即在一个密闭的暗箱里依次放上小灯泡 紧靠暗 箱的左内壁 烟熏黑的玻璃 狭缝 针尖 感光胶片 紧靠暗箱的右内壁 整个装置如图 14 19 所示 小灯泡发出的光通过熏黑的玻璃后变得十分微弱 经过三个月的曝光 在感光 胶片上针头影子周围才出现非常清晰的衍射条纹 对感光胶片进行了光能量测量 得出每秒 到达感光胶片的光能量是 5 10 13J 假如起作用的光波波长约为 500 mm 且当时实验测得 暗箱的长度为 1 2 m 若光子依次通过狭缝 普朗克常量 h 6 63 10 34J s 求 1 每秒钟到达感光胶片的光子数 2 光束中相邻两光子到达感光胶片相隔的时间和相邻两光子之间的平均距离 3 根据第 2 问的计算结果 能否找到支持光是概率波的证据 请简要说明理由 18 1 设每秒到达感光胶片的光能量为 E0 对于入一 500 m 的光子能量为 因 此每秒达到感光胶片的光子数为 由两式及代入数据得 n 1 25 106 个 2 光子是依次到达感光胶片的 光束中相邻两光子到达感光胶片的时间间隔 相邻两光子间的平均距离为 s c t 2 4 102m 3 由第 2 问的计算结果可知 两光子间距有 2 4 102 m 而小灯泡到感光胶片之间的距 离只有 1 2 m 所以在熏黑玻璃右侧的暗箱里一般不可能有两个光子同时同向在运动 这样就 排除了衍射条纹是由于光子相互作用产生的波动行为的可能性 因此 衍射图形的出现是许 多光子各自独立行为积累的结果 在衍射条纹的亮区是光子到达可能性较大的区域 而暗区 是光子到达可能性较小的区域 这个实验支持了光波是概率波的观点 考点小资料考点小资料 玻尔理论中有关能量问题玻尔理论中有关能量问题 一 氢原子中电子的动能一 氢原子中电子的动能 E Ek k 电势能 电势能 E EP P和电子能量和电子能量 E E 跟轨道半径的关系跟轨道半径的关系 玻尔理论中的定态假说和轨道量子化假设指出 原子只能处于一系列不连续的能量状态 定态 中 对应的电子只能在一系列不连续的圆形轨道上绕核运转 那么电子的能量与轨道 半径到底有什么关系 应该明确 电子的能量 E 包括电子绕核运动时的动能 Ek和系统的电势能 Ep 根据玻尔理 论 在氢原子中 电子绕核运动 视为匀速圆周运动 所需向心力由核和电子问的库仑力提供 即 ke2 r2 mv2 r 电子绕核运动的动能 Ek 1 2 mv2 ke2 2r 电子在各可能轨道上绕核运动时 可根据经典电磁理论计算其电势能 取无限远处为零 电势能点 Ep ke2 r 因此电子的能量 E Ek EP ke2 2 r 可见 在同一轨道上 E Ek 1 2 用心 爱心 专心 7 EP 在各可能的轨道上 r 增大时 EK减少 EP增大 为负值 E 增大 为负值 反之亦然 二 在能级跃迁中原子吸收的能量与发生跃迁的两能级之差的关系这个问题不能一概而二 在能级跃迁中原子吸收的能量与发生跃迁的两能级之差的关系这个问题不能一概而 论 现从不同角度着手分析 论 现从不同角度着手分析 1 吸收光子使原子能级跃迁 根据量子观点 光子是一份一份的 光子的能量玑也是一份一份的 不能分