高中物理人教版5第十七章波粒二象性单元测试 章末质量评估(二)

章末质量评估(二)(时间：90分钟满分：100分)一、单项选择题(本大题共10小题，每小题3分，共30分．每小题给出的四个选项中，只有一个选项正确)1．下列说法正确的是()A．光和电子、质子等实物粒子都具有波粒二象性B．微观粒子的动量和位置的不确定量同时变大，同时变小C．爱因斯坦在对黑体辐射的研究中提出了能量子的观点D．康普顿在研究石墨对X射线的散射中发现光具有波动性解析：光和电子、质子等实物粒子都具有波粒二象性，选项A正确；如果以Δx表示粒子位置的不确定量，以Δp表示粒子在x方向上的不确定量，那么Δx·Δp≥eq\f(h,4π)，h为普朗克常数．表明，粒子的位置与动量不可同时被确定，故B错误；1900年德国物理学家普朗克认为能量是由一份一份不可分割最小能量值组成，每一份称为能量子E＝hν，1905年爱因斯坦从中得到启发，提出了光子说的观点．故C错误；康普顿在研究石墨对X射线的散射中发现了康普顿效应，康普顿效应进一步表明光子具有动量，进一步证明了光具有粒子性．故D错误．答案：A2．用绿光照射一光电管，产生了光电效应，欲使光电子从阴极逸出时的最大初动能增加，下列做法可取的是()A．改用红光照射B．增大绿光的强度C．增大光电管上的加速电压D．改用紫光照射解析：由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，在逸出功一定时，只有增大光的频率，才能增加最大初动能，与光的强度无关，D对．答案：D3．关于光的波粒二象性，以下说法中正确的是()A．光的波动性与机械波，光的粒子性与质点都是等同的B．光子和质子、电子等是一样的粒子C．大量光子易显出粒子性，少量光子易显出波动性D．紫外线、X射线和γ射线中，γ射线的粒子性最强，紫外线的波动性最显著解析：光的波动性与机械波、光的粒子性与质点有本质区别，选项A错误；光子实质上是以场的形式存在的一种“粒子”，而电子、质子是实物粒子，故选项B错误；光是一种概率波，大量光子往往表现出波动性，少量光子则往往表现出粒子性，选项C错误；频率越高的光的粒子性越强，频率越低的光的波动性越显著，故选项D正确．答案：D4．下列关于物质波的说法中正确的是()A．实物粒子与光子一样都具有波粒二象性，所以实物粒子与光子是本质相同的物体B．物质波和光波都是概率波C．粒子的动量越大，其波动性越易观察D．粒子的动量越大，其波动性越易观察解析：实物粒子虽然与光子具有某些相同的现象，但实物粒子是实物，而光则是传播着的电磁波，其本质不同；物质波和光波都是概率波；又由λ＝eq\f(h,p)可知，p越小，λ越大，波动性越明显．故正确选项为B.答案：B5．普朗克能量子假说是为解释()A．光电效应实验规律提出的B．康普顿效应实验规律提出的C．光的波粒二象性提出的D．黑体辐射的实验规律提出的解析：普朗克能量子假说圆满解决了经典物理在黑体辐射问题上遇到的困难，并且为爱因斯坦光子理论、玻尔原子理论奠定了基础．答案：D6．利用光子说对光电效应的解释，下列说法正确的是()A．金属表面的一个电子一次只能吸收一个光子B．电子吸收光子后一定能从金属表面逸出，成为光电子C．金属表面的一个电子吸收若干个光子，积累了足够的能量后才能从金属表面逸出D．无论光子能量大小如何，电子吸收多个光子并积累了能量后，总能逸出成为光电子解析：根据光电效应的规律，金属表面的一个电子一次只能吸收一个光子，故A正确；每一种金属在产生光电效应时都存在一极限频率(或称截止频率)，即照射光的频率不能低于某一临界值，当电子吸收的光子的能量大于逸出功时，电子才能从金属表面逸出，成为光电子，故B错误；波动性理论，如果入射光较弱，照射的时间要长一些，金属中的电子才能积累住足够的能量，飞出金属表面．可事实是，只要光的频率高于金属的极限频率，光的亮度无论强弱，光子的产生都几乎是瞬时的，不超过10－9秒．光的频率低于极限频率时，无论多强的光，照射的时间多长都无法使电子逸出，故C、D错误．答案：A7.如图所示，光滑水平面上有两个大小相同的钢球A、B，A球的质量大于B球的质量．开始时A球以一定的速度向右运动，B球处于静止状态．两球碰撞后均向右运动．设碰撞前A球的德布罗意波的波长为λ1，碰撞后A、B两球的德布罗意波的波长分别为λ2和λ3，则下列关系正确的是()A．λ1＝λ2＝λ3 B．λ1＝λ2＋λ3C．λ1＝eq\f(λ2λ3,λ2－λ3) D．λ1＝eq\f(λ2λ3,λ2＋λ3)解析：球A、B碰撞过程中满足动量守恒，得p′B－0＝pA－p′A；由λ＝eq\f(h,p)，可得p＝eq\f(h,λ)，所以动量守恒表达式也可写成：eq\f(h,λ3)＝eq\f(h,λ1)－eq\f(h,λ2)，所以λ1＝eq\f(λ2λ3,λ2＋λ3)，故选项D正确．答案：D8．一个质量为m、电荷量为q的带电粒子，由静止开始经加速电场加速后(加速电压为U)，该粒子的德布罗意波长为()A.eq\r(\f(h,2mqU)) \f(h,2mqU)\f(h,2mqU)eq\r(2mqU) \f(h,\r(mqU))解析：设加速后的速度为v，由动能定理，得qU＝eq\f(1,2)mv2，所以v＝eq\r(\f(2qU,m))，代入德布罗意波长公式，得λ＝eq\f(h,p)＝eq\f(h,mv)＝eq\f(h,m\r(\f(2qU,m)))＝eq\f(h,2mqU)eq\r(2mqU).答案：C9．关于光电效应现象，下列说法正确的是()A．只有入射光的波长大于使该金属发生光电效应的极限波长，才能发生光电效应现象B．在光电效应现象中，产生的光电子的最大初动能跟入射光的频率成正比C．产生的光电子最大初动能与入射光的强度成正比D．在入射光频率一定时，单位时间内从金属中逸出的光电子个数与入射光的强度成正比解析：当入射光频率不低于极限频率时才能发生光电效应，设此时波长为λ0，极限频率为νc，则光速c＝λ0ν0，可知当入射光的波长大于极限波长λ0时，其频率将小于极限频率νc，所以大于极限波长的光不能使金属发生光电效应，因此选项A错误．由光电效应方程Ek＝hν－W0可知，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，但并不与入射光频率成正比，因此选项B错误．由于光电子的最大初动能与入射光的强度无关，显然选项C错误．若入射光强度增大到原来的n倍，则单位时间内入射光的能量就增大到原来的n倍．在入射光频率一定时，单个光子的能量不变，则单位时间内入射的光子数将增大到原来的n倍，因此选项D正确．答案：D10．分别用波长为λ和eq\f(3,4)λ的单色光照射同一金属板，发出的光电子的最大初动能之比为1∶2，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为()\f(hc,2λ) \f(2hc,3λ)\f(3,4)hcλ \f(4hλ,5c)解析：由光电效应方程得heq\f(c,λ)－W0＝Ek1，heq\f(c,\f(3,4)λ)－W0＝Ek2，并且Ek1∶Ek2＝1∶2，可得W0＝eq\f(2hc,3λ).答案：B二、多项选择题(本大题共4小题，每小题4分，共16分．在每小题给出的四个选项中有多个选项正确，全选对得4分，漏选得2分，错选或不选得0分)11．下列说法正确的是()A．光的频率越低，粒子性越显著B．光波不同于宏观概念中的那种连续的波，它是表明大量光子运动规律的一种概率波C．物质波理论告诉我们，任何运动的微观粒子都具有波粒二象性D．在光的单缝衍射实验中，狭缝变窄，光子动量的不确定量变大解析：光的频率越高，粒子性越显著，A错；光波不同于宏观概念中的波，它是一种概率波，B正确；任何运动的微观粒子都对应一定的波长，都具有波粒二象性，C正确；在光的单缝衍射实验中，狭缝变窄，位置不确定量变小，由Δx·Δp≥eq\f(h,4π)，则光子动量的不确定量变大，D正确．答案：BCD12．用两束频率相同，强度不同的紫外线分别照射两种相同金属的表面，均能产生光电效应，那么()A．两束光的光子能量相同B．两种情况下单位时间内逸出的光电子个数相同C．两种情况下逸出的光电子的最大初动能相同D．两种情况下逸出的光电子的最大初动能不同解析：由ε＝hν和Ek＝hν－W0，可知两束光的光子能量相同，照射金属得到的光电子最大初动能相同，故A、C对，D错；由于两束光强度不同，逸出光电子个数不同，故B错．答案：AC13.如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率的关系图象，由图象可知()A．该金属的逸出功等于EB．该金属的逸出功等于hν0C．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为3ED．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为E解析：根据光电效应方程，有Ek＝hν－W0，其中W0＝hν0为金属的逸出功．所以有Ek＝hν－hν0，由此结合图象可知，该金属的逸出功为E，或者W0＝hν0，当入射光的频率为2ν0时，代入方程可知产生的光电子的最大初动能为E，故A、B、D正确，C错误．答案：ABD14．美国物理学家密立根利用图甲所示的电路研究金属的遏止电压U0与入射光频率ν的关系，描绘出图乙中的图象，由此算出普朗克常量h.电子电量用e表示，下列说法正确的是()图甲图乙A．入射光的频率增大，为了测遏止电压，则滑动变阻器的滑片P应向M端移动B．增大入射光的强度，光电子的最大初动能也增大C．由UC­ν图象可知，这种金属的截止频率为νcD．由UC­ν图象可求普朗克常量表达式为h＝eq\f(U1e,ν1－νc)解析：入射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，则遏止电压增大，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片P向N端移动，A错误；根据光电效应方程Ekm＝hν－W0知，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，B错误；根据Ekm＝hν－W0＝eUC，解得UC＝eq\f(hν1,e)－eq\f(hνc,e)，则h＝eq\f(U1e,ν1－νc)；当遏止电压为0时，ν＝νc，C、D正确．答案：CD三、非选择题(本题共4小题，共54分．解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，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)15．(12分)A、B两种光子的能量之比为2∶1，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子最大初动能分别为EA、EB.求A、B两种光子的动量之比和该金属的逸出功．解析：光子能量ε＝hν，动量p＝eq\f(h,λ)，且ν＝eq\f(c,λ)，得p＝eq\f(ε,c)，则pA∶pB＝2∶1.A照射时，光电子的最大初动能EA＝εA－W0.同理，EB＝εB－W0，解得W0＝EA－2EB.答案：2∶1EA－2EB16．(14分)光具有波粒二象性，光子的能量为hν，其中频率表征波的特性．在爱因斯坦提出光子说之后，法国物理学家德布罗意提出了光子动量p与光波波长的关系为：p＝eq\f(h,λ).若某激光管以P＝60W的功率发射波长λ＝×10－7m的光束．(1)该管在1s内发射出多少个光子？(2)若光束全部被某黑体表面吸收，那么该黑体表面所受到的光束对它的作用力F为多大？解析：(1)设在时间Δt内发射出的光子数为n，光子频率为ν，每个光子的能量hν，则PΔt＝nhν，又ν＝eq\f(c,λ)，则PΔt＝eq\f(nhc,λ)，将Δt＝1s代入上式，得n＝2×1020个．(2)在时间Δt内激光管发射出的光子全部被黑体表面吸收，光子的末态总动量变为0，根据题中信息可知，n个光子的初态总动量为p0＝np＝neq\f(h,λ)，根据动量定理可知FΔt＝0－(－p0)，黑体表面对光子的作用力为F.根据牛顿第三定律，光子对黑体表面的作用力为×10－7N.答案：(1)2×1020个(2)×10－7N17．(14分)波长为λ＝nm的伦琴射线使金箔发射光电子，电子在磁感应强度为B的匀强磁场区域内做匀速圆周运动的最大半径为r.已知r·B＝×10－4T·m，电子的质量me＝×10－31kg.(1)光电子的最大初动能；(2)金箔的逸出功；(3)该电子的物质波的波长．解析：(1)电子在匀强磁场中做匀速圆周运动的最大半径r＝eq\f(mev,eB).其最大初动能为Ek＝eq\f(1,2)mev2＝eq\f(（mev2）,2me)＝eq\f(（er·B）2,2me)＝eq\f(（×10－19××10－4）2,2××10－31)J＝×103eV.(2)由爱因斯坦光电效应方程hν＝Ek＋W0和ν＝eq\f(c,λ)得W0＝eq\f(hc,λ)－Ek＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f×10－34×3×108,×10－9××10－19)－×103))eV＝×104eV.(3)由德布罗意波长公式得λ′＝eq\f(h,p)，p＝mv＝erB.解得λ′＝×10－11m答案：(1)×103eV(2)×104eV(3)×10－1118．(14分)如图所示装置，阴极K用极限波长λ0＝μm的金属制成．若闭合开关S，用波长λ＝μm的绿光照射阴极，调整两个极板电压，使电流表示数最大为μA，求：(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能；(2)如果将照射阴极的绿光的光强增大为原来的2倍，求每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能．解析