2024-2025学年新教材高中物理第6章波粒二象性章末测评含解析鲁科版选择性必修3

PAGE7-章末综合测评(六)波粒二象性(时间：90分钟分值：100分)1．(5分)关于德布罗意波波长，下列说法正确的是()A．动量相同的不同物体(包括宏观物体和微观粒子)，它们具有相同的德布罗意波波长B．动能相同的不同物体，它们具有相同的德布罗意波波长C．速率相同的不同物体，它们具有相同的德布罗意波波长D．只有动量相同的不同微观粒子，它们才具有相同的德布罗意波长A[由德布罗意波长公式λ＝eq\f(h,p)知，只要物体的动量p相同，则它们的德布罗意波波长就相同，故A正确，B、C、D错误．]2．(5分)已知钙和钾的极限频率分别为7.73×1014Hz和5.44×1014Hz，在某种单色光的照耀下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的()A．波长 B．频率C．能量 D．动量A[光电效应方程Ekm＝hν－W＝hν－hνc，因为钙的截止频率大，因此钙中逸出的光电子的最大初动能小，其动量p＝eq\r(2mEkm)，故动量小，由λ＝eq\f(h,p)，可知波长较长，则频率较小，选项A正确．]3．(5分)如图所示是光电管的工作原理图，一束波长为λ1的单色光照耀到光电管的阴极，电路中产生了光电流，下列推断正确的是()A．电路中电源的正、负极反接后，电路中仍可能有光电流B．单色光照耀较长一段时间后，才能视察到电流计指针转动C．若另一束波长为λ2的单色光(λ2>λ1)照耀到光电管的阴极时，电路中也可能产生光电流，但光电流确定比之前的小D．入射光的强度确定时，电路中光电流的大小随电压的增大而持续增大A[将电路中电源的正、负极反接后，光电子做减速运动，可能到达阳极，所以可能有光电流，A正确；光电效应现象几乎是瞬时发生的，B错误；换用波长为λ2(λ2>λ1)的单色光照耀阴极时，光的频率虽然变小，但仍可能发生光电效应，而光电流的大小与光的强度有关，与光的频率无关，C错误；增大电路中电源的路端电压，当回路中的电流达到饱和后，电流就不再增大，D错误．]4．(5分)质量为m的粒子原来的速度为v，现将粒子的速度增大为2v，则该粒子的物质波的波长将(粒子的质量保持不变)()A．保持不变B．变为原来波长的4倍C．变为原来波长的一半D．变为原来波长的2倍C[质量为m的粒子运动速度为v，其动量p＝mv，由德布罗意关系可知，对应的物质波的波长为λ＝eq\f(h,mv)，现将粒子的速度增大为2倍．则该粒子的物质波的波长将变为原来波长的一半．]5．(5分)在验证光的波粒二象性的试验中，下列说法正确的是()A．使光子一个一个地通过狭缝，如时间足够长，底片上将会显示衍射图样B．单个光子通过狭缝后，底片上会出现完整的衍射图样C．光子通过狭缝的运动路途像水波一样D．光的粒子性是大量光子运动的规律A[在宏观世界里找不到既有粒子性又有波动性的物质，个别或少数光子表现出光的粒子性，大量光子表现出光的波动性，假如时间足够长，通过狭缝的光子数也就足够多，粒子的分布遵从波动规律，底片上将会显示出衍射图样，A正确，D错误；单个光子通过狭缝后，路径是随机的，底片上不会出现完整的衍射图样，B、C错误．]6．(5分)探讨光电效应的电路如图所示．用频率相同、强度不同的光分别照耀密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板放射出的光电子被阳极A汲取，在电路中形成光电流．下列光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图像中，正确的是()ABCDC[虽然入射光强度不同，但光的频率相同，所以遏止电压相同；又因当入射光强时，单位时间逸出的光电子多，饱和光电流大，所以选C．]7．(5分)深厚的夜色中，在大海上航行的船舶依靠航标灯指引航道，如图所示是一个航标灯自动限制电路的示意图．电路中的光电管阴极K涂有可发生光电效应的金属．下表反映的是各种金属发生光电效应的极限频率和极限波长，又知可见光的波长在400～770nm(1nm＝10－9m)．各种金属发生光电效应的极限频率和极限波长：金属铯钠锌银铂极限频率/Hz4.545×10146.000×10148.065×10141.153×10151.529×1015极限波长/μm0.66000.50000.37200.26000.1962依据上图和所给出的数据，你认为：(1)光电管阴极K上应涂有金属________；(2)限制电路中的开关S应和________(选填“a”和“b”)接触；(3)工人在锻压机、冲床、钻床等机器上劳动时，稍有不慎就会把手压在里面，造成工伤事故．假如将上述限制电路中的电灯换成驱动这些机器工作的电机，这时电路中开关S应和________接触，这样，当工人不慎将手伸入危急区域时，由于遮住了光线，光控继电器衔铁马上动作，使机床停止工作，避开事故发生．[解析](1)依题意知，可见光的波长范围为400×10－9～770×10－9m．而金属铯的波长为λ＝0.6600×10－6m＝660×10－9m，因此，光电管阴极K上应涂金属铯．(2)深厚的夜色中，线圈中无电流，衔铁与b接触，船舶依靠航标灯指引航道，所以限制电路中的开关S应和b接触．(3)若将上述限制电路中的电灯换成电机，在手遮住光线之前，电机应是正常工作的，此时衔铁与a接触，所以电路中的开关S应和a接触．[答案](1)铯(2)b(3)a8．(12分)如图甲所示是探讨光电效应规律的光电管．用波长λ＝0.50μm的绿光照耀阴极K，试验测得流过G表的电流I与AK之间的电势差UAK满意如图乙所示规律，取h＝6.63×10－34J·s．结合图像，求：(以下所求结果均保留2位有效数字)甲乙(1)每秒钟阴极放射的光电子数；(2)光电子飞出阴极K时的最大动能为多少焦耳；(3)该阴极材料的极限频率．[解析](1)每秒放射光电子个数：n＝eq\f(Imt,e)＝eq\f(0.64×10－6,1.6×10－19)个＝4.0×1012个．(2)光电子飞出阴极K时的最大动能：Ekm＝eU0＝0.6eV＝9.6×10－20J．(3)由光电方程可得：Ekm＝heq\f(c,λ)－hνc，代入数据可得极限频率：νc＝4.6×1014Hz．[答案](1)4.0×1012个(2)9.6×10－20J(3)4.6×1014Hz9．(5分)(多选)关于光电效应，下列几种表述正确的是()A．金属的极限频率与入射光的频率成正比B．光电流的强度与入射光的强度无关C．用不行见光照耀金属不确定比用可见光照耀同种金属产生的光电子的最大初动能大D．对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必需小于这个波长，才能产生光电效应CD[金属的极限频率由该金属确定，与入射光的频率无关，光电流的大小随入射光强度增大而增大，选项A、B错误；不行见光包括能量比可见光大的紫外线、X射线、γ射线，也包括能量比可见光小的红外线、无线电波，选项C正确；任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光波长小于这个波长，才能产生光电效应，选项D正确．]10．(5分)(多选)用两束频率相同、强度不同的紫外线分别照耀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．两种状况下单位时间内逸出的光电子个数相同C．两种状况下逸出的光电子的最大初动能相同D．强度大的紫外线照耀金属的表面时单位时间内逸出的光电子个数多ACD[由ε＝hν和Ek＝hν－W知两束光的光子能量相同，照耀金属得到的光电子最大初动能相同，故A、C对；由于两束光强度不同，逸出光电子个数不同，强度大的紫外线照耀金属表面时单位时间内逸出的光电子个数多，B错误，D正确．]11．(5分)(多选)现代物理学认为，光和实物粒子都具有波粒二象性．下列事实中突出体现波动性的是()A．确定频率的光照耀到锌板上，光的强度越大，单位时间内锌板上放射的光电子就越多B．质量为10－3kg、速度为10－2m/s的小球，其德布罗意波长约为10－23m，不过我们能清楚地观测到小球运动的轨迹C．人们常利用热中子探讨晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距大致相同D．大量电子通过狭缝，在屏上出现明暗相间的条纹CD[光子照耀到锌板上，发生光电效应，说明光有粒子性，A错误；由于实物的波长很小，波动性不明显，表现为粒子性，所以看到小球的轨迹，B错误；用热中子探讨晶体结构，其实是通过中子的衍射来“视察”晶体的，是利用中子的波动性，C正确；大量电子通过狭缝，在屏上出现明暗相间的干涉条纹，说明电子具有波动性，D正确．]12．(5分)(多选)在某次光电效应试验中，得到的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系如图所示，若该直线的斜率和纵截距分别为k和－b，电子电荷量的确定值为e，则()A．普朗克常量可表示为eq\f(k,e)B．若更换材料再试验，得到的图线的k不变更，b变更C．所用材料的逸出功可表示为ebD．b由入射光确定，与所用材料无关BC[依据光电效应方程Ekm＝hν－W，以及Ekm＝eUc得：Uc＝eq\f(hν,e)－eq\f(W,e)，图线的斜率k＝eq\f(h,e)，解得普朗克常量h＝ke，故A错误；纵轴截距的确定值b＝eq\f(W,e)，解得逸出功W＝eb，故C正确；b等于逸出功与电荷电荷量的比值，而逸出功与材料有关，则b与材料有关，故D错误；更换材料再试验，由于逸出功变更，可知图线的斜率不变，纵轴截距变更，故B正确．]13．(5分)(多选)用如图的装置探讨光电效应现象，当用光子能量为2.5eV的光照耀到光电管上时，电流表G的读数为0.2mA．移动变阻器的触点c，当电压表的示数大于或等于0.7V时，电流计读数为0．则()A．光电管阴极的逸出功为1.8eVB．开关K断开后，没有电流流过电流计GC．光电子的最大初动能为0.7eVD．改用能量为1.5eV的光子照耀，电流计G也有电流，但电流较小AC[该装置所加的电压为反向电压，当电压表的示数大于或等于0.7V时，电流计示数为0，知道光电子的最大初动能为0.7eV，依据光电效应方程Ekm＝hν－W，W＝1.8eV，故A、C正确；电键K断开后，用光子能量为2.5eV的光照耀到光电管上时发生了光电效应，有光电子逸出，则有电流流过电流计，故B错误；改用能量为1.5eV的光子照耀，由于光电子的能量小于逸出功，不能发生光电效应，无光电流，故D错误．]14．(14分)如图所示，相距为d的两平行金属板A、B足够大，板间电压恒为U，有一波长为λ的细激光束照耀到B板中心，使B板发生光电效应，已知普朗克常量为h，金属板B的逸出功为W，电子质量为m，电荷量为e．求：(1)从B板运动到A板所需时间最短的光电子，到达A板时的动能；(2)光电子从B板运动到A板时所需的最长时间．[解析](1)依据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W光子的频率为ν＝eq\f(c,λ)．所以，光电子的最大初动能为Ek＝eq\f(hc,λ)－W．能以最短时间到达A板的光电子，是初动能最大且垂直于板面离开B板的电子，设到达A板的动能为Ek1，由动能定理，得eU＝Ek1－Ek所以Ek1＝eU＋eq\f(hc,λ)－W．(2)能以最长时间到达A板的光电子，是离开B板时的初速度为零或运动方向平行于B板的光电子．则d＝eq\f(1,2)at2＝eq\f(Uet2,2dm)，得t＝deq\r(\f(2m,Ue))．[答案](1)eU＋eq\f(hc,λ)－W(2)deq\r(\f(2m,Ue))15．(14分)波长为λ＝0.071nm的伦琴射线使金箔放射光电子，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＝1.88×10－4T·m，电子的质量me＝9.1×10－31kg．试求：(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·B2,2me)＝eq\f(1