2024-2025学年高中物理第5章波与粒子单元素养评价含解析鲁科版选修3-5

PAGE8-单元素养评价(四)(第5章)(90分钟100分)一、选择题(本大题共12小题,每小题5分,共60分,1～9为单选,10～12为多选)1.某单色光照耀某金属时不能发生光电效应,则下述措施中可能使该金属发生光电效应的是 ()A.延长光照时间 B.增大光的强度C.换用波长较短的光照耀 D.换用频率较低的光照耀【解析】选C。由光电效应规律可知,能不能发生光电效应,是由入射光的频率与极限频率的关系确定的,入射光频率必需大于或等于极限频率。波长较短的光频率高,当高于或等于极限频率时就能发生光电效应,故C正确,A、B、D错误。2.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【解析】选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,光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。3.关于物质波,下列说法正确的是 ()A.速度相等的电子和质子,电子的波长长B.动能相等的电子和质子,电子的波长短C.动量相等的电子和中子,中子的波长短D.甲电子速度是乙电子的3倍,甲电子的波长也是乙电子的3倍【解析】选A。质子的质量远大于电子。由λ===,知选项A正确。4.关于粒子,下列说法中正确的是 ()A.电子、质子和中子是组成物质的不行再分的最基本的粒子B.强子都是带电的粒子C.夸克模型是探究三大类粒子结构的理论D.夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单元【解析】选D。由于质子、中子是由不同夸克组成的,它们不是最基本的粒子,不同夸克构成的强子,有的带电,有的不带电,故选项A、B错误;夸克模型是探讨强子结构的理论,不同夸克带电不同,说明电子电荷不再是电荷的最小单元,故选项C错误,D正确。5.(2024·南平高二检测)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的关系图象中,正确的是 ()【解析】选C。虽然入射光强度不同,但光的频率相同,则光电子的最大初动能相同,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。6.光照耀到金属表面上能够发生光电效应,下列关于光电效应的叙述中,正确的是 ()A.金属电子逸出功与入射光的频率成正比B.单位时间内逸出的光电子数与入射光强度无关C.用绿光照耀金属比用紫光照耀同种金属产生的光电子的最大初动能大D.对某一种金属,入射光的波长必需小于极限波长才能产生光电效应【解析】选D。依据爱因斯坦光电效应方程可知,光电子的最大初动能与光照频率有关。要使逸出光电子的最大初动能增大,应改用紫光照耀,D正确。7.关于下列四幅图说法不正确的是 ()A.原子中的电子绕原子核高速运转时,运行轨道的半径是随意的B.光电效应试验说明白光具有粒子性C.电子束通过铝箔时的衍射图样证明白电子具有波动性D.发觉少数α粒子发生了较大偏转,说明原子的质量绝大部分集中在很小的空间范围【解析】选A。原子中的电子绕核旋转的轨道是特定的,不是随意的,选项A错误。光电效应说明白光具有粒子性,B正确。电子能通过铝箔衍射,说明电子也有波动性,C正确。发觉少数α粒子大角度偏转,说明原子的正电荷和大部分质量集中在很小的空间范围内,D正确。8.一个质量为m、电荷量为q的带电粒子,由静止起先经加速电场加速后(加速电压为U),该粒子的德布罗意波长为 ()A. B.C. D.【解析】选C。设加速后的速度为v,由动能定理得:qU=mv2所以v=由德布罗意波长公式:λ===9.有人设想在遥远的宇宙探测时,给探测器安上面主动大、反射率极高(可认为100%)的薄膜,并让它正对太阳,用光压为动力推动探测器加速。已知探测器在某轨道上运行时,每秒每平方米面积获得的太阳光能为E0=1.5×104J,薄膜面积为S=6.0×102m2,若探测器总质量为M=60kg,光速c=3.0×108m/s,那么下列最接近探测器得到的加速度大小的是(依据量子理论,光子不但有能量,而且有动量。光子动量的计算式为A.1.0×10-3m/s2 B.1.0×10-2C.1.0×10-1m/s2 D.1【解析】选A。假设取Δt时间内射到探测器上的光子,对其应用动量定理可知FΔt=·,得F=,由牛顿第三定律得探测器受到的压力大小等于F,则a===1.0×10-3m/s2,故A正确。10.(2024·宁德高二检测)从光的波粒二象性动身,下列说法正确的是 ()A.光是高速运动的微观粒子,每个光子都具有波粒二象性B.光的频率越高,光子的能量越大C.在光的干涉中,暗条纹的地方是光子不会到达的地方D.在光的干涉中,亮条纹的地方是光子到达概率大的地方【解析】选B、D。光不是高速运动的微观粒子,但每个光子都具有波粒二象性,故A错误;光子能量ε=hν,ν是光子的频率,则知光的频率越高,光子的能量越大,所以B正确。在光的干涉中,亮条纹是光子到达概率大的地方,暗条纹是光子到达概率小的地方,C错、D正确。【加固训练】(多选)人类对光的本性的相识经验了曲折的过程。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.光的双缝干涉试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【解析】选B、C、D。牛顿的“微粒说”认为光是一种物质微粒,爱因斯坦的“光子说”认为光是一份一份不连续的能量,明显A错;干涉、衍射是波的特性,光能发生干涉,说明光具有波动性,B正确;麦克斯韦依据光的传播不须要介质,以及电磁波在真空中的传播速度与光速近似相等认为光是一种电磁波,后来赫兹用试验证明白光的电磁说,C正确;光具有波动性与粒子性,称为光的波粒二象性,D正确。11.关于电子的运动,下列说法正确的是 ()A.对于一个运动的电子,同时测量其位置和动量,假如位置测量结果越精确,则动量测量结果也就越精确B.经典的理论所认为的电子的轨道其实是电子出现概率最大的地方组成的图形C.电子在能量不确定范围小的能级停留时间长D.“电子云”描述了电子在核四周出现的概率密度【解析】选B、C、D。由不确定性关系ΔxΔp≥,不能同时确定电子的位置和动量,假如位置测量结果越精确,则动量测量不确定量就越大,A错。经典的理论所认为的电子的轨道并不实际存在,电子在原子内没有确定位置,用点的疏密表示电子出现的概率分布,称为电子云。“电子云”描述了电子在核四周出现的概率密度,B、D正确。由能量和时间的不确定性关系,电子在能量不确定范围小的能级停留时间长,C正确。12.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,电流表读数为0。则 ()A.光电管阴极的逸出功为1.8eVB.电键K断开后,没有电流流过电流表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,电流表G也有电流,但电流较小【解析】选A、C。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,电流表示数为0,可知光电子的最大初动能为0.7eV,依据光电效应方程Ekm=hν-W0得,W0=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,则有电流流过电流表,故B错误;改用能量为1.5eV的光子照耀,由于光子的能量小于逸出功,不能发生光电效应,无电流,故D错误。二、计算题(本大题共4小题,共40分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)13.(8分)质量为m的粒子被限制在x=-到x=的区域内运动,在它朝x轴正方向运动时,求其动量测量值的最小不确定范围Δpx。【解析】由题意知:Δx=l, (2分)由不确定关系Δx·Δpx≥, (2分)得Δpx≥=。 (2分)因此,动量测量值的最小不确定范围Δpx=。 (2分)答案:14.(8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=, (1分)且ν=,得p=, (1分)则pA∶pB=2∶1, (2分)A照耀时,光电子的最大初动能EA=εA-W0, (1分)同理EB=εB-W0。 (1分)又εA=2εB,解得W0=EA-2EB。 (2分)答案:2∶1EA-2EB【总结提升】光电效应问题的解答技巧(1)利用光电效应规律解题,关键是在理解的基础上娴熟地记住光电效应规律,光电效应试验规律可理解记忆为:“放(出光电子)不放,看光限(入射光的极限频率);放多少(光电子),看光强;(光电子的)最大初动能(大小),看(入射光的)频率;要放瞬时放”。(2)理解光电效应试验规律中的两个关系:①光电子的最大初动能m与入射光频率ν成一次函数关系,不是成正比。②光电流的饱和值跟入射光的强度成正比,这是因为在发生光电效应时,汲取一个光子产生一个光电子,光电子个数确定了光电流强度,而光电子个数取决于入射光强度,我们简单推得,光电流的饱和值跟入射光的强度成正比。15.(10分)如图所示,擦得很亮的绝缘锌板A水平固定放置,其下方水平放有接地的铜板B,两板间距离为d,两板面积均为S,正对面积为S′,且S>S′。当用弧光灯照耀锌板上表面后,A、B板间一带电液滴恰好处于静止状态。试分析:(1)液滴带何种电荷?(2)用弧光灯再照耀A板上表面,液滴做何种运动?(3)要使液滴向下运动,应实行哪些措施?【解析】(1)锌板受弧光灯照耀发生光电效应,有光电子从锌板A的上表面逸出,而使A板带正电荷,接地的铜板B由于静电感应而带负电,A、B板间形成方向向下的匀强电场,由液滴处于静止状态知qE=mg,所以液滴带负电荷。 (3分)(2)当再用弧光灯照耀A板上表面时,光电效应接着发生,使A板所带正电荷增加,A、B板间场强增加,所以qE>mg,液滴向上运动。 (3分)(3)要使液滴向下运动,即mg>qE,mg和q不变,则必需使E变小。因A板电荷量Q不变,则当B板向右移动,增大两板正对面积时,电容增大,两板间电势差减小,而d不变,故场强E变小,qE<mg,则液滴向下运动。 (4分)答案:(1)负电荷(2)向上运动(3)将B板向右平移16.(14分)(1)氢原子从-3.4eV的能级跃迁到-0.85eV的能级时,是放射还是汲取光子?这种光子的波长是多少(计算结果取一位有效数字)?(2)如图中光电管用金属材料铯制成,电路中定值电阻R0=0.75Ω,电源电动势E=1.5V,内阻r=0.25Ω,图中电路在D点交叉,但不相连。R为变阻器,O是变阻器的中间抽头,位于变阻器的正中心,P为滑动端。从变阻器的两端点a、b可测得其总阻值为14Ω。当用上述氢原子两能级间跃迁而放射出来的光照耀图中的光电管,欲使电流计G中电流为零,变阻器aP间阻值应为多大?已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s,金属铯的逸出功为1.9eV。【解析】(1)因氢原子是从低能级向高能级跃迁,故应是汲取光子。 (2分)汲取能量为3.4eV-0.85e