2024高中物理刷题首秧第十七章波粒二象性综合评估对点练+巩固练含解析新人教版选修3-5

PAGEPAGE8第十七章波粒二象性综合评估本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。满分100分，考试时间90分钟。第Ⅰ卷(选择题，共50分)一、选择题(每小题5分，共50分。其中1～6题为单选，7～10题为多选)1．一束平行光经玻璃三棱镜折射后，分解为相互分别的三束光，分别照在相同的金属板a、b、c上，如图所示，已知金属板b有光电子放出，则可知()A．板a肯定不放出光电子B．板a肯定能放出光电子C．板c肯定不放出光电子D．板c肯定能放出光电子答案D解析从棱镜对光的色散可知，光的频率越大，在同一介质的折射率越大。由题意：νa<νb<νc，同种材料极限频率相同，由b板有光电子，发生光电效应，则c肯定可放出光电子，所以C错误，D正确。但射到a板上的光的频率不能确定是否大于极限频率，所以不能推断是否发生光电效应，所以A、B错误。2．2024年年初，我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100nm(1nm＝10－9m)旁边连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲，大连光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的探讨中发挥重要作用。一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎。据此推断，能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，真空光速c＝3×108m/s)()A．10－21JB．10－18JC．10－15JD．10－12J答案B解析一个处于极紫外波段的光子的能量为：E＝heq\f(c,λ)≈2×10－18J，由题意可知，光子的能量应比电离一个分子的能量稍大，因此数量级必需相同，故B正确。3．紫外线光子的动量为p＝eq\f(hν,c)。一个静止的O3汲取了一个紫外线光子后()A．仍旧静止B．沿着光子原来运动的方向运动C．沿光子运动相反方向运动D．可能向任何方向运动答案B解析由动量守恒定律知，汲取了紫外线光子的O3分子与光子原来运动方向相同。故正确选项为B。4.如图所示，用单色光做双缝干涉试验。P处为亮条纹，Q处为暗条纹，不变更单色光的频率，而调整光源使其极微弱，并把单缝调至只能使光子一个一个地过去，那么过去的某一光子()A．肯定到达P处B．肯定到达Q处C．可能到达Q处D．都不正确答案C解析单个光子的运动路径是不行预料的，只知道落在P处的概率大，落在Q处的概率小。因此，一个光子从狭缝通过后可能落在P处，也可能落在Q处，故C正确。5．已知金属锌发生光电效应时产生的光电子的最大初动能Ek跟入射光的频率的关系图象如图中的直线1所示。某种单色光照耀到金属锌的表面时，产生的光电子的最大初动能为E1。若该单色光照耀到另一金属表面时产生的光电子的最大初动能为E2，E2<E1，关于这种金属的最大初动能Ek跟入射光的频率的关系图象应如图中的()A．aB．bC．cD．以上三条图线都不正确答案A解析依据光电效应方程Ek＝hν－W0，知Ek＝hν－hνc，知图线的横轴截距表示截止频率，图线的斜率表示普朗克常量，知所求图线应与1图线平行，因为E2<E1，则这种金属的截止频率比金属锌的大，故A正确，B、C、D错误。6．人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉，普朗克常量为6.63×10－34J·s，光速为3.0×108m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是()A．2.3×10－18WB．3.8×10－19WC．7.0×10－10WD．1.2×10－18W答案A解析每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，所以察觉到绿光所接收到最小功率为P＝eq\f(6\f(hc,λ),t)＝eq\f(6×\f(6.63×10－34×3.0×108,530×10－9),1)W≈2.3×10－18W。7．下列各种说法中正确的有()A．普朗克在探讨黑体的热辐射问题中提出了能量子假说B．一束光照耀到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的照耀时间太短C．在光的单缝衍射试验中，狭缝越窄，光子动量的不确定量越大D．任何一个运动物体，无论是大到太阳、地球，还是小到电子、质子，都与一种波相对应，这就是物质波，物质波是概率波答案ACD解析普朗克在探讨黑体的热辐射问题时提出了能量的量子化观点，A正确；当入射光的频率大于截止频率时才能产生光电效应，与入射光的强度和时间无关，B错误；依据Δx·Δp≥eq\f(h,4π)可知，狭缝越窄即Δx越小，光子动量不确定量Δp越大，C正确；由概率波的学问可知，D正确。8．近年来，数码相机家喻户晓，用来衡量数码相机性能的一个特别重要的指标就是像素，像素可理解为光子打在光屏上的一个亮点。现知300万像素的数码相机拍出的照片比30万像素的数码相机拍出的等大的照片清楚得多，其缘由理解错误的是()A．光是一种粒子，它和物质的作用是一份一份的B．光的波动性是由大量光子之间的相互作用引起的C．大量光子表现出粒子性D．光具有波粒二象性，大量光子表现出波动性答案ABC解析由题意知像素越高，形成照片的光子数越多，表现出的波动性越强，照片越清楚，故D正确，A、B、C错误。9．在光电效应试验中，小明同学用同一试验装置(如图a)在甲、乙、丙三种光的照耀下得到了三条电流表与电压表读数之间的关系曲线，如图b所示。则正确的是()A．乙光的频率大于甲光的频率B．甲光的波长大于丙光的波长C．丙光的光子能量小于甲光的光子能量D．乙光对应的光电子最大初动能小于丙光的光电子最大初动能答案AB解析当光电管两端加上反向截止电压且光电流为0时，有eq\f(1,2)mveq\o\al(2,m)＝eU，对同一光电管运用不同频率的光照耀，有hν－W0＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,m)，两式联立得hν－W0＝eU，甲光的反向遏止电压最小，所以甲光频率最小，波长最长，A、B正确；由光子能量E＝hν，知C错误；乙、丙两光对应的光电子最大初动能相等，D错误。10．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．开关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，但电流较小答案AC解析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，Ekm＝hν－W0，W0＝1.8eV，故A、C正确。开关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。故选A、C。第Ⅱ卷(非选择题，共50分)二、填空题(共16分)11．(6分)如图所示，一验电器与锌板相连，在A处用一紫外线灯照耀锌板，关灯后，指针保持肯定偏角。(1)现用一带负电的金属小球(与锌板相比电荷量小)与锌板接触，则验电器指针偏角将________(填“增大”“减小”或“不变”)。(2)使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照耀锌板，验电器指针无偏转。那么，若改用强度更大的红外线灯照耀锌板，可视察到验电器指针________(填“有”或“无”)偏转。(3)试验室用功率P＝1500W的紫外线灯演示光电效应。紫外线波长λ＝253nm，阴极离光源距离d＝0.5m，原子半径取r＝1×10－10m，则阴极表面每个原子每秒钟接收到的光子数为________个。答案(1)减小'(2)无'(3)19解析(1)当用紫外线照耀锌板时，锌板发生光电效应，放出光电子而带正电，此时与锌板连在一起的验电器也带正电，从而指针发生偏转，当带负电的小球与锌板接触，中和一部分正电荷，从而使验电器的指针偏转减小。(2)使验电器指针回到零，用钠灯黄光照耀，验电器指针无偏转，说明钠灯黄光的频率小于极限频率，红外线比钠灯黄光的频率还要低，更不行能发生光电效应，能否发生光电效应与入射光的强度无关。(3)以紫外线灯为圆心，作半径为d的球面，则每个原子每秒钟接收到的光能量为E＝eq\f(Pt,4πd2t)×πr2＝1.5×10－17J因此每个原子每秒钟接收到的光子数为n＝eq\f(E,hν)＝eq\f(Eλ,hc)≈19个。12．(4分)照相底片上的感光物质AgBr在光照耀下能分解，经冲洗后就被记录下来(这种现象称为“光化效应”，与光电效应类似，只有入射光光子的能量大于某一数值，才能发生)。已知分解一个AgBr分子所需的最小能量约为1.0×10－19J，则这种照相底片感光的截止波长为________(即它能记录的光的最大波长值)。答案1.99×10－6m解析由ε＝hν＝heq\f(c,λ)，得λ＝eq\f(hc,ε)≈1.99×10－6m。13．(2分)已知钾的截止频率为5.44×1014Hz，钠的截止频率为5.53×1014Hz，钙的截止频率为7.73×1014Hz，钨的截止频率为10.95×1014Hz，当用波长为0.486μm的光来照耀它们的时候，可发生光电效应的是________。答案钾、钠解析由波速公式c＝λν得，ν＝eq\f(c,λ)，则波长为0.486μm的光频率为：ν＝eq\f(3.0×108,0.486×10－6)Hz≈6.17×1014Hz，比较题目所给数据，可知该光的频率大于钾、钠的截止频率，故可以发生光电效应的金属应当是钾、钠。14．(4分)如图所示是做光电效应试验的装置简图。在抽成真空的玻璃管内，K为阴极(用金属铯制成，发生光电效应的逸出功为1.9eV)，A为阳极。在a、b间不接任何电源，用频率为ν(高于铯的截止频率)的单色光照耀阴极K，会发觉电流表指针有偏转。这时，若在a、b间接入直流电源，a接正极，b接负极，并使a、b间电压从零起先渐渐增大，发觉当电压表的示数增大到2.1V时，电流表的示数刚好减小到零。则a、b间未接直流电源时，通过电流表的电流方向为________；从阴极K发出的光电子的最大初动能Ek＝________J；入射单色光的频率ν＝________Hz。答案从下向上'3.36×10－19'9.65×1014解析光电子由K向A定向移动，光电流由A向K，因此通过电流表的电流方向为从下向上。电流表示数刚好减小到零时，具有最大初动能的电子刚好不能到达A板，依据动能定理得：－Ue＝0－Ek，代入数据，得最大初动能为Ek＝2.1eV＝3.36×10－19J。由光电效应方程：Ek＝hν－W0，得ν≈9.65×1014Hz。三、计算题(共34分)15．(8分)已知由激光器发出的一细束功率为P＝0.15kW的激光束，竖直向上照耀在一个固态铝球的下部，使其恰好能在空中悬浮。已知铝的密度为ρ＝2.7×103kg/m3，设激光束的光子全部被铝球汲取，求铝球的直径是多大？(计算中可取π＝3，g＝10m/s2)答案0.33mm解析设每个激光光子的能量为E，动量为p，时间t内射到铝球上的光子数为n，激光束对铝球的作用力为F，铝球的直径为d。则有：Pt＝nE，－Ft＝0－np，光子能量和动量间的关系是E＝pc，铝球的重力和F平衡，因此F＝eq\f(1,6)ρg·πd3，由以上各式联立解得d≈0.33mm。16．(8分)德布罗意认为：任何一个运动着的物体，都有着一种波与它对应，波长是λ＝eq\f(h,p)，式中p是运动着的物体的动量，h是普朗克常量。已知某种紫光的波长是440nm，若将电子加速，使它的德布罗意波波长是这种紫光波长的10－4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，电子电荷量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。答案(1)1.5×10－23kg·m/s'(2)8×102V解析(1)λ＝eq\f(h,p)，电子的动量p＝eq\f(h,λ)＝eq\f(6.6×10－34,4.4×10－11)kg·m/s＝1.5×10－23kg·m/s。(2)电子在电场中加速，有eU＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(p2,2m)＝eq\f(h2,2mλ2)U＝eq\f(h2,2meλ2)≈8×102V。17．(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。答案2∶1'EA－2EB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)，又知εA∶εB＝2∶1，则pA∶pB＝2∶1A光照耀时，光电子的最大初动能EA＝εA－W0，同理，EB＝εB－W0又知ε