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2019年高中物理 第17章 波粒二象性限時測試題檢測試題 新人教版選修3-5 一、選擇題(共10小題，每小題4分，共40分，在每小題給出的四個選項中，第1～6小題只有一個選項符合題目要求，第7～10小題有多個選項符合題目要求，全部選對的得4分，選不全的得2分，有選錯或不答的得0分) 1．人類對光的本性認識的過程中先后進行了一系列實驗，如圖所示的四個示意圖所表示的實驗不能說明光具有波動性的是(　　) 答案：C 解析：C為光電效應(yīng)實驗，證明了光的粒子性；其余的三個實驗均證明了光的波動性。 2．一個質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子，由靜止開始經(jīng)加速電場加速后(加速電壓為U)，該粒子的德布羅意波長為(　　) A.　　　　　　　　　 B. C. D. 答案：C 解析：設(shè)加速后的速度為v，由動能定理得：qU＝mv2 所以v＝ 由德布羅意波長公式： λ＝＝＝ 3．關(guān)于熱輻射，下列說法中正確的是(　　) A．一般物體的熱輻射強度只與物體的溫度有關(guān) B．黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，所以黑體一定是黑的 C．一定溫度下，黑體輻射強度隨波長的分布有一個極大值 D．溫度升高時，黑體輻射強度的極大值向波長增大的方向移動 答案：C 解析：一般物體的熱輻射強度除與溫度有關(guān)之外，還與材料、表面狀態(tài)有關(guān)，A錯誤；黑體可以輻射可見光，不一定是黑的，B錯誤；由黑體輻射的實驗規(guī)律知，C正確，D錯誤。 4．入射光照射到某金屬表面上發(fā)生光電效應(yīng)，若入射光的強度減弱，而頻率保持不變，那么(　　) A．從光照至金屬表面到發(fā)射出光電子之間的時間間隔將明顯增加 B．逸出的光電子的最大初動能將減小 C．單位時間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將減少 D．有可能不發(fā)生光電效應(yīng) 答案：C 解析：根據(jù)光電效應(yīng)的實驗規(guī)律知，從光照到金屬表面到光電子發(fā)射的時間間隔極短，這與光的強度無關(guān)，故A錯誤，實驗規(guī)律還指出，逸出光電子的最大初動能與入射光頻率有關(guān)，光電流與入射光強度成正比，由此可知，B、D錯誤，C正確。 5.如圖所示是光電管的原理圖，已知當有波長為λ0的光照到陰極K時，電路中有光電流，則(　　) A．若換用波長為λ1(λ1>λ0)的光照射陰極K時，電路一定沒有光電流 B．若換用波長為λ2(λ2<λ0) 的光照射陰極K時，電路中光電流一定增大 C．若將變阻器滑動頭P從圖示位置向右滑一些，仍用波長λ0的光照射，則電路中光電流一定增大 D．若將變阻器滑動頭P從圖示位置向左滑過中心O點時，其他條件不變，則電路中仍可能有光電流 答案：D 解析：盡管λ1>λ0頻率ν1<ν0，但它不一定不能發(fā)生光電效應(yīng)，A錯，用λ2的光一定能發(fā)生光電效應(yīng)，但光電流由光強決定，因此光電流不一定增大，B錯。變阻器滑動頭P右滑，UAK增大，若滑動前已達飽和電流，那么光電流不增大，因此C錯，若滑動頭左滑UAK<0是反向電壓，只要未超過反向遏止電壓，就有光電流，因此D正確。 6.愛因斯坦提出了光量子概念并成功地解釋光電效應(yīng)的規(guī)律而獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎。某種金屬逸出光電子的最大初動能Ekm與入射光頻率ν的關(guān)系如圖所示，其中ν0為極限頻率。從圖中可以確定的是(　　) A．逸出功與ν有關(guān) B．Ekm與入射光強度成正比 C．當ν<ν0，會逸出光電子 D．圖中直線的斜率與普朗克常量有關(guān) 答案：D 解析：金屬的逸出功與入射光無關(guān)，A錯；光電子的最大初動能與入射光強度無關(guān)，B錯；當入射光的頻率小于極限頻率，不能發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，C錯；由光電效應(yīng)方程可知圖象的斜率與普朗克常量有關(guān)，D對。 7．用很弱的光做雙縫干涉實驗，把入射光減弱到可以認為光源和感光膠片之間只能同時有兩個光子，比較不同曝光時間攝得的照片，發(fā)現(xiàn)曝光時間不長的情況下，照片上是一些散亂的無規(guī)則分布的亮點，若曝光時間較長，照片上亮點分布區(qū)域呈現(xiàn)不均勻跡象；若曝光時間足夠長，照片上獲得清晰的雙縫干涉條紋，這個實驗說明了(　　) A．光具有粒子性 B．光具有波動性 C. 光既具有粒子性，又具有波動性 D．光的波動性不是光子之間的相互作用引起的 答案：CD 解析：少量光子通過雙縫后照片上呈現(xiàn)不規(guī)則分布亮點，顯示了光的粒子性；大量光子通過雙縫后照片上獲得了雙縫干涉條紋，說明光具有波動性；光子先后依次通過雙縫，說明光的波動性不是光子之間的相互作用引起的，故正確答案是C、D。 8.如圖所示，一束復(fù)合光束c，從玻璃射向空氣，經(jīng)折射后形成光a、b兩束光線，則下列說法正確的是(　　) A．a(chǎn)光光子的能量比b光光子的能量小 B．從玻璃射向空氣時，a光的臨界角小于b光的臨界角 C．若a光能發(fā)生光電效應(yīng)，b光也一定能發(fā)生光電效應(yīng) D．經(jīng)同一雙縫干涉裝置得到干涉條紋，a光干涉條紋間距小 答案：AC 解析：由光的折射定律知a光的折射率小于b光的折射率，a光的頻率小于b光的頻率所以A對B錯誤，C正確；a光的波長大于b光的波長，a光的干涉條紋間距大于b光的干涉條紋間距，D錯。 9．用同一光電管研究a、b兩種單色光產(chǎn)生的光電效應(yīng)，得到光電流I與光電管兩極間所加電壓U的關(guān)系如圖。則這兩種光(　　) A．照射該光電管時a光使其逸出的光電子最大初動能大 B．從同種玻璃射入空氣發(fā)生全反射時，a光的臨界角大 C．通過同一裝置發(fā)生雙縫干涉，a光的相鄰條紋間距大 D．通過同一玻璃三棱鏡時，a光的偏折程度大 答案：BC 解析：由題圖知，EkmaCb，故選項B正確；由Δx＝λ及λ＝知，頻率越小波長越長，間距越大，即Δxa>Δxb，故選項C正確；因νa<νb，所以通過三棱鏡時，b的偏折程度 大，故選項D錯誤。 10．(北京市昌平區(qū)xx～xx學(xué)年高二下學(xué)期期末)以往我們認識的光電效應(yīng)是單光子光電效應(yīng)，即一個電子在極短時間內(nèi)只吸收到一個光子而從金屬表面逸出。強激光的出現(xiàn)豐富了人們對于光電效應(yīng)的認識，用強激光照射金屬，由于其光子密度極大，一個電子在短時間內(nèi)吸收多個光子成為可能，從而形成多光子光電效應(yīng)，這已被實驗證實。 光電效應(yīng)實驗裝置示意如圖。用頻率為ν的普通光源照射陰極K，沒有發(fā)生光電效應(yīng)，換同樣頻率為ν的強激光照射陰極K，則發(fā)生了光電效應(yīng)；此時，若加上反向電壓U，即將陰極K接電源正極，陽極A接電源負極，在KA之間就形成了使光電子減速的電場，逐漸增大U，光電流會逐漸減小；當光電流恰好減小到零時，所加反向電壓U可能是下列的(其中W為逸出功，h為普朗克常量，e為電子電量)(　　) A．U＝－ B．U＝－ C．U＝－ D．U＝2hν－W 答案：BC 解析：本題考查光電效應(yīng)方程。解題的關(guān)鍵是要明確，電子可能要吸收多個光子。由光電效應(yīng)方程可知EK＝nhν－W而eU＝EK，所以U＝－(n＝2、3、4…)，故B、C選項正確。 第Ⅱ卷(非選擇題　共60分) 二、填空題(共3小題，共18分。把答案直接填在橫線上) 11．(5分)康普頓效應(yīng)證實了光子不僅具有能量，也有動量。下圖給出了光子與靜止電子碰撞后，電子的運動方向，則碰后光子可能沿方向________運動，并且波長________(填“不變”、“變短”或“變長”)。 答案：1　變長 解析：因光子與電子的碰撞過程動量守恒，所以碰撞之后光子和電子的總動量的方向與光子碰前動量的方向一致，可見碰后光子運動的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向；通過碰撞，光子將一部分能量轉(zhuǎn)移給電子，能量減少，由E＝hν知，頻率變小，再根據(jù)c＝λν知，波長變長。 12．(5分)(江蘇鹽城市xx～xx學(xué)年高二下學(xué)期期中)黑體輻射的實驗規(guī)律如圖所示，圖中畫出了三種溫度下黑體輻射的強度與波長的關(guān)系?？梢?，一方面隨著溫度的降低各種波長的輻射強度將________(選填‘增加”或“減少”)，另一方面，輻射強度的極大值向波長________(選填“較長”或“較短”)的方向移動。 答案：減少　較長 解析：由黑體輻射實驗規(guī)律可知，隨著溫度的降低各種波長的輻射強度將減少，輻射強度的極大值向波長較長的方向移動。 13．(8分)深沉的夜色中，在大海上航行的船舶依靠航標燈指引航道，如圖所示是一個航標燈自動控制電路的示意圖。電路中的光電管陰極K涂有可發(fā)生光電效應(yīng)的金屬。下表反映的是各種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率和極限波長，又知可見光的波長在400～770nm(1nm＝10－9m)。 各種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率和極限波長： 金屬 銫 鈉 鋅 銀 鉑 極限頻率(Hz) 4.5451014 6.0001014 8.0651014 1.1531015 1.5291015 極限波長 0.6600 0.5000 0.3720 0.2600 0.1962 根據(jù)上圖和所給出的數(shù)據(jù)，你認為： (1)光電管陰極K上應(yīng)涂有金屬________； (2)控制電路中的開關(guān)S應(yīng)和________(填“a”和“b”)接觸； (3)工人在鍛壓機、沖床、鉆床等機器上勞動時，稍有不慎就會把手壓在里面，造成工傷事故。如果將上述控制電路中的電燈換成驅(qū)動這些機器工作的電機，這時電路中開關(guān)S應(yīng)和________接觸，這樣，當工人不慎將手伸入危險區(qū)域時，由于遮住了光線，光控繼電器銜鐵立即動作，使機床停止工作，避免事故發(fā)生。 答案：(1)銫　(2)b　(3)a 解析：(1)依題意知，可見光的波長范圍為 40010－9～77010－9m。 而金屬銫的波長為λ＝0.660010－6m＝66010－9m，因此，光電管陰極K上應(yīng)涂金屬銫。 (2)深沉的夜色中，線圈中無電流，銜鐵與b接觸，船舶依靠航標燈指引航道，所以控制電路中的開關(guān)S應(yīng)和b接觸。 (3)若將上述控制電路中的電燈換成電機，在手遮住光線之前，電機應(yīng)是正常工作的，此時銜鐵與a接觸，所以電路中的開關(guān)S應(yīng)和a接觸。 三、論述計算題(共4小題，共42分。解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟，只寫出最后答案不能得分，有數(shù)值計算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位) 14．(9分)2012年8月10日美國名將梅里特在倫敦奧運會110m欄比賽中，以12秒92的成績獲得冠軍。設(shè)梅里特質(zhì)量約為74kg，計算他在110m欄跑中的德布羅意波長，并說明其波動性是否明顯。 答案：1.0510－36m，波動性不明顯。 解析：梅里特110米欄跑時對應(yīng)德布羅意波波長為 λ＝＝＝m≈1.0510－36m。 可見此波長極短，其波動性很難表現(xiàn)出來。 15．(10分)人們發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)具有瞬時性和對各種金屬都存在極限頻率的規(guī)律。請問誰提出了何種學(xué)說很好地解釋了上述規(guī)律？已知鋅的逸出功為3.34eV，用某單色紫外線照射鋅板時，逸出光電子的最大速度為106m/s，求該紫外線的波長λ(電子質(zhì)量me＝9.1110－31kg，普朗克常量h＝6.6310－34Js,1eV＝1.6010－19J) 答案：愛因斯坦；2.0110－7m 解析：愛因斯坦提出了光子學(xué)說很好地解釋了光電效應(yīng)。 根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程hc/λ＝W＋mev2 得λ＝2.0110－7m 16．(11分)如圖所示表示黑體輻射強度隨波長的變化圖線。根據(jù)熱輻射理論，輻射強度的極大值所對應(yīng)的波長λm與熱力學(xué)溫度之間存在如下關(guān)系：λmT ＝2.9010－3mK。求： (1)T＝15000K所對應(yīng)的波長； (2)用T＝15000K所對應(yīng)波長的光照射逸出功為W0＝4.54eV的金屬鎢，能否發(fā)生光電效應(yīng)？若能，逸出光電子的最大初動能是多少？ 答案：(1)1.9310－7m　(2)能　1.90eV 解析：(1)由公式λmT＝2.9010－3mK得 λm＝＝m≈1.9310－7m (2)波長λm＝1.9310－7m的光子能量 E＝hν＝＝eV≈6.44eV 因E>W0，故能發(fā)生光電效應(yīng)。由光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，得Ek＝(6.44－4.54)eV＝1.90eV。 17．(12分)具有波長λ＝0.71的倫琴射線使金箔發(fā)射光電子，電子在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場區(qū)域內(nèi)做最大半徑為r的勻速圓周運動，已知rB＝1.8810－4mT，試求： (1)光電子的最大初動能； (2)金屬的逸出功； (3)該電子的物質(zhì)波的波長是多少？ 答案：(1)3.1103eV　(2)1.44104eV (3)2.210－11m 解析：(1)電子在勻強磁場中做勻速圓周運動的向心力為洛倫茲力m＝evB，所以v＝ 電子的最大初動能Ek＝mv2＝ ＝J ＝4.9710－16J＝3.1103eV (2)入射光子的能量 E＝hν＝h＝eV＝1.75104eV 根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程得逸出功 W＝hν－Ek＝1.44104eV (3)物質(zhì)波的波長為λ＝＝＝m＝2.210－11m