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2019年高中物理 第17章 波粒二象性限時(shí)測(cè)試題檢測(cè)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(gè)選項(xiàng)中，第1～6小題只有一個(gè)選項(xiàng)符合題目要求，第7～10小題有多個(gè)選項(xiàng)符合題目要求，全部選對(duì)的得4分，選不全的得2分，有選錯(cuò)或不答的得0分) 1．人類對(duì)光的本性認(rèn)識(shí)的過程中先后進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，如圖所示的四個(gè)示意圖所表示的實(shí)驗(yàn)不能說明光具有波動(dòng)性的是(　　) 答案：C 解析：C為光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，證明了光的粒子性；其余的三個(gè)實(shí)驗(yàn)均證明了光的波動(dòng)性。 2．一個(gè)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(chǎng)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(dòng)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(qiáng)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(qiáng)度隨波長的分布有一個(gè)極大值 D．溫度升高時(shí)，黑體輻射強(qiáng)度的極大值向波長增大的方向移動(dòng) 答案：C 解析：一般物體的熱輻射強(qiáng)度除與溫度有關(guān)之外，還與材料、表面狀態(tài)有關(guān)，A錯(cuò)誤；黑體可以輻射可見光，不一定是黑的，B錯(cuò)誤；由黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律知，C正確，D錯(cuò)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(qiáng)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(shí)間間隔將明顯增加 B．逸出的光電子的最大初動(dòng)能將減小 C．單位時(shí)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(shí)驗(yàn)規(guī)律知，從光照到金屬表面到光電子發(fā)射的時(shí)間間隔極短，這與光的強(qiáng)度無關(guān)，故A錯(cuò)誤，實(shí)驗(yàn)規(guī)律還指出，逸出光電子的最大初動(dòng)能與入射光頻率有關(guān)，光電流與入射光強(qiáng)度成正比，由此可知，B、D錯(cuò)誤，C正確。 5.如圖所示是光電管的原理圖，已知當(dāng)有波長為λ0的光照到陰極K時(shí)，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(shí)，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(shí)，電路中光電流一定增大 C．若將變阻器滑動(dòng)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(dòng)頭P從圖示位置向左滑過中心O點(diǎn)時(shí)，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(cuò)，用λ2的光一定能發(fā)生光電效應(yīng)，但光電流由光強(qiáng)決定，因此光電流不一定增大，B錯(cuò)。變阻器滑動(dòng)頭P右滑，UAK增大，若滑動(dòng)前已達(dá)飽和電流，那么光電流不增大，因此C錯(cuò)，若滑動(dòng)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(jiǎng)。某種金屬逸出光電子的最大初動(dòng)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(qiáng)度成正比 C．當(dāng)ν<ν0，會(huì)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(cuò)；光電子的最大初動(dòng)能與入射光強(qiáng)度無關(guān)，B錯(cuò)；當(dāng)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(cuò)；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(duì)。 7．用很弱的光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，把入射光減弱到可以認(rèn)為光源和感光膠片之間只能同時(shí)有兩個(gè)光子，比較不同曝光時(shí)間攝得的照片，發(fā)現(xiàn)曝光時(shí)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(diǎn)，若曝光時(shí)間較長，照片上亮點(diǎn)分布區(qū)域呈現(xiàn)不均勻跡象；若曝光時(shí)間足夠長，照片上獲得清晰的雙縫干涉條紋，這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明了(　　) A．光具有粒子性 B．光具有波動(dòng)性 C. 光既具有粒子性，又具有波動(dòng)性 D．光的波動(dòng)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(diǎn)，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(dòng)性；光子先后依次通過雙縫，說明光的波動(dòng)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(shí)，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(duì)B錯(cuò)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(cuò)。 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(shí)a光使其逸出的光電子最大初動(dòng)能大 B．從同種玻璃射入空氣發(fā)生全反射時(shí)，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(shí)，a光的偏折程度大 答案：BC 解析：由題圖知，EkmaCb，故選項(xiàng)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(xiàng)C正確；因νa<νb，所以通過三棱鏡時(shí)，b的偏折程度 大，故選項(xiàng)D錯(cuò)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(rèn)識(shí)的光電效應(yīng)是單光子光電效應(yīng)，即一個(gè)電子在極短時(shí)間內(nèi)只吸收到一個(gè)光子而從金屬表面逸出。強(qiáng)激光的出現(xiàn)豐富了人們對(duì)于光電效應(yīng)的認(rèn)識(shí)，用強(qiáng)激光照射金屬，由于其光子密度極大，一個(gè)電子在短時(shí)間內(nèi)吸收多個(gè)光子成為可能，從而形成多光子光電效應(yīng)，這已被實(shí)驗(yàn)證實(shí)。 光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)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(qiáng)激光照射陰極K，則發(fā)生了光電效應(yīng)；此時(shí)，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(fù)極，在KA之間就形成了使光電子減速的電場(chǎng)，逐漸增大U，光電流會(huì)逐漸減小；當(dāng)光電流恰好減小到零時(shí)，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(gè)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(xiàng)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(shí)了光子不僅具有能量，也有動(dòng)量。下圖給出了光子與靜止電子碰撞后，電子的運(yùn)動(dòng)方向，則碰后光子可能沿方向________運(yùn)動(dòng)，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(dòng)量守恒，所以碰撞之后光子和電子的總動(dòng)量的方向與光子碰前動(dòng)量的方向一致，可見碰后光子運(yùn)動(dòng)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(shí)驗(yàn)規(guī)律如圖所示，圖中畫出了三種溫度下黑體輻射的強(qiáng)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(qiáng)度將________(選填‘增加”或“減少”)，另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向波長________(選填“較長”或“較短”)的方向移動(dòng)。 答案：減少　較長 解析：由黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律可知，隨著溫度的降低各種波長的輻射強(qiáng)度將減少，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較長的方向移動(dòng)。 13．(8分)深沉的夜色中，在大海上航行的船舶依靠航標(biāo)燈指引航道，如圖所示是一個(gè)航標(biāo)燈自動(dòng)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(rèn)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(jī)、沖床、鉆床等機(jī)器上勞動(dòng)時(shí)，稍有不慎就會(huì)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(dòng)這些機(jī)器工作的電機(jī)，這時(shí)電路中開關(guān)S應(yīng)和________接觸，這樣，當(dāng)工人不慎將手伸入危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，由于遮住了光線，光控繼電器銜鐵立即動(dòng)作，使機(jī)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(biāo)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(jī)，在手遮住光線之前，電機(jī)應(yīng)是正常工作的，此時(shí)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(jì)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(jì)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(yùn)會(huì)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(jì)算他在110m欄跑中的德布羅意波長，并說明其波動(dòng)性是否明顯。 答案：1.0510－36m，波動(dòng)性不明顯。 解析：梅里特110米欄跑時(shí)對(duì)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(dòng)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(shí)性和對(duì)各種金屬都存在極限頻率的規(guī)律。請(qǐng)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(shí)，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(qiáng)度隨波長的變化圖線。根據(jù)熱輻射理論，輻射強(qiáng)度的極大值所對(duì)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(duì)應(yīng)的波長； (2)用T＝15000K所對(duì)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(dòng)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(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)做最大半徑為r的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，已知rB＝1.8810－4mT，試求： (1)光電子的最大初動(dòng)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(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力為洛倫茲力m＝evB，所以v＝ 電子的最大初動(dòng)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