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2019-2020年高中物理 第17章 波粒二象性限時(shí)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．下列描繪兩種溫度下黑體輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)關(guān)系的圖中，符合黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律的是(　　) 答案：A 解析：由黑體實(shí)驗(yàn)規(guī)律知溫度越高，輻射越強(qiáng)，且最大強(qiáng)度向波長(zhǎng)小的方向移動(dòng)，A對(duì)，B、C、D錯(cuò)。 2．(河北承德一中xx～xx學(xué)年高二下學(xué)期檢測(cè))下列各種說(shuō)法中錯(cuò)誤的有(　　) A．普朗克在研究黑體的熱輻射問(wèn)題中提出了能量子假說(shuō) B．一束光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應(yīng)，是因?yàn)樵撌獾恼丈鋾r(shí)間太短 C．在光的單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，狹縫越窄，光子動(dòng)量的不確定量越大 D．任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體，無(wú)論是大到太陽(yáng)、地球，還是小到電子、質(zhì)子，都與一種波相對(duì)應(yīng)，這就是物質(zhì)波，物質(zhì)波是概率波 答案：B 解析：普朗克在研究黑體的熱輻射問(wèn)題中提出了能量子假說(shuō)，故A正確；一束光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應(yīng)，是因?yàn)樵撌獾念l率小于極限頻率，故B錯(cuò)誤；光的單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，狹縫越窄，光子動(dòng)量的不確定量越大，故C正確；任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體，都與一種波相對(duì)應(yīng)，這就是物質(zhì)波，物質(zhì)波是概率波，故D正確。 3．在演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，原來(lái)不帶電的一塊鋅板與靈敏驗(yàn)電器相連，用弧光燈照射鋅板時(shí)，驗(yàn)電器的指針張開(kāi)了一個(gè)角度，如圖所示，這時(shí)(　　) A．鋅板帶正電，指針帶負(fù)電 B．鋅板帶正電，指針帶正電 C．鋅板帶負(fù)電，指針帶負(fù)電 D．鋅板帶負(fù)電，指針帶正電 答案：B 解析：發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)有電子從鋅板上跑出來(lái)，使鋅板及驗(yàn)電器的指針都帶正電，B正確。 4．一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子，由靜止開(kāi)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(zhǎng)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(zhǎng)公式： λ＝＝＝ 5．(寧波效實(shí)中學(xué)xx～xx學(xué)年高二下學(xué)期期末)人眼對(duì)綠光最為敏感，正常人的眼睛接收到波長(zhǎng)為530nm的綠光時(shí)，只要每秒有6個(gè)綠光的光子射入瞳孔，眼睛就能察覺(jué)，普朗克常量為6.6310－34Js，光速為3.0108m /s，則人眼能察覺(jué)到綠光時(shí)所接收到的最小功率是(　　) A．2.310－18W B．3.810－19W C．7.010－10W D．1.210－18W 答案：A 解析：每秒有6個(gè)綠光的光子射入瞳孔，所以察覺(jué)到綠光所接收到最小功率為 P＝＝W＝ 2.310－18W。 6.(北京東城區(qū)xx～xx學(xué)年高二下學(xué)期期末)實(shí)驗(yàn)得到金屬鈣的光電子的最大初動(dòng)能Ekm與入射光頻率ν的關(guān)系如圖所示。下表中列出了幾種金屬的截止頻率和逸出功，參照下表可以確定的是(　　) 金屬 鎢 鈣 鈉 截止頻率ν0/Hz 10.95 7.73 5.53 逸出功W/eV 4.54 3.20 2.29 A.如用金屬鎢做實(shí)驗(yàn)得到的Ekm－ν圖線也是一條直線，其斜率比圖中直線的斜率大 B．如用金屬鈉做實(shí)驗(yàn)得到的Ekm－ν圖線也是一條直線，其斜率比圖中直線的斜率大 C．如用金屬鈉做實(shí)驗(yàn)得到的Ekm－ν圖線也是一條直線，設(shè)其延長(zhǎng)線與縱軸交點(diǎn)的坐標(biāo)為(0，－Ek2)，則Ek2Cb，故選項(xiàng)B正確；由Δx＝λ及λ＝知，頻率越小波長(zhǎng)越長(zhǎng)，間距越大，即Δxa>Δxb，故選項(xiàng)C正確；因νa<νb，所以通過(guò)三棱鏡時(shí)，b的偏折程度大，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 9.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(shuō)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(zhǎng)大于b光的波長(zhǎng)，a光的干涉條紋間距大于b光的干涉條紋間距，D錯(cuò)。 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(méi)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(yáng)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)二氧化碳能很好吸收紅外長(zhǎng)波輻射，這種長(zhǎng)波輻射的波長(zhǎng)范圍約是1.4310－3～1.610－3m，相應(yīng)的光子能量的范圍是________，“溫室效應(yīng)”使大氣全年的平均溫度升高，空氣溫度升高，從微觀上看就是空氣中分子的________。(已知普朗克常量h＝6.610－34Js，真空中的光速c＝3.0108m/s，結(jié)果取兩位有效數(shù)字) 答案：1.210－22～1.410－22J　無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)(或熱運(yùn)動(dòng))更劇烈或無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)(或熱運(yùn)動(dòng))的平均動(dòng)能增大 解析：由c＝λν，得ν＝，代入數(shù)據(jù)得頻率范圍為1.881011～2.11011Hz，又由ε＝hν得能量范圍為1.210－22～1.410－22J。 由分子動(dòng)理論可知，溫度升高，物體分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)更劇烈，因此分子平均動(dòng)能增大。 12．(6分)(襄州一中、棗陽(yáng)一中、宜城一中、曾都一中xx～xx學(xué)年高二下學(xué)期期中聯(lián)考)如圖所示是使用光電管的原理圖，當(dāng)頻率為ν的可見(jiàn)光照射到陰極K上時(shí)，電流表中有電流通過(guò)。 (1)當(dāng)變阻器的滑動(dòng)端P向________滑動(dòng)時(shí)(填“左”或”右”)，通過(guò)電流表的電流將會(huì)增大。 (2)當(dāng)電流表電流剛減小到零時(shí)，電壓表的讀數(shù)為U，則光電子的最大初動(dòng)能為_(kāi)_______(已知電子電荷量為e)。 (3)如果不改變?nèi)肷涔獾念l率，而增加入射光的強(qiáng)度，則光電子的最大初動(dòng)能將________(填“增加”、“減小”或“不變”)。 答案：左　eU　不變 解析：(1)當(dāng)變阻器的滑動(dòng)端P向左移動(dòng)，反向電壓減小，光電子到達(dá)右端的速度變大，則通過(guò)電流表的電流變大； (2)當(dāng)電流表電流剛減小到零時(shí)，電壓表的讀數(shù)為U，根據(jù)動(dòng)能定理得，eU＝mv，則光電子的最大初動(dòng)能為eU； (3)根據(jù)光電效應(yīng)方程知，Ekm＝hν－W0，知入射光的頻率不變，則光電子的最大初動(dòng)能不變。 13．(7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(zhǎng)，又知可見(jiàn)光的波長(zhǎng)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(zhǎng)： 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(zhǎng)(μm) 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(kāi)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(kāi)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(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍為 40010－9～77010－9m。 而金屬銫的波長(zhǎng)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(wú)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(kāi)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(kāi)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(xiě)出必要的文字說(shuō)明、方程式和重要演算步驟，只寫(xiě)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(xiě)出數(shù)值和單位) 14．(9分)2012年8月10日美國(guó)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(jī)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(zhǎng)，并說(shuō)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(zhǎng)為 λ＝＝＝m≈1.0510－36m。 可見(jiàn)此波長(zhǎng)極短，其波動(dòng)性很難表現(xiàn)出來(lái)。 15．(10分)如圖所示表示黑體輻射強(qiáng)度隨波長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)； (2)用T＝15000K所對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)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(zhǎng)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。 16．(11分)具有波長(zhǎng)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(zhǎng)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(ài)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(zhǎng)為 λ＝＝＝m＝2.210－11m 17．(12分)(濰坊二中xx～xx學(xué)年高二下學(xué)期檢測(cè))如圖所示是測(cè)定光電效應(yīng)產(chǎn)生的光電子比荷的實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)圖：兩塊平行板相距為d，放在真空容器中，其中N金屬板受光線照射時(shí)發(fā)射出沿不同方向運(yùn)動(dòng)的光電子，形成電流，從而引起電流表指針偏轉(zhuǎn)。若調(diào)節(jié)R，逐漸增大極板間電壓，可以發(fā)現(xiàn)電流逐漸減小，當(dāng)電壓表示數(shù)為U時(shí)，電流恰好為零；斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，在MN間加上垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，逐漸增大磁感應(yīng)強(qiáng)度，也能使電流為零。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B時(shí)，電流恰好為零。由此可算得光電子的比荷e/m為多少？ 答案： 解析：由于當(dāng)電壓表示數(shù)為U時(shí)，電流恰好為零，所以光電子的最大初動(dòng)能為Ek＝mv＝eU；又?jǐn)嚅_(kāi)開(kāi)關(guān)，在MN間加上垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，逐漸增大磁感應(yīng)強(qiáng)度，也能使電流為零。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B時(shí)，電流恰好為零，所以當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B時(shí)，具有最大初動(dòng)能的電子做圓周運(yùn)動(dòng)的直徑剛好為兩塊平行板的間距d，根據(jù)向心力公式即有Bev0＝，由此可算得光電子的比荷＝。