高中物理人教版5第十七章波粒二象性單元測試 章末質(zhì)量評(píng)估(二)

章末質(zhì)量評(píng)估(二)(時(shí)間：90分鐘滿分：100分)一、單項(xiàng)選擇題(本大題共10小題，每小題3分，共30分．每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一個(gè)選項(xiàng)正確)1．下列說法正確的是()A．光和電子、質(zhì)子等實(shí)物粒子都具有波粒二象性B．微觀粒子的動(dòng)量和位置的不確定量同時(shí)變大，同時(shí)變小C．愛因斯坦在對黑體輻射的研究中提出了能量子的觀點(diǎn)D．康普頓在研究石墨對X射線的散射中發(fā)現(xiàn)光具有波動(dòng)性解析：光和電子、質(zhì)子等實(shí)物粒子都具有波粒二象性，選項(xiàng)A正確；如果以Δx表示粒子位置的不確定量，以Δp表示粒子在x方向上的不確定量，那么Δx·Δp≥eq\f(h,4π)，h為普朗克常數(shù)．表明，粒子的位置與動(dòng)量不可同時(shí)被確定，故B錯(cuò)誤；1900年德國物理學(xué)家普朗克認(rèn)為能量是由一份一份不可分割最小能量值組成，每一份稱為能量子E＝hν，1905年愛因斯坦從中得到啟發(fā)，提出了光子說的觀點(diǎn)．故C錯(cuò)誤；康普頓在研究石墨對X射線的散射中發(fā)現(xiàn)了康普頓效應(yīng)，康普頓效應(yīng)進(jìn)一步表明光子具有動(dòng)量，進(jìn)一步證明了光具有粒子性．故D錯(cuò)誤．答案：A2．用綠光照射一光電管，產(chǎn)生了光電效應(yīng)，欲使光電子從陰極逸出時(shí)的最大初動(dòng)能增加，下列做法可取的是()A．改用紅光照射B．增大綠光的強(qiáng)度C．增大光電管上的加速電壓D．改用紫光照射解析：由愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，在逸出功一定時(shí)，只有增大光的頻率，才能增加最大初動(dòng)能，與光的強(qiáng)度無關(guān)，D對．答案：D3．關(guān)于光的波粒二象性，以下說法中正確的是()A．光的波動(dòng)性與機(jī)械波，光的粒子性與質(zhì)點(diǎn)都是等同的B．光子和質(zhì)子、電子等是一樣的粒子C．大量光子易顯出粒子性，少量光子易顯出波動(dòng)性D．紫外線、X射線和γ射線中，γ射線的粒子性最強(qiáng)，紫外線的波動(dòng)性最顯著解析：光的波動(dòng)性與機(jī)械波、光的粒子性與質(zhì)點(diǎn)有本質(zhì)區(qū)別，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；光子實(shí)質(zhì)上是以場的形式存在的一種“粒子”，而電子、質(zhì)子是實(shí)物粒子，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；光是一種概率波，大量光子往往表現(xiàn)出波動(dòng)性，少量光子則往往表現(xiàn)出粒子性，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；頻率越高的光的粒子性越強(qiáng)，頻率越低的光的波動(dòng)性越顯著，故選項(xiàng)D正確．答案：D4．下列關(guān)于物質(zhì)波的說法中正確的是()A．實(shí)物粒子與光子一樣都具有波粒二象性，所以實(shí)物粒子與光子是本質(zhì)相同的物體B．物質(zhì)波和光波都是概率波C．粒子的動(dòng)量越大，其波動(dòng)性越易觀察D．粒子的動(dòng)量越大，其波動(dòng)性越易觀察解析：實(shí)物粒子雖然與光子具有某些相同的現(xiàn)象，但實(shí)物粒子是實(shí)物，而光則是傳播著的電磁波，其本質(zhì)不同；物質(zhì)波和光波都是概率波；又由λ＝eq\f(h,p)可知，p越小，λ越大，波動(dòng)性越明顯．故正確選項(xiàng)為B.答案：B5．普朗克能量子假說是為解釋()A．光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律提出的B．康普頓效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律提出的C．光的波粒二象性提出的D．黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律提出的解析：普朗克能量子假說圓滿解決了經(jīng)典物理在黑體輻射問題上遇到的困難，并且為愛因斯坦光子理論、玻爾原子理論奠定了基礎(chǔ)．答案：D6．利用光子說對光電效應(yīng)的解釋，下列說法正確的是()A．金屬表面的一個(gè)電子一次只能吸收一個(gè)光子B．電子吸收光子后一定能從金屬表面逸出，成為光電子C．金屬表面的一個(gè)電子吸收若干個(gè)光子，積累了足夠的能量后才能從金屬表面逸出D．無論光子能量大小如何，電子吸收多個(gè)光子并積累了能量后，總能逸出成為光電子解析：根據(jù)光電效應(yīng)的規(guī)律，金屬表面的一個(gè)電子一次只能吸收一個(gè)光子，故A正確；每一種金屬在產(chǎn)生光電效應(yīng)時(shí)都存在一極限頻率(或稱截止頻率)，即照射光的頻率不能低于某一臨界值，當(dāng)電子吸收的光子的能量大于逸出功時(shí)，電子才能從金屬表面逸出，成為光電子，故B錯(cuò)誤；波動(dòng)性理論，如果入射光較弱，照射的時(shí)間要長一些，金屬中的電子才能積累住足夠的能量，飛出金屬表面．可事實(shí)是，只要光的頻率高于金屬的極限頻率，光的亮度無論強(qiáng)弱，光子的產(chǎn)生都幾乎是瞬時(shí)的，不超過10－9秒．光的頻率低于極限頻率時(shí)，無論多強(qiáng)的光，照射的時(shí)間多長都無法使電子逸出，故C、D錯(cuò)誤．答案：A7.如圖所示，光滑水平面上有兩個(gè)大小相同的鋼球A、B，A球的質(zhì)量大于B球的質(zhì)量．開始時(shí)A球以一定的速度向右運(yùn)動(dòng)，B球處于靜止?fàn)顟B(tài)．兩球碰撞后均向右運(yùn)動(dòng)．設(shè)碰撞前A球的德布羅意波的波長為λ1，碰撞后A、B兩球的德布羅意波的波長分別為λ2和λ3，則下列關(guān)系正確的是()A．λ1＝λ2＝λ3 B．λ1＝λ2＋λ3C．λ1＝eq\f(λ2λ3,λ2－λ3) D．λ1＝eq\f(λ2λ3,λ2＋λ3)解析：球A、B碰撞過程中滿足動(dòng)量守恒，得p′B－0＝pA－p′A；由λ＝eq\f(h,p)，可得p＝eq\f(h,λ)，所以動(dòng)量守恒表達(dá)式也可寫成：eq\f(h,λ3)＝eq\f(h,λ1)－eq\f(h,λ2)，所以λ1＝eq\f(λ2λ3,λ2＋λ3)，故選項(xiàng)D正確．答案：D8．一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子，由靜止開始經(jīng)加速電場加速后(加速電壓為U)，該粒子的德布羅意波長為()A.eq\r(\f(h,2mqU)) \f(h,2mqU)\f(h,2mqU)eq\r(2mqU) \f(h,\r(mqU))解析：設(shè)加速后的速度為v，由動(dòng)能定理，得qU＝eq\f(1,2)mv2，所以v＝eq\r(\f(2qU,m))，代入德布羅意波長公式，得λ＝eq\f(h,p)＝eq\f(h,mv)＝eq\f(h,m\r(\f(2qU,m)))＝eq\f(h,2mqU)eq\r(2mqU).答案：C9．關(guān)于光電效應(yīng)現(xiàn)象，下列說法正確的是()A．只有入射光的波長大于使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)的極限波長，才能發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象B．在光電效應(yīng)現(xiàn)象中，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能跟入射光的頻率成正比C．產(chǎn)生的光電子最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度成正比D．在入射光頻率一定時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)從金屬中逸出的光電子個(gè)數(shù)與入射光的強(qiáng)度成正比解析：當(dāng)入射光頻率不低于極限頻率時(shí)才能發(fā)生光電效應(yīng)，設(shè)此時(shí)波長為λ0，極限頻率為νc，則光速c＝λ0ν0，可知當(dāng)入射光的波長大于極限波長λ0時(shí)，其頻率將小于極限頻率νc，所以大于極限波長的光不能使金屬發(fā)生光電效應(yīng)，因此選項(xiàng)A錯(cuò)誤．由光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的增大而增大，但并不與入射光頻率成正比，因此選項(xiàng)B錯(cuò)誤．由于光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，顯然選項(xiàng)C錯(cuò)誤．若入射光強(qiáng)度增大到原來的n倍，則單位時(shí)間內(nèi)入射光的能量就增大到原來的n倍．在入射光頻率一定時(shí)，單個(gè)光子的能量不變，則單位時(shí)間內(nèi)入射的光子數(shù)將增大到原來的n倍，因此選項(xiàng)D正確．答案：D10．分別用波長為λ和eq\f(3,4)λ的單色光照射同一金屬板，發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能之比為1∶2，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，則此金屬板的逸出功為()\f(hc,2λ) \f(2hc,3λ)\f(3,4)hcλ \f(4hλ,5c)解析：由光電效應(yīng)方程得heq\f(c,λ)－W0＝Ek1，heq\f(c,\f(3,4)λ)－W0＝Ek2，并且Ek1∶Ek2＝1∶2，可得W0＝eq\f(2hc,3λ).答案：B二、多項(xiàng)選擇題(本大題共4小題，每小題4分，共16分．在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中有多個(gè)選項(xiàng)正確，全選對得4分，漏選得2分，錯(cuò)選或不選得0分)11．下列說法正確的是()A．光的頻率越低，粒子性越顯著B．光波不同于宏觀概念中的那種連續(xù)的波，它是表明大量光子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一種概率波C．物質(zhì)波理論告訴我們，任何運(yùn)動(dòng)的微觀粒子都具有波粒二象性D．在光的單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，狹縫變窄，光子動(dòng)量的不確定量變大解析：光的頻率越高，粒子性越顯著，A錯(cuò)；光波不同于宏觀概念中的波，它是一種概率波，B正確；任何運(yùn)動(dòng)的微觀粒子都對應(yīng)一定的波長，都具有波粒二象性，C正確；在光的單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，狹縫變窄，位置不確定量變小，由Δx·Δp≥eq\f(h,4π)，則光子動(dòng)量的不確定量變大，D正確．答案：BCD12．用兩束頻率相同，強(qiáng)度不同的紫外線分別照射兩種相同金屬的表面，均能產(chǎn)生光電效應(yīng)，那么()A．兩束光的光子能量相同B．兩種情況下單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子個(gè)數(shù)相同C．兩種情況下逸出的光電子的最大初動(dòng)能相同D．兩種情況下逸出的光電子的最大初動(dòng)能不同解析：由ε＝hν和Ek＝hν－W0，可知兩束光的光子能量相同，照射金屬得到的光電子最大初動(dòng)能相同，故A、C對，D錯(cuò)；由于兩束光強(qiáng)度不同，逸出光電子個(gè)數(shù)不同，故B錯(cuò)．答案：AC13.如圖是某金屬在光的照射下產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率的關(guān)系圖象，由圖象可知()A．該金屬的逸出功等于EB．該金屬的逸出功等于hν0C．入射光的頻率為2ν0時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為3ED．入射光的頻率為2ν0時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為E解析：根據(jù)光電效應(yīng)方程，有Ek＝hν－W0，其中W0＝hν0為金屬的逸出功．所以有Ek＝hν－h(huán)ν0，由此結(jié)合圖象可知，該金屬的逸出功為E，或者W0＝hν0，當(dāng)入射光的頻率為2ν0時(shí)，代入方程可知產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為E，故A、B、D正確，C錯(cuò)誤．答案：ABD14．美國物理學(xué)家密立根利用圖甲所示的電路研究金屬的遏止電壓U0與入射光頻率ν的關(guān)系，描繪出圖乙中的圖象，由此算出普朗克常量h.電子電量用e表示，下列說法正確的是()圖甲圖乙A．入射光的頻率增大，為了測遏止電壓，則滑動(dòng)變阻器的滑片P應(yīng)向M端移動(dòng)B．增大入射光的強(qiáng)度，光電子的最大初動(dòng)能也增大C．由UC-ν圖象可知，這種金屬的截止頻率為νcD．由UC-ν圖象可求普朗克常量表達(dá)式為h＝eq\f(U1e,ν1－νc)解析：入射光的頻率增大，光電子的最大初動(dòng)能增大，則遏止電壓增大，測遏止電壓時(shí)，應(yīng)使滑動(dòng)變阻器的滑片P向N端移動(dòng)，A錯(cuò)誤；根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0知，光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，B錯(cuò)誤；根據(jù)Ekm＝hν－W0＝eUC，解得UC＝eq\f(hν1,e)－eq\f(hνc,e)，則h＝eq\f(U1e,ν1－νc)；當(dāng)遏止電壓為0時(shí)，ν＝νc，C、D正確．答案：CD三、非選擇題(本題共4小題，共54分．解答時(shí)應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟，只寫出最后答案的不能得分．有數(shù)值計(jì)算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位)15．(12分)A、B兩種光子的能量之比為2∶1，它們都能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，且所產(chǎn)生的光電子最大初動(dòng)能分別為EA、EB.求A、B兩種光子的動(dòng)量之比和該金屬的逸出功．解析：光子能量ε＝hν，動(dòng)量p＝eq\f(h,λ)，且ν＝eq\f(c,λ)，得p＝eq\f(ε,c)，則pA∶pB＝2∶1.A照射時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能EA＝εA－W0.同理，EB＝εB－W0，解得W0＝EA－2EB.答案：2∶1EA－2EB16．(14分)光具有波粒二象性，光子的能量為hν，其中頻率表征波的特性．在愛因斯坦提出光子說之后，法國物理學(xué)家德布羅意提出了光子動(dòng)量p與光波波長的關(guān)系為：p＝eq\f(h,λ).若某激光管以P＝60W的功率發(fā)射波長λ＝×10－7m的光束．(1)該管在1s內(nèi)發(fā)射出多少個(gè)光子？(2)若光束全部被某黑體表面吸收，那么該黑體表面所受到的光束對它的作用力F為多大？解析：(1)設(shè)在時(shí)間Δt內(nèi)發(fā)射出的光子數(shù)為n，光子頻率為ν，每個(gè)光子的能量hν，則PΔt＝nhν，又ν＝eq\f(c,λ)，則PΔt＝eq\f(nhc,λ)，將Δt＝1s代入上式，得n＝2×1020個(gè)．(2)在時(shí)間Δt內(nèi)激光管發(fā)射出的光子全部被黑體表面吸收，光子的末態(tài)總動(dòng)量變?yōu)?，根據(jù)題中信息可知，n個(gè)光子的初態(tài)總動(dòng)量為p0＝np＝neq\f(h,λ)，根據(jù)動(dòng)量定理可知FΔt＝0－(－p0)，黑體表面對光子的作用力為F.根據(jù)牛頓第三定律，光子對黑體表面的作用力為×10－7N.答案：(1)2×1020個(gè)(2)×10－7N17．(14分)波長為λ＝nm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)磁場區(qū)域內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的最大半徑為r.已知r·B＝×10－4T·m，電子的質(zhì)量me＝×10－31kg.(1)光電子的最大初動(dòng)能；(2)金箔的逸出功；(3)該電子的物質(zhì)波的波長．解析：(1)電子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的最大半徑r＝eq\f(mev,eB).其最大初動(dòng)能為Ek＝eq\f(1,2)mev2＝eq\f(（mev2）,2me)＝eq\f(（er·B）2,2me)＝eq\f(（×10－19××10－4）2,2××10－31)J＝×103eV.(2)由愛因斯坦光電效應(yīng)方程hν＝Ek＋W0和ν＝eq\f(c,λ)得W0＝eq\f(hc,λ)－Ek＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f×10－34×3×108,×10－9××10－19)－×103))eV＝×104eV.(3)由德布羅意波長公式得λ′＝eq\f(h,p)，p＝mv＝erB.解得λ′＝×10－11m答案：(1)×103eV(2)×104eV(3)×10－1118．(14分)如圖所示裝置，陰極K用極限波長λ0＝μm的金屬制成．若閉合開關(guān)S，用波長λ＝μm的綠光照射陰極，調(diào)整兩個(gè)極板電壓，使電流表示數(shù)最大為μA，求：(1)每秒鐘陰極發(fā)射的光電子數(shù)和光電子飛出陰極時(shí)的最大初動(dòng)能；(2)如果將照射陰極的綠光的光強(qiáng)增大為原來的2倍，求每秒鐘陰極發(fā)射的光電子數(shù)和光電子飛出陰極時(shí)的最大初動(dòng)能．解析