高中物理選修3-5人教版單元素養(yǎng)檢測(cè)第十七章波粒二象性

單元素養(yǎng)檢測(cè)(二)(第十七章)(90分鐘100分)一、選擇題(本大題共12小題，每小題5分，共60分。其中1～6題為單選，7～12題為多選)1.在“焊接”視網(wǎng)膜的眼科手術(shù)中，所用激光的波長(zhǎng)λ=6.4×10-7m，每個(gè)激光脈沖的能量E=1.5×102J。則每個(gè)脈沖中的光子數(shù)目為(已知普朗克常量h=6.63×1034J·s，光速c=3×108A.5×1015 B.5×1016C.5×1017 D.5×1018【解析】選B。每個(gè)光子的能量為E0=hν=hQUOTE，每個(gè)激光脈沖的能量為E，所以每個(gè)脈沖中的光子個(gè)數(shù)為：N=QUOTE，聯(lián)立且代入數(shù)據(jù)解得：N=5×1016個(gè)。2.如表給出了一些金屬材料的逸出功。材料銫鈣鎂鈹鈦逸出功(1019J)3.04.35.96.26.6現(xiàn)用波長(zhǎng)為400nm的單色光照射上述材料，能產(chǎn)生光電效應(yīng)的材料最多有(普朗克常量h=6.63×1034J·s，光速c=3.0×108A.2種 B.3種C.4種 D.5種【解析】選A。當(dāng)單色光的頻率大于金屬的極限頻率時(shí)便能產(chǎn)生光電效應(yīng)，即照射光子的能量大于金屬的逸出功。由ε=hν及c=λν得，ε=hQUOTE=6.63×1034×QUOTEJ=4.97×1019J。照射光光子的能量大于銫、鈣的逸出功，能產(chǎn)生光電效應(yīng)的材料有2種，故A項(xiàng)正確。3.在中子衍射技術(shù)中，常利用熱中子研究晶體的結(jié)構(gòu)，因?yàn)闊嶂凶拥牡虏剂_意波長(zhǎng)與晶體中原子間距相近。已知中子質(zhì)量m=1.67×10-27kg，可以估算德布羅意波長(zhǎng)λ=1.82×10-10A.1017J B.1019JC.1021J D.1024J【解析】選C。德布羅意波理論中子動(dòng)量p=QUOTE，中子動(dòng)能Ek=QUOTE=QUOTE，代入數(shù)據(jù)可估算出數(shù)量級(jí)1021J。4.某光源發(fā)出的光由不同波長(zhǎng)的光組成，不同波長(zhǎng)的光的強(qiáng)度如圖所示。表中給出了一些材料的極限波長(zhǎng)，用該光源發(fā)出的光照射表中材料()材料鈉銅鉑極限波長(zhǎng)(nm)541268196A.僅鈉能產(chǎn)生光電子B.僅鈉、銅能產(chǎn)生光電子C.僅銅、鉑能產(chǎn)生光電子D.都能產(chǎn)生光電子【解析】選D。光源發(fā)出的光中都含有比極限波長(zhǎng)更短的光，所以都能產(chǎn)生光電效應(yīng)，故選項(xiàng)D正確，選項(xiàng)A、B、C錯(cuò)誤。5.(2020·桂林高二檢測(cè))在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照射到同種金屬上，測(cè)得相應(yīng)的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子的最大初動(dòng)能分別為Eka和Ekb。h為普朗克常量。下列說法正確的是 ()A.若νa>νb，則一定有Ua<UbB.若νa>νb，則一定有Eka>EkbC.若Ua<Ub，則一定有Eka>EkbD.若νa>νb，則一定有hνaEka>hνbEkb【解析】選B。由愛因斯坦光電效應(yīng)方程hν=Ekm+W0，由動(dòng)能定理可得Ekm=eU，故當(dāng)νa>νb時(shí)，Ua>Ub，Eka>Ekb，故A錯(cuò)誤，B正確；若Ua<Ub，則一定有Eka<Ekb，故C錯(cuò)誤；由光電效應(yīng)方程可得：金屬的逸出功W0=hνaEka=hνbEkb，故D錯(cuò)誤。6.光子有能量，也有動(dòng)量p=QUOTE，它也遵守有關(guān)動(dòng)量的規(guī)律，如圖所示，真空中有一“∞”字形裝置可繞通過橫桿中點(diǎn)的豎直軸OO′在水平面內(nèi)靈活地轉(zhuǎn)動(dòng)，其中左邊是圓形黑紙片，右邊是和左邊大小、質(zhì)量均相同的圓形白紙片。當(dāng)用平行白光垂直照射這兩個(gè)圓面時(shí)，關(guān)于此裝置開始時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)情況(俯視)的下列說法中正確的是 ()A.順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng) B.逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)C.都有可能 D.不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)【解析】選B。本題考查光子的動(dòng)量，光照射到黑紙片上被吸收，照射到白紙片上被反射，因此白紙片受到的沖量大，裝置逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，故正確選項(xiàng)為B。7.(2020·衡水高二檢測(cè))用如圖所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，當(dāng)用光子能量為2.5eV的光照射到光電管上時(shí)，電流表G的讀數(shù)為0.2mA。移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的觸點(diǎn)c，當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于0.7V時(shí)，電流表讀數(shù)為0。則()A.光電管陰極的逸出功為1.8eVB.開關(guān)K斷開后，沒有電流流過電流表GC.光電子的最大初動(dòng)能為0.7eVD.改用光子能量為1.5eV的光照射，電流表G也有電流，但電流較小【解析】選A、C。題圖所示裝置所加的電壓為反向電壓，當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于0.7V時(shí)，電流表示數(shù)為0，則知光電子的最大初動(dòng)能為0.7eV，根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hνW0，得逸出功W0=1.8eV，故A、C正確；用光子能量為2.5eV的光照射到光電管上時(shí)，發(fā)生了光電效應(yīng)，有光電子逸出，則當(dāng)開關(guān)K斷開后，有電流流過電流表，故B錯(cuò)誤；改用光子能量為1.5eV的光照射，由于光子的能量小于逸出功，不能發(fā)生光電效應(yīng)，無光電流，D錯(cuò)誤?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】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)只能吸收到一個(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)電子在極短時(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)。換用同樣頻率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=QUOTEQUOTE B.U=QUOTEQUOTEC.U=2hνW D.U=QUOTEQUOTE【解析】選B。由題意可知一個(gè)電子吸收多個(gè)光子仍然遵守光電效應(yīng)方程，設(shè)電子吸收了n個(gè)光子，則逸出的光電子的最大初動(dòng)能為Ek=nhνW(n=2，3，4…)，逸出的光電子在遏止電壓下運(yùn)動(dòng)時(shí)應(yīng)有Ek=eU，由以上兩式聯(lián)立得U=QUOTE，若取n=2，則B正確。8.1905年，愛因斯坦把普朗克的量子化概念進(jìn)一步推廣，成功地解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象，提出了光子說。在給出的與光電效應(yīng)有關(guān)的四個(gè)圖象中，下列說法正確的是 ()A.圖1中，當(dāng)紫外線照射鋅板時(shí)，發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，說明鋅板帶正電，驗(yàn)電器帶負(fù)電B.圖2中，從光電流與電壓的關(guān)系圖象中可以看出，電壓相同時(shí)，光照越強(qiáng)，光電流越大，說明遏止電壓和光的強(qiáng)度有關(guān)C.圖3中，若電子電荷量用e表示，ν1、ν2、U1已知，由Ucν圖象可求得普朗克常量的表達(dá)式為h=QUOTED.圖4中，由光電子最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖象可知，該金屬的逸出功為E或hν0【解析】選C、D。當(dāng)紫外線照射鋅板時(shí)，發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，僅僅能說明驗(yàn)電器帶電；發(fā)生光電效應(yīng)后鋅板帶正電，所以驗(yàn)電器也帶正電，故A錯(cuò)誤；圖2中，從光電流與電壓的關(guān)系圖象中可以看出，電壓相同時(shí)，光照越強(qiáng)，光電流越大，說明飽和光電流與光的強(qiáng)度有關(guān)，不能說明遏止電壓和光的強(qiáng)度有關(guān)，故B錯(cuò)誤；根據(jù)Ekm=hνW0=eUc，計(jì)算得出Uc=QUOTEQUOTE，圖線的斜率k=QUOTE=QUOTE，則h=QUOTE，所以C選項(xiàng)是正確的；根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hνW0，當(dāng)ν=0時(shí)，Ek=W0，由圖象知縱軸截距E，所以W0=E，即該金屬的逸出功為E；圖線與ν軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)是ν0，該金屬的逸出功hν0，所以D選項(xiàng)是正確的。9.下列對(duì)光電效應(yīng)的解釋正確的是 ()A.金屬內(nèi)的每個(gè)電子要吸收一個(gè)或一個(gè)以上的光子，當(dāng)它積累的能量足夠大時(shí)，就能逸出金屬B.如果入射光子的能量小于金屬表面的電子克服原子核的引力而逸出時(shí)所需做的最小功，便不能發(fā)生光電效應(yīng)C.發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，入射光越強(qiáng)，光子的能量就越大，光電子的最大初動(dòng)能就越大D.由于不同金屬的逸出功是不同的，因此使不同金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的入射光的最低頻率也不同【解析】選B、D。按照愛因斯坦的光子說，光的能量是由光的頻率決定的，與光強(qiáng)無關(guān)。入射光的頻率越大，發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能越大，C錯(cuò)誤。要使電子離開金屬，須使電子具有足夠的動(dòng)能，而電子增加的動(dòng)能來源于照射光光子的能量，金屬內(nèi)的電子吸收一個(gè)光子，獲取能量，若足夠時(shí)，就會(huì)逸出，電子不能吸收多個(gè)光子、積累能量，A錯(cuò)誤。10.在光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，在光屏上放上照相底片并設(shè)法減弱光子流的強(qiáng)度，盡可能使光子一個(gè)一個(gè)地通過狹縫，在曝光時(shí)間不長(zhǎng)和曝光時(shí)間足夠長(zhǎng)的兩種情況下，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果是()A.若曝光時(shí)間不長(zhǎng)，則底片上出現(xiàn)一些無規(guī)則的點(diǎn)B.若曝光時(shí)間足夠長(zhǎng)，則底片上出現(xiàn)干涉條紋C.這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了光具有波動(dòng)性D.這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果否定了光具有粒子性【解析】選A、B、C。實(shí)驗(yàn)表明，大量光子的行為表現(xiàn)為波動(dòng)性，個(gè)別或少數(shù)光子行為表現(xiàn)為粒子性。上述實(shí)驗(yàn)表明光具有波粒二象性，故A、B、C正確。11.實(shí)驗(yàn)得到金屬鈣的光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系如圖所示。表中列出了幾種金屬的截止頻率和逸出功，參照表可以確定的是()金屬種類鎢鈣鈉截止頻率ν0/1014Hz10.957.735.53逸出功W0/eV4.543.202.29A.如用金屬鎢做實(shí)驗(yàn)得到的Ekν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Ekν圖線也是一條直線，其斜率與圖中直線的斜率相等C.如用金屬鈉做實(shí)驗(yàn)得到的Ekν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Ek2<Ek1D.如用金屬鎢做實(shí)驗(yàn)，當(dāng)入射光的頻率ν<ν1時(shí)，可能有光電子逸出【解析】選B、C。由光電效應(yīng)方程Ek=hνW0，可知Ekν圖線是直線，且斜率為h，是定值，故A錯(cuò)誤，B正確；結(jié)合表中所列的截止頻率和逸出功數(shù)據(jù)分析可知C項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】愛因斯坦因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時(shí)，會(huì)逸出光電子D.圖中直線的斜率與普朗克常量有關(guān)【解析】選D。由愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hνW0和W0=hν0(W0為金屬的逸出功)可得，Ek=hνhν0，可見圖象的斜率表示普朗克常量，D正確；只有ν≥ν0時(shí)才會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，C錯(cuò)；金屬的逸出功只和金屬的極限頻率有關(guān)，與入射光的頻率無關(guān)，A錯(cuò)；最大初動(dòng)能取決于入射光的頻率，而與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，B錯(cuò)。12.如圖甲所示，在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)用相同頻率的單色光，分別照射陰極材料為鋅和銅的兩個(gè)不同的光電管，結(jié)果都能發(fā)生光電效應(yīng)。圖乙為其中一個(gè)光電管的遏止電壓Uc隨入射光頻率ν變化的函數(shù)關(guān)系圖象。對(duì)于這兩個(gè)光電管，下列判斷正確的是()A.因?yàn)椴牧喜煌?，逸出功不同，所以遏止電壓Uc不同B.光電子的最大初動(dòng)能不同C.因?yàn)楣鈴?qiáng)不確定，所以單位時(shí)間逸出的光電子數(shù)可能相同，飽和光電流也可能相同D.兩個(gè)光電管的Ucν圖象的斜率可能不同【解析】選A、B、C。根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hνW0和eUc=Ek得出，相同頻率，不同逸出功，則遏止電壓也不同，故A項(xiàng)正確。根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hνW0得出，相同的頻率，不同的逸出功，則光電子的最大初動(dòng)能也不同，故B項(xiàng)正確。雖然光的頻率相同，但光強(qiáng)不確定，所以單位時(shí)間逸出的光電子數(shù)可能相同，而飽和光電流也可能相同，故C項(xiàng)正確。由于Uc=QUOTEQUOTE，圖線的斜率等于QUOTE，兩個(gè)光電管的Ucν圖象的斜率一定相同，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。綜上所述，本題正確答案為A、B、C?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】紫外線光子的動(dòng)量為QUOTE，一個(gè)靜止的O3吸收了一個(gè)紫外線光子后()A.仍然靜止B.沿著光子原來運(yùn)動(dòng)的方向運(yùn)動(dòng)C.沿光子運(yùn)動(dòng)相反方向運(yùn)動(dòng)D.可能向任何方向運(yùn)動(dòng)【解析】選B。由動(dòng)量守恒定律知，吸收了紫外線光子的O3分子與光子原來運(yùn)動(dòng)方向相同，故正確選項(xiàng)為B。二、計(jì)算題(本大題共4小題，共40分。要有必要的文字說明和解題步驟，有數(shù)值計(jì)算的要注明單位)13.(8分)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，用波長(zhǎng)為λ0的單色光A照射某金屬板時(shí)，剛好有光電子從金屬表面逸出。當(dāng)波長(zhǎng)為QUOTE的單色光B照射該金屬板時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能為多少？A、B兩種光子的動(dòng)量之比又為多少？(已知普朗克常量為h、光速為c)【解析】逸出功W0=hνc=QUOTE， (2分)根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ekm=hνW0=QUOTEQUOTE=QUOTE， (2分)再由p=QUOTE， (2分)可得QUOTE=QUOTE=QUOTE。 (2分)答案：QUOTE1∶2【補(bǔ)償訓(xùn)練】某光電管的陰極是用金屬鉀制成的，它的逸出功為2.21eV，用波長(zhǎng)為2.5×10-7m的紫外線照射陰極，已知真空中光速為3.0×108m/s，元電荷的帶電量為1.6×10-19C，普朗克常量為6.63×10【解析】W=hν0ν0=QUOTE≈QUOTEHz=5.3×1014Hz由光電效應(yīng)方程得Ekm=hνW=hQUOTEW=(6.63×1034×QUOTE)J(2.21×1.6×1019)J=4.4×1019J。答案：5.3×1014Hz4.4×1019J14.(10分)如圖甲所示是研究光電效應(yīng)規(guī)律的光電管。用波長(zhǎng)λ=0.50μm的綠光照射陰極K，實(shí)驗(yàn)測(cè)得流過?表的電流I與AK之間的電勢(shì)差UAK滿足如圖乙所示規(guī)律，取h=6.63×1034J·s。結(jié)合圖象，求：(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(1)每秒鐘陰極發(fā)射的光電子數(shù)和光電子飛出陰極K時(shí)的最大動(dòng)能。(2)該陰極材料的極限波長(zhǎng)?！窘馕觥?1)光電流達(dá)到飽和時(shí)，陰極發(fā)射的光電子全部到達(dá)陽極A，陰極每秒鐘發(fā)射的光電子的個(gè)數(shù)n=QUOTE=QUOTE個(gè)=4.0×1012個(gè) (3分)光電子的最大初動(dòng)能為：Ekm=eU0=1.6×10-19C×0.6V=9.6×1020(2)設(shè)陰極材料的極限波長(zhǎng)為λ0，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ekm=hQUOTEhQUOTE， (3分)代入數(shù)據(jù)得λ0=0.66μm。 (2分)答案：(1)4.0×1012個(gè)9.6×1020J(2)0.66μm15.(10分)歷史上美國(guó)宇航局曾經(jīng)完成了用“深度撞擊”號(hào)探測(cè)器釋放的撞擊器“擊中”坦普爾1號(hào)彗星的實(shí)驗(yàn)。如圖所示，探測(cè)器上所攜帶的重達(dá)370kg的彗星“撞擊器”將以1.0×104m/s的速度徑直撞向彗星的彗核部分，撞擊彗星后“撞擊器”熔化消失，這次撞擊使該彗星自身的運(yùn)行速度出現(xiàn)1.0×10-7m/s的改變。已知普朗克常量h=6.6×1034J·(1)撞擊前彗星“撞擊器”對(duì)應(yīng)物質(zhì)波波長(zhǎng)。(2)根據(jù)題中相關(guān)信息數(shù)據(jù)估算出彗星的質(zhì)量?！窘馕觥?1)撞擊前彗星“撞擊器”的動(dòng)量p=mv=3.7×106kg物質(zhì)波的波長(zhǎng)λ=QUOTE≈1.8×1040m (3分)(2)撞擊過程中，由動(dòng)量守恒定律得mv=MΔv (3分)解得M=3.7×1013kg(2分)答案：(1)1.8×10-40m(2)3.7×16.(12分)20世紀(jì)20年代，劍橋大學(xué)學(xué)生G·泰勒做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)。在一個(gè)密閉的箱子里放上小燈泡、煙熏黑的玻璃、狹縫、針尖、照相底片，整個(gè)裝置如圖所示。小燈泡發(fā)出的光通過熏黑的玻璃后變得十分微弱，經(jīng)過三個(gè)月的曝光，在底片上針尖影子周圍才出現(xiàn)非常清晰的衍射條紋。泰勒對(duì)這照片的平均黑度進(jìn)行測(cè)量，得出每秒到達(dá)底片的能量是5×1013J，光速c=3×108(1)假如起作用的光波波長(zhǎng)約為500nm，計(jì)算從一個(gè)光子到來和下一光子到來所相隔的平均時(shí)間，及光束中兩鄰近光子之間的平均距離。(2)如果當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)用的箱子長(zhǎng)1.2m，根據(jù)(1)的計(jì)算結(jié)果，【解析】(1)設(shè)每秒到達(dá)感光膠片的光能量為E0，對(duì)于λ=500nm的光子能量為E=hQUOTE ①(2分)因此每秒到達(dá)感光膠片的光子數(shù)為n=QUOTE ②(2分)光子是