2024-2025學年高中物理章末綜合測評2含解析新人教版選修3-5

PAGE8-章末綜合測評(二)(時間：90分鐘分值：100分)一、選擇題(本題共10小題，每小題4分，共40分，在每小題給出的4個選項中，第1～7題只有一個選項符合要求，第8～10題有多個選項符合要求．全選對的得4分，選對但不全的得2分，有選錯的得0分．)1．一個光子和一個電子具有相同的波長，則()A．光子具有較大的動量B．光子具有較大的能量C．電子與光子的動量相等D．電子和光子的動量大小關系不確定[解析]依據德布羅意波長公式λ＝eq\f(h,p)，若一個光子的德布羅意波長和一個電子的波長相等，則光子和電子的動量肯定相等故A、D錯誤，C正確；光子的能量E光＝hν＝eq\f(hc,λ)，電子的能量Ee＝mc2＝eq\f(mvc2,v)＝eq\f(pc2,v)＝eq\f(hc2,λv)＝eq\f(c,v)·E光，因電子的速度v＜c，故Ee＞E光，B錯誤．[答案]C2．光電效應試驗中，下列表述正確的是()A．光照時間越長光電流越大B．入射光足夠強就可以有光電流C．遏止電壓與入射光的頻率成正比D．入射光頻率大于極限頻率才能產生光電子[解析]在光電效應中，若照耀光的頻率小于極限頻率，無論光照時間多長，光照強度多大，都無光電流，當照耀光的頻率大于極限頻率時，馬上有光電子產生，故A、B錯誤，D正確．由－eU＝0－Ek，Ek＝hν－W，可知U＝(hν－W)/e，即遏止電壓與入射光頻率ν有關，但二者間不是正比關系，C錯誤．[答案]D3．紫外線光子的動量為eq\f(hν,c)，一個靜止的O3分子汲取了一個紫外線光子后()A．仍舊靜止B．沿著光子原來運動的方向運動C．沿光子運動相反方向運動D．可能向任何方向運動[解析]由動量守恒定律知，汲取了紫外線光子的O3分子與光子原來運動方向相同，故正確選項為B.[答案]B4．用波長為λ1和λ2的單色光A和B分別照耀兩種金屬C和D的表面．單色光A照耀兩種金屬時都能產生光電效應現(xiàn)象；單色光B照耀時，只能使金屬C產生光電效應現(xiàn)象，不能使金屬D產生光電效應現(xiàn)象，設兩種金屬的逸出功分別為WC和WD，則下列選項正確的是()A．λ1＞λ2，WC＞WD B．λ1＞λ2，WC＜WDC．λ1＜λ2，WC＞WD D．λ1＜λ2，WC＜WD[解析]由題意知，A光光子的能量大于B光光子的能量，依據E＝hν＝heq\f(c,λ)，得λ1＜λ2；又因為單色光B只能使金屬C產生光電效應現(xiàn)象，不能使金屬D產生光電效應現(xiàn)象，所以WC＜WD，故正確選項是D.[答案]D5．光子有能量，也有動量p＝eq\f(h,λ)，它也遵守有關動量的規(guī)律，真空中有一如圖所示裝置可繞通過橫桿中點的豎直軸OO′在水平面內敏捷地轉動，其中左邊是圓形黑紙片，右邊是和左邊大小、質量均相同的圓形白紙片．當用平行白光垂直照耀這兩個圓面時，關于此裝置起先時轉動狀況(俯視)的下列說法中正確的是()A．順時針方向轉動B．逆時針方向轉動C．都有可能D．不會轉動[解析]光照耀到黑紙片上時被汲取，照耀到白紙片上時被反射，因此白紙片受到的沖量大，裝置逆時針轉動，故正確選項為B.[答案]B6．用波長為300nm的光照耀鋅板，電子逸出鋅板表面的最大初動能為1.28×10－19J．已知普朗克常量為6.63×10－34J·s，真空中的光速為3.00×108m·s－1.能使鋅產生光電效應的單色光的最低頻率約為()A．1×1014Hz B．8×1014HzC．2×1015Hz D．8×1015Hz[解析]依據愛因斯坦光電效應方程Ek＝hν－W0＝heq\f(c,λ)－h(huán)ν0，代入數(shù)據解得ν0≈8×1014Hz，B正確．[答案]B7．探討光電效應規(guī)律的試驗裝置如圖所示，以頻率為ν的光照耀光電管陰極K時，有光電子產生．由于光電管K、A間加的是反向電壓，光電子從陰極K放射后將向陽極A做減速運動．光電流i由圖中電流計G測出，反向電壓U由電壓表V測出．當電流計的示數(shù)恰好為零時，電壓表的示數(shù)稱為反向截止電壓Uc.在下列表示光電效應試驗規(guī)律的圖象中，錯誤的是()eq\o(\a\al(反向電壓U和頻率ν,肯定時，光電流i與,光強I的關系))eq\o(截止電壓Uc和頻率ν的關系)ABeq\o(\a\al(光強I和頻率ν肯定時，光,電流i與反向電壓U的關系))eq\o(\a\al(光強I和頻率ν肯定時，光電流i,與產生光電子的時間t的關系))CD[解析]當反向電壓U與入射光頻率ν肯定時，光電流i與光強成正比，所以A正確；頻率為ν的入射光照耀陰極所放射出的光電子的最大初動能為Ek＝hν－W0，而遏止電壓Uc與最大初動能的關系為eUc＝Ek，所以遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關系是eUc＝hν－W0，其函數(shù)圖象不過原點，所以B錯誤；當光強與入射光頻率肯定時，單位時間內單位面積上逸出的光電子數(shù)及其最大初動能是肯定的，所形成的光電流強度會隨反向電壓的增大而減小，所以C正確；依據光電效應的瞬時性規(guī)律知D正確．[答案]B8．在光電效應試驗中，用頻率為ν的光照耀光電管陰極，發(fā)生了光電效應，下列說法正確的是()A．增大入射光的強度，光電流增大B．減小入射光的強度，光電效應現(xiàn)象消逝C．改用頻率小于ν的光照耀，肯定不發(fā)生光電效應D．改用頻率大于ν的光照耀，光電子的最大初動能變大[解析]增大入射光強度，單位時間內照耀到單位面積的光電子數(shù)增加，則光電流將增大，故選項A正確；光電效應是否發(fā)生取決于照耀光的頻率，而與照耀強度無關，故選項B錯誤；用頻率為ν的光照耀光電管陰極，發(fā)生光電效應，用頻率較小的光照耀時，若光的頻率仍大于極限頻率，則仍會發(fā)生光電效應，選項C錯誤；依據hν－W逸＝eq\f(1,2)mv2可知，增加照耀光頻率，光電子的最大初動能也增大，故選項D正確．[答案]AD9．下列敘述的狀況中正確的是()A．光的粒子性說明每個光子就像一個微小的球體一樣B．光是波，與橡皮繩上的波類似C．光是波，但與宏觀概念的波有本質的區(qū)分D．光是一種粒子，它和物質作用是“一份一份”進行的[解析]光的粒子性說明光是一種粒子，但到達空間某位置的概率遵守波動規(guī)律，與宏觀概念的粒子和波有著本質的不同，所以選項A、B錯誤，C正確．依據光電效應可知，光是一種粒子，光子與電子的作用是一對一的關系，所以選項D正確．[答案]CD10．如圖甲所示，在光電效應試驗中，某同學用相同頻率的單色光，分別照耀陰極材料為鋅和銅的兩個不同的光電管，結果都能發(fā)生光電效應．圖乙為其中一個光電管的遏止電壓Uc隨入射光頻率ν改變的函數(shù)關系圖象．對于這兩個光電管，下列推斷正確的是()A．因為材料不同，逸出功不同，所以遏止電壓Uc不同B．光電子的最大初動能不同C．因為光強不確定，所以單位時間逸出的光電子數(shù)可能相同，飽和光電流也可能相同D．兩個光電管的Uc-ν圖象的斜率可能不同[解析]依據光電效應方程Ek＝hν－W0和eUc＝Ek得出，頻率相同，逸出功不同，則遏止電壓不同，A正確；依據光電效應方程Ek＝hν－W0得，相同的頻率，不同的逸出功，則光電子的最大初動能不同，B正確；雖然光的頻率相同，但光強不確定，所以單位時間逸出的光電子數(shù)可能相同，飽和光電流有可能相同，C正確；因為Uc＝eq\f(hν,e)－eq\f(W0,e)知題圖乙中圖線的斜率為eq\f(h,e)，即斜率只與h和e有關，且為常數(shù)，肯定相同，D錯誤．[答案]ABC二、非選擇題(本題共6小題，共60分．按題目要求作答．)11．(8分)太陽能干脆轉換的基本原理是利用光電效應，將太陽能轉換成電能．如圖所示是測定光電流的電路簡圖，光電管加正向電壓．(1)標出電源和電流表的正負極；(2)入射光應照在________極上；(3)電流表讀數(shù)是10μA，則每秒鐘從光電管陰極放射出的光電子至少是________個．[解析](1)加正向電壓，應當是在電子管中電子由B向A運動，即電流是由左向右．因此電源左端是正極，右端是負極，電流表上端是正極，下端是負極．(2)光應照在B極上．(3)設電子個數(shù)為n，則I＝ne，所以n＝eq\f(10×10－6,1.6×10－19)＝6.25×1013(個)．[答案](1)電源左端是正極，右端是負極；電流表上端是正極，下端是負極(2)B(3)6.25×101312．(9分)深厚的夜色中，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限制電路的示意圖．電路中的光電管陰極K涂有可發(fā)生光電效應的金屬．下表反映的是各種金屬發(fā)生光電效應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)生光電效應的極限頻率和極限波長：金屬銫鈉鋅銀鉑極限頻率(Hz)4.545×10146.000×10148.065×10141.153×10151.529×1015極限波長(μm)0.66000.50000.37200.26000.1962依據圖和所給出的數(shù)據，你認為：(1)光電管陰極K上應涂有金屬________；(2)限制電路中的開關S應和________(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．假如將上述限制電路中的電燈換成驅動這些機器工作的電機，這時電路中開關S應和________接觸，這樣，當工人不慎將手伸入危急區(qū)域時，由于遮住了光線，光控繼電器銜鐵馬上動作，使機床停止工作，避開事故發(fā)生．[解析](1)依題意知，可見光的波長范圍為400×10－9～770×10－9m而金屬銫的極限波長為λ＝0.6600×10－6m＝660×10－9m，因此，光電管陰極K上應涂金屬銫．(2)深厚的夜色中，線圈中無電流，銜鐵與b接觸，船舶依靠航標燈指引航道，所以限制電路中的開關S應和b接觸．(3)若將上述限制電路中的電燈換成電機，在手遮住光線之前，電機應是正常工作的，此時銜鐵與a接觸，所以電路中的開關S應和a接觸．[答案](1)銫(2)b(3)a13．(10分)德布羅意認為：任何一個運動著的物體，都有著一種波與它對應，波長是λ＝eq\f(h,p)，式中p是運動著的物體的動量，h是普朗克常量．已知某種紫光的波長是440nm，若將電子加速，使它的德布羅意波長是這種紫光波長的10－4倍，求：(1)電子的動量的大小；(2)試推導加速電壓跟德布羅意波波長的關系，并計算加速電壓的大?。娮淤|量m＝9.1×10－31kg，電子電荷量e＝1.6×10－19C，普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，加速電壓的計算結果取一位有效數(shù)字．[解析](1)由λ＝eq\f(h,p)知電子的動量p＝eq\f(h,λ)＝1.5×10－23kg·m/s.(2)電子在電場中加速，有eU＝eq\f(1,2)mv2又eq\f(1,2)mv2＝eq\f(p2,2m)解得U＝eq\f(mv2,2e)＝eq\f(h2,2meλ2)≈8×102V.[答案](1)1.5×10－23kg·m/s(2)U＝eq\f(h2,2meλ2)8×102V14．(10分)已知每秒從太陽射到地球的垂直于太陽光的每平方米截面上的輻射能為1.4×103J，其中可見光部分約占45%，假如認為可見光的波長均為5.5×10－7m，太陽向各方向的輻射是勻稱的，日地間距離為1.5×1011m，普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，估算出太陽每秒鐘輻射出的可見光光子數(shù)．[解析]設地面上1m2的面積上每秒接受的光子數(shù)為n，則有Pt·45%＝nheq\f(c,λ)代入數(shù)據解得n＝1.75×1021個/m2設想一個以太陽為球心，以日地間距離R為半徑的大球面包圍著太陽，大球面接受的光子數(shù)即太陽輻射的全部光子數(shù)，則所求的可見光光子數(shù)為N＝n·4πR2≈5×1044[答案]5×104415．(11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，法國物理學家德布羅意提出了光子動量p與光波波長的關系為p＝eq\f(h,λ).若某激光管以P＝60W的功率放射波長λ＝6.63×10－7m的光束，試依據上述理論計算：(h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3×108m/s)(1)該激光管在1s內放射出多少個光子？(2)若光束全部被某黑體表面汲取，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)設在時間Δt內放射出的光子數(shù)為n，光子頻率為ν，每個光子的能量為hν，則PΔt＝nhν又ν＝eq\f(c,λ)，則PΔt＝neq\f(hc,λ)將Δt＝1s代入上式，得n＝2×1020(2)在時間Δt內激光管放射出的光子全部被黑體表面汲取，光子的末態(tài)總動量變?yōu)?依據題中信息可知，n個光子的初態(tài)總動量為p0＝np＝neq\f(h,λ)依據動量定理可知FΔt＝0－(－p0)由上式解得F＝2×10－7N黑體表面對光子的作用力為F，依據牛頓第三定律，光子對黑體表面的作用力為2×10－7N[答案](1)2×1020(2)2×10－7N16.(12分)如圖所示，相距為d的兩平行金屬板A、B足夠大，板間電壓恒為U，有一波長為λ的細激光束照耀到B板中心，使B板發(fā)生光電效應，已知普朗克常量為h，金屬板B的逸出功為W0，電子質量為m，電荷量為e.求：(1)從B板運動到A板所需時間最短的光電子，到達A板時的動能；(2)光電子從B板運動到A板時所需的最長時間．[解析](1)依據愛因