2017-2018學(xué)年高中物理第十七章波粒二象性章末質(zhì)量評(píng)估新人教版選修3-5

1、PAGE PAGE 8第十七章 波粒二象性 (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(shuō)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(ài)因斯坦在對(duì)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(duì)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x表示粒子位置的不確定量，以p表示粒子在x方向上的不確定量，那么xpeq f(h,4)，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；

2、1900年德國(guó)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Eh，1905年愛(ài)因斯坦從中得到啟發(fā)，提出了光子說(shuō)的觀點(diǎn)故C錯(cuò)誤；康普頓在研究石墨對(duì)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(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程EkhW0，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(wú)關(guān)，D對(duì)答案：D3關(guān)于光的波粒二象性，以下說(shuō)法中

3、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射線和射線中，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(chǎng)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(shuō)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)

4、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eq f(h,p)可知，p越小，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(shuō)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(shuō)圓滿解決了經(jīng)典物理在黑體輻射問(wèn)題上遇到的困難，并且為愛(ài)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(shuō)對(duì)光電效應(yīng)的解釋，下列說(shuō)法正確的是(

5、)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(wú)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(zhǎng)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

6、頻率高于金屬的極限頻率，光的亮度無(wú)論強(qiáng)弱，光子的產(chǎn)生都幾乎是瞬時(shí)的，不超過(guò)109秒光的頻率低于極限頻率時(shí)，無(wú)論多強(qiáng)的光，照射的時(shí)間多長(zhǎng)都無(wú)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(kāi)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(zhǎng)為1，碰撞后A、B兩球的德布羅意波的波長(zhǎng)分別為2和3，則下列關(guān)系正確的是()A123B123C1eq f(23,23) D1eq f(23,23)解析：球A、B碰撞過(guò)程中滿足動(dòng)量守恒，得pB0pApA；由eq f(h,p)，可得peq f(h,)，所以

7、動(dòng)量守恒表達(dá)式也可寫(xiě)成：eq f(h,3)eq f(h,1)eq f(h,2)，所以1eq f(23,23)，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(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. eq r(f(h,2mqU) B.eq f(h,2mqU)C.eq f(h,2mqU)eq r(2mqU) D.eq f(h,r(mqU)解析：設(shè)加速后的速度為v，由動(dòng)能定理，得qUeq f(1,2)mv2，所以v eq r(f(2qU,m)，代入德布羅意波長(zhǎng)公式，得eq f(h,p)eq f(h,mv)eq f(h,mr(f(2qU,m)eq f(h,

8、2mqU)eq r(2mqU).答案：C9關(guān)于光電效應(yīng)現(xiàn)象，下列說(shuō)法正確的是()A只有入射光的波長(zhǎng)大于使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)的極限波長(zhǎng)，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(zhǎng)為0，極限頻率為c，則光速c00，可知當(dāng)入射光的波長(zhǎng)大于極限波長(zhǎng)0時(shí)，其頻率將小于極限頻率c，所以大于極限波長(zhǎng)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EkhW0可知，光電子的最大初動(dòng)能

9、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(wú)關(guān)，顯然選項(xiàng)C錯(cuò)誤若入射光強(qiáng)度增大到原來(lái)的n倍，則單位時(shí)間內(nèi)入射光的能量就增大到原來(lái)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(lái)的n倍，因此選項(xiàng)D正確答案：D10分別用波長(zhǎng)為和eq f(3,4)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12，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()A.eq f(hc,2) B.eq f(2hc,3)C.eq f(3,4)hc D.eq f(4h,5c)解析：由光電效應(yīng)方程得heq f(

10、c,)W0Ek1，heq f(c,f(3,4)W0Ek2，并且Ek1Ek212，可得W0eq f(2hc,3).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(duì)得4分，漏選得2分，錯(cuò)選或不選得0分)11下列說(shuō)法正確的是()A光的頻率越低，粒子性越顯著B(niǎo)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

11、子都對(duì)應(yīng)一定的波長(zhǎng)，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xpeq f(h,4)，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h和EkhW0，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(duì)，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

12、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h0C入射光的頻率為20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20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EkhW0，其中W0h0為金屬的逸出功所以有Ekhh0，由此結(jié)合圖象可知，該金屬的逸出功為E，或者W0h0，當(dāng)入射光的頻率為20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(guó)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(shuō)法正

13、確的是()圖甲圖乙A入射光的頻率增大，為了測(cè)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 圖象可知，這種金屬的截止頻率為cD由UC 圖象可求普朗克常量表達(dá)式為heq f(U1e,1c)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(cè)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EkmhW0知，光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，B錯(cuò)誤；根據(jù)EkmhW0eUC，解得UCeq f(h1,e)eq f(hc,e)，則heq f(U1e,1c)；當(dāng)遏止電壓為0時(shí)，c，C、D正確答案：CD三、非選擇題(本題共4

14、小題，共54分解答時(shí)應(yīng)寫(xiě)出必要的文字說(shuō)明、方程式和重要的演算步驟，只寫(xiě)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(xiě)出數(shù)值和單位)15(12分)A、B兩種光子的能量之比為21，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h，動(dòng)量peq f(h,)，且eq f(c,)，得peq f(,c)，則pApB21.A照射時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能EAAW0.同理，EBBW0，解得W0EA2EB.答案：21EA2EB16(14分)光具有波粒二象性，光子的能量為h，其中頻率表征波的特性在愛(ài)因斯坦提出光子說(shuō)之后，法國(guó)物理

15、學(xué)家德布羅意提出了光子動(dòng)量p與光波波長(zhǎng)的關(guān)系為：peq f(h,).若某激光管以P60 W的功率發(fā)射波長(zhǎng)6.63107 m的光束(1)該管在1 s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(duì)它的作用力F為多大？解析：(1)設(shè)在時(shí)間t內(nèi)發(fā)射出的光子數(shù)為n，光子頻率為，每個(gè)光子的能量h，則Ptnh，又eq f(c,)，則Pteq f(nhc,)，將t1 s代入上式，得n21020個(gè)(2)在時(shí)間t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p0npneq f(h,)，根據(jù)動(dòng)量定理可知Ft0(p0)，黑體

16、表面對(duì)光子的作用力為F.根據(jù)牛頓第三定律，光子對(duì)黑體表面的作用力為2.0107 N.答案：(1)21020 個(gè)(2)2.0107 N17(14分)波長(zhǎng)為0.071 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(chǎng)區(qū)域內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的最大半徑為r.已知rB1.88104 Tm，電子的質(zhì)量me9.11031 kg.試求；(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(zhǎng)解析：(1)電子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的最大半徑req f(mev,eB).其最大初動(dòng)能為Ekeq f(1,2)mev2eq f(（mev2）,2me)eq f(（erB）2,2me)eq

17、f(（1.610191.88104）2,29.11031) J3.1103 eV.(2)由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程hEkW0和eq f(c,)得W0eq f(hc,)Ekeq blc(rc)(avs4alco1(f(6.6310343108,0.0711091.61019)3.1103) eV1.44104 eV.(3)由德布羅意波長(zhǎng)公式得eq f(h,p)，pmverB.解得2.21011 m.答案：(1)3.1103 eV(2)1.44104 eV(3)2.21011 m18(14分)如圖所示裝置，陰極K用極限波長(zhǎng)00.66 m的金屬制成若閉合開(kāi)關(guān)S，用波長(zhǎng)0.50 m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0.64 A，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(lái)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：(1)陰極每秒