高中物理魯科版5第五章波與粒子第4節(jié)“基本粒子”與恒星演化

章末綜合測(cè)評(píng)(五)(時(shí)間：60分鐘滿(mǎn)分：100分)一、選擇題(本題共8小題，每小題6分，共48分．全部選對(duì)得6分，選對(duì)但不全得3分，有錯(cuò)選或不答得0分．)1．關(guān)于德布羅意波波長(zhǎng)，下列說(shuō)法中正確的是()A．動(dòng)量相同的不同物體(包括宏觀(guān)物體和微觀(guān)粒子)，它們具有相同的德布羅意波波長(zhǎng)B．動(dòng)能相同的不同物體，它們具有相同的德布羅意波波長(zhǎng)C．速率相同的不同物體，它們具有相同的德布羅意波波長(zhǎng)D．只有動(dòng)量相同的不同微觀(guān)粒子，它們才具有相同的德布羅意波長(zhǎng)【解析】由德布羅意波長(zhǎng)公式λ＝eq\f(h,p)知，只要物體的動(dòng)量p相同，則它們的德布羅意波波長(zhǎng)就相同，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤．【答案】A2．(多選)關(guān)于光電效應(yīng)，下列幾種表述正確的是()A．金屬的極限頻率與入射光的頻率成正比B．光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)C．用不可見(jiàn)光照射金屬不一定比用可見(jiàn)光照射同種金屬產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能要大D．對(duì)于任何一種金屬都存在一個(gè)“最大波長(zhǎng)”，入射光的波長(zhǎng)必須小于這個(gè)波長(zhǎng)，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)【解析】金屬的極限頻率由該金屬?zèng)Q定，與入射光的頻率無(wú)關(guān)，光電流的大小隨入射光強(qiáng)度增大而增大，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；不可見(jiàn)光包括能量比可見(jiàn)光大的紫外線(xiàn)、X射線(xiàn)、γ射線(xiàn)，也包括能量比可見(jiàn)光小的紅外線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)電波，選項(xiàng)C正確；任何一種金屬都存在一個(gè)“最大波長(zhǎng)”，入射光波長(zhǎng)小于這個(gè)波長(zhǎng)，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)，選項(xiàng)D正確．【答案】CD3．根據(jù)宇宙大爆炸的理論，在宇宙形成之初是“粒子家族”盡顯風(fēng)采的時(shí)期，那么在大爆炸之后最早產(chǎn)生的粒子是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：64772117】A．夸克、輕子、膠子等粒子B．質(zhì)子和中子等強(qiáng)子C．光子、中微子和電子等輕子D．氦核、氚核、中子等輕核【解析】根據(jù)宇宙大爆炸理論，在大爆炸之后最早產(chǎn)生的粒子是夸克、輕子、膠子等粒子．【答案】A4．已知鈣和鉀的截止頻率分別為×1014Hz和×1014Hz，在某種單色光的照射下兩種金屬均發(fā)生光電效應(yīng)，比較它們表面逸出的具有最大初動(dòng)能的光電子，鈣逸出的光電子具有較大的()A．波長(zhǎng) B．頻率C．能量 D．動(dòng)量【解析】光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W＝hν－h(huán)ν0，因?yàn)殁}的截止頻率大，因此鈣中逸出的光電子的最大初動(dòng)能小，其動(dòng)量p＝eq\r(2mEkm)，故動(dòng)量小，由λ＝eq\f(h,p)，可知波長(zhǎng)較長(zhǎng)，則頻率較小，選項(xiàng)A正確．【答案】A5．(多選)如圖1所示為一真空光電管的應(yīng)用電路，其陰極金屬材料的極限頻率為×1014Hz，則以下判斷正確的是()圖1A．發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，電路中光電流的飽和值取決于入射光的頻率B．發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，電路中光電流的飽和值取決于入射光的強(qiáng)度C．用λ＝μm的光照射光電管時(shí)，電路中有光電流產(chǎn)生D．增大電源的電壓，電路中的光電流可能不變【解析】在光電管中若發(fā)生了光電效應(yīng)，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射光電子的數(shù)目只與入射光的強(qiáng)度有關(guān)，光電流的飽和值只與單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射光電子的數(shù)目有關(guān)．據(jù)此可判斷A錯(cuò)誤；波長(zhǎng)λ＝μm的光子的頻率ν＝eq\f(c,λ)＝eq\f(3×108,×10－6)Hz＝6×1014Hz>×1014Hz，可發(fā)生光電效應(yīng)，所以選項(xiàng)B、C正確；若電路中的電流已達(dá)到飽和光電流，此時(shí)增大電源的電壓，電路中的光電流也不再增大，D正確．【答案】BCD6．(多選)下列關(guān)于微觀(guān)粒子波粒二象性的認(rèn)識(shí)，正確的是()A．因?qū)嵨锪Ｗ泳哂胁▌?dòng)性，故其軌跡是波浪線(xiàn)B．由概率波的知識(shí)可知，因微觀(guān)粒子落在哪個(gè)位置不能確定，所以粒子沒(méi)有確定的軌跡C．由概率波的知識(shí)可知，因微觀(guān)粒子落在哪個(gè)位置不能確定，再由不確定性關(guān)系知粒子動(dòng)量將完全確定D．大量光子表現(xiàn)出波動(dòng)性，此時(shí)光子仍具有粒子性【解析】實(shí)物粒子的波動(dòng)性指實(shí)物粒子是概率波，與經(jīng)典的波不同，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；微觀(guān)粒子落點(diǎn)位置不能確定，與經(jīng)典粒子有確定軌跡不同，選項(xiàng)B正確；單縫衍射中，微觀(guān)粒子通過(guò)狹縫，其位置的不確定量等于縫寬，其動(dòng)量也有一定的不確定量，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；波動(dòng)性和粒子性是微觀(guān)粒子的固有特性，無(wú)論何時(shí)二者都同時(shí)存在，選項(xiàng)D正確．【答案】BD7．(多選)用兩束頻率相同、強(qiáng)度不同的紫外線(xiàn)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()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：64772071】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．強(qiáng)度大的紫外線(xiàn)照射金屬的表面時(shí)單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子個(gè)數(shù)多【解析】由ε＝hν和Ek＝hν－W0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)；由于兩束光強(qiáng)度不同，逸出光電子個(gè)數(shù)不同，強(qiáng)度大的紫外線(xiàn)照射金屬表面時(shí)單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子個(gè)數(shù)多，B錯(cuò)誤，D正確．【答案】ACD8．(多選)關(guān)于光電效應(yīng)現(xiàn)象，下列說(shuō)法中正確的是()A．在光電效應(yīng)現(xiàn)象中，入射光的強(qiáng)度越大，光電子的最大初動(dòng)能越大B．在光電效應(yīng)現(xiàn)象中，光電子的最大初動(dòng)能與照射光的頻率成線(xiàn)性關(guān)系C．對(duì)于任何一種金屬都存在一個(gè)“最大波長(zhǎng)”，入射光的波長(zhǎng)必須小于此波長(zhǎng)，才能發(fā)生光電效應(yīng)D．對(duì)于某種金屬，只要入射光的強(qiáng)度足夠大，就會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)【解析】由Ek＝hν－W可知光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率、材料的逸出功有關(guān)，與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，Ek只是隨ν線(xiàn)性增大，A錯(cuò)誤，B正確．要發(fā)生光電效應(yīng)，光電子的最大初動(dòng)能Ek>0，則由Ek＝hν－W，hν＝heq\f(c,λ)＝Ek＋W>W有ν>eq\f(W,h)或λ<eq\f(hc,W)，與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，但飽和光電流強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度呈正比關(guān)系，C正確，D錯(cuò)誤．【答案】BC二、非選擇題(本題共4小題，共52分．按題目要求作答)9．(12分)質(zhì)量為m的粒子被限制在x＝－eq\f(l,2)到x＝eq\f(l,2)的區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)，在它朝x軸正方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，求其動(dòng)量測(cè)量值的最小不確定范圍Δpx.【解析】由題意：Δx＝l，由不確定關(guān)系Δx·Δpx≥eq\f(h,4π)，得Δpx≥eq\f(h,4π·Δl).因此，動(dòng)量測(cè)量值的最小不確定范圍Δpx＝eq\f(h,4πl(wèi)).【答案】eq\f(h,4πl(wèi))10．(12分)已知：功率為100W燈泡消耗的電能的5%轉(zhuǎn)化為所發(fā)出的可見(jiàn)光的能量，光速c＝×108m/s，普朗克常量h＝×10－34J·s，假定所發(fā)出的可見(jiàn)光的波長(zhǎng)都是560nm，計(jì)算燈泡每秒內(nèi)發(fā)出的光子數(shù)．【解析】波長(zhǎng)為λ的光子能量為：E＝eq\f(hc,λ)，設(shè)燈泡每秒內(nèi)發(fā)出的光子數(shù)為n，燈泡電功率為P，則n＝eq\f(kP,E)，式中，k＝5%是燈泡的發(fā)光效率．得：光子數(shù)n＝eq\f(kPλ,hc)，代入題給數(shù)據(jù)得：n＝×1019(個(gè))．【答案】×1019個(gè)11．(14分)如圖2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(zhǎng)為λ的細(xì)激光束照射到B板中央，使B板發(fā)生光電效應(yīng)，已知普朗克常量為h，金屬板B的逸出功為W，電子質(zhì)量為m，電荷量為e.求：圖2(1)從B板運(yùn)動(dòng)到A板所需時(shí)間最短的光電子，到達(dá)A板時(shí)的動(dòng)能；(2)光電子從B板運(yùn)動(dòng)到A板時(shí)所需的最長(zhǎng)時(shí)間．【解析】(1)根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W，光子的頻率為ν＝eq\f(c,λ).所以，光電子的最大初動(dòng)能為Ek＝eq\f(hc,λ)－W.能以最短時(shí)間到達(dá)A板的光電子，是初動(dòng)能最大且垂直于板面離開(kāi)B板的電子，設(shè)到達(dá)A板的動(dòng)能為Ek1，由動(dòng)能定理，得eU＝Ek1－Ek，所以Ek1＝eU＋eq\f(hc,λ)－W.(2)能以最長(zhǎng)時(shí)間到達(dá)A板的光電子，是離開(kāi)B板時(shí)的初速度為零或運(yùn)動(dòng)方向平行于B板的光電子．則d＝eq\f(1,2)at2＝eq\f(Uet2,2dm)，得t＝deq\r(\f(2m,Ue)).【答案】(1)eU＋eq\f(hc,λ)－W(2)deq\r(\f(2m,Ue))12．(14分)愛(ài)因斯坦的相對(duì)論指出，物體的能量和質(zhì)量之間存在一個(gè)定量關(guān)系：E＝mc2，其中c為光在真空中的速度．計(jì)算頻率為ν＝5×1014Hz的光子具有的動(dòng)量是多少．若一電子的動(dòng)量與該光子相同，該電子的運(yùn)動(dòng)速度是多少？該電子物質(zhì)波的波長(zhǎng)λe是多少？【導(dǎo)學(xué)號(hào)：64772118】【解析】光子的能量E＝hν＝mc2，故得到光子的動(dòng)量p＝mc＝eq\f(hν,c)＝eq\f×10－34×5×1014,3×108)kg·m·s－1＝×10－27kg·m·s－1.設(shè)電子質(zhì)量為me，速度為ve，