新教材同步輔導2023年高中物理章末質(zhì)量評估四第四章波粒二象性粵教版選擇性必修第三冊

章末質(zhì)量評估(四)(時間：75分鐘分值：100分)一、單項選擇題(本大題共7小題，每小題4分，共28分．每小題中只有一個選項是正確的，選對得4分，錯選、不選或多選不得分．)1．關于光的波粒二象性的說法，正確的是()A．一束傳播的光，有的光是波，有的光是粒子B．光波與機械波是同樣的一種波C．光的波動性是由于光子間的相互作用而形成的D．光是一種波，同時也是一種粒子，光子說并未否定電磁說，在光子能量ε＝hν中，頻率ν仍表示的是波的特性解析：光是一種波，同時也是一種粒子，光具有波粒二象性，當光和物質(zhì)作用時，是“一份一份”的，表現(xiàn)出粒子性；單個光子通過雙縫后在空間各點出現(xiàn)的可能性可以用波動規(guī)律描述，表現(xiàn)出波動性．粒子性和波動性是光子本身的一種屬性，光子說并未否定電磁說．答案：D2．關于光電效應，以下說法正確的是()A．光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比B．光電子的最大初動能越大，形成的光電流越強C．能否產(chǎn)生光電效應現(xiàn)象，取決于入射光光子的能量是否大于金屬的逸出功D．用頻率是ν1的綠光照射某金屬發(fā)生了光電效應，改用頻率是ν2的黃光照射該金屬一定不發(fā)生光電效應解析：Ek＝hν－W0一次函數(shù)關系，所以A錯誤；光電流的強弱主要是取決于光電子的數(shù)目，故B錯誤；只有入射光頻率才能夠發(fā)生光電效應C正確；黃光頻率小于綠光的頻率，但是發(fā)生光電效應只需要黃光頻率大于截止頻率，就可以產(chǎn)生光電效應，D錯誤．答案：C3．近年來，數(shù)碼相機已經(jīng)家喻戶曉，用來衡量數(shù)碼相機性能的一個非常重要的指標就是像素，1像素可理解為光子打在光屏上的一個亮點．現(xiàn)知300萬像素的數(shù)碼相機拍出的照片比30萬像素的數(shù)碼相機拍出的等大的照片清晰得多，其原因可以理解為()A．光是一種粒子，它和物質(zhì)的作用是一份一份的B．光的波動性是大量光子之間的相互作用引起的C．大量光子表現(xiàn)光具有粒子性D．光具有波粒二象性，大量光子表現(xiàn)出光的波動性解析：數(shù)碼相機拍出的照片不是白點，不能說明顯示粒子性，所以A錯誤；光的波粒二象性是光的內(nèi)在屬性，即使是單個光子也有波動性，跟光子的數(shù)量和光子之間是否有相互作用無關，所以B錯誤；大量光子表明光具有波動性，所以C錯誤；光具有波粒二象性，大量光子表現(xiàn)出光的波動性，D正確．答案：D4．用波長為λ1和λ2的單色光A和B分別照射兩種金屬C和D的表面．單色光A照射兩種金屬時都能產(chǎn)生光電效應現(xiàn)象；單色光B照射時，只能使金屬C產(chǎn)生光電效應現(xiàn)象，不能使金屬D產(chǎn)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，根據(jù)E＝hν＝heq\f(c,λ)，得λ1<λ2；又因為單色光B只能使金屬C產(chǎn)生光電效應現(xiàn)象，不能使金屬D產(chǎn)生光電效應現(xiàn)象，所以WC<WD，故D正確．答案：D5．(2023·山東臨沂統(tǒng)考模擬)圖甲為研究光電效應的電路，K極為金屬鈉(截止頻率為5.53×1014Hz，逸出功為2.29eV)．圖乙為氫原子能級圖．氫原子光譜中有四種可見光，分別是從n＝6、5、4、3能級躍遷到n＝2能級產(chǎn)生的．下列說法正確的是()A．氫原子光譜中有三種可見光能夠讓圖甲K極金屬發(fā)生光電效應B．大量處于n＝5能級的氫原子最多能輻射出8種不同頻率的光C．僅將圖甲中P向右滑動，電流計示數(shù)一定變大D．僅將圖甲中電源的正負極顛倒，電流計示數(shù)一定為0解析：從n＝6、5、4、3能級躍遷到n＝2能級產(chǎn)生的光的能量分別為3.02eV、2.86eV、2.55eV、1.89eV，大于2.29eV的躍遷有三種，即氫原子光譜中有三種可見光能夠讓圖甲K極金屬發(fā)生光電效應，選項A正確；大量處于n＝5能級的氫原子最多能輻射出Ceq\o\al(2,5)＝10種不同頻率的光，選項B錯誤；僅將圖甲中P向右滑動，正向電壓變大，則開始階段電流計示數(shù)變大，當達到飽和光電流時，電流不再增加，選項C錯誤；僅將圖甲中電源的正負極顛倒，光電管加反向電壓，仍有光電子到達A極，即電流計示數(shù)不一定為0，選項D錯誤．答案：A6．硅光電池是利用光電效應將光輻射的能量轉(zhuǎn)化為電能．若有N個頻率為ν的光子打在光電池極板上，這些光子的總能量為(h為普朗克常量)()A．hν B．eq\f(1,2)NhνC．Nhν D．2Nhν解析：據(jù)光子說可知，光子能量與頻率有關，一個光子能量為ε＝hν(h為普朗克常量)，N個光子的能量為Nhν，所以選項C正確．答案：C7．(2022·山東泰安高二期末)疫情期間，額溫槍(紅外測溫儀)成為重要的防疫裝備，其測溫原理是：任何物體都會向外發(fā)出紅外線，額溫槍通過紅外線照射到溫度傳感器，發(fā)生光電效應，將光信號轉(zhuǎn)化為電信號，間接得出溫度數(shù)據(jù)．已知人體溫正常時能輻射波長為10μm的紅外線，如圖甲所示，用該紅外線照射光電管的陰極K時，電路中有光電流產(chǎn)生，該光電流隨電壓變化的圖像如圖乙所示，已知h＝6.63×10－34J·s，e＝1.6×10－19C，電磁波在真空或空氣中波速c＝3×108m/s，則由圖乙可知該光電管的陰極金屬逸出功最接近于()A．0.1eV B．0.2eVC．0.3eV D．0.4eV解析：根據(jù)愛因斯坦光電效應方程Ekm＝eq\f(hc,λ)－W0，根據(jù)動能定理得－eUc＝0－Ekm，其中λ＝10μm，Uc＝2V，解得W0≈0.1eV，故選A.答案：A二、多項選擇題(本大題共3小題，每小題6分，共18分，每小題有多個選項是正確的，全選對得6分，少選得3分，選錯、多選或不選不得分．)8．(2021·浙江紹興上虞區(qū)高二下期末)目前用于照明用的熒光粉，大部分是粉末狀的以汞原子發(fā)出的紫外線為激發(fā)源的光致發(fā)光熒光粉．它們是利用氧化物晶體中孤立離子的電子躍遷來發(fā)光的．簡要原理如下：在玻璃管中兩極間加電壓，使電子發(fā)射出來，撞擊汞原子發(fā)出紫外線，紫外線照射到熒光粉上發(fā)出可見光．已知汞原子可能的能級為E1＝－10.4eV，E2＝－5.5eV，E3＝－2.7eV，E4＝－1.6eV，其紫外線主要是從E2到E1能級躍遷時放出的，某熒光粉在經(jīng)此紫外線照射后發(fā)出540nm的綠光．普朗克常量為6.63×10－34J·s，下列說法中正確的是()A．要使得汞原子產(chǎn)生紫外線，電子能量必須等于4.9eVB．汞原子發(fā)出的紫外線的波長為253.7nmC．大量處于n＝5能級的汞原子，可以發(fā)出10種不同的光子D．熒光粉發(fā)出的綠光可能使處于基態(tài)的汞原子的能級躍遷到更高狀態(tài)解析：電子屬于實物粒子，與汞原子相撞時，只要滿足電子的能量大于等于E2、E1的能級差，即4.9eV就可以，故A錯誤；根據(jù)躍遷方程，有heq\f(c,λ)＝E2－E1，代入數(shù)據(jù)可得λ＝253.7nm，即汞原子發(fā)出的紫外線的波長為253.7nm，故B正確；根據(jù)躍遷規(guī)律可知，大量處于n＝5能級的汞原子能發(fā)出光子種類有Ceq\o\al(2,5)＝10，所以可以發(fā)出10種不同的光子，故C正確；綠光的光子能量為E＝heq\f(c,λ)，代入數(shù)據(jù)，可得E＝2.3eV<E2－E1，所以熒光粉發(fā)出的綠光不能使處于基態(tài)的汞原子的能級躍遷到更高狀態(tài)，故D錯誤．答案：BC9．(2021·四川眉山彭山區(qū)第一中學開學考試)新冠病毒疫情防控工作中，體溫槍被廣泛使用．其工作原理是：利用光電效應，將光信號轉(zhuǎn)化為電信號，從而顯示出物體的溫度．已知人的體溫正常時能輻射波長為10μm的紅外線，如圖甲所示，用該紅外光線照射光電管的陰極K時，電路中有光電流產(chǎn)生，光電流隨電壓變化的圖像如圖乙所示，另一種金屬銣的遏止電壓Uc與入射光頻率ν之間的關系如圖丙所示，已知光在真空中傳播的速度為3×108m/s.則()A．波長為10μm的紅外線在真空中的頻率為3×1013HzB．將陰極K換成金屬銣，體溫槍仍然能正常使用C．由圖乙可知，該光電管的遏止電壓為2×10－2VD．當人體溫度升高，輻射紅外線的強度將增大，飽和光電流減小解析：根據(jù)c＝λν，可得紅外線的頻率ν＝eq\f(c,λ)＝eq\f(3×108,10×10－6)Hz＝3×1013Hz，A正確；根據(jù)題圖丙可知金屬銣的截止頻率5.1×1014Hz，紅外線的頻率小于金屬銣的截止頻率不會發(fā)生光電效應，體溫槍不能正常使用，B錯誤；由題圖乙可知，該光電管的遏止電壓為2×10－2V，C正確；若人體溫度升高，輻射紅外線的強度增大，飽和光電流將增大，D錯誤．答案：AC10．(2022·全國高三專題練習)在圖甲所示的裝量中，K為一金屬板，A為金屬電極，都密封在真空的玻璃管中，W為由石英片封蓋的窗口，單色光可通過石英片射到金屬板K上，E為輸出電壓可調(diào)的直流電源，其負極與電極A相連，是電流表，實驗發(fā)現(xiàn)，當用某種頻率的單色光照射K時，K會發(fā)出電子(光電效應)，這時，即使A、K之間的電壓等于零，回路中也有電流，當A的電勢低于K時，而且當A比K的電勢低到某一值Uc時，電流消失，Uc稱為截止電壓，當改變照射光的頻率ν，截止電壓Uc也將隨之改變，其關系如圖乙所示，如果某次實驗我們測出了畫出這條圖線所需的一系列數(shù)據(jù)，又知道了電子電量，則()A．可得該金屬的極限頻率B．可求得電子的質(zhì)量C．可求得普朗克常量D．可求得該金屬的逸出功解析：根據(jù)光電效應方程得Ek＝hν－W，Ek＝eU，聯(lián)立兩式得U＝eq\f(hν,e)－eq\f(W,e).根據(jù)圖線的斜率k＝eq\f(h,e)，可以求得普朗克常量；當遏止電壓等于零，則最大初動能為零，此時入射光的頻率等于金屬的極限頻率，可以知道通過橫軸截距可求出金屬的極限頻率；根據(jù)E＝hν0可求出逸出功的大??；關于電子的質(zhì)量則無法求出．故A、C、D正確，B錯誤．答案：ACD三、非選擇題(本大題共5小題，共54分．)11.(8分)如圖所示的實驗電路，當用黃光照射光電管中的金屬涂層時，毫安表的指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)．若將電路中的滑動變阻器的滑片P向右移動到某一位置時，毫安表的讀數(shù)恰好減小到零，此時電壓表讀數(shù)為U.若此時增加黃光照射的強度，則毫安表________(選填“有”或“無”)示數(shù)．若此時改用藍光照射光電管中的金屬涂層，則毫安表________(選填“有”或“無”)示數(shù)．解析：光電效應的原理是當有頻率足夠大的光照射到金屬表面時，將會使金屬中的電子獲得足夠能量而從表面逸出，逸出的光電子向另一極板定向移動而形成電流．當增加黃光照射的強度時，不能增加光電子的最大初動能，故毫安表無示數(shù)．當改用藍光照射時，光電子的最大初動能增大，光電子能到達A極，形成電流．答案：無有12．(10分)如圖所示，一靜電計與鋅板相連，在A處用一弧光燈照射鋅板，關燈后，指針保持一定偏角．(1)現(xiàn)用一帶負電的金屬小球與鋅板接觸，則靜電計指針偏角將________(選填“增大”“減小”或“不變”)．(2)使靜電計指針回到零，再用相同強度的鈉燈發(fā)出的黃光照射鋅板，靜電計指針無偏轉(zhuǎn)，那么，若改用強度更大的紅外線照射鋅板，可觀察到靜電計指針________(選填“有”或“無”)偏轉(zhuǎn)．解析：(1)鋅板在紫外線照射下，發(fā)生光電效應現(xiàn)象，有光電子飛出，鋅板帶正電，將一帶負電的金屬小球與鋅板接觸，將鋅板上的正電荷中和一部分，鋅板正電荷減少，則靜電計指針偏角將變?。⒁?，靜電計與鋅板帶同種電荷．(2)要發(fā)生光電效應現(xiàn)象，照射光的頻率必須高于這種金屬的極限頻率，而與照射光的強度無關．用黃光照射，靜電計指針無偏轉(zhuǎn)，即不能發(fā)生光電效應現(xiàn)象，當改用強度更大的紅外線照射時，因為紅外線的頻率比黃光的要低，所以用紅外線照射更不能發(fā)生光電效應現(xiàn)象，靜電計指針無偏轉(zhuǎn)．答案：(1)減小(2)無13．(9分)在“焊接”視網(wǎng)膜的眼科手術中，所用激光的波長λ＝6.4×10－7m，每個激光脈沖的能量E＝1.5×10－2J.求每個脈沖中的光子數(shù)目．(已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3×108m/s，計算結果保留一位有效數(shù)字)解析：光子能量ε＝eq\f(hc,λ)，光子數(shù)目n＝eq\f(E,ε)，代入數(shù)據(jù)得n≈5×1016.答案：5×101614．(12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小．(電子質(zhì)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，計算結果保留一位有效數(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)，聯(lián)立解得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)8×102V15．(15分)