2025高中物理人教版選修3-5教學資源包（名師同步導學）第十七章 第1、2節(jié)含答案

2025高中物理人教版選修3-5教學資源包（名師同步導學）第十七章第1節(jié)能量量子化第2節(jié)光的粒子性課時分層訓練「基礎達標練」1．關于光電效應，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．光電流的強度與入射光的強度無關C．用不可見光照射金屬一定比用可見光照射同種金屬產(chǎn)生的光電子的最大初動能要大D．對于任何一種金屬都存在一個“最大波長”，入射光的波長必須小于這個波長，才能產(chǎn)生光電效應解析：選D金屬的極限頻率由該金屬決定，與入射光的頻率無關，光電流的大小隨入射光強度增大而增大，選項A、B錯誤；不可見光包括能量比可見光大的紫外線、X射線、γ射線，也包括能量比可見光小的紅外線、無線電波，選項C錯誤；任何一種金屬都存在一個“最大波長”，入射光波長小于這個波長，才能產(chǎn)生光電效應，選項D正確．2．下列說法錯誤的是()A．愛因斯坦為了解釋光電效應的規(guī)律，提出了光子說B．用某種頻率的光不能使某金屬發(fā)生光電效應，即使增大入射光光照強度也不能發(fā)生光電效應C．光電效應揭示了光具有波動性D．用一束綠光照射某金屬，能發(fā)生光電效應，若改用紫光照射該金屬，也一定能發(fā)生光電效應解析：選C根據(jù)物理學史可知，愛因斯坦為了解釋光電效應的規(guī)律，提出了光子說，故A正確；根據(jù)光電效應發(fā)生的條件可知，光電效應的條件是入射光的頻率大于金屬的極限頻率，能否發(fā)生光電效應，與入射光的強度無關，故B正確；光電效應揭示了光具有粒子性，故C錯誤；用一束綠光照射某金屬，能發(fā)生光電效應，若換成紫光來照射該金屬，由于紫色光的頻率大于綠色光的頻率，所以也一定能發(fā)生光電效應，故D正確．3．美國物理學家康普頓在研究石墨對X射線的散射時，用X光對靜止的電子進行照射，照射后電子獲得速度的同時，X光的運動方向也會發(fā)生相應的改變．如圖是X射線的散射示意圖，下列說法中正確的是()A．X光散射后與散射前相比，頻率將會變小B．X光散射后與散射前相比，波長將會變短C．X光散射后與散射前相比，速度將會變小D．散射實驗為光的波動學說提供了有力證明解析：選A用X光照射石墨，出射的X光中除了有原波長的X光外，還有比原波長的X光波長要長的光，根據(jù)光子的能量λ＝eq\f(c,ν)，可知頻率ν變小，但是光速c不變，康普頓效應說明光不但具有能量而且具有動量，證明了光的粒子性，故A正確，B、C、D錯誤．4．用不同頻率的紫外線分別照射鎢板和鋅板而產(chǎn)生光電效應，可得到光電子的最大初動能Ek隨入射光的頻率ν變化的Ek-ν圖象，已知鎢元素的逸出功為3.28eV.鋅元素的逸出功為3.34eV.若將兩者的圖象分別用實線與虛線畫在同一個Ek-ν圖上．則下圖中正確的是()解析：選A根據(jù)光電效應方程Ek＝hν－W0可知Ek-ν圖象的斜率為普朗克常量h，因此圖中兩圖線應平行，C、D錯；橫軸的截距表示恰能發(fā)生光電效應(光電子最大初動能為零)時的入射光的頻率即截止頻率．由光電效應方程可知，逸出功越大的金屬對應的截止頻率越大，則知能使金屬鋅發(fā)生光電效應的截止頻率較大，A對，B錯．5．(2018·河北邢臺高三期末)若能量為E0的光子射到某金屬表面時，從金屬表面逸出的光電子的最大初動能為E，則能量為2E0的光子射到該金屬表面時，逸出的光電子的最大初動能為()A．E0＋E B．E0－EC．2E D．2E0－E解析：選A設該金屬的逸出功為W0，若用能量為E0的光子射到該金屬表面時，產(chǎn)生光電子的最大初動能為E，根據(jù)光電效應方程知：E＝E0－W0；改用能量為2E0的光子射到該金屬表面時，金屬的逸出功不變，逸出的光電子的最大初動能為Ek＝2E0－W0＝E0＋E，故A正確．6．某同學設計了如圖所示的電路來研究光電效應現(xiàn)象，結點Q位于滑動變阻器的中點，初始狀態(tài)時，滑動觸頭P也恰好位于滑動變阻器的中點．實驗過程中，當該同學用綠光照射光電管時，靈敏電流計有示數(shù)，下列說法正確的是()A．若換用紫光照射光電管，則電流計的示數(shù)一定增大B．若增大綠光的光照強度，則電流計的示數(shù)一定增大C．若將滑動觸頭P向右滑動，則電流計的示數(shù)一定不斷增大D．若將滑動觸頭P向左滑動，則電流計的示數(shù)一定能減小為0解析：選B光的強弱才影響單位時間內(nèi)發(fā)出光電子的數(shù)目，所以換用紫光照射光電管，則電流計的示數(shù)不一定增大，故A錯誤；增大入射光強度則單位時間內(nèi)產(chǎn)生的光電子增加，所以發(fā)生了光電效應時，保持滑動變阻器觸頭位置不變，若增大綠光的光照強度，則電流計的示數(shù)一定增大，故B正確；將滑動觸頭P向右滑動，光電管兩側(cè)接入的是正向電壓，若電路中的光電子已經(jīng)達到了最大飽和光電流，則滑動變阻器的觸頭從圖示位置向右滑動，電流表的示數(shù)可能不發(fā)生變化，故C錯誤；將滑動觸頭P向左滑動，光電管兩側(cè)接入的是反向電壓，則電流計的示數(shù)一定能減小，但只有當反向電壓大于截止電壓時，電流才能減小到0，故D錯誤．7．在光電效應實驗中，分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照射到同種金屬上，測得相應的遏止電壓分別為Ua和Ub，光電子的最大初動能分別為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>EkC．若Ua<Ub，則一定有Eka>EkbD．若νa>νb，則一定有hνa－Eka>hνb－Ekb解析：選B根據(jù)光電效應方程Ekm＝hν－W0知，νa>νb，逸出功相同，則Eka>Ekb，又Ekm＝eUc，則Ua>Ub，故A錯誤，B正確；根據(jù)Ekm＝eUc知，若Ua<Ub，則一定有Eka<Ekb，故C錯誤；逸出功W0＝hν－Ekm，由于金屬的逸出功相同，則有hνa－Eka＝hνb－Ekb，故D錯誤．8．用頻率為ν的光照射光電管陰極時，產(chǎn)生的光電流隨陽極與陰極間所加電壓的變化規(guī)律如圖，Uc為遏止電壓．已知電子電荷量為－e，普朗克常量為h，求：(1)光電子的最大初動能Ekm；(2)該光電管發(fā)生光電效應的極限頻率ν0.解析：(1)遏止電壓的作用是使具有最大初動能的光電子不能到達陽極，根據(jù)動能定理得，－eUc＝0－Ekm，最大初動能Ekm＝eUc.(2)根據(jù)愛因斯坦光電效應方程Ek＝hν－h(huán)ν0，得光電管的極限頻率ν0＝ν－eq\f(Ek,h)＝ν－eq\f(eUc,h).答案：(1)eUc(2)ν－eq\f(eUc,h)「能力提升練」9．兩束能量相同的色光，都垂直地照射到物體表面，第一束光在某段時間內(nèi)打在物體上的光子數(shù)與第二束光在相同時間內(nèi)打到物體表面的光子數(shù)之比為5∶4，則這兩束光的光子能量和波長之比分別為()A．4∶54∶5 B．5∶44∶5C．5∶45∶4 D．4∶55∶4解析：選D兩束能量相同的色光，都垂直地照射到物體表面，在相同時間內(nèi)打到物體表面的光子數(shù)之比為5∶4，根據(jù)E＝NE0可得光子能量之比為4∶5；再根據(jù)E0＝hν＝heq\f(c,λ)，光子能量與波長成反比，故光子波長之比為5∶4，故選D.10．(多選)如圖所示是用光照射某種金屬時逸出的光電子的最大初動能隨入射光頻率的變化圖線，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，由圖可知()A．該金屬的截止頻率為4.27×1014HzB．該金屬的截止頻率為5.5×1014HzC．該圖線的斜率表示普朗克常量D．該金屬的逸出功為1.77eV解析：選ACD由光電效應方程Ek＝hν－W0可知圖線的橫軸截距表示金屬的截止頻率，ν0＝4.27×1014Hz，故A正確，B錯誤；由光電效應方程Ek＝hν－W0可知，該圖線的斜率表示普朗克常量，故C正確；金屬的逸出功W0＝hν0＝eq\f(6.63×10－34×4.27×1014,1.6×10－19)eV≈1.77eV，故D正確．11．如圖所示，分別用功率相同的甲光和乙光照射相同的光電管陰極，甲光的頻率為ν1，乙光的頻率為ν2，ν1<ν2，產(chǎn)生的光電流I隨陽極與陰極間所加電壓U的變化規(guī)律正確的是()解析：選C根據(jù)愛因斯坦光電效應方程式得：Ek＝hν－W0①根據(jù)遏止電壓和最大初動能的關系：eUc＝Ek②聯(lián)立①②得，Uc＝eq\f(hν－W0,e)由于乙光的頻率大于甲光的頻率，即ν2>ν1，由上式知：乙光對應的遏止電壓大于甲光所對應的遏止電壓．由于甲光和乙光的功率相同，即在單位時間單位面積上甲光的能量等于乙光的能量，設甲光的光子個數(shù)為n1，乙光的光子個數(shù)為n2，則有n1hν1＝n2hν2.由于ν1<ν2，故n1>n2，即甲光光子個數(shù)大于乙光光子個數(shù)，甲光照射光電管單位時間內(nèi)產(chǎn)生的光電子個數(shù)大于乙光單位時間內(nèi)產(chǎn)生的光電子個數(shù)，故甲光對應的飽和光電流大于乙光對應的飽和光電流．滿足此特征的只有C.12．用波長為λ0的單色光照射逸出功為W的金屬，剛好能發(fā)生光電效應，若改為波長為λ(λ＜λ0)的單色光照射該金屬，則從金屬打出的電子的動能()A．等于eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(λ,λ0)－1))W B．小于或等于eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(λ0,λ)－1))W C．大于eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1－\f(λ,λ0)))W D．大于或等于eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1－\f(λ0,λ)))W解析：選B用波長為λ0的單色光照射某種金屬，剛好發(fā)生光電效應，則該金屬的逸出功W＝heq\f(c,λ0)，改為波長為λ(λ＜λ0)的單色光照射該金屬，根據(jù)光電效應方程可得Ekm＝heq\f(c,λ)－W，可得Ekm＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(λ0,λ)－1))W，可知從金屬打出的電子的動能應小于或等于eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(λ0,λ)－1))W，故B正確，A、C、D錯誤．13．幾種金屬的逸出功W0見下表：金屬鎢鈣鈉鉀銣W0(×10－19J)7.265.123.663.603.41用一束可見光照射上述金屬的表面，已知該可見光的波長的范圍為4.0×10－7～7.6×10－7m，普朗克常數(shù)h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3×108m·s－1.(1)請通過計算說明哪些金屬能發(fā)生光電效應？(2)照射哪種金屬時逸出的光電子最大初動能最大？最大值是多少？解析：(1)波長越小，光子頻率越大，根據(jù)最小波長求出最大的光子能量．E＝hν，ν＝eq\f(c,λ)，聯(lián)立解得E＝heq\f(c,λ)，將λ＝4.0×10－7m代入，解得E＝4.97×10－19J.根據(jù)光電效應規(guī)律可知，入射光的頻率大于金屬的極限頻率可發(fā)生光電效應，則可見光能使鈉、鉀、銣發(fā)生光電效應．(2)根據(jù)光電效應方程可知，Ekm＝E－W0，入射光的光子能量E越大，金屬的逸出功W0越小，則逸出的光電子初動能越大．照射金屬銣時，逸出的光電子最大初動能最大．將E＝4.97×10－19J和W0＝3.41×10－19J代入，解得Ekm＝1.56×10－19J.答案：(1)能使鈉、鉀、銣發(fā)生光電效應(2)銣1.56×10－19J14．光具有波粒二象性，光子的能量E＝hν，其中頻率ν表示波的特性．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λ的關系：p＝eq\f(h,λ).某激光管以Pω＝60W的功率發(fā)射波長λ＝663nm的光束，試根據(jù)上述理論計算：(1)該管在1s內(nèi)發(fā)射出多少光子？(2)若光束全部被黑體表面吸收，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Δt時間內(nèi)發(fā)射出的光子數(shù)為n，光子頻率為ν，每一個光子的能量E＝hν，Pω＝eq\f(nhν,Δt)，而ν＝eq\f(c,λ)，將Δt＝1s，代入上式得n＝eq\f(Pω·Δt·λ,hc)＝eq\f(60×663×10－9,6.63×10－34×3×108)個＝2×1020個．(2)在Δt時間內(nèi)激光管發(fā)射出的光子數(shù)全部被黑體表面吸收，光子的末動量變?yōu)?，根據(jù)題意中信息可知，n個光子的總動量p總＝np＝neq\f(h,λ)據(jù)動量定理可知－F·Δt＝0－p總，黑體表面對光子束的作用力F＝eq\f(p總,Δt)＝eq\f(nh,λΔt)＝eq\f(nhν,λν·Δt)＝eq\f(Pω,c)＝eq\f(60,3×108)N＝2×10－7N又根據(jù)牛頓第三定律可知，光子束對黑體表面的作用力大小為F′＝F＝2×10－7N.答案：(1)2×1020個(2)2×10－7N第十七章第3節(jié)粒子的波動性課時分層訓練「基礎達標練」1．人類對光的本性的認識經(jīng)歷了曲折的過程．下列關于光的本性的陳述不符合科學規(guī)律或歷史事實的是()A．牛頓的“微粒說”與愛因斯坦的“光子說”本質(zhì)上是一樣的B．光的雙縫干涉實驗顯示了光具有波動性C．麥克斯韋預言了光是一種電磁波D．光具有波粒二象性解析：選A牛頓的“微粒說”認為光子是一個一個的實物粒子，愛因斯坦的“光子說”認為光子是一份一份的能量，兩者有本質(zhì)上的區(qū)別，A錯誤；干涉現(xiàn)象和衍射現(xiàn)象都能顯示光的波動性，B正確；麥克斯韋預言了光是一種電磁波，后來赫茲用實驗證實了光是一種電磁波，C正確；現(xiàn)代物理學認為光既具有波動性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性，D正確．故選A.2．(2019·甘肅臨夏中學高二期末)下面關于光的波粒二象性的說法中，不正確的是()A．大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示出波動性，個別光子產(chǎn)生的效果往往顯示出粒子性B．頻率越大的光其粒子性越顯著，頻率越小的光其波動性越顯著C．光在傳播時往往表現(xiàn)出波動性，光在跟物質(zhì)相互作用時往往表現(xiàn)出粒子性D．光不可能同時既具有波動性，又具有粒子性解析：選D光既具有粒子性，又具有波動性，即光具有波粒二象性，D錯誤；大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示出波動性，個別光子產(chǎn)生的效果往往顯示出粒子性，A正確；在光的波粒二象性中，頻率越大的光其粒子性越顯著，頻率越小的光其波動性越顯著，B正確；光在傳播時往往表現(xiàn)出波動性，光在跟物質(zhì)相互作用時往往表現(xiàn)出粒子性，C正確．故選D.3．下列說法正確的是()A．光的波動性類似于機械波，光的粒子性類似于質(zhì)點B．光不具有波動性C．由于光既具有波動性，又具有粒子性，無法只用其中一種去說明光的一切行為，只能認為光具有波粒二象性D．實物粒子和光子一樣都具有波粒二象性，所以實物粒子與光子是相同本質(zhì)的物質(zhì)解析：選C光的波動性和光的粒子性不同于宏觀的機械波和粒子，A錯誤；光既具有波動性又具有粒子性，B錯誤；光的波動性和粒子性是光的行為，即光具有波粒二象性，C正確；實物粒子雖然與光子具有某些相同的現(xiàn)象，但粒子是實物，而光則是傳播著的電磁波，其本質(zhì)不同，D錯誤．4．通過學習波粒二象性的內(nèi)容，你認為下列說法正確的是()A．能量較大的光子其波動性越顯著 B．速度相同的質(zhì)子和電子相比，質(zhì)子的波動性更為明顯 C．波粒二象性指光有時表現(xiàn)為波動性，有時表現(xiàn)為粒子性D．康普頓效應中光子與靜止的電子發(fā)生相互作用后，光子的波長變短了解析：選C在光的波粒二象性中，頻率越大的光，光子的能量越大，粒子性越顯著，頻率越小的光其波動性越顯著，故A錯誤；速度相同的質(zhì)子和電子相比，由于質(zhì)子的質(zhì)量更大，由p＝mv，以及λ＝eq\f(h,p)可知，電子的波動性更為明顯，故B錯誤；光的波粒二象性是指光波同時具有波和粒子的雙重性質(zhì)，但有時表現(xiàn)為波動性，有時表現(xiàn)為粒子性，大量的光子波動性比較明顯，個別光子粒子性比較明顯，故C正確；康普頓效應中光子與靜止的電子發(fā)生相互作用后，光子的動量減小，所以波長變長了，故D錯誤．5．質(zhì)量為m的粒子原來的速度為v，現(xiàn)將粒子的速度增大到2v，則描寫該粒子的物質(zhì)波的波長將(粒子的質(zhì)量保持不變)()A．保持不變B．變?yōu)樵瓉聿ㄩL的兩倍C．變?yōu)樵瓉聿ㄩL的一半D．變?yōu)樵瓉聿ㄩL的eq\r(2)倍解析：選C根據(jù)公式λ＝eq\f(h,p)＝eq\f(h,mv)可以判斷選項C正確．6．通過學習波粒二象性的內(nèi)容，你認為下列說法符合事實的是()A．宏觀物體的物質(zhì)波波長非常短，極易觀察到它的波動性 B．光和電子、質(zhì)子等實物粒子都具有波粒二象性 C．康普頓效應中光子與靜止的電子發(fā)生相互作用后，光子的波長變短了 D．對于任何一種金屬都存在一個“最大波長”，入射光的波長必須大于這個波長，才能產(chǎn)生光電效應解析：選B宏觀物體的物質(zhì)波波長非常短，非常不容易觀察到它的波動性，故A錯誤；現(xiàn)代物理學已經(jīng)證實，光和電子、質(zhì)子等實物粒子都具有波粒二象性，故B正確；康普頓效應中光子與靜止的電子發(fā)生相互作用后，光子的能量減小，波長變長了，康普頓效應證明光具有粒子性，故C錯誤；根據(jù)光電效應發(fā)生的條件可知，對于任何一種金屬都存在一個“最大波長”，入射光的波長必須小于這個波長，才能產(chǎn)生光電效應，故D錯誤．7．(多選)為了觀察晶體的原子排列，可以采用下列方法：①用分辨率比光學顯微鏡更高的電子顯微鏡成像(由于電子的物質(zhì)波波長很短，能防止發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象，因此電子顯微鏡的分辨率高)；②利用X射線或中子束得到晶體的衍射圖樣，進而分析出晶體的原子排列．則下列分析中正確的是()A．電子顯微鏡所利用的是電子的物質(zhì)波的波長比原子尺寸小得多B．電子顯微鏡中電子束運動的速度應很小C．要獲得晶體的X射線衍射圖樣，X射線波長要遠小于原子的尺寸D．中子的物質(zhì)波的波長可以與原子尺寸相當解析：選AD由題目所給信息“電子的物質(zhì)波波長很短，能防止發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象”及發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件可知，電子的物質(zhì)波的波長比原子尺寸小得多，由p＝eq\f(h,λ)可知它的動量應很大，速度應很大，A正確，B錯誤；由題目所給信息“利用X射線或中子束得到晶體的衍射圖樣”及發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件可知，中子的物質(zhì)波波長及X射線的波長與原子尺寸相當，C錯誤，D正確．8．如果一個中子和一個質(zhì)量為10g的子彈都以103m/s的速度運動，則它們的德布羅意波的波長分別是多長？(中子的質(zhì)量為1.67×10－27kg)解析：中子的動量為p1＝m1v，子彈的動量為p2＝m2v，據(jù)λ＝eq\f(h,p)知中子和子彈的德布羅意波的波長分別為λ1＝eq\f(h,p1)，λ2＝eq\f(h,p2)聯(lián)立以上各式解得λ1＝eq\f(h,m1v)，λ2＝eq\f(h,m2v)將m1＝1.67×10－27kg，v＝103m/s，h＝6.63×10－34J·s，m2＝1×10－2kg代入上面兩式可解得λ1＝4.0×10－10m，λ2＝6.63×10－35m.答案：4.0×10－10m6.63×10－35m「能力提升練」9．(多選)關于下列圖象的描述和判斷正確的是()A．圖甲表示電子束通過鋁箔時的衍射圖樣，證實了運動電子具有粒子性B．圖甲表示電子束通過鋁箔時的衍射圖樣，證實了運動電子具有波動性C．圖乙表示隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都會減小D．圖乙表示隨著溫度的升高，黑體輻射強度的極大值向波長較短的方向移動解析：選BD圖甲是電子束通過鋁箔時的衍射圖樣，證實了運動電子具有波動性，選項A錯誤，B正確；圖乙是黑體輻射實驗規(guī)律圖線，從圖線能夠看出，隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都會增大，且輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，選項D正確，C錯誤．10．(2019·昆明高二檢測)X射線是一種高頻電磁波，若X射線在真空中的波長為λ，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，以E和p分別表示X射線每個光子的能量和動量，則()A．E＝eq\f(hλ,c)，p＝0 B．E＝eq\f(hλ,c)，p＝eq\f(hλ,c2)C．E＝eq\f(hc,λ)，p＝0 D．E＝eq\f(hc,λ)，p＝eq\f(h,λ)解析：選D根據(jù)E＝hν，且λ＝eq\f(h,p)，c＝λν可得X射線每個光子的能量為E＝eq\f(hc,λ)，每個光子的動量為p＝eq\f(h,λ)，故選D.11．關于物質(zhì)波，下列說法正確的是()A．速度相等的電子和質(zhì)子，電子的波長長B．動能相等的電子和質(zhì)子，電子的波長短C．動量相等的電子和中子，中子的波長短D．甲電子速度是乙電子的3倍，甲電子的波長也是乙電子的3倍解析：選A速度相等的電子和質(zhì)子相比，電子的質(zhì)量小，電子的動量小，根據(jù)物質(zhì)波的波長公式：λ＝eq\f(h,p)可知，電子的波長長，故A正確；由動能與動量的關系式：p＝eq\r(2mEk)及物質(zhì)波的波長公式：λ＝eq\f(h,p)，λ＝eq\f(h,\r(2mEk))，動能相等的質(zhì)子和電子相比，質(zhì)子的質(zhì)量大，所以質(zhì)子的物質(zhì)波波長短，故B錯誤；根據(jù)物質(zhì)波的波長公式：λ＝eq\f(h,p)可知，動量相等的電子和中子的物質(zhì)波的波長相等，故C錯誤；甲電子的速度是乙電子的3倍，甲電子的動量也是乙電子的3倍，由λ＝eq\f(h,p)，可知甲電子的波長應是乙電子的eq\f(1,3)，故D錯誤．12.如圖所示，光滑水平面上有A、B兩球，開始時A球以一定的速度向右運動，B球處于靜止狀態(tài)．兩球碰撞后均向右運動．設碰撞前A球的德布羅意波長為λ1，碰撞后A、B兩球的德布羅意波長分別為λ2和λ3，則下列關系正確的是()A．λ1＝λ2＝λ3 B．λ1＝λ2＋λ3C．λ1＝eq\f(λ2λ3,λ2－λ3) D．λ1＝eq\f(λ2λ3,λ2＋λ3)解析：選D由動量守恒定律p1＝p2＋p3，即eq\f(h,λ1)＝eq\f(h,λ2)＋eq\f(h,λ3)，所以λ1＝eq\f(λ2λ3,λ2＋λ3).13．現(xiàn)用電子顯微鏡觀測線度為d的某生物大分子的結構．為滿足測量要求，將顯微鏡工作時電子的德布羅意波長設定為eq\f(d,n)，其中n>1.已知普朗克常量h、電子質(zhì)量m和電子電荷量e，電子的初速度不計，則顯微鏡工作時電子的加速電壓應為多大？解析：電子在傳播過程中形成物質(zhì)波．物質(zhì)波的波長λ＝eq\f(h,mv)根據(jù)題意可知，eq\f(d,n)＝eq\f(h,mv)解得v＝eq\f(nh,md)根據(jù)動能定理可知，eU＝eq\f(1,2)mv2－0解得U＝eq\f(n2h2,2med2).答案：eq\f(n2h2,2med2)14．高速電子流射到固體上，可產(chǎn)生X射線．產(chǎn)生X射線的最大頻率由公式hνm＝Ek確定，Ek表示電子打到固體上時的動能．設電子經(jīng)過U＝9000V高壓加速，已知電子質(zhì)量me＝9.1×10－31kg.電子電量e＝1.60×10－19C．求：(1)加速后電子對應的德布羅意波長；(2)產(chǎn)生的X射線的最短波長及一個光子的最大動量．解析：(1)電子在電場中加速，根據(jù)動能定理，電子動能Ek＝eU對應的德布羅意波波長λ＝eq\f(h,\r(2meEk))＝eq\f(h,\r(2meeU))≈1.3×10－11m.電子的德布羅意波長約為1.3×10－11m.(2)當電子與固體撞擊后，其動能全部失去，其中光子能量Ek＝hνmeU＝Ek解得λmin＝eq\f(hc,eU)≈1.4×10－10m，一個光子的最大動量pm＝eq\f(h,λmin)＝4.7×10－24kg·m/s.答案：(1)1.3×10－11m(2)1.4×10－10m4.7×10－24kg·m/s第十七章第4節(jié)概率波第5節(jié)不確定性關系課時分層訓練「基礎達標練」1．關于微觀粒子的運動，下列說法中正確的是()A．不受外力作用時光子就會做勻速運動B．光子受到恒定外力作用時就會做勻變速運動C．只要知道電子的初速度和所受外力，就可以確定其任意時刻的速度D．運用牛頓力學無法確定微觀粒子的運動規(guī)律解析：選D光子不同于宏觀力學的粒子，不能用宏觀粒子的牛頓力學規(guī)律分析光子的運動，選項A、B錯誤；根據(jù)概率波、不確定性關系可知，選項C錯誤，D正確．2．在做雙縫干涉實驗時，發(fā)現(xiàn)100個光子中有96個通過雙縫后打到了觀察屏上的b處，則b處可能是()A．亮紋B．暗紋C．既有可能是亮紋也有可能是暗紋D．以上各種情況均有可能解析：選A光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過波動的規(guī)律確定，由于大部分光子都落在b點，故b處一定是亮紋，選項A正確．3．下列關于概率波的說法中，正確的是()A．概率波就是機械波B．物質(zhì)波是一種概率波C．概率波和機械波的本質(zhì)是一樣的，都能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象D．在光的雙縫干涉實驗中，若有一個粒子，則可以確定它從其中的哪一個縫中穿過解析：選B概率波具有波粒二象性，概率波不是機械波，A錯誤；對于電子和其他微觀粒子，在空間出現(xiàn)的概率也可以用波動規(guī)律確定，所以與它們相聯(lián)系的物質(zhì)波也是概率波，B正確；概率波和機械波都能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象，但它們的本質(zhì)是不一樣的，C錯誤；在光的雙縫干涉實驗中，若有一個粒子，則它從兩個縫穿過的概率是一樣的，但不能確定它從其中的哪一個縫中穿過，D錯誤．4．(多選)關于光的波動性與粒子性，以下說法正確的是()A．愛因斯坦的光子說否定了光的電磁說B．光電效應現(xiàn)象說明光具有粒子性C．光波不同于機械波，它是一種概率波D．光的波動性和粒子性是相互矛盾的，無法統(tǒng)一解析：選BC愛因斯坦的光子說沒有否定光的電磁說，A錯誤；光既有波動性，又有粒子性，兩者不相互矛盾，而是有機的統(tǒng)一體，D錯誤．5．物理學家做了一個有趣的雙縫干涉實驗：在光屏處放上照相用的底片，若減弱光的強度，使光子只能一個一個地通過狹縫．實驗結果表明，如果曝光時間不太長，底片上只能出現(xiàn)一些不規(guī)則的點子；如果曝光時間足夠長，底片上就會出現(xiàn)規(guī)則的干涉條紋．對這個實驗結果有下列認識，其中正確的是()A．曝光時間不太長時，底片上只能出現(xiàn)一些不規(guī)則的點子，表現(xiàn)出光的波動性B．單個光子通過雙縫后的落點可以預測C．只有大量光子的行為才能表現(xiàn)出光的粒子性D．干涉條紋中明亮的部分是光子到達機會較多的地方解析：選D曝光時間不太長時，底片上只能出現(xiàn)一些不規(guī)則的點子，表現(xiàn)出光的粒子性，A錯；單個光子的落點不可預測，B錯；少量光子的行為表現(xiàn)出光的粒子性，C錯；光波是一種概率波，干涉條紋中明亮的部分是光子到達機會較多的地方，D正確．6．對于光的行為，下列說法不正確的是()A．個別光子的行為表現(xiàn)為粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)為波動性B．光的波動性是光子本身的一種屬性，不是光子之間的相互作用引起的C．光表現(xiàn)出波動性時，就不具有粒子性了，光表現(xiàn)出粒子性時，就不具有波動性了D．光的波粒二象性應理解為，在某種場合下光的波動性表現(xiàn)明顯，在另外某種場合下，光的粒子性表現(xiàn)明顯解析：選C個別光子的行為表現(xiàn)為粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)為波動性，A選項正確；光與物質(zhì)作用，表現(xiàn)為粒子性，光的傳播表現(xiàn)出波動性光的波動性與粒子性都是光的本質(zhì)屬性，因為波動性表現(xiàn)為粒子的分布概率，光表現(xiàn)出粒子性時仍具有波動性，因此大量粒子的行為呈現(xiàn)出波動規(guī)律，B、D選項正確，C選項錯誤．故選C.7．1927年戴維孫和革末完成了電子衍射實驗，該實驗是榮獲諾貝爾獎的重大近代物理實驗之一．如圖所示的是該實驗裝置的簡化圖，下列說法不正確的是()A．亮條紋是電子到達概率大的地方B．該實驗說明物質(zhì)波理論是正確的C．該實驗再次說明光子具有波動性D．該實驗說明實物粒子具有波動性解析：選C實驗中亮條紋是電子到達概率大的地方，該實驗說明實物粒子具有波動性，物質(zhì)波理論是正確的，不能說明光子具有波動性，選項C說法不正確．8．質(zhì)量為10g的子彈與電子的速率相同，均為500m/s，測量準確度為0.01%，若位置和速率在同一實驗中同時測量，試問它們位置的最小不確定量各為多少？(電子質(zhì)量為m＝9.1×10－31kg，結果保留三位有效數(shù)字)解析：測量準確度也就是速度的不確定性，故子彈、電子的速度不確定量為Δv＝500m/s×0.01%＝0.05m/s，子彈動量的不確定量Δp1＝5×10－4kg·m/s，電子動量的不確定量Δp2＝4.55×10－32kg·m/s，由Δx≥eq\f(h,4πΔp)，得子彈位置的最小不確定量Δx1＝eq\f(6.63×10－34,4×3.14×5×10－4)m≈1.06×10－31m，電子位置的最小不確定量Δx2＝eq\f(6.63×10－34,4×3.14×4.55×10－32)m≈1.16×10－3m.答案：見解析「能力提升練」9．(多選)下列說法正確的是()A．光的波粒二象性學說是由牛頓的微粒說與惠更斯的波動說組成的B．光的波粒二象性學說徹底推翻了麥克斯韋的光的電磁說C．光子說并沒有否定光的電磁說，在光子能量公式E＝hν中，頻率ν表示波的特征，E表示粒子的特征D．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動規(guī)律的一種概率波解析：選CD光的波粒二象性學說是由愛因斯坦的光子說和麥克斯韋的電磁說組成的，A選項錯誤；麥克斯韋認為光是一種電磁波，即光具有波動性，B選項錯誤；愛因斯坦的光子說并沒有否定光的電磁說，在光子能量公式E＝hν中，頻率ν表示波的特征，E表示粒子的特征，C選項正確；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動規(guī)律的一種概率波，D選項正確．10．(多選)電子的運動受波動性的支配，對于氫原子的核外電子，下列說法正確的是()A．氫原子的核外電子可以用確定的坐標描述它們在原子中的位置B．電子繞核運動時，可以運用牛頓運動定律確定它的軌道C．電子繞核運動的“軌道”其實是沒有意義的D．電子的“軌道”只不過是電子出現(xiàn)的概率比較大的位置解析：選CD微觀粒子對應的波是一種概率波，對于微觀粒子的運動，牛頓運動定律已經(jīng)不適用了，所以氫原子的核外電子不能用確定的坐標描述其在原子中的位置，電子的“軌道”其實是沒有意義的，電子的“軌道”只不過是電子出現(xiàn)的概率比較大的位置，綜上所述，C、D正確．11．(多選)下表列出了幾種不同物體在某種速度下的德布羅意波波長和頻率為1MHz的無線電波的波長，根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知()質(zhì)量/kg速度/m·s－1波長/m彈子球2.0×10－21.0×10－23.3×10－30電子(100eV)9.1×10－315.0×1061.2×10－10無線電波(1MHz)3.0×1083.0×102A.要檢測彈子球的波動性幾乎不可能B．無線電波通常只能表現(xiàn)出波動性C．電子照射到金屬晶體上能觀察到它的波動性D．只有可見光才有波粒二象性解析：選ABC彈子球的波長相對太小，所以檢測其波動性幾乎不可能，A正確；無線電波波長較長，所以通常表現(xiàn)為波動性，B正確；電子波長與金屬晶體尺度差不多，所以能利用金屬晶體觀察電子的波動性，C正確；由物質(zhì)波理論知，D錯誤．12．關于電子的運動規(guī)律，以下說法正確的是()A．電子如果表現(xiàn)出粒子性，則無法用軌跡來描述它們的運動，其運動遵循牛頓運動定律B．電子如果表現(xiàn)出粒子性，則可以用軌跡來描述它們的運動，其運動遵循牛頓運動定律C．電子如果表現(xiàn)出波動性，則無法用軌跡來描述它們的運動，空間分布的概率遵循波動規(guī)律D．電子如果表現(xiàn)出波動性，則可以用軌跡來描述它們的運動，其運動遵循牛頓運動定律解析：選C由于牛頓運動定律適用于客觀物體的低速運動，即使電子表現(xiàn)出粒子性，也不遵從牛頓運動定律，無法用軌跡描述其運動，故A、B錯誤；電子如果表現(xiàn)出波動性，是一種概率波，無法用軌跡來描述它，但可確定電子在某點附近出現(xiàn)的概率且遵循波動規(guī)律，故C正確，D錯誤．13．如圖所示為示波管示意圖，電子的加速電壓U＝104V，打在熒光屏上電子的位置確定在0.1mm范圍內(nèi)，可以認為令人滿意，則電子的速度是否可以完全確定？是否可以用經(jīng)典力學來處理？電子質(zhì)量m＝9.1×10－31kg.解析：Δx＝10－4m，由ΔxΔp≥eq\f(h,4π)得，動量的不確定量最小值Δp≈5×10－31kg·m/s，其速度不確定量Δv≈0.55m/s.eq\f(1,2)mv2＝eU＝1.6×10－19×104J＝1.6×10－15J，v＝6×107m/s，Δv遠小于v，電子的速度可以完全確定，可以用經(jīng)典力學來處理．答案：可以完全確定可以用經(jīng)典力學來處理14．原子核的半徑為10－15m，估計核內(nèi)質(zhì)子的動量不確定范圍．如果電子被限制在核內(nèi)，其動量不確定范圍又是多少？解析：根據(jù)不確定性關系ΔxΔp≥eq\f(h,4π)可知，質(zhì)子動量的不確定范圍Δp≥eq\f(h,4π·Δx)＝eq\f(6.63×10－34,4×3.14×10－15)kg·m/s＝5.28×10－20kg·m/s.如果電子被限制在核內(nèi)，電子運動的范圍也是10－15m，其動量不確定范圍也是5.28×10－20kg·m/s.答案：Δp≥5.28×10－20kg·m/sΔp≥5.28×10－20kg·m/s第十七章章末高考真題鏈接1．(2018·全國卷Ⅱ)用波長為300nm的光照射鋅板，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(chǎn)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：選B根據(jù)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(jù)解得ν0≈8×1014Hz，B正確．2．(2017·北京卷)2017年年初，我國研制的“大連光源”——極紫外自由電子激光裝置，發(fā)出了波長在100nm(1nm＝10－9m)附近連續(xù)可調(diào)的世界上首個最強的極紫外激光脈沖，“大連光源”因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技術、霧霾治理等領域的研究中發(fā)揮重要作用．一個處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個分子，但又不會把分子打碎．據(jù)此判斷，能夠電離一個分子的能量約為(取普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，真空光速c＝3×108m/s)()A．10－21J B．10－18JC．10－15J D．10－12J解析：選B能夠電離一個分子的能量即為一個極紫外波段的光子所具有的能量E＝hν＝heq\f(c,λ)＝6.6×10－34×eq\f(3×108,100×10－9)J≈2×10－18J，B選項正確．3．(2017·上海卷)光子的能量與其()A．頻率成正比 B．波長成正比C．速度成正比 D．速度平方成正比解析：選A由E＝hν、c＝λν得E＝hν＝heq\f(c,λ)，可見光子的能量與其頻率成正比、與其波長成反比，A正確，B錯誤；由于任意能量的光子在真空中傳播的速度都是相同的，故C、D錯誤．4．(2019·北京卷)光電管是一種利用光照射產(chǎn)生電流的裝置，當入射光照在管中金屬板上時，可能形成光電流．表中給出了6次實驗的結果.組次入射光子的能量/eV相對光強光電流大小/mA逸出光電子的最大動能/eV第一組1234.04．04．0弱中強2943600.90．90．9第二組4566.06．06．0弱中強2740552.92．92．9由表中數(shù)據(jù)得出的論斷中不正確的是()A．兩組實驗采用了不同頻率的入射光B．兩組實驗所用的金屬板材質(zhì)不同C．若入射光子的能量為5.0eV，逸出光電子的最大動能為1.9eVD．若入射光子的能量為5.0eV，相對光強越強，光電流越大解析：選B由于光子的能量E＝hν，又入射光子的能量不同，故入射光子的頻率不同，A項正確；由愛因斯坦光電效應方程hν＝W＋Ek，可求出兩組實驗的逸出功均為3.1eV，故兩組實驗所用的金屬板材質(zhì)相同，B項錯誤；由hν＝W＋Ek，逸出功W＝3.1eV可知，若入射光子能量為5.0eV，則逸出光電子的最大動能為1.9eV，C項正確；相對光強越強，單位時間內(nèi)射出的光子數(shù)越多，單位時間內(nèi)逸出的光