2024-2025學(xué)年高中物理第5章波與粒子單元素養(yǎng)評價含解析魯科版選修3-5

PAGE8-單元素養(yǎng)評價(四)(第5章)(90分鐘100分)一、選擇題(本大題共12小題,每小題5分,共60分,1～9為單選,10～12為多選)1.某單色光照耀某金屬時不能發(fā)生光電效應(yīng),則下述措施中可能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)的是 ()A.延長光照時間 B.增大光的強度C.換用波長較短的光照耀 D.換用頻率較低的光照耀【解析】選C。由光電效應(yīng)規(guī)律可知,能不能發(fā)生光電效應(yīng),是由入射光的頻率與極限頻率的關(guān)系確定的,入射光頻率必需大于或等于極限頻率。波長較短的光頻率高,當(dāng)高于或等于極限頻率時就能發(fā)生光電效應(yīng),故C正確,A、B、D錯誤。2.在驗證光的波粒二象性的試驗中,下列說法正確的是 ()A.使光子一個一個地通過狹縫,如時間足夠長,底片上將會顯示衍射圖樣B.單個光子通過狹縫后,底片上會出現(xiàn)完整的衍射圖樣C.光子通過狹縫的運動路途像水波一樣D.光的粒子性是大量光子運動的規(guī)律【解析】選A。在宏觀世界里找不到既有粒子性又有波動性的物質(zhì),個別或少數(shù)光子表現(xiàn)出光的粒子性,大量光子表現(xiàn)出光的波動性,假如時間足夠長,通過狹縫的光子數(shù)也就足夠多,光子的分布遵從波動規(guī)律,底片上將會顯示出衍射圖樣,A正確、D錯誤;單個光子通過狹縫后,路徑是隨機的,底片上不會出現(xiàn)完整的衍射圖樣,B、C錯誤。3.關(guān)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。質(zhì)子的質(zhì)量遠(yuǎn)大于電子。由λ===,知選項A正確。4.關(guān)于粒子,下列說法中正確的是 ()A.電子、質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)的不行再分的最基本的粒子B.強子都是帶電的粒子C.夸克模型是探究三大類粒子結(jié)構(gòu)的理論D.夸克模型說明電子電荷不再是電荷的最小單元【解析】選D。由于質(zhì)子、中子是由不同夸克組成的,它們不是最基本的粒子,不同夸克構(gòu)成的強子,有的帶電,有的不帶電,故選項A、B錯誤;夸克模型是探討強子結(jié)構(gòu)的理論,不同夸克帶電不同,說明電子電荷不再是電荷的最小單元,故選項C錯誤,D正確。5.(2024·南平高二檢測)探討光電效應(yīng)的電路如圖所示。用頻率相同、強度不同的光分別照耀密封真空管的鈉極板(陰極K),鈉極板放射出的光電子被陽極A汲取,在電路中形成光電流。下列光電流I與A、K之間的電壓UAK的關(guān)系圖象中,正確的是 ()【解析】選C。雖然入射光強度不同,但光的頻率相同,則光電子的最大初動能相同,所以遏止電壓相同;又因當(dāng)入射光強時,單位時間逸出的光電子多,飽和光電流大,所以選C。6.光照耀到金屬表面上能夠發(fā)生光電效應(yīng),下列關(guān)于光電效應(yīng)的敘述中,正確的是 ()A.金屬電子逸出功與入射光的頻率成正比B.單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)與入射光強度無關(guān)C.用綠光照耀金屬比用紫光照耀同種金屬產(chǎn)生的光電子的最大初動能大D.對某一種金屬,入射光的波長必需小于極限波長才能產(chǎn)生光電效應(yīng)【解析】選D。依據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知,光電子的最大初動能與光照頻率有關(guān)。要使逸出光電子的最大初動能增大,應(yīng)改用紫光照耀,D正確。7.關(guān)于下列四幅圖說法不正確的是 ()A.原子中的電子繞原子核高速運轉(zhuǎn)時,運行軌道的半徑是隨意的B.光電效應(yīng)試驗說明白光具有粒子性C.電子束通過鋁箔時的衍射圖樣證明白電子具有波動性D.發(fā)覺少數(shù)α粒子發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn),說明原子的質(zhì)量絕大部分集中在很小的空間范圍【解析】選A。原子中的電子繞核旋轉(zhuǎn)的軌道是特定的,不是隨意的,選項A錯誤。光電效應(yīng)說明白光具有粒子性,B正確。電子能通過鋁箔衍射,說明電子也有波動性,C正確。發(fā)覺少數(shù)α粒子大角度偏轉(zhuǎn),說明原子的正電荷和大部分質(zhì)量集中在很小的空間范圍內(nèi),D正確。8.一個質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子,由靜止起先經(jīng)加速電場加速后(加速電壓為U),該粒子的德布羅意波長為 ()A. B.C. D.【解析】選C。設(shè)加速后的速度為v,由動能定理得:qU=mv2所以v=由德布羅意波長公式:λ===9.有人設(shè)想在遙遠(yuǎn)的宇宙探測時,給探測器安上面主動大、反射率極高(可認(rèn)為100%)的薄膜,并讓它正對太陽,用光壓為動力推動探測器加速。已知探測器在某軌道上運行時,每秒每平方米面積獲得的太陽光能為E0=1.5×104J,薄膜面積為S=6.0×102m2,若探測器總質(zhì)量為M=60kg,光速c=3.0×108m/s,那么下列最接近探測器得到的加速度大小的是(依據(jù)量子理論,光子不但有能量,而且有動量。光子動量的計算式為A.1.0×10-3m/s2 B.1.0×10-2C.1.0×10-1m/s2 D.1【解析】選A。假設(shè)取Δt時間內(nèi)射到探測器上的光子,對其應(yīng)用動量定理可知FΔt=·,得F=,由牛頓第三定律得探測器受到的壓力大小等于F,則a===1.0×10-3m/s2,故A正確。10.(2024·寧德高二檢測)從光的波粒二象性動身,下列說法正確的是 ()A.光是高速運動的微觀粒子,每個光子都具有波粒二象性B.光的頻率越高,光子的能量越大C.在光的干涉中,暗條紋的地方是光子不會到達的地方D.在光的干涉中,亮條紋的地方是光子到達概率大的地方【解析】選B、D。光不是高速運動的微觀粒子,但每個光子都具有波粒二象性,故A錯誤;光子能量ε=hν,ν是光子的頻率,則知光的頻率越高,光子的能量越大,所以B正確。在光的干涉中,亮條紋是光子到達概率大的地方,暗條紋是光子到達概率小的地方,C錯、D正確。【加固訓(xùn)練】(多選)人類對光的本性的相識經(jīng)驗了曲折的過程。下列關(guān)于光的本性的陳述符合科學(xué)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.光的雙縫干涉試驗顯示了光具有波動性C.麥克斯韋預(yù)言了光是一種電磁波D.光具有波粒二象性【解析】選B、C、D。牛頓的“微粒說”認(rèn)為光是一種物質(zhì)微粒,愛因斯坦的“光子說”認(rèn)為光是一份一份不連續(xù)的能量,明顯A錯;干涉、衍射是波的特性,光能發(fā)生干涉,說明光具有波動性,B正確;麥克斯韋依據(jù)光的傳播不須要介質(zhì),以及電磁波在真空中的傳播速度與光速近似相等認(rèn)為光是一種電磁波,后來赫茲用試驗證明白光的電磁說,C正確;光具有波動性與粒子性,稱為光的波粒二象性,D正確。11.關(guān)于電子的運動,下列說法正確的是 ()A.對于一個運動的電子,同時測量其位置和動量,假如位置測量結(jié)果越精確,則動量測量結(jié)果也就越精確B.經(jīng)典的理論所認(rèn)為的電子的軌道其實是電子出現(xiàn)概率最大的地方組成的圖形C.電子在能量不確定范圍小的能級停留時間長D.“電子云”描述了電子在核四周出現(xiàn)的概率密度【解析】選B、C、D。由不確定性關(guān)系ΔxΔp≥,不能同時確定電子的位置和動量,假如位置測量結(jié)果越精確,則動量測量不確定量就越大,A錯。經(jīng)典的理論所認(rèn)為的電子的軌道并不實際存在,電子在原子內(nèi)沒有確定位置,用點的疏密表示電子出現(xiàn)的概率分布,稱為電子云。“電子云”描述了電子在核四周出現(xiàn)的概率密度,B、D正確。由能量和時間的不確定性關(guān)系,電子在能量不確定范圍小的能級停留時間長,C正確。12.用如圖的裝置探討光電效應(yīng)現(xiàn)象,當(dāng)用光子能量為2.5eV的光照耀到光電管上時,電流表G的讀數(shù)為0.2mA。移動變阻器的觸點c,當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于0.7V時,電流表讀數(shù)為0。則 ()A.光電管陰極的逸出功為1.8eVB.電鍵K斷開后,沒有電流流過電流表GC.光電子的最大初動能為0.7eVD.改用能量為1.5eV的光子照耀,電流表G也有電流,但電流較小【解析】選A、C。該裝置所加的電壓為反向電壓,當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于0.7V時,電流表示數(shù)為0,可知光電子的最大初動能為0.7eV,依據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm=hν-W0得,W0=1.8eV,故A、C正確;電鍵K斷開后,用光子能量為2.5eV的光照耀到光電管上時發(fā)生了光電效應(yīng),有光電子逸出,則有電流流過電流表,故B錯誤;改用能量為1.5eV的光子照耀,由于光子的能量小于逸出功,不能發(fā)生光電效應(yīng),無電流,故D錯誤。二、計算題(本大題共4小題,共40分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計算的要注明單位)13.(8分)質(zhì)量為m的粒子被限制在x=-到x=的區(qū)域內(nèi)運動,在它朝x軸正方向運動時,求其動量測量值的最小不確定范圍Δpx?！窘馕觥坑深}意知:Δx=l, (2分)由不確定關(guān)系Δx·Δpx≥, (2分)得Δpx≥=。 (2分)因此,動量測量值的最小不確定范圍Δpx=。 (2分)答案:14.(8分)A、B兩種光子的能量之比為2∶1,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能分別為EA、EB,求A、B兩種光子的動量之比和該金屬的逸出功。【解析】光子能量ε=hν,動量p=, (1分)且ν=,得p=, (1分)則pA∶pB=2∶1, (2分)A照耀時,光電子的最大初動能EA=εA-W0, (1分)同理EB=εB-W0。 (1分)又εA=2εB,解得W0=EA-2EB。 (2分)答案:2∶1EA-2EB【總結(jié)提升】光電效應(yīng)問題的解答技巧(1)利用光電效應(yīng)規(guī)律解題,關(guān)鍵是在理解的基礎(chǔ)上嫻熟地記住光電效應(yīng)規(guī)律,光電效應(yīng)試驗規(guī)律可理解記憶為:“放(出光電子)不放,看光限(入射光的極限頻率);放多少(光電子),看光強;(光電子的)最大初動能(大小),看(入射光的)頻率;要放瞬時放”。(2)理解光電效應(yīng)試驗規(guī)律中的兩個關(guān)系:①光電子的最大初動能m與入射光頻率ν成一次函數(shù)關(guān)系,不是成正比。②光電流的飽和值跟入射光的強度成正比,這是因為在發(fā)生光電效應(yīng)時,汲取一個光子產(chǎn)生一個光電子,光電子個數(shù)確定了光電流強度,而光電子個數(shù)取決于入射光強度,我們簡單推得,光電流的飽和值跟入射光的強度成正比。15.(10分)如圖所示,擦得很亮的絕緣鋅板A水平固定放置,其下方水平放有接地的銅板B,兩板間距離為d,兩板面積均為S,正對面積為S′,且S>S′。當(dāng)用弧光燈照耀鋅板上表面后,A、B板間一帶電液滴恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)。試分析:(1)液滴帶何種電荷?(2)用弧光燈再照耀A板上表面,液滴做何種運動?(3)要使液滴向下運動,應(yīng)實行哪些措施?【解析】(1)鋅板受弧光燈照耀發(fā)生光電效應(yīng),有光電子從鋅板A的上表面逸出,而使A板帶正電荷,接地的銅板B由于靜電感應(yīng)而帶負(fù)電,A、B板間形成方向向下的勻強電場,由液滴處于靜止?fàn)顟B(tài)知qE=mg,所以液滴帶負(fù)電荷。 (3分)(2)當(dāng)再用弧光燈照耀A板上表面時,光電效應(yīng)接著發(fā)生,使A板所帶正電荷增加,A、B板間場強增加,所以qE>mg,液滴向上運動。 (3分)(3)要使液滴向下運動,即mg>qE,mg和q不變,則必需使E變小。因A板電荷量Q不變,則當(dāng)B板向右移動,增大兩板正對面積時,電容增大,兩板間電勢差減小,而d不變,故場強E變小,qE<mg,則液滴向下運動。 (4分)答案:(1)負(fù)電荷(2)向上運動(3)將B板向右平移16.(14分)(1)氫原子從-3.4eV的能級躍遷到-0.85eV的能級時,是放射還是汲取光子?這種光子的波長是多少(計算結(jié)果取一位有效數(shù)字)?(2)如圖中光電管用金屬材料銫制成,電路中定值電阻R0=0.75Ω,電源電動勢E=1.5V,內(nèi)阻r=0.25Ω,圖中電路在D點交叉,但不相連。R為變阻器,O是變阻器的中間抽頭,位于變阻器的正中心,P為滑動端。從變阻器的兩端點a、b可測得其總阻值為14Ω。當(dāng)用上述氫原子兩能級間躍遷而放射出來的光照耀圖中的光電管,欲使電流計G中電流為零,變阻器aP間阻值應(yīng)為多大?已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s,金屬銫的逸出功為1.9eV?！窘馕觥?1)因氫原子是從低能級向高能級躍遷,故應(yīng)是汲取光子。 (2分)汲取能量為3.4eV-0.85e