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

PAGE8-單元素養(yǎng)評(píng)價(jià)(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(shí)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(zhǎng)光照時(shí)間 B.增大光的強(qiáng)度C.換用波長(zhǎng)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(zhǎng)較短的光頻率高,當(dāng)高于或等于極限頻率時(shí)就能發(fā)生光電效應(yīng),故C正確,A、B、D錯(cuò)誤。2.在驗(yàn)證光的波粒二象性的試驗(yàn)中,下列說法正確的是 ()A.使光子一個(gè)一個(gè)地通過狹縫,如時(shí)間足夠長(zhǎng),底片上將會(huì)顯示衍射圖樣B.單個(gè)光子通過狹縫后,底片上會(huì)出現(xiàn)完整的衍射圖樣C.光子通過狹縫的運(yùn)動(dòng)路途像水波一樣D.光的粒子性是大量光子運(yùn)動(dòng)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(dòng)性的物質(zhì),個(gè)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(dòng)性,假如時(shí)間足夠長(zhǎng),通過狹縫的光子數(shù)也就足夠多,光子的分布遵從波動(dòng)規(guī)律,底片上將會(huì)顯示出衍射圖樣,A正確、D錯(cuò)誤;單個(gè)光子通過狹縫后,路徑是隨機(jī)的,底片上不會(huì)出現(xiàn)完整的衍射圖樣,B、C錯(cuò)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(zhǎng)長(zhǎng)B.動(dòng)能相等的電子和質(zhì)子,電子的波長(zhǎng)短C.動(dòng)量相等的電子和中子,中子的波長(zhǎng)短D.甲電子速度是乙電子的3倍,甲電子的波長(zhǎng)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(xiàng)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(qiáng)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(qiáng)子,有的帶電,有的不帶電,故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;夸克模型是探討強(qiáng)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(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確。5.(2024·南平高二檢測(cè))探討光電效應(yīng)的電路如圖所示。用頻率相同、強(qiáng)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(qiáng)度不同,但光的頻率相同,則光電子的最大初動(dòng)能相同,所以遏止電壓相同;又因當(dāng)入射光強(qiáng)時(shí),單位時(shí)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(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)與入射光強(qiáng)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(dòng)能大D.對(duì)某一種金屬,入射光的波長(zhǎng)必需小于極限波長(zhǎng)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(dòng)能與光照頻率有關(guān)。要使逸出光電子的最大初動(dòng)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(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),運(yùn)行軌道的半徑是隨意的B.光電效應(yīng)試驗(yàn)說明白光具有粒子性C.電子束通過鋁箔時(shí)的衍射圖樣證明白電子具有波動(dòng)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(xiàng)A錯(cuò)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(dòng)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(gè)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(chǎng)加速后(加速電壓為U),該粒子的德布羅意波長(zhǎng)為 ()A. B.C. D.【解析】選C。設(shè)加速后的速度為v,由動(dòng)能定理得:qU=mv2所以v=由德布羅意波長(zhǎng)公式:λ===9.有人設(shè)想在遙遠(yuǎn)的宇宙探測(cè)時(shí),給探測(cè)器安上面主動(dòng)大、反射率極高(可認(rèn)為100%)的薄膜,并讓它正對(duì)太陽,用光壓為動(dòng)力推動(dòng)探測(cè)器加速。已知探測(cè)器在某軌道上運(yùn)行時(shí),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(cè)器總質(zhì)量為M=60kg,光速c=3.0×108m/s,那么下列最接近探測(cè)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(dòng)量。光子動(dòng)量的計(jì)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(shí)間內(nèi)射到探測(cè)器上的光子,對(duì)其應(yīng)用動(dòng)量定理可知FΔt=·,得F=,由牛頓第三定律得探測(cè)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(cè))從光的波粒二象性動(dòng)身,下列說法正確的是 ()A.光是高速運(yùn)動(dòng)的微觀粒子,每個(gè)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(huì)到達(dá)的地方D.在光的干涉中,亮條紋的地方是光子到達(dá)概率大的地方【解析】選B、D。光不是高速運(yùn)動(dòng)的微觀粒子,但每個(gè)光子都具有波粒二象性,故A錯(cuò)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(dá)概率大的地方,暗條紋是光子到達(dá)概率小的地方,C錯(cuò)、D正確?！炯庸逃?xùn)練】(多選)人類對(duì)光的本性的相識(shí)經(jīng)驗(yàn)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(shí)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(yàn)顯示了光具有波動(dòng)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(cuò);干涉、衍射是波的特性,光能發(fā)生干涉,說明光具有波動(dòng)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(yàn)證明白光的電磁說,C正確;光具有波動(dòng)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(yùn)動(dòng),下列說法正確的是 ()A.對(duì)于一個(gè)運(yùn)動(dòng)的電子,同時(shí)測(cè)量其位置和動(dòng)量,假如位置測(cè)量結(jié)果越精確,則動(dòng)量測(cè)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(shí)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(jí)停留時(shí)間長(zhǎng)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(shí)確定電子的位置和動(dòng)量,假如位置測(cè)量結(jié)果越精確,則動(dòng)量測(cè)量不確定量就越大,A錯(cuò)。經(jīng)典的理論所認(rèn)為的電子的軌道并不實(shí)際存在,電子在原子內(nèi)沒有確定位置,用點(diǎn)的疏密表示電子出現(xiàn)的概率分布,稱為電子云?！半娮釉啤泵枋隽穗娮釉诤怂闹艹霈F(xiàn)的概率密度,B、D正確。由能量和時(shí)間的不確定性關(guān)系,電子在能量不確定范圍小的能級(jí)停留時(shí)間長(zhǎng),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(shí),電流表G的讀數(shù)為0.2mA。移動(dòng)變阻器的觸點(diǎn)c,當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于0.7V時(shí),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(dòng)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(shí),電流表示數(shù)為0,可知光電子的最大初動(dòng)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(shí)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(cuò)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(cuò)誤。二、計(jì)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(jì)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(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】由題意知:Δx=l, (2分)由不確定關(guān)系Δx·Δpx≥, (2分)得Δpx≥=。 (2分)因此,動(dòng)量測(cè)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(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?！窘馕觥抗庾幽芰喀?hν,動(dòng)量p=, (1分)且ν=,得p=, (1分)則pA∶pB=2∶1, (2分)A照耀時(shí),光電子的最大初動(dòng)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(yàn)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(qiáng);(光電子的)最大初動(dòng)能(大小),看(入射光的)頻率;要放瞬時(shí)放”。(2)理解光電效應(yīng)試驗(yàn)規(guī)律中的兩個(gè)關(guān)系:①光電子的最大初動(dòng)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(qiáng)度成正比,這是因?yàn)樵诎l(fā)生光電效應(yīng)時(shí),汲取一個(gè)光子產(chǎn)生一個(gè)光電子,光電子個(gè)數(shù)確定了光電流強(qiáng)度,而光電子個(gè)數(shù)取決于入射光強(qiáng)度,我們簡(jiǎn)單推得,光電流的飽和值跟入射光的強(qiáng)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(duì)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(yùn)動(dòng)?(3)要使液滴向下運(yùn)動(dòng),應(yīng)實(shí)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(qiáng)電場(chǎng),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(shí),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(chǎng)強(qiáng)增加,所以qE>mg,液滴向上運(yùn)動(dòng)。 (3分)(3)要使液滴向下運(yùn)動(dòng),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(dòng),增大兩板正對(duì)面積時(shí),電容增大,兩板間電勢(shì)差減小,而d不變,故場(chǎng)強(qiáng)E變小,qE<mg,則液滴向下運(yùn)動(dòng)。 (4分)答案:(1)負(fù)電荷(2)向上運(yùn)動(dòng)(3)將B板向右平移16.(14分)(1)氫原子從-3.4eV的能級(jí)躍遷到-0.85eV的能級(jí)時(shí),是放射還是汲取光子?這種光子的波長(zhǎng)是多少(計(jì)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(dòng)勢(shì)E=1.5V,內(nèi)阻r=0.25Ω,圖中電路在D點(diǎn)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(dòng)端。從變阻器的兩端點(diǎn)a、b可測(cè)得其總阻值為14Ω。當(dāng)用上述氫原子兩能級(jí)間躍遷而放射出來的光照耀圖中的光電管,欲使電流計(jì)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(jí)向高能級(jí)躍遷,故應(yīng)是汲取光子。 (2分)汲取能量為3.4eV-0.85e