2024-2025學(xué)年高中物理第十七章波粒二象性綜合評估含解析新人教版選修3-5

PAGEPAGE8波粒二象性時間：90分鐘分值：100分一、選擇題(1～7題為單選，8～10題為多選，每小題4分，共40分)1．硅光電池是利用光電效應(yīng)將光輻射的能量轉(zhuǎn)化為電能．若有N個波長為λ0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)(B)A．heq\f(c,λ0) B．Nheq\f(c,λ0)C．Nhλ0 D．2Nhλ0解析：一個光電子的能量ε＝hν＝heq\f(c,λ0)，則N個光子的總能量E＝Nheq\f(c,λ0)，選項B正確．2．關(guān)于康普頓效應(yīng)，下列說法正確的是(C)A．康普頓效應(yīng)證明光具有波動性B．康普頓在探討石墨對X射線的散射時發(fā)覺，在散射的X射線中，有些波長變短了C．康普頓在探討石墨對X射線的散射時發(fā)覺，在散射的X射線中，有些波長變長了D．康普頓效應(yīng)可用經(jīng)典電磁理論進(jìn)行說明解析：康普頓效應(yīng)證明光具有粒子性，選項A錯誤；康普頓在探討石墨對X射線的散射時發(fā)覺，在散射的X射線中，有些波長變長了，選項B錯誤，C正確；用經(jīng)典電磁理論來說明康普頓效應(yīng)遇到了困難，康普頓借助于光子理論，使其得到了圓滿的說明，選項D錯誤．3．在自然界生態(tài)系統(tǒng)中，蛇與老鼠和其他生物通過養(yǎng)分關(guān)系構(gòu)成食物鏈，在維持生態(tài)平衡方面發(fā)揮著重要作用．蛇是老鼠的天敵，它是通過接收熱輻射來發(fā)覺老鼠的．假設(shè)老鼠的體溫約37℃，它發(fā)出的最強的熱輻射的波長為λmin.依據(jù)熱輻射理論，λmin與輻射源的肯定溫度T的關(guān)系近似為Tλmin＝2.90×10－3m·K，則老鼠發(fā)出的最強的熱輻射的波長為(B)A．7.8×10－5m B．9.4×10－6mC．1.16×10－4m D．9.7×10－8m解析：由Tλmin＝2.90×10－3m·K可得，老鼠發(fā)出最強的熱輻射的波長為λmin＝eq\f(2.90×10－3,T)m＝eq\f(2.90×10－3,273＋37)m≈9.4×10－6m，B正確．4．用很弱的光做雙縫干涉試驗，把入射光減弱到可以認(rèn)為光源和感光膠片之間不行能同時有兩個光子存在的程度，如圖所示是不同數(shù)量的光子照耀到感光膠片上得到的照片．這些照片說明(D)A．光只有粒子性沒有波動性B．光只有波動性沒有粒子性C．少量光子的運動顯示波動性，大量光子的運動顯示粒子性D．少量光子的運動顯示粒子性，大量光子的運動顯示波動性解析：光具有波粒二象性，這些照片說明少量光子的運動顯示粒子性，大量光子的運動顯示波動性，故正確選項為D．5．如圖所示，在探討光電效應(yīng)的試驗中，發(fā)覺用肯定頻率的A單色光照耀光電管時，電流表指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而用另一頻率的B單色光照耀光電管時不發(fā)生光電效應(yīng)，則(C)A．A光的強度大于B光的強度B．B光的頻率大于A光的頻率C．用A光照耀光電管時流過電流表G的電流方向是由a流向bD．用A光照耀光電管時流過電流表G的電流方向是由b流向a解析：依據(jù)產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件可知選項A、B均錯誤；電流的方向與正電荷定向移動的方向相同，與負(fù)電荷定向移動的方向相反，故選項C正確，D錯誤．6．關(guān)于光電效應(yīng)，下列幾種表述中正確的是(D)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(guān)C．用不行見光照耀金屬肯定比用可見光照耀同種金屬產(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”，入射光的波長必需小于這個波長，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)解析：金屬的極限頻率由該金屬確定，與入射光的頻率無關(guān)，光電流的大小隨入射光強度增大而增大，選項A、B錯誤；不行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(yīng)，故正確選項為D．7.探討光電效應(yīng)規(guī)律的試驗裝置如圖所示，以頻率為ν的光照耀光電管陰極K時，有光電子產(chǎn)生．由于光電管K、A間加的是反向電壓，光電子從陰極K放射后將向陽極A做減速運動．光電流i由圖中電流計G測出，反向電壓U由電壓表V測出．當(dāng)電流計的示數(shù)恰好為零時，電壓表的示數(shù)稱為遏止電壓UC．在下列表示光電效應(yīng)試驗規(guī)律的圖象中，錯誤的是(B)解析：光電流與入射光強度成正比．遏止電壓Uc與入射光頻率的關(guān)系圖象是一條不過坐標(biāo)原點的傾斜直線．反向電壓增大，光電流減小，超過遏止電壓Uc，光電流為零．光電效應(yīng)發(fā)生時間極短．8．電子的運動受波動性支配，對氫原子的核外電子，下列說法正確的是(ABD)A．電子繞核運動的“軌道”其實是沒有意義的B．電子軌道只不過是電子出現(xiàn)的概率比較大的位置C．電子繞核運動時電子邊運動邊振動D．電子在核外的位置是不確定的解析：依據(jù)微觀粒子的運動特點推斷．9．如圖所示是某金屬在光的照耀下，光電子最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖象，由圖象可知(AB)A．該金屬的逸出功等于EB．該金屬的逸出功等于hν0C．入射光的頻率為ν0時，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為ED．入射光的頻率為2ν0時，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為2E解析：題中圖象反映了光電子的最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系，依據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，知當(dāng)入射光的頻率恰為該金屬的截止頻率ν0時，光電子的最大初動能Ek＝0，此時有hν0＝W0，即該金屬的逸出功等于hν0，選項B正確；依據(jù)圖線的物理意義，有W0＝E，故選項A正確，而選項C、D錯誤．10．波粒二象性是微觀世界的基本特征，以下說法正確的有(AB)A．光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光的粒子性B．熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說明中子具有波動性C．黑體輻射的試驗規(guī)律可用光的波動性說明D．動能相等的質(zhì)子和電子，它們的德布羅意波長也相等解析：黑體輻射引發(fā)了普朗克的光量子假說，C錯誤；由λ＝eq\f(h,p)，p＝eq\r(2mEk)，得λ＝eq\f(h,\r(2mEk))，動能相等的質(zhì)子和電子質(zhì)量相差許多，所以德布羅意波長不相等，D錯誤．二、填空題(共4小題，每小題5分，共20分)11．光子說是愛因斯坦為說明光電效應(yīng)而提出的，依據(jù)光子說，光子的能量是由光的頻率確定的，光的強度是指在垂直于光的傳播方向上單位時間內(nèi)通過單位面積的能量．解析：光子說是愛因斯坦提出來的，光子說認(rèn)為光子的能量是由光的頻率確定的，即ε＝hν.光的強度是指在垂直于光的傳播方向上單位時間內(nèi)通過單位面積的能量．12．太陽能干脆轉(zhuǎn)換的基本原理是利用光電效應(yīng)，將太陽能轉(zhuǎn)換成電能．如圖所示是測定光電流的電路簡圖，光電管加正向電壓．(1)入射光應(yīng)照在B極上．(選填“A”或“B”)(2)電流表讀數(shù)是10μA，則每秒鐘從光電管陰極放射出的光電子至少是6.25×1013個．解析：(1)光應(yīng)照在B極上．(2)設(shè)電子個數(shù)為n，則I＝ne，所以n＝eq\f(10×10－6,1.6×10－19)＝6.25×1013(個)．13．某光電管的陰極是用金屬鉀制成的，它的逸出功為2.21eV，用波長為2.5×10－7m的紫外線照耀陰極，已知真空中光速為3.0×108m/s，元電荷為1.6×10－19C，普朗克常量為6.63×10－34J·s.鉀的極限頻率為5.3×1014_Hz，該光電管放射的光電子的最大初動能是4.4×10－19_J.解析：由W0＝hνc得，極限頻率νc＝eq\f(W0,h)≈5.3×1014Hz；由光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0得，光電子的最大初動能Ek＝heq\f(c,λ)－W0≈4.4×10－19J.14．用不同頻率的光照耀某金屬均產(chǎn)生光電效應(yīng)，測量遏止電壓Uc與入射光頻率ν，得到Uc－ν圖象，如圖所示，依據(jù)圖象求出該金屬的截止頻率νc＝5.0×1014Hz，普朗克常量h＝6.4×10－34J·s.解析：光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0＝eUc，知Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)，可見在橫軸截距滿意W0＝hνc，則該金屬的截止頻率νc＝5.0×1014Hz；圖線斜率為eq\f(h,e)＝4×10－15V·s，普朗克常量h＝1.6×10－19×4×10－15J·s＝6.4×10－34J·s.三、計算題(共4小題，每小題10分，共40分)15．照相底片上的感光物質(zhì)在光照耀下能分解AgBr分子，經(jīng)沖洗后就被記錄下來(這種現(xiàn)象稱為“光化效應(yīng)”，與光電效應(yīng)類似，只有入射光光子的能量大于某一數(shù)值，才能發(fā)生)．已知分解一個AgBr分子所需的最小能量約為1.0×10－19J，求這種照相底片感光的截止波長(即它能記錄的光的最大波長值)．答案：1.99×10－6m解析：由ε＝hν＝heq\f(c,λ)，得λ＝eq\f(hc,ε)≈1.99×10－6m.16．用頻率為ν的光照耀光電管陰極時，產(chǎn)生的光電流隨陽極與陰極間所加電壓的改變規(guī)律如圖所示，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(yīng)的極限頻率ν0.答案：(1)eUc(2)ν－eq\f(eUc,h)解析：(1)Ekm＝eUC．(2)由光電效應(yīng)方程得Ekm＝hν－W其中W＝hν0解得ν0＝ν－eq\f(eUc,h).17．某同學(xué)采納如圖所示的電路探討光電效應(yīng)，用某單色光照耀光電管的陰極K時，會發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象．閉合開關(guān)S，在陽極A和陰極K之間加上反向電壓，通過調(diào)整滑動變阻器的滑片漸漸增大電壓，直至電流計中電流恰為零，此時電壓表的示數(shù)Uc稱為遏止電壓．依據(jù)遏止電壓，可以計算出光電子的最大初動能Ekm.現(xiàn)分別用頻率為ν1和ν2的單色光照耀陰極K，測得遏止電壓分別為Uc1和Uc2，設(shè)電子的比荷為eq\f(e,m).(1)求陰極K所用金屬的極限頻率νc；(2)用題目中所給條件表示普朗克常量h.答案：(1)eq\f(Uc1ν2－Uc2ν1,Uc1－Uc2)(2)h＝eq\f(eUc1－eUc2,ν1－ν2)解析：(1)由于陽極A和陰極K之間所加電壓為反向電壓，由動能定理有：－eUc1＝0－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,m1)－eUc2＝0－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,m2)由光電效應(yīng)方程有：eq\f(1,2)mveq\o\al(2,m1)＝hν1－W0eq\f(1,2)mveq\o\al(2,m2)＝hν2－W0其中W0＝hνc解得：νc＝eq\f(Uc1ν2－Uc2ν1,Uc1－Uc2).(2)由題意有：eUc1＝hν1－W0eUc2＝hν2－W0解得：h＝eq\f(eUc1－eUc2,ν1－ν2).18．已知eq\f(h,4π)＝5.3×10－35J·s，試求下列狀況中速度測定的不確定量．(1)一個球的質(zhì)量m＝1.0kg，測定其位置的不確定量為10－6m；(2)電子的質(zhì)量me＝9.0×10－31kg，測定其位置的不確定量為10－10m(即原子的數(shù)量級)．答案：(1)5.3×10－