【名師一號(hào)】2021年新課標(biāo)版物理選修3-5-《波粒二象性》章末測(cè)試

《波粒二象性》章末測(cè)試(時(shí)間：60分鐘滿分：100分)一、選擇題(每小題4分，共40分，把正確選項(xiàng)前的字母填在題后的括號(hào)內(nèi))1．關(guān)于黑體輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系，下圖正確的是()ABCD解析依據(jù)黑體輻射的試驗(yàn)規(guī)律：隨溫度上升，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加，故圖線不會(huì)有交點(diǎn)，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤．另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值會(huì)向波長(zhǎng)較短方向移動(dòng)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確．答案B2．兩束能量相同的色光，都垂直地照射到物體表面，第一束光在某段時(shí)間內(nèi)打在物體上的光子數(shù)與其次束光在相同時(shí)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(zhǎng)之比分別為()A．4:54:5 B．5:44:5C．5:45:4 D．4:55:4解析由E＝nε得，能量相同時(shí)n與ε成反比，所以光子能量eq\f(ε1,ε2)＝eq\f(n2,n1)＝eq\f(4,5)，又依據(jù)ε＝hν＝eq\f(hc,λ)，eq\f(ε1,ε2)＝eq\f(λ2,λ1)，即eq\f(λ1,λ2)＝eq\f(ε2,ε1)＝eq\f(5,4).答案D3．近年來，數(shù)碼相機(jī)幾近家喻戶曉，用來衡量數(shù)碼相機(jī)性能的一個(gè)格外重要的指標(biāo)就是像素，1像素可理解為光子打在光屏上的一個(gè)亮點(diǎn)，現(xiàn)知300萬(wàn)像素的數(shù)碼相機(jī)拍出的照片比30萬(wàn)像素的數(shù)碼相機(jī)拍出的等大的照片清楚得多，其緣由可以理解為()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(dòng)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(dòng)性解析由題意知像素越高形成照片的光子數(shù)越多，表現(xiàn)的波動(dòng)性越強(qiáng)，照片越清楚，D項(xiàng)正確．答案D4．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(gè)頻率為ν的光子打在光電池極板上，這些光子的總能量為()A．hν B.eq\f(1,2)NhνC．Nhν D．2Nhν答案C5．某光波射到一逸出功為W0的光電材料表面，所產(chǎn)生的光電子在垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的最大半徑為r，則該光的頻率為(設(shè)電子的質(zhì)量為m、帶電量為e、普朗克常量為h)()A.eq\f(W0,h) B.eq\f(e2B2r2,2mh)C.eq\f(W0,h)＋eq\f(e2B2r2,2mh) D.eq\f(W0,h)－eq\f(e2B2r2,2mh)解析光電效應(yīng)方程，eq\f(1,2)mv2＝hν－W0向心力公式evB＝eq\f(mv2,r)兩式聯(lián)立可得ν＝eq\f(W0,h)＋eq\f(e2B2r2,2mh)，故C選項(xiàng)正確．答案C6．(多選題)用極微弱的可見光做雙縫干涉試驗(yàn)，隨著時(shí)間的增加，在屏上先后消滅如圖甲、乙、丙所示的圖像，則()A．圖像甲表明光具有粒子性B．圖像丙表明光具有波動(dòng)性C．用紫外光觀看不到類似的圖像D．試驗(yàn)表明光是一種概率波解析從題圖甲可以看出，少數(shù)粒子打在底片上的位置是隨機(jī)的，沒有規(guī)律性，顯示出粒子性；而題圖丙是大量粒子曝光的效果，遵循了肯定的統(tǒng)計(jì)性規(guī)律，顯示出波動(dòng)性；單個(gè)光子的粒子性和大量粒子的波動(dòng)性就是概率波的思想．答案ABD7．用不同頻率的紫外光分別照射鎢和鋅的表面而產(chǎn)生光電效應(yīng)，可得到光電子的最大初動(dòng)能Ek隨入射光頻率ν變化的Ek－ν圖象．已知鎢的逸出功是3.28eV，鋅的逸出功是3.34eV，若將二者的圖線畫在同一個(gè)坐標(biāo)系中，以實(shí)線表示鎢，虛線表示鋅，則下圖中正確反映這一過程的是()解析由Ek＝hν－W0可知，Ek和ν的圖線的斜率表示h，故兩直線應(yīng)為平行的傾斜直線，不同金屬的逸出功不同(hνc＝W0，νc為截止頻率，即與ν軸的截距)，鎢的逸出功小于鋅的逸出功，故A選項(xiàng)正確．答案A8.利用光電管爭(zhēng)辯光電效應(yīng)的試驗(yàn)如圖所示，用頻率為ν的可見光照射陰極K，電流表中有電流通過，則()A．用紫外線照射，電流表不肯定有電流通過B．用紅外線照射，電流表肯定無電流通過C．用頻率為ν的可見光照射K，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭移到a端，電流表中肯定無電流通過D．用頻率為ν的可見光照射K，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭向b端滑動(dòng)時(shí)，電流表示數(shù)可能不變解析由于紫外線的頻率比可見光的頻率高，所以紫外線照射時(shí)，電流表中肯定有電流通過，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；因不知陰極K的截止頻率，所以用紅外線照射時(shí)，不肯定發(fā)生光電效應(yīng)，所以B選項(xiàng)錯(cuò)誤；即使UAK＝0，電流表中仍有電流，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；當(dāng)滑動(dòng)變阻器觸點(diǎn)向b端滑動(dòng)時(shí)，UAK增大，光電流可能會(huì)增大，當(dāng)達(dá)到飽和電流時(shí)，再增加UAK，電流也不會(huì)再增大，所以D選項(xiàng)正確．答案D9．光子不僅具有能量還具有動(dòng)量，光照射到某個(gè)面上就會(huì)產(chǎn)生壓力．人們?cè)O(shè)想在火星探測(cè)器上安裝面積很大的薄膜，正對(duì)著太陽(yáng)光，靠太陽(yáng)光在薄膜上產(chǎn)生的壓力推動(dòng)探測(cè)器前進(jìn)．第一次安裝的是反射率極高的薄膜，其次次安裝的是吸取率極高的薄膜．那么()A．安裝反射率極高的薄膜，探測(cè)器的加速度大B．安裝吸取率極高的薄膜，探測(cè)器的加速度大C．兩種狀況下，由于探測(cè)器的質(zhì)量一樣，探測(cè)器的加速度大小相同D．兩種狀況下，探測(cè)器的加速度大小無法比較解析本題考查動(dòng)量守恒和牛頓第三定律，具有肯定的綜合性．若膜的反射率極高，則光子與其作用后，動(dòng)量轉(zhuǎn)變較大，即薄膜對(duì)光子的作用力較大，依據(jù)牛頓第三定律，光子對(duì)薄膜的作用也較大，因此，探測(cè)器可獲得較大的加速度，故選項(xiàng)A正確．答案A10．(多選題)如圖所示是某金屬在光的照射下，光電子最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖象，由圖象可知()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(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為ED．入射光的頻率為2ν0時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為2E解析題中圖象反映了光電子的最大初動(dòng)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νc時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能Ek＝0，此時(shí)有hνc＝W0，即該金屬的逸出功等于hνc，選項(xiàng)B正確．依據(jù)圖線的物理意義，有W0＝E，故選項(xiàng)A正確，而選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤．答案AB二、試驗(yàn)題(8分)11．如圖所示，一靜電計(jì)與鋅板相連，在A處用一弧光燈照射鋅板，關(guān)燈后，指針保持肯定偏角．(1)現(xiàn)用一帶負(fù)電的金屬小球與鋅板接觸，則靜電計(jì)指針偏角將________(填“增大”、“減小”或“不變”)．(2)使靜電計(jì)指針回到零，再用相同強(qiáng)度的鈉燈發(fā)出的黃光照射鋅板，靜電計(jì)指針無偏轉(zhuǎn)，那么，若改用強(qiáng)度更大的紅外線照射鋅板，可觀看到靜電計(jì)指針________(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(yīng)，有光電子飛出，鋅板帶正電，將一帶負(fù)電的金屬小球與鋅板接觸，將鋅板上的正電荷中和一部分，鋅板所帶正電量削減，則靜電計(jì)指針偏角將變小．(2)用黃光照射不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則黃光頻率低于截止頻率，而紅光的頻率低于黃光頻率，即也低于鋅板發(fā)生光電效應(yīng)的截止頻率，靜電計(jì)指針不偏轉(zhuǎn)．答案(1)減小(2)無三、計(jì)算題(包括4小題，共52分，要求寫出必要的說明和解題步驟，有計(jì)算的要注明單位)12．(10分)如圖所示為證明電子波存在的試驗(yàn)裝置，從F上飄出的熱電子可認(rèn)為初速度為零，所加加速電壓U＝104V，電子質(zhì)量為m＝0.91×10－30kg.電子被加速后通過小孔K1和K2解析電子在電場(chǎng)中加速由動(dòng)能定理得eU＝eq\f(1,2)mv2，得p＝mv＝eq\r(2mEk)由物質(zhì)波波長(zhǎng)λ＝eq\f(h,p)，得λ＝eq\f(6.63×10－34,\r(2×0.91×10－30×1.6×10－19×104))m＝1.23×10－11m答案1.23×10－1113．(12分)具有波長(zhǎng)λ＝0.71?的倫琴射線使金箔放射電子，電子在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)做最大半徑為r的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，已知r·B＝1.88×10－4T·m.(電子電量e＝1.6×10－19C，質(zhì)量m＝9.1×10－31(1)光電子的最大初動(dòng)能．(2)金箔的逸出功．(3)該電子的物質(zhì)波的波長(zhǎng)．解析(1)電子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由洛倫茲力供應(yīng)evB＝eq\f(mv2,r)，得v＝eq\f(erB,m)eq\f(1,2)mv2＝eq\f(e2r2B2,2m)＝eq\f(1.6×10－192×1.88×10－42,2×9.1×10－31)J≈4.97×10－16J.(2)入射光的能量E＝hν＝eq\f(hc,λ)＝eq\f(6.63×10－34×3.0×108,7.1×10－11)J＝2.80×10－15J由光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，則W0＝hν－Ek＝2.80×10－15－4.97×10－16J＝2.30×10－15J.(3)該電子運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)波的波長(zhǎng)λ1＝eq\f(h,p)＝eq\f(h,mv)＝eq\f(h,erB)＝eq\f(6.63×10－34,1.88×10－4×1.6×10－19)m≈2.20×10－11m答案(1)4.97×10－16J(2)2.30×10－15J(3)2.20×10－11m14．(14分)如圖所示，陰極K用極限波長(zhǎng)λ0＝0.66μm的金屬銫制成，用波長(zhǎng)λ＝0.50μm的綠光照射陰極K，調(diào)整兩個(gè)極板電壓，當(dāng)A板電壓比陰極高出2.5V時(shí)，光電流達(dá)到飽和，電流表示數(shù)為0.64μA.求：(1)每秒鐘陰極放射的光電子數(shù)和光電子飛出陰極時(shí)的最大初動(dòng)能．(2)假如把照射陰極綠光的光強(qiáng)增大為原來的2倍，每秒鐘陰極放射的光電子和光電子飛出陰極的最大初動(dòng)能．解析(1)光電流達(dá)到飽和時(shí)，陰極放射的光電子全部到達(dá)陽(yáng)極A，陰極每秒鐘放射的光電子個(gè)數(shù)n＝eq\f(Im·t,e)＝eq\f(0.64×10－6,1.6×10－19)個(gè)＝4.0×1012個(gè)依據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程，光電子的最大初動(dòng)能eq\f(1,2)mveq\o\al(2,m)＝hν－W＝heq\f(c,λ)－h(huán)eq\f(c,λ0)＝6.63×10－34×3×108×(eq\f(1,0.5×10－6)－eq\f(1,0.66×10－6))J＝9.6×10－20J.(2)假如照射光頻率不變，光強(qiáng)加倍，依據(jù)光電效應(yīng)試驗(yàn)規(guī)律，陰極每秒放射的光電子數(shù)n′＝2n＝8.0×1012個(gè)光電子的最大初動(dòng)能仍舊是eq\f(1,2)mveq\o\al(2,m)＝9.6×10－20J.答案(1)4.0×1012個(gè)9.6×10－20J(2)9.6×10－20J15．(16分)光子具有能量，也具有動(dòng)量．光照射到物體表面時(shí)，會(huì)對(duì)物體產(chǎn)生壓強(qiáng)，這就是“光壓\”．光壓的產(chǎn)生氣理猶如氣體壓強(qiáng)：大量氣體分子與器壁的頻繁碰撞產(chǎn)生了持續(xù)均勻的壓力，器壁在單位面積上受到的壓力就是氣體的壓強(qiáng)．設(shè)太陽(yáng)光每個(gè)光子的平均能量為E，太陽(yáng)光垂直照射地球表面時(shí)，在單位面積上的輻射功率為P0.已知光速為c，光子的動(dòng)量為E/c.(1)若太陽(yáng)光垂直照射到地球表面，則在時(shí)間t內(nèi)照射到地球表面上半徑為r的圓形區(qū)域內(nèi)太陽(yáng)光的總能量及光子個(gè)數(shù)分別是多少？(2)若太陽(yáng)光垂直照射到地球表面，在半徑為r的某圓形區(qū)域內(nèi)光子被完全反射(即全部光子均被反射，且被反射前后的能量變化可忽視不計(jì))，則太陽(yáng)光在該區(qū)域表面產(chǎn)生的光壓(用I表示光壓)是多少？(3)有科學(xué)家建議把光壓與太陽(yáng)帆的作用作為將來星際旅行的動(dòng)力來源．一般狀況下，太陽(yáng)光照射到物體表面時(shí)，一部分會(huì)被反射，還有一部分被吸取．若物體表面的反射系數(shù)為ρ，則在物體表面產(chǎn)生的光壓是全反射時(shí)產(chǎn)生光壓的eq\f(1＋ρ,2)倍．設(shè)太陽(yáng)帆的反射系數(shù)ρ＝0.8，太陽(yáng)帆為圓盤形，其半徑r＝15m，飛船的總質(zhì)量m＝100kg，太陽(yáng)光垂直照射在太陽(yáng)帆表面單位面積上的輻射功率P0＝1.4kW，已知光速c＝3.0×108m/s.利用上述數(shù)據(jù)并結(jié)合第(2)問中的結(jié)果，求：太陽(yáng)帆飛船僅在上述光壓的作用下，能產(chǎn)生的加速度大小是多少？不考慮光子被反射前后的能量變化．(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)解析(1)在時(shí)間t內(nèi)太陽(yáng)光照射到面積為S的圓形區(qū)域上的總能量E總＝P0St，解得E總＝πr2P0t.照射到此圓形區(qū)域的光子數(shù)n＝E總/E.解得n＝πr2P0t/E.(2)