2019-2020年高中物理 第17章 波粒二象性限時(shí)測(cè)試題 新人教版選修3-5一、選擇題(共10小題，每小題4分，共40分，在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，第16小題只有一個(gè)選項(xiàng)符合題目要求，第710小題有多個(gè)選項(xiàng)符合題目要求，全部選對(duì)的得4分，選不全的得2分，有選錯(cuò)或不答的得0分)1下列描繪兩種溫度下黑體輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)關(guān)系的圖中，符合黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律的是()答案：A解析：由黑體實(shí)驗(yàn)規(guī)律知溫度越高，輻射越強(qiáng)，且最大強(qiáng)度向波長(zhǎng)小的方向移動(dòng)，A對(duì)，B、C、D錯(cuò)。2(河北承德一中xxxx學(xué)年高二下學(xué)期檢測(cè))下列各種說法中錯(cuò)誤的有()A普朗克在研究黑體的熱輻射問題中提出了能量子假說B一束光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應(yīng)，是因?yàn)樵撌獾恼丈鋾r(shí)間太短C在光的單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，狹縫越窄，光子動(dòng)量的不確定量越大D任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體，無論是大到太陽、地球，還是小到電子、質(zhì)子，都與一種波相對(duì)應(yīng)，這就是物質(zhì)波，物質(zhì)波是概率波答案：B解析：普朗克在研究黑體的熱輻射問題中提出了能量子假說，故A正確；一束光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應(yīng)，是因?yàn)樵撌獾念l率小于極限頻率，故B錯(cuò)誤；光的單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，狹縫越窄，光子動(dòng)量的不確定量越大，故C正確；任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體，都與一種波相對(duì)應(yīng)，這就是物質(zhì)波，物質(zhì)波是概率波，故D正確。3在演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，原來不帶電的一塊鋅板與靈敏驗(yàn)電器相連，用弧光燈照射鋅板時(shí)，驗(yàn)電器的指針張開了一個(gè)角度，如圖所示，這時(shí)()A鋅板帶正電，指針帶負(fù)電B鋅板帶正電，指針帶正電C鋅板帶負(fù)電，指針帶負(fù)電D鋅板帶負(fù)電，指針帶正電答案：B解析：發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)有電子從鋅板上跑出來，使鋅板及驗(yàn)電器的指針都帶正電，B正確。4一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子，由靜止開始經(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.BC.D答案：C解析：設(shè)加速后的速度為v，由動(dòng)能定理得：qUmv2所以v由德布羅意波長(zhǎng)公式：5(寧波效實(shí)中學(xué)xxxx學(xué)年高二下學(xué)期期末)人眼對(duì)綠光最為敏感，正常人的眼睛接收到波長(zhǎng)為530nm的綠光時(shí)，只要每秒有6個(gè)綠光的光子射入瞳孔，眼睛就能察覺，普朗克常量為6.631034Js，光速為3.0108m /s，則人眼能察覺到綠光時(shí)所接收到的最小功率是()A2.31018WB3.81019WC7.01010WD1.21018W答案：A解析：每秒有6個(gè)綠光的光子射入瞳孔，所以察覺到綠光所接收到最小功率為PW 2.31018W。6.(北京東城區(qū)xxxx學(xué)年高二下學(xué)期期末)實(shí)驗(yàn)得到金屬鈣的光電子的最大初動(dòng)能Ekm與入射光頻率的關(guān)系如圖所示。下表中列出了幾種金屬的截止頻率和逸出功，參照下表可以確定的是()金屬鎢鈣鈉截止頻率0/Hz10.957.735.53逸出功W/eV4.543.202.29A.如用金屬鎢做實(shí)驗(yàn)得到的Ekm圖線也是一條直線，其斜率比圖中直線的斜率大B如用金屬鈉做實(shí)驗(yàn)得到的Ekm圖線也是一條直線，其斜率比圖中直線的斜率大C如用金屬鈉做實(shí)驗(yàn)得到的Ekm圖線也是一條直線，設(shè)其延長(zhǎng)線與縱軸交點(diǎn)的坐標(biāo)為(0，Ek2)，則Ek2<Ek1D如用金屬鎢做實(shí)驗(yàn)，當(dāng)入射光的頻率<1時(shí)，可能會(huì)有光電子逸出答案：C解析：由光電效應(yīng)方程EkmhW可知Ekm圖線是直線，且斜率相同，A、B錯(cuò)，由表中所列的截止頻率和逸出功數(shù)據(jù)可知C正確，D錯(cuò)誤。7(諸城一中xxxx學(xué)年高二下學(xué)期期中)xx年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了兩名美國(guó)科學(xué)家，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射的黑體譜形狀及其溫度在不同方向上的微小變化。他們的出色工作被譽(yù)為是宇宙學(xué)研究進(jìn)入精密科學(xué)時(shí)代的起點(diǎn)。下列與宇宙微波背景輻射黑體譜相關(guān)的說法中正確的是()A微波是指波長(zhǎng)在103m到10m之間的電磁波B微波和聲波一樣都只能在介質(zhì)中傳播C黑體的熱輻射實(shí)際上是電磁輻射D普朗克在研究黑體的熱輻射問題中提出了能量子假說答案：ACD解析：微波是電磁波，其波長(zhǎng)范圍為103m到10m之間，微波能在真空中傳播，故A對(duì)，B錯(cuò)；普朗克在研究黑體輻射時(shí)最早提出了能量子假說，他認(rèn)為能量是一份一份的，每一份是一個(gè)能量子，黑體輻射本質(zhì)上是電磁輻射，故C、D正確。8.用同一光電管研究a、b兩種單色光產(chǎn)生的光電效應(yīng)，得到光電流I與光電管兩極間所加電壓U的關(guān)系如圖。則這兩種光()A照射該光電管時(shí)a光使其逸出的光電子最大初動(dòng)能大B從同種玻璃射入空氣發(fā)生全反射時(shí)，a光的臨界角大C通過同一裝置發(fā)生雙縫干涉，a光的相鄰條紋間距大D通過同一玻璃三棱鏡時(shí)，a光的偏折程度大答案：BC解析：由題圖知，Ekma<Ekmb，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；對(duì)同一光電管，由光電效應(yīng)方程EkmhW，知a<b，由sinC知，Ca>Cb，故選項(xiàng)B正確；由x及知，頻率越小波長(zhǎng)越長(zhǎng)，間距越大，即xa>xb，故選項(xiàng)C正確；因a<b，所以通過三棱鏡時(shí)，b的偏折程度大，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。9.如圖所示，一束復(fù)合光束c，從玻璃射向空氣，經(jīng)折射后形成光a、b兩束光線，則下列說法正確的是()Aa光光子的能量比b光光子的能量小B從玻璃射向空氣時(shí)，a光的臨界角小于b光的臨界角C若a光能發(fā)生光電效應(yīng)，b光也一定能發(fā)生光電效應(yīng)D經(jīng)同一雙縫干涉裝置得到干涉條紋，a光干涉條紋間距小答案：AC解析：由光的折射定律知a光的折射率小于b光的折射率，a光的頻率小于b光的頻率所以A對(duì)B錯(cuò)誤，C正確；a光的波長(zhǎng)大于b光的波長(zhǎng)，a光的干涉條紋間距大于b光的干涉條紋間距，D錯(cuò)。10(北京市昌平區(qū)xxxx學(xué)年高二下學(xué)期期末)以往我們認(rèn)識(shí)的光電效應(yīng)是單光子光電效應(yīng)，即一個(gè)電子在極短時(shí)間內(nèi)只吸收到一個(gè)光子而從金屬表面逸出。強(qiáng)激光的出現(xiàn)豐富了人們對(duì)于光電效應(yīng)的認(rèn)識(shí)，用強(qiáng)激光照射金屬，由于其光子密度極大，一個(gè)電子在短時(shí)間內(nèi)吸收多個(gè)光子成為可能，從而形成多光子光電效應(yīng)，這已被實(shí)驗(yàn)證實(shí)。光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置示意如圖。用頻率為的普通光源照射陰極K，沒有發(fā)生光電效應(yīng)，換同樣頻率為的強(qiáng)激光照射陰極K，則發(fā)生了光電效應(yīng)；此時(shí)，若加上反向電壓U，即將陰極K接電源正極，陽極A接電源負(fù)極，在KA之間就形成了使光電子減速的電場(chǎng)，逐漸增大U，光電流會(huì)逐漸減?。划?dāng)光電流恰好減小到零時(shí)，所加反向電壓U可能是下列的(其中W為逸出功，h為普朗克常量，e為電子電量)()AUBUCUDU2hW答案：BC解析：本題考查光電效應(yīng)方程。解題的關(guān)鍵是要明確，電子可能要吸收多個(gè)光子。由光電效應(yīng)方程可知EKnhW而eUEK，所以U(n2、3、4)，故B、C選項(xiàng)正確。第卷(非選擇題共60分)二、填空題(共3小題，共18分。把答案直接填在橫線上)11(5分)二氧化碳能很好吸收紅外長(zhǎng)波輻射，這種長(zhǎng)波輻射的波長(zhǎng)范圍約是1.431031.6103m，相應(yīng)的光子能量的范圍是_，“溫室效應(yīng)”使大氣全年的平均溫度升高，空氣溫度升高，從微觀上看就是空氣中分子的_。(已知普朗克常量h6.61034Js，真空中的光速c3.0108m/s，結(jié)果取兩位有效數(shù)字)答案：1.210221.41022J無規(guī)則運(yùn)動(dòng)(或熱運(yùn)動(dòng))更劇烈或無規(guī)則運(yùn)動(dòng)(或熱運(yùn)動(dòng))的平均動(dòng)能增大解析：由c，得，代入數(shù)據(jù)得頻率范圍為1.8810112.11011Hz，又由h得能量范圍為1.210221.41022J。由分子動(dòng)理論可知，溫度升高，物體分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)更劇烈，因此分子平均動(dòng)能增大。12(6分)(襄州一中、棗陽一中、宜城一中、曾都一中xxxx學(xué)年高二下學(xué)期期中聯(lián)考)如圖所示是使用光電管的原理圖，當(dāng)頻率為的可見光照射到陰極K上時(shí)，電流表中有電流通過。(1)當(dāng)變阻器的滑動(dòng)端P向_滑動(dòng)時(shí)(填“左”或”右”)，通過電流表的電流將會(huì)增大。(2)當(dāng)電流表電流剛減小到零時(shí)，電壓表的讀數(shù)為U，則光電子的最大初動(dòng)能為_(已知電子電荷量為e)。(3)如果不改變?nèi)肷涔獾念l率，而增加入射光的強(qiáng)度，則光電子的最大初動(dòng)能將_(填“增加”、“減小”或“不變”)。答案：左eU不變解析：(1)當(dāng)變阻器的滑動(dòng)端P向左移動(dòng)，反向電壓減小，光電子到達(dá)右端的速度變大，則通過電流表的電流變大；(2)當(dāng)電流表電流剛減小到零時(shí)，電壓表的讀數(shù)為U，根據(jù)動(dòng)能定理得，eUmv，則光電子的最大初動(dòng)能為eU；(3)根據(jù)光電效應(yīng)方程知，EkmhW0，知入射光的頻率不變，則光電子的最大初動(dòng)能不變。13(7分)深沉的夜色中，在大海上航行的船舶依靠航標(biāo)燈指引航道，如圖所示是一個(gè)航標(biāo)燈自動(dòng)控制電路的示意圖。電路中的光電管陰極K涂有可發(fā)生光電效應(yīng)的金屬。下表反映的是各種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率和極限波長(zhǎng)，又知可見光的波長(zhǎng)在400770nm(1nm109m)。各種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率和極限波長(zhǎng)：金屬銫鈉鋅銀鉑極限頻率(Hz)4.54510146.00010148.06510141.15310151.5291015極限波長(zhǎng)(m)0.66000.50000.37200.26000.1962根據(jù)上圖和所給出的數(shù)據(jù)，你認(rèn)為：(1)光電管陰極K上應(yīng)涂有金屬_；(2)控制電路中的開關(guān)S應(yīng)和_(填“a”和“b”)接觸；(3)工人在鍛壓機(jī)、沖床、鉆床等機(jī)器上勞動(dòng)時(shí)，稍有不慎就會(huì)把手壓在里面，造成工傷事故。如果將上述控制電路中的電燈換成驅(qū)動(dòng)這些機(jī)器工作的電機(jī)，這時(shí)電路中開關(guān)S應(yīng)和_接觸，這樣，當(dāng)工人不慎將手伸入危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，由于遮住了光線，光控繼電器銜鐵立即動(dòng)作，使機(jī)床停止工作，避免事故發(fā)生。答案：(1)銫(2)b(3)a解析：(1)依題意知，可見光的波長(zhǎng)范圍為400109770109m。而金屬銫的波長(zhǎng)為0.6600106m660109m，因此，光電管陰極K上應(yīng)涂金屬銫。(2)深沉的夜色中，線圈中無電流，銜鐵與b接觸，船舶依靠航標(biāo)燈指引航道，所以控制電路中的開關(guān)S應(yīng)和b接觸。(3)若將上述控制電路中的電燈換成電機(jī)，在手遮住光線之前，電機(jī)應(yīng)是正常工作的，此時(shí)銜鐵與a接觸，所以電路中的開關(guān)S應(yīng)和a接觸。三、論述計(jì)算題(共4小題，共42分。解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟，只寫出最后答案不能得分，有數(shù)值計(jì)算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位)14(9分)2012年8月10日美國(guó)名將梅里特在倫敦奧運(yùn)會(huì)110m欄比賽中，以12秒92的成績(jī)獲得冠軍。設(shè)梅里特質(zhì)量約為74kg，計(jì)算他在110m欄跑中的德布羅意波長(zhǎng)，并說明其波動(dòng)性是否明顯。答案：1.051036m，波動(dòng)性不明顯。解析：梅里特110米欄跑時(shí)對(duì)應(yīng)德布羅意波波長(zhǎng)為m1.051036m?？梢姶瞬ㄩL(zhǎng)極短，其波動(dòng)性很難表現(xiàn)出來。15(10分)如圖所示表示黑體輻射強(qiáng)度隨波長(zhǎng)的變化圖線。根據(jù)熱輻射理論，輻射強(qiáng)度的極大值所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)m與熱力學(xué)溫度之間存在如下關(guān)系：mT 2.90103mK。求：(1)T15000K所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)；(2)用T15000K所對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的光照射逸出功為W04.54eV的金屬鎢，能否發(fā)生光電效應(yīng)？若能，逸出光電子的最大初動(dòng)能是多少？答案：(1)1.93107m(2)能1.90eV解析：(1)由公式mT2.90103mK得mm1.93107m(2)波長(zhǎng)m1.93107m的光子能量EheV6.44eV因E>W0，故能發(fā)生光電效應(yīng)。由光電效應(yīng)方程EkhW0，得Ek(6.444.54)eV1.90eV。16(11分)具有波長(zhǎng)0.71的倫琴射線使金箔發(fā)射光電子，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rB1.88104mT，試求：(1)光電子的最大初動(dòng)能；(2)金屬的逸出功；(3)該電子的物質(zhì)波的波長(zhǎng)是多少？答案：(1)3.1103eV(2)1.44104eV(3)2.21011m解析：(1)電子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力為洛倫茲力mevB，所以v電子的最大初動(dòng)能Ekmv2J4.971016J3.1103eV(2)入射光子的能量EhheV1.75104eV根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程得逸出功WhEk1.44104eV(3)物質(zhì)波的波長(zhǎng)為m2.21011m17(12分)(濰坊二中xxxx學(xué)年高二下學(xué)期檢測(cè))如圖所示是測(cè)定光電效應(yīng)產(chǎn)生的光電子比荷的實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)圖：兩塊平行板相距為d，放在真空容器中，其中N金屬板受光線照射時(shí)發(fā)射出沿不同方向運(yùn)動(dòng)的光電子，形成電流，從而引起電流表指針偏轉(zhuǎn)。若調(diào)節(jié)R，逐漸增大極板間電壓，可以發(fā)現(xiàn)電流逐漸減小，當(dāng)電壓表示數(shù)為U時(shí)，電流恰好為零；斷開開關(guān)，在MN間加上垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，逐漸增大磁感應(yīng)強(qiáng)度，也能使電流為零。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B時(shí)，電流恰好為零。由此可算得光電子的比荷e/m為多少？答案：解析：由于當(dāng)電壓表示數(shù)為U時(shí)，電流恰好為零，所以光電子的最大初動(dòng)能為EkmveU；又?jǐn)嚅_開關(guān)，在MN間加上垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，逐漸增大磁感應(yīng)強(qiáng)度，也能使電流為零。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B時(shí)，電流恰好為零，所以當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B時(shí)，具有最大初動(dòng)能的電子做圓周運(yùn)動(dòng)的直徑剛好為兩塊平行板的間距d，根據(jù)向心力公式即有Bev0，由此可算得光電子的比荷。