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2019-2020年高中物理 第17章 波粒二象性限時測試題 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選項中，第1～6小題只有一個選項符合題目要求，第7～10小題有多個選項符合題目要求，全部選對的得4分，選不全的得2分，有選錯或不答的得0分) 1．下列描繪兩種溫度下黑體輻射強度與波長關(guān)系的圖中，符合黑體輻射實驗規(guī)律的是(　　) 答案：A 解析：由黑體實驗規(guī)律知溫度越高，輻射越強，且最大強度向波長小的方向移動，A對，B、C、D錯。 2．(河北承德一中xx～xx學(xué)年高二下學(xué)期檢測)下列各種說法中錯誤的有(　　) 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)，是因為該束光的照射時間太短 C．在光的單縫衍射實驗中，狹縫越窄，光子動量的不確定量越大 D．任何一個運動物體，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)，是因為該束光的頻率小于極限頻率，故B錯誤；光的單縫衍射實驗中，狹縫越窄，光子動量的不確定量越大，故C正確；任何一個運動物體，都與一種波相對應(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)的實驗中，原來不帶電的一塊鋅板與靈敏驗電器相連，用弧光燈照射鋅板時，驗電器的指針張開了一個角度，如圖所示，這時(　　) A．鋅板帶正電，指針帶負電 B．鋅板帶正電，指針帶正電 C．鋅板帶負電，指針帶負電 D．鋅板帶負電，指針帶正電 答案：B 解析：發(fā)生光電效應(yīng)時有電子從鋅板上跑出來，使鋅板及驗電器的指針都帶正電，B正確。 4．一個質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子，由靜止開始經(jīng)加速電場加速后(加速電壓為U)，該粒子的德布羅意波長為(　　) A.　　　　　　　 B． C. D． 答案：C 解析：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＝＝＝ 5．(寧波效實中學(xué)xx～xx學(xué)年高二下學(xué)期期末)人眼對綠光最為敏感，正常人的眼睛接收到波長為530nm的綠光時，只要每秒有6個綠光的光子射入瞳孔，眼睛就能察覺，普朗克常量為6.6310－34Js，光速為3.0108m /s，則人眼能察覺到綠光時所接收到的最小功率是(　　) A．2.310－18W B．3.810－19W C．7.010－10W D．1.210－18W 答案：A 解析：每秒有6個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 P＝＝W＝ 2.310－18W。 6.(北京東城區(qū)xx～xx學(xué)年高二下學(xué)期期末)實驗得到金屬鈣的光電子的最大初動能Ekm與入射光頻率ν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ν0/Hz 10.95 7.73 5.53 逸出功W/eV 4.54 3.20 2.29 A.如用金屬鎢做實驗得到的Ekm－ν圖線也是一條直線，其斜率比圖中直線的斜率大 B．如用金屬鈉做實驗得到的Ekm－ν圖線也是一條直線，其斜率比圖中直線的斜率大 C．如用金屬鈉做實驗得到的Ekm－ν圖線也是一條直線，設(shè)其延長線與縱軸交點的坐標為(0，－Ek2)，則Ek2Cb，故選項B正確；由Δx＝λ及λ＝知，頻率越小波長越長，間距越大，即Δxa>Δxb，故選項C正確；因νa<νb，所以通過三棱鏡時，b的偏折程度大，故選項D錯誤。 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(　　) A．a(chǎn)光光子的能量比b光光子的能量小 B．從玻璃射向空氣時，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B錯誤，C正確；a光的波長大于b光的波長，a光的干涉條紋間距大于b光的干涉條紋間距，D錯。 10．(北京市昌平區(qū)xx～xx學(xué)年高二下學(xué)期期末)以 往我們認識的光電效應(yīng)是單光子光電效應(yīng)，即一個電子 在極短時間內(nèi)只吸收到一個光子而從金屬表面逸出。強激光的出現(xiàn)豐富了人們對于光電效應(yīng)的認識，用強激光照射金屬，由于其光子密度極大，一個電子在短時間內(nèi)吸收多個光子成為可能，從而形成多光子光電效應(yīng)，這已被實驗證實。 光電效應(yīng)實驗裝置示意如圖。用頻率為ν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ν的強激光照射陰極K，則發(fā)生了光電效應(yīng)；此時，若加上反向電壓U，即將陰極K接電源正極，陽極A接電源負極，在KA之間就形成了使光電子減速的電場，逐漸增大U，光電流會逐漸減小；當(dāng)光電流恰好減小到零時，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)(　　) A．U＝－ B．U＝－ C．U＝－ D．U＝2hν－W 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光子。由光電效應(yīng)方程可知EK＝nhν－W而eU＝EK，所以U＝－(n＝2、3、4…)，故B、C選項正確。 第Ⅱ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波輻射，這種長波輻射的波長范圍約是1.4310－3～1.610－3m，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h＝6.610－34Js，真空中的光速c＝3.0108m/s，結(jié)果取兩位有效數(shù)字) 答案：1.210－22～1.410－22J　無規(guī)則運動(或熱運動)更劇烈或無規(guī)則運動(或熱運動)的平均動能增大 解析：由c＝λν，得ν＝，代入數(shù)據(jù)得頻率范圍為1.881011～2.11011Hz，又由ε＝hν得能量范圍為1.210－22～1.410－22J。 由分子動理論可知，溫度升高，物體分子無規(guī)則運動更劇烈，因此分子平均動能增大。 12．(6分)(襄州一中、棗陽一中、宜城一中、曾都一中xx～xx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ν的可見光照射到陰極K上時，電流表中有電流通過。 (1)當(dāng)變阻器的滑動端P向________滑動時(填“左”或”右”)，通過電流表的電流將會增大。 (2)當(dāng)電流表電流剛減小到零時，電壓表的讀數(shù)為U，則光電子的最大初動能為________(已知電子電荷量為e)。 (3)如果不改變?nèi)肷涔獾念l率，而增加入射光的強度，則光電子的最大初動能將________(填“增加”、“減小”或“不變”)。 答案：左　eU　不變 解析：(1)當(dāng)變阻器的滑動端P向左移動，反向電壓減小，光電子到達右端的速度變大，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，電壓表的讀數(shù)為U，根據(jù)動能定理得，eU＝mv，則光電子的最大初動能為eU； (3)根據(jù)光電效應(yīng)方程知，Ekm＝hν－W0，知入射光的頻率不變，則光電子的最大初動能不變。 13．(7分)深沉的夜色中，在大海上航行的船舶依靠航標燈指引航道，如圖所示是一個航標燈自動控制電路的示意圖。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，又知可見光的波長在400～770nm(1nm＝10－9m)。 各種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率和極限波長： 金屬 銫 鈉 鋅 銀 鉑 極限頻率(Hz) 4.5451014 6.0001014 8.0651014 1.1531015 1.5291015 極限波長(μm) 0.6600 0.5000 0.3720 0.2600 0.1962 根據(jù)上圖和所給出的數(shù)據(jù)，你認為： (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、沖床、鉆床等機器上勞動時，稍有不慎就會把手壓在里面，造成工傷事故。如果將上述控制電路中的電燈換成驅(qū)動這些機器工作的電機，這時電路中開關(guān)S應(yīng)和________接觸，這樣，當(dāng)工人不慎將手伸入危險區(qū)域時，由于遮住了光線，光控繼電器銜鐵立即動作，使機床停止工作，避免事故發(fā)生。 答案：(1)銫　(2)b　(3)a 解析：(1)依題意知，可見光的波長范圍為 40010－9～77010－9m。 而金屬銫的波長為λ＝0.660010－6m＝66010－9m，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，在手遮住光線之前，電機應(yīng)是正常工作的，此時銜鐵與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日美國名將梅里特在倫敦奧運會110m欄比賽中，以12秒92的成績獲得冠軍。設(shè)梅里特質(zhì)量約為74kg，計算他在110m欄跑中的德布羅意波長，并說明其波動性是否明顯。 答案：1.0510－36m，波動性不明顯。 解析：梅里特110米欄跑時對應(yīng)德布羅意波波長為 λ＝＝＝m≈1.0510－36m。 可見此波長極短，其波動性很難表現(xiàn)出來。 15．(10分)如圖所示表示黑體輻射強度隨波長的變化圖線。根據(jù)熱輻射理論，輻射強度的極大值所對應(yīng)的波長λm與熱力學(xué)溫度之間存在如下關(guān)系：λmT ＝2.9010－3mK。求： (1)T＝15000K所對應(yīng)的波長； (2)用T＝15000K所對應(yīng)波長的光照射逸出功為W0＝4.54eV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能是多少？ 答案：(1)1.9310－7m　(2)能　1.90eV 解析：(1)由公式λmT＝2.9010－3mK得 λm＝＝m≈1.9310－7m (2)波長λm＝1.9310－7m的光子能量 E＝hν＝＝eV≈6.44eV 因E>W0，故能發(fā)生光電效應(yīng)。由光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，得Ek＝(6.44－4.54)eV＝1.90eV。 16．(11分)具有波長λ＝0.71的倫琴射線使金箔發(fā)射光電子，電子在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場區(qū)域內(nèi)做最大半徑為r的勻速圓周運動，已知rB＝1.8810－4mT，試求： (1)光電子的最大初動能； (2)金屬的逸出功； (3)該電子的物質(zhì)波的波長是多少？ 答案：(1)3.1103eV　(2)1.44104eV (3)2.210－11m 解析：(1)電子在勻強磁場中做勻速圓周運動的向心力為洛倫茲力m＝evB，所以v＝ 電子的最大初動能Ek＝mv2＝ ＝J ＝4.9710－16J＝3.1103eV (2)入射光子的能量 E＝hν＝h＝eV＝1.75104eV 根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程得逸出功 W＝hν－Ek＝1.44104eV (3)物質(zhì)波的波長為 λ＝＝＝m＝2.210－11m 17．(12分)(濰坊二中xx～xx學(xué)年高二下學(xué)期檢測)如圖所示是測定光電效應(yīng)產(chǎn)生的光電子比荷的實驗原理簡圖：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發(fā)射出沿不同方向運動的光電子，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，電流恰好為零；斷開開關(guān)，在MN間加上垂直于紙面的勻強磁場，逐漸增大磁感應(yīng)強度，也能使電流為零。當(dāng)磁感應(yīng)強度為B時，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，電流恰好為零，所以光電子的最大初動能為Ek＝mv＝eU；又斷開開關(guān)，在MN間加上垂直于紙面的勻強磁場，逐漸增大磁感應(yīng)強度，也能使電流為零。當(dāng)磁感應(yīng)強度為B時，電流恰好為零，所以當(dāng)磁感應(yīng)強度為B時，具有最大初動能的電子做圓周運動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＝。