人教版高中物理选修35第十七章《波粒二象性》单元测试.docx
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人教版高中物理选修35第十七章《波粒二象性》单元测试
第十七章《波粒二象性》综合评估
对应学生用书P33
本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。
满分100分,考试时间90分钟。
第Ⅰ卷 (选择题,共50分)
一、选择题(每小题5分,共50分。
其中1~6题为单选,7~10题为多选)
1.一束平行光经玻璃三棱镜折射后,分解为互相分离的三束光,分别照在相同的金属板a、b、c上,如图所示,已知金属板b有光电子放出,则可知( )
A.板a一定不放出光电子
B.板a一定能放出光电子
C.板c一定不放出光电子
D.板c一定能放出光电子
答案 D
解析 从棱镜对光的色散可知,光的频率越大,在同一介质的折射率越大。
由题意:
νa<νb<νc,同种材料极限频率相同,由b板有光电子,发生光电效应,则c一定可放出光电子,所以C错误,D正确。
但射到a板上的光的频率不能确定是否大于极限频率,所以不能判断是否发生光电效应,所以A、B错误。
2.2017年年初,我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置,发出了波长在100nm(1nm=10-9m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲,大连光源因其光子的能量大、密度高,可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。
一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子,但又不会把分子打碎。
据此判断,能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h=6.6×10-34J·s,真空光速c=3×108m/s)( )
A.10-21JB.10-18JC.10-15JD.10-12J
答案 B
解析 一个处于极紫外波段的光子的能量为:
E=h
≈2×10-18J,由题意可知,光子的能量应比电离一个分子的能量稍大,因此数量级必须相同,故B正确。
3.紫外线光子的动量为p=
。
一个静止的O3吸收了一个紫外线光子后( )
A.仍然静止
B.沿着光子原来运动的方向运动
C.沿光子运动相反方向运动
D.可能向任何方向运动
答案 B
解析 由动量守恒定律知,吸收了紫外线光子的O3分子与光子原来运动方向相同。
故正确选项为B。
4.
如图所示,用单色光做双缝干涉实验。
P处为亮条纹,Q处为暗条纹,不改变单色光的频率,而调整光源使其极微弱,并把单缝调至只能使光子一个一个地过去,那么过去的某一光子( )
A.一定到达P处B.一定到达Q处
C.可能到达Q处D.都不正确
答案 C
解析 单个光子的运动路径是不可预测的,只知道落在P处的概率大,落在Q处的概率小。
因此,一个光子从狭缝通过后可能落在P处,也可能落在Q处,故C正确。
5.已知金属锌发生光电效应时产生的光电子的最大初动能Ek跟入射光的频率的关系图象如图中的直线1所示。
某种单色光照射到金属锌的表面时,产生的光电子的最大初动能为E1。
若该单色光照射到另一金属表面时产生的光电子的最大初动能为E2,E2 A.a B.b C.c D.以上三条图线都不正确 答案 A 解析 根据光电效应方程Ek=hν-W0,知Ek=hν-hνc,知图线的横轴截距表示截止频率,图线的斜率表示普朗克常量,知所求图线应与1图线平行,因为E2 6.人眼对绿光最为敏感,正常人的眼睛接收到波长为530nm的绿光时,只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔,眼睛就能察觉,普朗克常量为6.63×10-34J·s,光速为3.0×108m/s,则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是( ) A.2.3×10-18WB.3.8×10-19W C.7.0×10-10WD.1.2×10-18W 答案 A 解析 每秒有6个绿光的光子射入瞳孔,所以察觉到绿光所接收到最小功率为P= = W≈2.3×10-18W。 7.下列各种说法中正确的有( ) A.普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说 B.一束光照射到某种金属上不能发生光电效应,是因为该束光的照射时间太短 C.在光的单缝衍射实验中,狭缝越窄,光子动量的不确定量越大 D.任何一个运动物体,无论是大到太阳、地球,还是小到电子、质子,都与一种波相对应,这就是物质波,物质波是概率波 答案 ACD 解析 普朗克在研究黑体的热辐射问题时提出了能量的量子化观点,A正确;当入射光的频率大于截止频率时才能产生光电效应,与入射光的强度和时间无关,B错误;根据Δx·Δp≥ 可知,狭缝越窄即Δx越小,光子动量不确定量Δp越大,C正确;由概率波的知识可知,D正确。 8.近年来,数码相机家喻户晓,用来衡量数码相机性能的一个非常重要的指标就是像素,像素可理解为光子打在光屏上的一个亮点。 现知300万像素的数码相机拍出的照片比30万像素的数码相机拍出的等大的照片清晰得多,其原因理解错误的是( ) A.光是一种粒子,它和物质的作用是一份一份的 B.光的波动性是由大量光子之间的相互作用引起的 C.大量光子表现出粒子性 D.光具有波粒二象性,大量光子表现出波动性 答案 ABC 解析 由题意知像素越高,形成照片的光子数越多,表现出的波动性越强,照片越清晰,故D正确,A、B、C错误。 9.在光电效应实验中,小明同学用同一实验装置(如图a)在甲、乙、丙三种光的照射下得到了三条电流表与电压表读数之间的关系曲线,如图b所示。 则正确的是( ) A.乙光的频率大于甲光的频率 B.甲光的波长大于丙光的波长 C.丙光的光子能量小于甲光的光子能量 D.乙光对应的光电子最大初动能小于丙光的光电子最大初动能 答案 AB 解析 当光电管两端加上反向截止电压且光电流为0时,有 mv =eU,对同一光电管使用不同频率的光照射,有hν-W0= mv ,两式联立得hν-W0=eU,甲光的反向遏止电压最小,所以甲光频率最小,波长最长,A、B正确;由光子能量E=hν,知C错误;乙、丙两光对应的光电子最大初动能相等,D错误。 10.用如图的装置研究光电效应现象,当用光子能量为2.5eV的光照射到光电管上时,电流表G的读数为0.2mA。 移动变阻器的触点c,当电压表的示数大于或等于0.7V时,电流表读数为0。 则( ) A.光电管阴极的逸出功为1.8eV B.开关K断开后,没有电流流过电流表G C.光电子的最大初动能为0.7eV D.改用能量为1.5eV的光子照射,电流表G也有电流,但电流较小 答案 AC 解析 该装置所加的电压为反向电压,当电压表的示数大于或等于0.7V时,电流表示数为0,Ekm=hν-W0,W0=1.8eV,故A、C正确。 开关K断开后,用光子能量为2.5eV的光照射到光电管上时发生了光电效应,有光电子逸出,则有电流流过电流表,故B错误。 改用能量为1.5eV的光子照射,由于光电子的能量小于逸出功,不能发生光电效应,无光电流,故D错误。 故选A、C。 第Ⅱ卷 (非选择题,共50分) 二、填空题(共16分) 11.(6分)如图所示,一验电器与锌板相连,在A处用一紫外线灯照射锌板,关灯后,指针保持一定偏角。 (1)现用一带负电的金属小球(与锌板相比电荷量小)与锌板接触,则验电器指针偏角将________(填“增大”“减小”或“不变”)。 (2)使验电器指针回到零,再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板,验电器指针无偏转。 那么,若改用强度更大的红外线灯照射锌板,可观察到验电器指针________(填“有”或“无”)偏转。 (3)实验室用功率P=1500W的紫外线灯演示光电效应。 紫外线波长λ=253nm,阴极离光源距离d=0.5m,原子半径取r=1×10-10m,则阴极表面每个原子每秒钟接收到的光子数为________个。 答案 (1)减小' (2)无'(3)19 解析 (1)当用紫外线照射锌板时,锌板发生光电效应,放出光电子而带正电,此时与锌板连在一起的验电器也带正电,从而指针发生偏转,当带负电的小球与锌板接触,中和一部分正电荷,从而使验电器的指针偏转减小。 (2)使验电器指针回到零,用钠灯黄光照射,验电器指针无偏转,说明钠灯黄光的频率小于极限频率,红外线比钠灯黄光的频率还要低,更不可能发生光电效应,能否发生光电效应与入射光的强度无关。 (3)以紫外线灯为圆心,作半径为d的球面,则每个原子每秒钟接收到的光能量为 E= ×πr2=1.5×10-17J 因此每个原子每秒钟接收到的光子数为 n= = ≈19个。 12.(4分)照相底片上的感光物质AgBr在光照射下能分解,经冲洗后就被记录下来(这种现象称为“光化效应”,与光电效应类似,只有入射光光子的能量大于某一数值,才能发生)。 已知分解一个AgBr分子所需的最小能量约为1.0×10-19J,则这种照相底片感光的截止波长为________(即它能记录的光的最大波长值)。 答案 1.99×10-6m 解析 由ε=hν=h ,得λ= ≈1.99×10-6m。 13.(2分)已知钾的截止频率为5.44×1014Hz,钠的截止频率为5.53×1014Hz,钙的截止频率为7.73×1014Hz,钨的截止频率为10.95×1014Hz,当用波长为0.486μm的光来照射它们的时候,可发生光电效应的是________。 答案 钾、钠 解析 由波速公式c=λν得,ν= ,则波长为0.486μm的光频率为: ν= Hz≈6.17×1014Hz,比较题目所给数据,可知该光的频率大于钾、钠的截止频率,故可以发生光电效应的金属应该是钾、钠。 14.(4分)如图所示是做光电效应实验的装置简图。 在抽成真空的玻璃管内,K为阴极(用金属铯制成,发生光电效应的逸出功为1.9eV),A为阳极。 在a、b间不接任何电源,用频率为ν(高于铯的截止频率)的单色光照射阴极K,会发现电流表指针有偏转。 这时,若在a、b间接入直流电源,a接正极,b接负极,并使a、b间电压从零开始逐渐增大,发现当电压表的示数增大到2.1V时,电流表的示数刚好减小到零。 则a、b间未接直流电源时,通过电流表的电流方向为________;从阴极K发出的光电子的最大初动能Ek=________J;入射单色光的频率ν=________Hz。 答案 从下向上'3.36×10-19'9.65×1014 解析 光电子由K向A定向移动,光电流由A向K,因此通过电流表的电流方向为从下向上。 电流表示数刚好减小到零时,具有最大初动能的电子刚好不能到达A板,根据动能定理得: -Ue=0-Ek,代入数据,得最大初动能为Ek=2.1eV=3.36×10-19J。 由光电效应方程: Ek=hν-W0,得 ν≈9.65×1014Hz。 三、计算题(共34分) 15.(8分)已知由激光器发出的一细束功率为P=0.15kW的激光束,竖直向上照射在一个固态铝球的下部,使其恰好能在空中悬浮。 已知铝的密度为ρ=2.7×103kg/m3,设激光束的光子全部被铝球吸收,求铝球的直径是多大? (计算中可取π=3,g=10m/s2) 答案 0.33mm 解析 设每个激光光子的能量为E,动量为p,时间t内射到铝球上的光子数为n,激光束对铝球的作用力为F,铝球的直径为d。 则有: Pt=nE, -Ft=0-np, 光子能量和动量间的关系是E=pc, 铝球的重力和F平衡,因此F= ρg·πd3, 由以上各式联立解得d≈0.33mm。 16.(8分)德布罗意认为: 任何一个运动着的物体,都有着一种波与它对应,波长是λ= ,式中p是运动着的物体的动量,h是普朗克常量。 已知某种紫光的波长是440nm,若将电子加速,使它的德布罗意波波长是这种紫光波长的10-4倍,求: (1)电子的动量的大小; (2)试推导加速电压跟德布罗意波波长的关系,并计算加速电压的大小。 电子质量m=9.1×10-31kg,电子电荷量e=1.6×10-19C,普朗克常量h=6.6×10-34J·s,加速电压的计算结果取一位有效数字。 答案 (1)1.5×10-23kg·m/s' (2)8×102V 解析 (1)λ= ,电子的动量 p= = kg·m/s =1.5×10-23kg·m/s。 (2)电子在电场中加速,有eU= mv2= = U= ≈8×102V。 17.(8分)A、B两种光子的能量之比为2∶1,它们都能使某种金属发生光电效应,且所产生的光电子最大初动能分别为EA、EB。 求A、B两种光子的动量之比和该金属的逸出功。 答案 2∶1'EA-2EB 解析 光子能量ε=hν,动量p= ,且ν= 得p= ,又知εA∶εB=2∶1,则pA∶pB=2∶1 A光照射时,光电子的最大初动能EA=εA-W0, 同理,EB=εB-W0 又知εA∶εB=2∶1, 解得W0=EA-2EB。 18.(10分)研究光电效应规律的实验装置如图所示,光电管的阴极材料为金属钾,其逸出功为W0=2.25eV,现用光子能量为10.75eV的紫外线照射光电管,调节变阻器滑片位置,使光电流刚好为零。 求: (1)电压表的示数是多少? (2)若照射光的强度不变,紫外线的频率增大一倍,阴极K每秒内逸出的光电子数如何变化? 到达阳极的光电子动能为多大? (3)若将电源的正负极对调,到达阳极的光电子动能为多大? 答案 (1)8.50V' (2)减为原来一半'10.75eV (3)17.00eV 解析 (1)由光电效应方程Ek=hν-W0 得光电子最大初动能Ek=8.50eV 光电管两端加有反向电压,光电子由K向A做减速运动。 由动能定理-eU=EkA-Ek 因EkA=0,则U= =8.50V。 (2)光的强度为nhν,其中n为单位面积上每秒入射的光子数,光强不变,频率增大一倍,则每秒入射的光子数n减为原来的一半,阴极K每秒内逸出的光电子数也减为原来的一半, 由光电效应方程得光电子的最大初动能 Ek′=hν′-W0=2hν-W0=19.25eV 电子由阴极向阳极做减速运动, 由动能定理-eU=EkA′-Ek′, 得EkA′=10.75eV。 (3)若将电源的正负极对调,光电管上加有正向电压,光电子从阴极向阳极做加速运动,由动能定理 eU=EkA″-Ek,得EkA″=17.00eV。
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