高中物理人教版选修35习题 限时测试题17 含答案.docx
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高中物理人教版选修35习题限时测试题17含答案
第十七章限时测试题
本卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。
满分100分,时间90分钟。
第Ⅰ卷(选择题 共40分)
一、选择题(共10小题,每小题4分,共40分,在每小题给出的四个选项中,第1~6小题只有一个选项符合题目要求,第7~10小题有多个选项符合题目要求,全部选对的得4分,选不全的得2分,有选错或不答的得0分)
1.下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中,符合黑体辐射实验规律的是
( )
答案:
A
解析:
由黑体实验规律知温度越高,辐射越强,且最大强度向波长小的方向移动,A对,B、C、D错。
2.(河北承德一中2014~2015学年高二下学期检测)下列各种说法中错误的有
( )
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:
B
解析:
普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说,故A正确;一束光照射到某种金属上不能发生光电效应,是因为该束光的频率小于极限频率,故B错误;光的单缝衍射实验中,狭缝越窄,光子动量的不确定量越大,故C正确;任何一个运动物体,都与一种波相对应,这就是物质波,物质波是概率波,故D正确。
3.(河北正定中学2015~2016学年高二下学期检测)关于康普顿效应,下列说法正确的是
( )
A.康普顿效应证明光具有波动性
B.康普顿在研究石墨对X射线的散射时发现,在散射的X射线中,有些波长变短了
C.康普顿在研究石墨对X射线的散射时发现,在散射的X射线中,有些波长变长了
D.康普顿效应可用经典电磁理论进行解释
答案:
C
解析:
康普顿效应揭示了光具有粒子性,故A错误;在康普顿效应中,当入射光子与晶体中的电子碰撞时,把一部分动量转移给电子,则动量减小,根据λ=
,知波长变长,故B错误,C正确;光电效应和康普顿效应都无法用经典电磁理论进行解释,D错误;故选C。
4.(寿光市现代中学2014~2015学年高二下学期检测)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,则发生光电效应,则c一定可放出光电子,所以选项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,所以选项A、B错误。
5.一个质量为m、电荷量为q的带电粒子,由静止开始经加速电场加速后(加速电压为U),该粒子的德布罗意波长为
( )
A.
B.
C.
D.
答案:
C
解析:
设加速后的速度为v,由动能定理得:
qU=
mv2
所以v=
由德布罗意波长公式:
λ=
=
=
6.(宁波效实中学2013~2014学年高二下学期期末)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.2.3×10-18W B.3.8×10-19W
C.7.0×10-10W D.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.(湖北武钢三中、武汉三中、省实验中学2015~2016学年高二下学期联考)在某次光电效应实验中,得到的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系如图所示,若该直线的斜率和纵截距分别为k和-b,电子电荷量的绝对值为e,则
( )
A.普朗克常量可表示为
B.若更换材料再实验,得到的图线的k不改变,b改变
C.所用材料的逸出功可表示为eb
D.b由入射光决定,与所用材料无关
答案:
BC
解析:
根据光电效应方程Ekm=hν-W0,以及Ekm=eUc得:
Uc=
-
,
图线的斜率k=
,解得普朗克常量h=ke,故A错误;纵轴截距的绝对值b=
,解得逸出功W0=eb,故C正确;b等于逸出功与电荷电量的比值,而逸出功与材料有关,则b与材料有关,故D错误;更换材料再实验,由于逸出功变化,可知图线的斜率不变,纵轴截距改变,故B正确。
故选BC。
8.(河北冀州中学2015~2016学年高二下学期期中)用同一光电管研究a、b两种单色光产生的光电效应,得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图。
则这两种光
( )
A.照射该光电管时a光使其逸出的光电子最大初动能大
B.从同种玻璃射入空气发生全反射时,a光的临界角大
C.通过同一装置发生双缝干涉,a光的相邻条纹间距大
D.通过同一玻璃三棱镜时,a光的偏折程度大
答案:
BC
解析:
由题图知,Ekma 知,Ca>Cb,故选项B正确;由Δx= λ及λ= 知,频率越小波长越长,间距越大,即Δxa>Δxb,故选项C正确;因νa<νb,所以通过三棱镜时,b的偏折程度大,故选项D错误。 9.如图所示,一束复合光束c,从玻璃射向空气,经折射后形成光a、b两束光线,则下列说法正确的是 ( ) A.a光光子的能量比b光光子的能量小 B.从玻璃射向空气时,a光的临界角小于b光的临界角 C.若a光能发生光电效应,b光也一定能发生光电效应 D.经同一双缝干涉装置得到干涉条纹,a光干涉条纹间距小 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光的频率小于b光的频率所以A对B错误,C正确;a光的波长大于b光的波长,a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距,D错。 10.( 宜昌市葛州坝中学2015~2016学年高二下学期期中)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.电键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,知道光电子的最大初动能为0.7eV,根据光电效应方程Ekm=hν-W0,W0=1.8eV,故A、C正确。 电键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AC。 第Ⅱ卷(非选择题 共60分) 二、填空题(共3小题,共18分。 把答案直接填在横线上) 11.(5分)二氧化碳能很好吸收红外长波辐射,这种长波辐射的波长范围约是1.43×10-3~1.6×10-3m,相应的光子能量的范围是________,“温室效应”使大气全年的平均温度升高,空气温度升高,从微观上看就是空气中分子的________。 (已知普朗克常量h=6.6×10-34J·s,真空中的光速c=3.0×108m/s,结果取两位有效数字) 答案: 1.2×10-22~1.4×10-22J 无规则运动(或热运动)更剧烈或无规则运动(或热运动)的平均动能增大 解析: 由c=λν,得ν= ,代入数据得频率范围为1.88×1011~2.1×1011Hz,又由ε=hν得能量范围为1.2×10-22~1.4×10-22J。 由分子动理论可知,温度升高,物体分子无规则运动更剧烈,因此分子平均动能增大。 12.(6分)(抚州市四校2014~2015学年高二下学期期中联考)如图所示,一静电计与锌板相连,在A处用一紫光灯照射锌板,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接触,则静电计指针偏角将________。 (填“增大”、“减小”或“不变”) (2)使静电计指针回到零,再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板,静电计指针无偏转,那么,若改用强度更大的红外线照射锌板,可观察到静电计指针________________(填“有”或“无”)偏转。 答案: (1)减小 (2)无 解析: (1)锌板在紫外线照射下,发生光电效应现象,有光电子飞出,锌板带正电;将一带负电的金属球与锌板接触,将锌板上的正电荷中和一部分,锌板正电荷减少,则静电计指针偏角将减小。 (2)要发生光电效应现象,照射光的频率必须大于被照射金属的极限频率,而与照射光的强度无关。 用黄光照射,静电计指针无偏转,即不能发生光电效应现象。 当改用强度更大的红外线照射时,因为红外线的频率比黄光低,所以用红外线照射更不能发生光电效应现象,静电计指针无偏转。 13.(7分)深沉的夜色中,在大海上航行的船舶依靠航标灯指引航道,如图所示是一个航标灯自动控制电路的示意图。 电路中的光电管阴极K涂有可发生光电效应的金属。 下表反映的是各种金属发生光电效应的极限频率和极限波长,又知可见光的波长在400~770nm(1nm=10-9m)。 各种金属发生光电效应的极限频率和极限波长: 金属 铯 钠 锌 银 铂 极限频率(Hz) 4.545×1014 6.000×1014 8.065×1014 1.153×1015 1.529×1015 极限波长(μm) 0.6600 0.5000 0.3720 0.2600 0.1962 根据上图和所给出的数据,你认为: (1)光电管阴极K上应涂有金属________; (2)控制电路中的开关S应和________(填“a”和“b”)接触; (3)工人在锻压机、冲床、钻床等机器上劳动时,稍有不慎就会把手压在里面,造成工伤事故。 如果将上述控制电路中的电灯换成驱动这些机器工作的电机,这时电路中开关S应和________接触,这样,当工人不慎将手伸入危险区域时,由于遮住了光线,光控继电器衔铁立即动作,使机床停止工作,避免事故发生。 答案: (1)铯 (2)b (3)a 解析: (1)依题意知,可见光的波长范围为 400×10-9~770×10-9m。 而金属铯的波长为λ=0.6600×10-6m=660×10-9m,因此,光电管阴极K上应涂金属铯。 (2)深沉的夜色中,线圈中无电流,衔铁与b接触,船舶依靠航标灯指引航道,所以控制电路中的开关S应和b接触。 (3)若将上述控制电路中的电灯换成电机,在手遮住光线之前,电机应是正常工作的,此时衔铁与a接触,所以电路中的开关S应和a接触。 三、论述·计算题(共4小题,共42分。 解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案不能得分,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位) 14.(9分)2016年8月15日,牙买加运动员麦克劳德在里约奥运会110m栏比赛中,以13秒05的成绩获得冠军。 设麦克劳德质量约为75kg,计算他在110m栏跑中的德布罗意波长,并说明其波动性是否明显。 答案: 1.05×10-36m,波动性不明显。 解析: 麦克劳德110米栏跑时对应德布罗意波波长为 λ= = = m≈1.05×10-36m。 可见此波长极短,其波动性很难表现出来。 15.(10分)如图所示表示黑体辐射强度随波长的变化图线。 根据热辐射理论,辐射强度的极大值所对应的波长λm与热力学温度之间存在如下关系: λmT=2.90×10-3m·K。 求: (1)T=15000K所对应的波长; (2)用T=15000K所对应波长的光照射逸出功为W0=4.54eV的金属钨,能否发生光电效应? 若能,逸出光电子的最大初动能是多少? 答案: (1)1.93×10-7m (2)能 1.90eV 解析: (1)由公式λmT=2.90×10-3m·K得 λm= = m≈1.93×10-7m (2)波长λm=1.93×10-7m的光子能量 E=hν= = eV≈6.44eV 因E>W0,故能发生光电效应。 由光电效应方程Ek=hν-W0,得Ek=(6.44-4.54)eV=1.90eV。 16.(11分)(河北正定中学2015~2016学年高二下学期检测)如图所示,一光电管的阴极用极限波长λ0=5000 的钠制成。 用波长λ=3000 的紫外线照射阴极,光电管阳极A和阴极K之间的电势差U=2.1V,饱和光电流的值(当阴极K发射的电子全部到达阳极A时,电路中的电流达到最大值,称为饱和光电流)I=0.56μA。 (1)求每秒钟内由K极发射的光电子数目; (2)求电子到达A极时的最大动能; (3)如果电势差U不变,而照射光的强度增到原值的三倍,此时电子到达A极的最大动能是多大? (普朗克常量h=6.63×10-34J·s) 答案: (1)3.5×1012个 (2)6.01×10-19J (3)6.01×10-19J 解析: (1)设每秒内发射的电子数为n,则: n= = =3.5×1012(个)。 (2)由光电效应方程可知: Ekm=hν-W0 =h -h =hc( - ) 在AK间加电压U时,电子到达阳极时的动能为Ek, Ek=Ekm+eU =hc( - )+eU。 代入数值得: Ek=6.01×10-19J。 (3)根据光电效应规律,光电子的最大初动能与入射光的强度无关。 如果电压U不变,则电子到达A极的最大动能不会变。 17.(12分)(潍坊二中2014~2015学年高二下学期检测)如图所示是测定光电效应产生的光电子比荷的实验原理简图: 两块平行板相距为d,放在真空容器中,其中N金属板受光线照射时发射出沿不同方向运动的光电子,形成电流,从而引起电流表指针偏转。 若调节R,逐渐增大极板间电压,可以发现电流逐渐减小,当电压表示数为U时,电流恰好为零;断开开关,在MN间加上垂直于纸面的匀强磁场,逐渐增大磁感应强度,也能使电流为零。 当磁感应强度为B时,电流恰好为零。 由此可算得光电子的比荷e/m为多少? 答案: 解析: 由于当电压表示数为U时,电流恰好为零,所以光电子的最大初动能为Ek= mv =eU;又断开开关,在MN间加上垂直于纸面的匀强磁场,逐渐增大磁感应强度,也能使电流为零。 当磁感应强度为B时,电流恰好为零,所以当磁感应强度为B时,具有最大初动能的电子做圆周运动的直径刚好为两块平行板的间距d,根据向心力公式即有Bev0= ,由此可算得光电子的比荷 = 。
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