高中物理简要讲义-近代物理的基本发现.pdf

高中物理簡要講義 近代物理的基本發現 p p p p 1 1 1 1 練習題練習題練習題練習題 電子的發現電子的發現電子的發現電子的發現 1 所謂的 陰極射線 是指 束 2 陰極射線的哪一個性質證明它不是電磁波 A 它在陰極射線管中以直線行進 B 它會被磁場偏折 C 它能引起化學反應 D 它能造成螢光反應 3 湯木生的實驗在測定 A 質子的電荷與質量的比值 B 電子的電荷與質量的比值 C 電子的質量 D 電子的電量 X X X X 射線射線射線射線 1 某立方體晶格之原子間距為 d 右圖表示某一截面的原子排列狀 況 虛線方向為布拉格面 其距離為 x 則 x d 若 d 1 則用 X 光垂直於 AB 面入射且產生第一級繞射時 該 X 光 的波長為 2 已知某晶體內各晶面的間距為 3 10 10 若某 X 光經此晶體所產生的第一級繞射角為 10 則此 X 光 1 波長為 2 每一光子的能量為 eV 3 以波長 的 X 光照射某晶體 已知光束與晶面夾 角時反射光最弱 則晶面之間隔為 A sin 4 1n2 B csc 4 1n2 C sin 2 1n2 D csc 2 1n2 E n csc 4 若動量p之光子在原子間距d之晶體面產生繞射時的第一級繞射角為 則蒲朗克常數 h為 A 2dp sin B 2d sin p C 2dp cos D 2d cos p E 2pd csc 5 欲觀察X射線繞射現象必須利用結晶體 此乃因 A 很多晶體在可見光中是透明的 B 晶體中相鄰原子間的間隔與X射線之波長相近 C 晶體中的原子成規則排列 構成 似光柵的柵格 D 晶體中原子的基態能量與X射線能量相近 E 晶體中的原子被X 射線照射後 可產生光電子 6 使用同一波長之X射線分別照射A與B兩鹽類晶體 已知當入射光束與晶體表面均成 角時恰見A之反射光最強而B最弱 則A與B二晶體中原子間隔之比可能為 A 1 2 B 3 5 C 2 1 D 3 2 E 1 1 7 以波長 A的X射線照射石墨並偵測石墨散射之波時 發現在與原入射方向成 A角的方 向偵測到波長為 A A 的散射波 若改用波長為 B之X射線 則波長 B B 的散 射波出現在 B的方向 由此可知 A B A 2 sin 2 sin B 2 A 2 B BB AA sin sin C B A cos cos D B A E BB AA cos cos 8 光電效應 是指經由光子撞擊輕金屬而射出電子的過程 X光則是由 撞擊 而產生的一種電磁波 高中物理簡要講義 近代物理的基本發現 p p p p 2 2 2 2 9 某X光射在原子間距為d的晶體面上 若其第一繞射角為 則該光子的動量為 A d2 sinhc B d2 coshc C d2 csch D d2 tanhc E d csch 10 以電壓V0加速質量為m的一群靜止電子 則下列敘述何者正確 A 電子得到的動能為mv2 2 eV0 v為電子獲得的速率 B 電子最後的物質波波長 為 0 meV2 h C 將這些電子照射在金屬上便可產生各種不同波長的X射線 但是其 波長有一最小值 D 其所能產生的X射線中 最短波長 S可由方程式eV0 hc S W 求之 式中W為金屬的功函數 量子論量子論量子論量子論 1 黑體輻射的能量強度u對波長 的關係圖如右 設曲線的最大值為 u0 所對應的波長為 0 則下列敘述何者正確 A u0 0等於定值 不隨溫度改變 B 溫度改變時曲線下的面積不 變 C 溫度上升時 0變小 D 溫度上升時u0變大 E 蒲朗克利用 能量不連續性 的觀念成功地解釋此圖形 2 下列關於 黑體輻射 的敘述何者正確 A 熱輻射照射到黑體表面會完全被黑體吸 收 B 黑體輻射的光譜與黑體的材質無關 C 黑體輻射光譜之中 能量強度最大的頻 率隨溫度升高而減少 D 同一黑體之輻射總能量隨溫度的升高而增加 E 黑體輻射 的現象要用能量量子化的觀念才能圓滿解釋 3 蒲朗克於1900年創立量子論 A 用以解釋黑體輻射強度在各波長的分佈 B 革命性地假設物質對輻射能之吸收 或 放射 是連續性的 C 承 B 為非連續性且有一最小單位 D 輻射能的最小單位僅 有一個可能值 E 承 D 有各種可能值 其值和頻率成正比 光電效應光電效應光電效應光電效應 1 下列各組物理學家中 對於 光 的研究均有貢獻的是 A 法拉第 司乃耳 焦耳 B 菲左 安培 拉塞福 C 司乃耳 楊格 愛因斯坦 D 牛頓 冷次 伽加利略 2 光子 擁有下述何種性質 A 靜止質量與電子質量差不多 B 能量與頻率成正比 C 動量與波長成反比 D 能 量等於動量與速率乘積之一半 E 有時帶正電有時帶負電 3 波長為3000埃之光子 A 頻率為1015Hz B 能量為6 62 10 19電子伏特 C 動量為 2 2 10 27牛頓 秒 D 屬於紫外光 E 能量等於波長為6000埃之光子的一半 4 某頻率 之入射光以入射角 射在一可完全反射之平面鏡上 若平面鏡上單位時間 單 位面積有n個光子射到 則其所受之光壓為 A C sinnh B C cosnh C C cosnh2 D C cosh2 5 某能量E之光子的波長為 則能量2E之光子的波長為 6 下列何者之動能等於動量與速率乘積之一半 A 射線 B 射線 C 射線 D X射線 E 紅外線 高中物理簡要講義 近代物理的基本發現 p p p p 3 3 3 3 7 某100瓦的燈泡發出波長5000埃的單色光 若其消耗的能量有2 變為光能 則其每 秒射出的光子數約為 A 5 1010 B 5 1015 C 5 1018 D 5 1020 E 5 1023 個 8 若欲使一莫耳之單原子理想氣體分子溫度升高1 則至少需吸收波長2000埃之光子 A 1 2 108 B 1 25 1019 C 1 2 1020 D 6 1019 E 6 1018 個 9 利用 光電效應 的現象設計出一種實驗來求 愛因斯坦 浦朗克關係式E h 中之蒲 朗克常數h 說明 a 實驗所需之器材 b 實驗器材之安排以及 c 應用之原理及實驗結 果之分析方法 a 器材 光電管 光源 電池 安培計 伏特計 雙刀開關 可變電阻 b 實驗器材之安排如甲圖所示 c 原理及實驗結果分析 1用已知頻率之光源照射光電管 調整可變電阻之接頭 測出截止電壓VS 2光電子之最大動能Eel eVS 3畫Eel與入射光頻率 之關係曲線 如乙圖 甲圖 根據愛因斯坦光子論 h W Eel h 0 eVS VS h e 0 乙圖中直線的斜率為h e 橫軸截距為底限頻率 0 縱軸截距為功函數電位 W e 10 已知某光電元件之截止頻率為 0 則該光電元件對電子之功函數為 A h 0 B h 0 C 2h 0 D 3h 0 E 3h 0 2 11 右圖所示為兩金屬A B的光電效應特性曲線 其中Ek為電子最大動能 為入射光 頻率 已知a b 2 5 則 1 以4 A的光源分別照在A B表面時光電子的最大動能 比EA EB 2 以3 B的光源分別照在A B表面時截止電壓之比VA VB 3 可產生光電子的最大波長比 A B 12 右圖所示為A B C D四種金屬之光電效應 VS 曲線圖 則 1 底限波長最大者為 金屬 2 功函數最大者為 金屬 3 曲線的斜率之意義為 13 右圖為愛因斯坦光電方程式的驗證曲線 縱坐標表截止電壓VS 橫坐標表入射光之頻 率 則下列敘述何者正確 A 斜率為蒲朗克常數和電子帶電量之比 值 絕對值 B 不同光電材料所得之曲線的斜率均相等 C 橫軸截 距為光電材料的低限頻率 D 實線部份對應的頻率皆能使光電表面產 生光電子 E 縱軸之截距乘以電子帶電量為光電材料之功函數 14 右圖所示為某光電管之光電效應的特性曲線 A B C D四曲 線對應不同波長的光源 I表光電流大小 V表光電池兩極板間 之電位差 則 1 頻率最高的光源為 2 波長最長的 光源為 3 強度最強 能量密度最大 的光源為 4 單一光子動量最大的光源是 高中物理簡要講義 近代物理的基本發現 p p p p 4 4 4 4 15 以頻率 之單頻光照射功函數為W的某金屬表面 並將產生的光電子垂直導入均勻磁 場B中做圓周運動 已知其最大半徑為r 若以m e h分別代表電子之質量 帶電 量及蒲朗克常數 則 1 光電子之最大動能為 2 若以B2r2 2r當縱座標 當橫座標 則此關係曲線的斜率為 16 一金屬材料產生光電效應的最大波長為 0 今將此材料製成一半徑R的圓球 並以絕 緣線懸掛於真空室內 若以波長為 的單色光持續照射此金屬球 其中 2 3 B 2 3 3 C 2 4 D 3 6 E 4 0 15 波長h mC的X光與石墨內部之電子碰撞後散射角為180 則 1 康卜頓散射波的波 長為 2 碰撞後電子的動能為 動量為 16 波長h mC的光子與靜止的自由電子作康卜頓散射 則撞後電子可獲得的最大動能為 高中物理簡要講義 近代物理的基本發現 p p p p 8 8 8 8 17 右圖表示康卜頓散射實驗的裝置簡圖 下列敘述何者正確 A 此實驗之光源宜使用 單頻率的X光 B 康卜頓散射過程發生在圖中的晶體之內 C 探測器所探測的是石 墨中被反彈出來的電子 D 晶體的功用是要造成X光的布拉格繞射 以便測其波長 E 狹縫C1 C2的功用是使入射X光產生繞射 18 下列有關 康卜頓效應 的敘述何者正確 A 證實了光的波動性 B 光子的動量完全被電子吸收 C 只有可見光才有康卜頓 效應 D 光子和電子碰撞前後之總能量和總動量不變 E 是光電效應的一種 19 下列有關康卜頓效應的敘述何者為真 A 光子的散射角愈大波長愈小 B 光子的 散射角愈大能量愈大 C 光子的散射角愈大失去的能量愈大 D 不同散射角的光子 之波長均相同 E 不同散射角的光子之能量均相同 20 下列有關 康卜頓散射 的敘述何者正確 A X射線的所有動能都傳給電子 B X 射線及電子所構成的系統之總動量不變 C 光子的波長增加時其動量隨著增加 D 光子的頻率愈高動量愈大 E 被散射的光子之速率比入射光子低 21 下面有關 康卜頓效應 的說明哪些是對的 A 散射後光子的速率變小 B 散射後光子的波長變短 C 散射後光子的動量變小 D 散射角60 時光子的動量變化最大 E 散射角180 時光子的能量損失最多 22 下列有關 康卜頓效應 之敘述何者正確 A 散射角180 時光子的動量變化最大 B 可見光比X射線更適合當光源 C 證實X射線具有 粒子性 D 散射角90 時電子的偏向角介於45 與90 之 間 E 光子不可能將全部能量交給自由電子 23 在甲 乙 丙三個康卜頓效應的實驗中 已知電子之束縛能各為B1 B2 B3 入射X 光的頻率各為 1 2 3 若B1 B3 1 則 實驗所得結果最佳 波長的變化量最大 24 若某波長 的光子撞到一靜止之電子後使電子獲得能量E 則其散射波波長應為 A EhC hC B EhC2 hC C E2hC hC D EhC hC E EhC hC2 25 質量為m的靜止原子放出一光子後即行後退 若測出光子之頻率為 則原子的內能 減少 A h B 2 22 mC2 h C 2 22 C2 mh D 2 C2 vmh 1h E 2 mC2 h 1h 26 質量為M之原子靜止在光滑平面上 當其吸收一個頻率 的光子後動能變為 A h B h 2 22 MC2 h C h 2 22 MC2 h D h 2 MC2 E 2 22 MC2 h 27 承上題 其內能增加量為 A h B h 2 22 MC2 h C h 2 22 MC2 h D h MC2 E h 2 MC2 高中物理簡要講義 近代物理的基本發現 p p p p 9 9 9 9 28 一頻率 的高能光子與一質量m的靜止電子碰撞 已知碰撞後電子的速率為v 光子 反向彈回後頻率變為 若C v 則 A 碰撞前光子的動量為h C B C 碰撞前後波長的變化量等於2h mC D h mvC E h2 mv 2 29 於康卜頓效應中 已知頻率 之X光撞擊一靜止之電子後光子之運動方向與原方向垂 直 而電子則與原方向夾 角 則碰撞後電子的動量為 A C h B C cosh C C sech D h sec E C sinh 補充題補充題補充題補充題 1 光電效應 闡明 A 光有粒子性 B 電子有波動性 C 光有波動性 D 光有動量 2 氫離子之質量約為電子質量之 A 100 B 1000 C 10000 D 100000 倍 3 光電效應是 A 光能變電能 B 熱能變電能 C 電能變光能 D 核分裂 的過程 4 下列何物理現象無法用古典的 光波動 理論獲得合理的解釋 A 光電效應 B 光的干涉現象 C 光的繞射現象 D 光的折射現象 5 下列何者不屬於電磁波 A 可見光 B 紫外線 C 射線 D 陰極射線 6 對光子而言下列敘述何者正確 A 光子帶