2019-2020学年高中物理 第17章 波粒二象性章末达标测试课下作业（含解析）新人教版选修3-5

第十七章本卷满分100分，考试用90分钟一、单项选择题(本题共7个小题，每小题5分，共35分)1在下列实验中，能证明光具有粒子性的是a光电效应实验b光的双缝干涉实验c光的衍射实验d粒子的散射实验解析光电效应说明光具有粒子性，故a正确。光的干涉和衍射现象说明光具有波动性，故b、c错。粒子的散射实验不能说明光的特性，故d错误。答案a2关于热辐射，下列说法中正确的是a一般物体的热辐射强度只与物体的温度有关b黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，所以黑体一定是黑的c一定温度下，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值d温度升高时，黑体辐射强度的极大值向波长增大的方向移动解析一般物体的热辐射强度除与温度有关之外，还与材料、表面状况有关。a错误；黑体可以辐射可见光，不一定是黑的，b错误；由黑体辐射的实验规律知，c正确，d错误。答案c3关于光电效应，下列表述正确的是a光照时间越长，光电流越大b入射光频率大于极限频率时就能产生光电子c入射光足够强，就可以有光电流d不同的金属逸出功都是一样的解析光电流的大小与入射光的强度有关，与光照射的时间长短无关，故a错误；发生光电效应的条件是入射光频率大于极限频率，故b正确；能否发生光电效应与入射光的强度无关，入射光足够强，不一定能产生光电流，故c错误；不同的金属逸出功是不同的，故d错误。故选b。答案b4下列关于光的波粒二象性的理解，正确的是a大量的光子中有些光子表现出波动性，有些光子表现出粒子性b光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子c高频光是粒子，低频光是波d波粒二象性是光的属性，有时它的波动性显著有时它的粒子性显著解析光的波粒二象性是光的属性，不论其频率的高低还是光在传播或者是与物质相互作用，光都具有波粒二象性，大量光子的行为易呈现出波动性，少量光子的行为易表现出粒子性，光的频率越高，粒子性越强，光的频率越低，波动性越强，故a、b、c错误，d项正确。答案d5用不同频率光照射某一金属发生光电效应时，光电子最大初动能随入射光频率变化的图像如图1所示，则图中横、纵轴截距及斜率的物理意义为图1a斜率为普朗克常量的倒数b纵轴截距为逸出功的倒数c横轴截距为极限频率d横轴截距为极限波长解析由光电子逸出最大初动能随入射光频率变化的图像ekhw0得知，该图线的斜率表示普朗克常量h，故a错误；由光电子逸出最大初动能随入射光频率变化的图像ekhw0得知，该图线的纵轴截距为逸出功，故b错误；由光电子逸出最大初动能随入射光频率变化的图像ekhw0，得横轴截距对应的频率是发生光电效应的最小频率，即为极限频率，故c正确，d错误。故选c。答案c6紫外线光子的动量为，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。答案b7用波长为1和2的单色光a和b分别照射两种金属c和d的表面。单色光a照射两种金属时都能产生光电效应现象；单色光b照射时，只能使金属c产生光电效应现象，不能使金属d产生光电效应现象，设两种金属的逸出功分别为wc和wd，则下列选项正确的是a12，wcwdb12，wcwdc1wdd12，wcwd解析由题意知，a光光子的能量大于b光光子，根据ehh，得12；又因为单色光b只能使金属c产生光电效应现象，不能使金属d产生光电效应现象，所以wcwd，故正确选项是d。答案d二、多项选择题(本题共5个小题，每小题5分，共25分)8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。物质波是概率波解析由发生光电效应的条件知，与照射光的时间长短无关，选项b错。答案acd9如图2所示，一验电器与锌板用导线相连，现用一紫外线灯照射锌板。停止照射后，验电器指针保持一定的偏角，进一步实验，下列现象可能发生的是图2a将一带正电的金属小球与锌板接触，验电器指针偏角增大b将一带负电的金属小球与锌板接触，验电器指针偏角保持不变c改用强度更大的紫外线灯照射锌板，验电器指针偏角增大d改用强度更大的红外线灯照射锌板，验电器指针偏角保持不变解析紫外线照射锌板，锌板表面有电子逸出而带正电，因此当带正电的小球接触锌板时，验电器指针偏角增大，若将带负电的小球接触锌板，验电器指针偏角变小，故选项a正确、b错误；改用强度更大的紫外线照射锌板时，单位时间内从锌板表面飞出的光电子增多，所以验电器指针偏角增大，选项c正确；红外线不能使电子从锌板表面飞出，故验电器指针偏角不变，选项d正确。答案acd10用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间只能同时有两个光子，比较不同曝光时间拍得的照片，发现曝光时间不长的情况下，照片上是一些散乱的无规则分布的亮点，若曝光时间较长，照片上亮点分布区域呈现不均匀迹象；若曝光时间足够长，照片上获得清晰的双缝干涉条纹，这个实验说明了a光具有粒子性b光具有波动性c光既具有粒子性，又具有波动性d光的波动性不是光子之间的相互作用引起的解析少量光子通过双缝后，照片上呈现不规则分布亮点，显示了光的粒子性；大量光子通过双缝后照片上获得了双缝干涉条纹。说明光具有波动性；光子先后依次通过双缝，说明光的波动性不是光子之间的相互作用引起的，故选c、d。答案cd11某同学采用如图3所示的实验装置来研究光电效应现象。当用某单色光照射光电管的阴极k时，会发生光电效应现象。闭合开关s，在阳极a和阴极k之间加上反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计中电流恰为零，此电压表的电压值u称为遏止电压，根据遏止电压，可以计算出光电子的最大初动能ekm。现分别用频率为1和2的单色光照射阴极。测量到遏止电压分别为u1和u2，设电子质量为m，电荷量为e，则下列关系式中正确的是图3a用频率为1的光照射时，光电子的最大初速度vb阴极k金属的逸出功w0h1eu1c阴极k金属的极限频率cd普朗克常量h解析光电子在电场中做减速运动，根据动能定理得：eu10mv，则光电子的最大初速度vm，故a正确；根据爱因斯坦光电效应方程得：h1eu1w0，h2eu2w0，得金属的逸出功为：w0h1eu1。联立得：h，故b正确，d错误；阴极k金属的极限频率0，故c正确。故选a、b、c。答案abc122009年诺贝尔物理学奖得主威拉德博伊尔和乔治史密斯主要成就是发明了电荷耦合器件(ccd)图像传感器。他们的发明利用了爱因斯坦的光电效应原理。如图4所示电路可研究光电效应规律，图中标有a和k的为光电管，其中a为阳极，k为阴极。理想电流计可检测通过光电管的电流，理想电压表用来指示光电管两端的电压。现接通电源，用光子能量为10.5 ev的光照射阴极k，电流计中有示数，若将滑动变阻器的滑片p缓慢向右滑动，电流计的读数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为6.0 v，现保持滑片p位置不变，以下判断正确的是图4a光电管阴极k射出的光电子是具有瞬时性的b光电管阴极材料的逸出功为4.5 evc若增大入射光的强度，电流计的读数不为零d若用光子能量为12 ev的光照射阴极k，光电子的最大初动能一定变大解析射出的光电子是具有瞬时性的，故a正确；电流计的读数恰好为零，此时电压表的示数为6.0 v。根据动能定理得，eucekm6 ev。再根据光电效应方程知w0hekm10.5 ev6 ev4.5 ev，故b正确；光电效应产生光电子的最大初动能与入射光的强度无关，与入射光的频率有关，故c错误；增大入射光的光子能量，根据光电效应方程知，光电子的最大初动能变大。故d正确。故选a、b、d。答案abd三、非选择题(本题共4个小题，共40分)13(10分)已知功率为100 w灯泡消耗的电能的5%转化为所发出的可见光的能量，光速c3.0108 m/s，普朗克常量h6.631034 js，假定所发出的可见光的波长都是560 nm，计算灯泡每秒内发出的光子数。解析波长为的光子能量为：e，设灯泡每秒内发出的光子数为n，灯泡电功率为p，则n，式中，k5%是灯泡的发光效率。得：光子数n，代入题给数据得：n1.41019个。答案1.41019个14(8分)原子核的半径为1015 m，估计核内质子的动量不确定范围。如果电子被限制在核内，其动量不确定范围又是多少？解析设质子的位置不确定范围等于原子核的直径，即x21015 m，由不确定关系公式xp，得p2.61020 kgm/s。同理，电子被限制在核内，动量的不确定范围与质子一样，为：p2.61020 kgm/s。答案大于或等于2.61020 kgm/s，大于或等于2.61020 kgm/s15(10分)金属晶体中晶格大小的数量级是1010 m。电子经加速电场加速，形成一电子束，电子束照射该金属晶体时，获得明显的衍射图样。问这个加速电场的电压约为多少？(已知电子的电荷量为e1.61019 c，质量为m0.901030 kg)解析根据波发生明显衍射的条件可知，当运动电子的德布罗意波波长与晶格大小差不多时，可以得到明显的衍射现象。设加速电场的电压为u，电子经电场加速后获得的速度为v，对加速过程由动能定理得eumv2根据德布罗意物质波理论知，电子的德布罗意波长，其中pmv，解方程组可得u153 v。答案153 v16(12分)如图5所示，相距为d的两平行金属板a、b足够大，板间电压恒为u，有一波长为的细激光束照射到b板中央，使b板发生光电效应，已知普朗克常量为h，金属板b的逸出功为w，电子质量为m，电荷量e，求：图5(1)从b板运动到a板所需时间最短的光电子，到达a板