2022-2022学年高中物理第十七章波粒二象性单元质量评估含解析新人教版选修3-5.doc

第十七章 波粒二象性 (90分钟100分)一、选择题(本大题共12小题,每题5分,共60分。多项选择题已在题号后标出)1.关于黑体辐射的强度与波长的关系,如下图正确的选项是()【解析】选B。根据黑体辐射的实验规律:随温度升高,各种波长的辐射强度都有增加,故图线不会有交点,选项C、D错误。另一方面,辐射强度的极大值会向波长较短方向移动,选项A错误,选项B正确。2.爱因斯坦由光电效应的实验规律,猜想光具有粒子性,从而提出光子说,从科学研究的方法来说,这属于()A.等效替代 B.控制变量C.科学假说 D.数学归纳【解析】选C。为了解释光电效应的实验规律,由于当时没有现成的理论,爱因斯坦就提出了“光子说来解释光电效应的规律,并取得成功。从科学研究的方法来说,这属于科学假说。C正确,A、B、D错误。3.关于热辐射,以下说法中正确的选项是()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】选C。一般物体的热辐射强度除与温度有关之外,还与材料、外表状况有关,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。4.(2022潍坊高二检测)在演示光电效应的实验中,原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连,用弧光灯照射锌板时,验电器的指针就张开了一个角度,如下图,这时()A.锌板带正电,指针带负电B.锌板带正电,指针带正电C.锌板带负电,指针带正电D.锌板带负电,指针带负电【解析】选B。弧光灯照射锌板发生光电效应,锌板上有电子逸出,锌板带正电,验电器指针也带正电,故B正确。5.(多项选择)用很弱的光做双缝干预实验,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,比拟不同曝光时间摄得的照片,发现曝光时间不长的情况下,照片上是一些散乱的无规那么分布的亮点,假设曝光时间较长,照片上亮点分布区域呈现不均匀迹象;假设曝光时间足够长,照片上获得清晰的双缝干预条纹,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】选C、D。少量光子通过双缝后,照片上呈现不规那么分布亮点,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预条纹,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,故正确答案是C、D。6.(多项选择)以下关于微观粒子波粒二象性的认识,正确的选项是()A.因实物粒子具有波动性,故其轨迹是波浪线B.由概率波的知识可知,因微观粒子落在哪个位置不能确定,所以粒子没有确定的轨迹C.由概率波的知识可知,因微观粒子落在哪个位置不能确定,再由不确定性关系知粒子动量将完全确定D.大量光子表现出波动性,此时光子仍具有粒子性【解析】选B、D。实物粒子的波动性指实物粒子是概率波,与经典的波不同,选项A错误;微观粒子落点位置不能确定,与经典粒子有确定轨迹不同,选项B正确;单缝衍射中,微观粒子通过狭缝,其位置的不确定量等于缝宽,其动量也有一定的不确定量,选项C错误;波动性和粒子性是微观粒子的固有特性,无论何时二者都同时存在,选项D正确。7.(多项选择)用两束频率相同、强度不同的紫外线分别照射两种相同金属的外表,均能产生光电效应,那么()A.两束光的光子能量相同B.两种情况下单位时间内逸出的光电子个数相同C.两种情况下逸出的光电子的最大初动能相同D.两种情况下逸出的光电子的最大初动能不同【解析】选A、C。由=h和Ek=h-W0知两束光的光子能量相同,照射金属得到的光电子最大初动能相同,故A、C对,D错;由于两束光强度不同,逸出光电子个数不同,故B错。8.以下关于光的波粒二象性的理解,正确的选项是()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】选D。光的波粒二象性是光的属性,不管其频率的上下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。9.(多项选择)产生光电效应时,关于逸出光电子的最大初动能Ek,以下说法正确的是()A.对于同种金属,Ek与照射光的强度无关B.对于同种金属,Ek与照射光的波长成反比C.对于同种金属,Ek与光照射的时间成正比D.对于同种金属,Ek与照射光的频率成线性关系E.对于不同种金属,假设照射光频率不变,Ek与金属的逸出功成线性关系【解析】选A、D、E。由爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0可知,Ek与照射光的强度无关,选项A正确;Ek与照射光的频率成线性关系,与波长不是成反比的关系,选项B错误、D正确;由于电子一次性吸收光子的全部能量,Ek与照射光的时间无关,选项C错误;对于不同金属,假设照射光的频率不变,由光电效应方程可知,Ek与金属的逸出功成线性关系,选项E正确。10.关于物质波,以下说法正确的选项是()A.速度相等的电子和质子,电子的波长长B.动能相等的电子和质子,电子的波长短C.动量相等的电子和中子,中子的波长短D.甲电子速度是乙电子的3倍,甲电子的波长也是乙电子的3倍【解析】选A。由=可知,动量大的波长短。电子与质子的速度相等时,电子动量小,波长长。电子与质子动能相等时,由动量与动能的关系式p=可知,电子的动量小,波长长。动量相等的电子和中子,其波长应相等。如果甲、乙两电子的速度远小于光速,甲的速度是乙的三倍,甲的动量也是乙的三倍,那么甲的波长应是乙的。11.一个质量为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.【解析】选C。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:=。12.(多项选择)如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率的关系图像,由图像可知()A.该金属的逸出功等于EB.该金属的逸出功等于h0C.入射光的频率为20时,产生的光电子的最大初动能为3ED.入射光的频率为时,产生的光电子的最大初动能为【解析】选A、B。根据光电效应方程有Ek=h-W0,其中W0=h0为金属的逸出功。所以有Ek=h-h0,由此结合图像可知,该金属的逸出功为E,或者W0=h0,当入射光的频率为20时,代入方程可知产生的光电子的最大初动能为E,故A、B正确,C错误;假设入射光的频率为时,小于极限频率,不能发生光电效应,故D错误。【总结提升】光电效应问题的解答技巧(1)在理解的根底上熟练记住光电效应规律,光电效应实验规律可理解记忆为:“放(出光电子)不放,看光限(入射光最低频率);放多少(光电子),看光强;(光电子的)最大初动能(大小),看(入射光的)频率;要放瞬时放。(2)光电子的最大初动能mev2,与入射光频率成一次函数关系,不是成正比。(3)光电流的饱和值跟入射光的强度成正比,这是因为在发生光电效应时,吸收一个光子产生一个光电子,光电子的个数决定了光电流强度,而光电子个数取决于入射光强度,我们容易推得,光电流的饱和值跟入射光的强度成正比。二、计算题(本大题共4小题,共40分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)13.(8分):功率为100W灯泡消耗的电能的5%转化为所发出的可见光的能量,光速c=3.0108m/s,普朗克常量h=6.6310-34Js,假定所发出的可见光的波长都是560nm,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=, (2分)设灯泡每秒内发出的光子数为n,灯泡电功率为P,那么n=, (3分)式中,k=5%是灯泡的发光效率。得:光子数n=, (1分)代入题给数据得:n=1.41019(个)。 (2分)答案:1.41019个14.(8分)原子核的半径为10-15m,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x=210-15m,(3分)由不确定关系公式xp,得p=2.610-20kgm/s。 (2分)同理,电子被限制在核内,动量的不确定范围与质子一样,为:p2.610-20kgm/s。 (3分)答案:大于或等于2.610-20kgm/s大于或等于2.610-20kgm/s15.(12分)光具有波粒二象性,光子的能量h,其中频率表征波的特性。在爱因斯坦提出光子说之后,法国物理学家德布罗意提出了光子动量p与光波波长的关系为p=。假设某激光管以P=60 W的功率发射波长=6.6310-7m的光束,试根据上述理论计算:(1)该管在1 s内发射出多少个光子?(2)假设光束全部被某黑体外表吸收,那么该黑体外表所受到的光束对它的作用力F为多大?【解析】(1)设在时间t内发射出的光子数为n,光子频率为,每个光子的能量为h,那么Pt=nh, (2分)又=,那么Pt=, (2分)将t=1 s代入上式,得n=21020个 (1分)(2)在时间t内激光管发射出的光子全部被黑体外表吸收,光子的末态总动量变为0, (1分)根据题中信息可知,n个光子的初态总动量为p0=np=n, (2分)根据动量定理可知Ft=0-(-p0), (2分)黑体外表对光子的作用力为F。根据牛顿第三定律,光子对黑体外表的作用力为2.010-7N。 (2分)答案:(1)21020个(2)2.010-7N16.(12分)如下图,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,普朗克常量为h,金属板B的逸出功为W,电子质量为m,电荷量为e。求:(1)从B板运动到A板所需时间最短的光电子,到达A板时的动能。(2)光电子从B板运动到A板时所需的最长时间。【解析】(1)根据爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W, (1分)光子的频率为=。 (1分)所以,光电子的最大初动能为Ek=-W。 (2分)能以最短时间到达A板的光电子,是初动能最大且垂直于板面离开B板的电子,(1分)设到达A板的动能为Ek1,由动能定理,得eU=Ek1-Ek, (2分)所以Ek1=eU+-W。 (1分)(2)能以最长时间到达A板的光电子,是离开B板时的初速度为零或运动方向平行于B板的光电子。 (1分)那么d=at2=, (1分)得t=d。 (2分)答案:(1)eU+-W(2)d