2022-2023学年高中物理 第十七章 波粒二象性单元质量评估 新人教版选修3-5

2022-2023学年高中物理 第十七章 波粒二象性单元质量评估 新人教版选修3-5一、选择题(本题共12小题,每小题5分,共60分。其中18题为单选题,912题为多选题)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】选A。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。2.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】选C。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。3.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】选B。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。【总结提升】解决本题关键要掌握光电效应的条件和规律。知道光电流的大小在发生光电效应的前提下,与入射光的强度有关。4.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】选D。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。5.(2018厦门高二检测)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象如图所示,则图中横、纵轴截距及斜率的物理意义为()A.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】选C。由光电子最大初动能随入射光频率变化的公式Ek=h-W0得知,该图线的斜率表示普朗克常量h,纵轴截距为逸出功,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,故选C。6.关于黑体辐射的强度与波长的关系,如图所示正确的是()【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,随温度升高辐射强度的极大值会向波长较短的方向移动,选项A错误,选项B正确。7.如图所示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象。由图象可知()A.该金属的逸出功等于EB.由该图象可得出普朗克常量h=C.入射光的频率为20时,产生的光电子的最大初动能为2ED.入射光的频率为20时,由该金属做成的光电管的遏止电压为【解题指南】解答本题要把握以下三点:(1)根据光电效应方程Ek=h-h0,入射光的频率为20时,即可求出最大初动能。(2)由图象的斜率,求得普朗克常量。(3)根据光电效应方程和动能定理即可求解遏止电压。【解析】选A。根据光电效应方程有:Ek=h-W0,其中W0为金属的逸出功:W0=h0,所以有:Ek=h-h0,由此结合图象可知,该金属的逸出功为E,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正确,C错误;最大初动能Ek与入射光频率的关系图象的斜率即为普朗克常量h=,故B错误;根据eUc=W0得,Uc=,故D错误。故选A。8.如图所示为光电管工作原理图,当有波长(均指真空中的波长,下同)为的光照射阴极板K时,电路中有光电流,则()A.换用波长为1(1)的光照射阴极K时,电路中一定没有光电流B.换用波长为2(2)的光照射阴极K时,由于频率变小,不一定发生光电效应,电路中不一定有光电流,故A错误;换用波长为2(2)的光照射阴极K时,频率变大,一定能发生光电效应,电路中一定有光电流,故B错误;增加电路中电源的路端电压,当达到饱和电流,才不再增大,故C正确。将电路中电源的极性反接,光电子做减速运动,可能到达阳极,所以可能有光电流,故D错误。故选C。9.(2018大庆高二检测)关于康普顿效应,以下说法正确的是()A.康普顿效应现象说明光具有波动性B.康普顿效应现象说明光具有粒子性C.当光子与晶体中的电子碰撞后,其能量增加D.当光子与晶体中的电子碰撞后,其能量减少【解析】选B、D。康普顿效应揭示了光具有粒子性,故A错误,B正确;在康普顿效应中,当入射光子与晶体中的电子碰撞时,把一部分能量转移给电子,则能量减小,故C错误,D正确。10.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】选C、D。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。11.(2018保定高二检测)某同学采用如图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()A.用频率为1的光照射时,光电子的最大初速度v=B.阴极K金属的逸出功W0=h1-eU1C.阴极K金属的极限频率c=D.普朗克常量h=【解析】选A、B、C。光电子在电场中做减速运动,根据动能定理得:-eU1=0-m,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:h1=eU1+W0,h2=eU2+W0,得金属的逸出功为:W0=h1-eU1。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。12.2009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10.5eV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6.0V,现保持滑片P位置不变,以下判断正确的是()A.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】选A、B、D。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,eUc=Ekm=6eV。再根据光电效应方程知W0=h-Ekm=10.5eV-6eV=4.5 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。二、计算题(本题共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)已知功率为100W的灯泡消耗电能的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,则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:都是大于或等于2.610-20kgm/s15. (12分)如图所示,阴极K用极限波长=0.66m的金属铯制成,用波长=0.50m的绿光照射阴极K,调整两个极板间的电压,当A板电压比阴极高出2.5V时,光电流达到饱和,电流表示数为0.64A,(普朗克常量h=6.6310-34Js,光速c=3108m/s)求:(1)光电子飞出阴极时的最大初动能。(2)每秒钟阴极发射的光电子数。【解析】(1)根据爱因斯坦光电效应方程,光电子的最大初动能:m=h-W0=h-h(3分)=6.6310-343108(-)9.610-20J。(3分)(2)光电流达到饱和时,阴极发射的光电子全部到达阳极A,阴极每秒钟发射的光电子的总电荷量Q=Imaxt=0.6410-6C(3分)阴极每秒钟发射的光电子的个数n=4.01012。(3分)答案:(1)9.610-20J(2)4.01012【总结提升】应用光电效应方程的两点注意(1)由光电效应方程计算最大初动能。(2)当阴极发射的光电子全部到达阳极A时,光电流达到饱和。由电流可知,每秒到达阳极的电子数即为每秒从阴极发射的电子数,即可求解。解决本题的关键是掌握光电效应方程Ekm=h-W0=h-h,以及知道光强影响的是单位时间内发出的光电子数目。16. (12分)如图所示,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板所需的最长时间。【解析】(1)根据爱因斯坦光电效应方程有:Ek=h-W光子的频率:=(1分)所以,光电子的最大初动能: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,设到达A板时的动能为Ek1,由动能定理:eU=Ek1-Ek(1分)所以:Ek1=eU+-W(2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。因为:d=at2=t2(3分)所以:t=d(3分)答案:(1)eU+-W(2)d