高中物理 单元测评（二）波粒二象性 新人教版选修3-5

单元测评(二)波粒二象性(时间：90分钟满分：100分)第卷(选择题，共48分)一、选择题(本题有12小题，每小题4分，共48分)1能正确解释黑体辐射实验规律的是()A能量的连续经典理论B普朗克提出的能量量子化理论C以上两种理论体系任何一种都能解释D牛顿提出的能量微粒说解析：根据黑体辐射的实验规律，随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，只能用普朗克提出的能量量子化理论才能得到较满意的解释，故B项正确答案：B2硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能若有N个频率为的光子打在光电池极板上，这些光子的总能量为(h为普朗克常量)()AhB.NhCNh D2Nh解析：光子能量与频率有关，一个光子能量为h，N个光子能量为Nh，故C正确答案：C3经150 V电压加速的电子束，沿同一方向射出，穿过铝箔后射到其后的屏上，则()A所有电子的运动轨迹均相同B所有电子到达屏上的位置坐标均相同C电子到达屏上的位置坐标可用牛顿运动定律确定D电子到达屏上的位置受波动规律支配，无法用确定的坐标来描述它的位置解析：电子被加速后其德布罗意波波长11010 m，穿过铝箔时发生衍射电子的运动不再遵守牛顿运动定律，不可能同时准确地知道电子的位置和动量，不可能用“轨迹”来描述电子的运动，只能通过概率波来描述所以A、B、C项均错答案：D4关于黑体辐射的强度与波长的关系，下图正确的是()ABCD解析：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，B正确答案：B5科学研究证明，光子有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子假设光子与电子碰撞前的波长为，碰撞后的波长为，则碰撞过程中()A能量守恒，动量守恒，且B能量不守恒，动量不守恒，且C能量守恒，动量守恒，且D能量守恒，动量守恒，且解析：能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律，适用于宏观世界也适用于微观世界，光子与电子碰撞时遵循这两个守恒定律光子与电子碰撞前，光子的能量Ehh ，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，光子的能量Ehh，由EE，可知，选项C正确答案：C6在做双缝干涉实验时，发现100个光子中有96个通过双缝后打到了观察屏上的b处，则b处可能是()A亮纹B暗纹C既有可能是亮纹也有可能是暗纹D以上各种情况均有可能解析：按波的概率分布的特点去判断，由于大部分光子都落在b点，故b处一定是亮纹，选项A正确答案：A7(多选题)关于不确定性关系xp有以下几种理解，其中正确的是()A微观粒子的动量不可能确定B微观粒子的坐标不可能确定C微观粒子的动量和坐标不可能同时确定D不确定性关系不仅适用于电子和光子等微观粒子，也适用于其他宏观粒子解析：不确定性关系xp表示确定位置、动量的精度互相制约，此长彼消，当粒子位置不确定性变小时，粒子动量的不确定性变大；粒子位置不确定性变大时，粒子动量的不确定性变小故不能同时准确确定粒子的动量和坐标不确定性关系也适用于其他宏观粒子，不过这些不确定量微乎其微答案：CD8(多选题)用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图甲、乙、丙所示的图像，则()A图像甲表明光具有粒子性B图像丙表明光具有波动性C用紫外光观察不到类似的图像D实验表明光是一种概率波解析：从题图甲可以看出，少数粒子打在底片上的位置是随机的，没有规律性，显示出粒子性；而题图丙是大量粒子曝光的效果，遵循了一定的统计性规律，显示出波动性；单个光子的粒子性和大量粒子的波动性就是概率波的思想答案：ABD9近年来，数码相机几近家喻户晓，用来衡量数码相机性能的一个非常重要的指标就是像素，1像素可理解为光子打在光屏上的一个亮点，现知300万像素的数码相机拍出的照片比30万像素的数码相机拍出的等大的照片清晰得多，其原因可以理解为()A光是一种粒子，它和物质的作用是一份一份的B光的波动性是大量光子之间的相互作用引起的C大量光子表现光具有粒子性D光具有波粒二象性，大量光子表现出光的波动性解析：由题意知像素越高形成照片的光子数越多，表现的波动性越强，照片越清晰，D项正确答案：D10现用电子显微镜观测线度为d的某生物大分子的结构为满足测量要求，将显微镜工作时电子的德布罗意波长设定为，其中n1.已知普朗克常量为h、电子质量为m和电子电荷量为e，电子的初速度不计，则显微镜工作时电子的加速电压应为()A. B.C. D.解析：由德布罗意波长知，p是电子的动量，则pmv，而，代入得U.答案：D11对于微观粒子的运动，下列说法中正确的是()A不受外力作用时光子就会做匀速运动B光子受到恒定外力作用时就会做匀变速运动C只要知道电子的初速度和所受外力，就可以确定其任意时刻的速度D运用牛顿力学无法确定微观粒子的运动规律解析：光子不同于宏观力学的粒子，不能用宏观粒子的牛顿力学规律分析光子的运动，选项A、B错误；根据概率波、不确定关系可知，选项C错误，故选D.答案：D12(多选题)如图所示是某金属在光的照射下，光电子最大初动能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0时，产生的光电子的最大初动能为ED入射光的频率为20时，产生的光电子的最大初动能为2E解析：题中图象反映了光电子的最大初动能Ek与入射光频率的关系，根据爱因斯坦光电效应方程EkhW0，知当入射光的频率恰为该金属的截止频率0时，光电子的最大初动能Ek0，此时有h0W0，即该金属的逸出功等于h0，选项B正确根据图线的物理意义，有W0E，故选项A正确，而选项C、D错误答案：AB第卷(非选择题，共52分)二、计算题(本题有4小题，共52分解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的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)13(10分)一颗近地卫星质量为m，求其德布罗意波长为多少？(已知地球半径为R，重力加速度为g)解析：由万有引力提供向心力计算速度，根据德布罗意波长公式计算对于近地卫星有：Gm(2分)对地球表面物体m0有：Gm0g(2分)所以v，(2分)根据德布罗意波长(2分)整理得：. (2分)答案：14(13分)波长0.71的伦琴射线使金箔发射光电子，电子在磁感应强度为B的匀强磁场区域内做最大半径为r的匀速圆周运动，已知rB1.88104 mT，电子质量m9.1103 kg.试求：(1)光电子的最大初动能；(2)金属的逸出功；(3)该电子的物质波的波长是多少？解析：(1)电子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力为洛伦兹力mevB所以v(3分)电子的最大初动能Ekmv2 J4.971016 J3.1103 eV(2分)(2)入射光子的能量hh eV1.75104eV(3分)根据爱因斯坦光电效应方程得金属的逸出功为W0hEk1.44104 eV(2分)(3)物质波的波长为 m2.21011 m(3分)答案：(1)3.1103 eV(2)1.44104 eV(3)2.21011 m15(14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板时所需的最长时间解析：(1)根据爱因斯坦光电效应方程EkhW，光子的频率为.(3分)所以，光电子的最大初动能为EkW.(3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板的动能为Ek1，由动能定理，得eUEk1Ek，所以Ek1eUW.(3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板的光电子则dat2，得td .(5分)答案：(1)eUW(2)d 16(15分)光子具有能量，也具有动量光照射到物体表面时，会对物体产生压强，这就是“光压”光压的产生机理如同气体压强；大量气体分子与器壁的频繁碰撞产生了持续均匀的压力，器壁在单位面积上受到的压力就是气体的压强设太阳光每个光子的平均能量为E，太阳光垂直照射地球表面时，在单位面积上的辐射功率为P0.已知光速为c，光子的动量为E/c.(1)若太阳光垂直照射到地球表面，则在时间t内照射到地球表面上半径为r的圆形区域内太阳光的总能量及光子个数分别是多少？(2)若太阳光垂直照射到地球表面，在半径为r的某圆形区域内光子被完全反射(即所有光子均被反射，且被反射前后的能量变化可忽视不计)，则太阳光在该区域表面产生的光压(用I表示光压)是多少？(3)有科学家建议把光压与太阳帆的作用作为未来星际旅行的动力来源一般情况下，太阳光照射到物体表面时，一部分会被反射，还有一部分被吸收若物体表面的反射系数为，则在物体表面产生的光压是全反射时产生光压的倍设太阳帆的反射系数0.8，太阳帆为圆盘形，其半径r15 m，飞船的总质量m100 kg，太阳光垂直照射在太阳帆表面单位面积上的辐射功率P01.4 kW，已知光速c3.0108 m/s.利用上述数据并结合第(2)问中的结果，求：太阳帆飞船仅在上述光压的作用下，能产生的加速度大小是多少？不考虑光子被反射前后的能量变化(结果保留2位有效数字)解析：(1)在时间t内太阳光照射到面积为S的圆形区域上的总能量E总P0St，解得E总r2P0t.照射到此圆形区域的光子数nE总/E.解得nr2P0t/E.(2)因光子的能量pE/c，到达地球表面半径为r的圆形区域的光子总动量p总np.因太阳光被完全反射，所以在时间t内光子总动量的改变量p2p总设太阳光对此圆形区域表面的压力为F，依据动量定理Ftp，太阳光在圆形区域表面产生的光压IF/S，解得I2P0/c.(3)在太阳帆表面产生的光压II，对太阳帆产生的压力FIS.设飞船的加速度为a，依据牛顿第二定律Fma.解得a5.9105 m/s2.答案：(1)r2P0tr2P0t/E(2)2P0/c(3)5.9105 m/s2