高中物理 第4章 波粒二象性章末综合测评 教科版选修3-5

第4章 波粒二象性(时间：60分钟满分：100分)一、选择题(本题共6小题，每小题8分，共48分，在每小题给出的5个选项有3项符合题目要求选对1个得3分，选对2个得6分，选对3个得8分，每选错1个扣4分，最低得分为0分)1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黑体只吸收可见光，不辐射可见光，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减小的方向移动E一般物体的热辐射强度与物体的温度、材料、表面状况均有关【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，E正确；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、D均正确【答案】CDE2关于光电效应，下列几种表述正确的是()A金属的极限频率与入射光的频率成正比B光电流的强度与入射光的强度无关C用不可见光照射金属不一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的最大初动能要大D对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于这个波长，才能产生光电效应E光电子的最大初动能与入射光的频率存在线性关系【解析】金属的极限频率由该金属决定，与入射光的频率无关，光电流的大小随入射光强度增大而增大，选项A、B错误；不可见光包括能量比可见光大的紫外线、X射线、射线，也包括能量比可见光小的红外线、无线电波，选项C正确；任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光波长小于这个波长，才能产生光电效应，选项D正确；由光电效应方程EkhW可知，光电子的最大初动能与入射光的频率存在一次函数关系，E正确【答案】CDE3如图1所示为一真空光电管的应用电路，其阴极金属材料的极限频率为4.51014 Hz，则以下判断正确的是() 【导学号：11010069】图1A发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的频率B发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的强度C用0.5 m的光照射光电管时，电路中有光电流产生D增大电源的电压，电路中的光电流可能不变E光照射时间越长，电路中的光电流越大【解析】在光电管中若发生了光电效应，单位时间内发射光电子的数目只与入射光的强度有关，光电流的饱和值只与单位时间内发射光电子的数目有关据此可判断A、E错误；波长0.5 m的光子的频率 Hz61014 Hz4.51014 Hz，可发生光电效应，所以选项B、C正确；若电路中的电流已达到饱和光电流，此时增大电源的电压，电路中的光电流也不再增大，D正确【答案】BCD4下列关于微观粒子波粒二象性的认识，正确的是()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E对于微观粒子来讲，其位置和动量都有一定的不确定性【解析】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，E正确；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【答案】BDE5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表面，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强度大的紫外线照射金属的表面时单位时间内逸出的光电子个数多E两种情况下逸出的光电子的最大初动能不同【解析】由h和EkhW0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，E错；由于两束光强度不同，逸出光电子个数不同，强度大的紫外线照射金属表面时单位时间内逸出的光电子个数多，B错，D对【答案】ACD6如图2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()图2A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E入射光的频率为时，将不发生光电效应现象【解析】根据光电效应方程有EkhW0，其中W0h0为金属的逸出功所以有Ekhh0，由此结合图像可知，该金属的逸出功为E，或者W0h0，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；若入射光的频率为时，小于极限频率，不能发生光电效应，故D错误，E正确【答案】ABE二、非选择题(本题共5小题，共52分)7(6分)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，电子到达屏上的位置受_规律支配，无法用确定的_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，不可能用“轨迹”来描述电子的运动，只能通过概率波来描述【答案】波动坐标8(10分)太阳能直接转换的基本原理是利用光电效应，将太阳能转换成电能如图3所示是测定光电流的电路简图，光电管加正向电压. 【导学号：11010070】图3(1)标出电源和电流表的正负极；(2)入射光应照在_极上(3)电流表读数是10 A，则每秒钟从光电管阴极发射出的光电子至少是_个【解析】(1)加正向电压，应该是在电子管中电子由B向A运动，即电流是由左向右因此电源左端是正极，右端是负极，电流表上端是正极，下端是负极(2)光应照在B极上(3)设电子个数为n，则Ine，所以n6.251013(个)【答案】(1)电源左端是正极，右端是负极；电流表上端是正极，下端是负极(2)B(3)6.2510139(12分)深沉的夜色中，在大海上航行的船舶依靠航标灯指引航道如图4所示是一个航标灯自动控制电路的示意图电路中的光电管阴极K涂有可发生光电效应的金属下表反映的是各种金属发生光电效应的极限频率和极限波长，又知可见光的波长在400770 nm(1 nm109 m)图4各种金属发生光电效应的极限频率和极限波长金属铯钠锌银铂极限频率(Hz)4.54510146.00010148.06510141.15310151.5291015极限波长(m)0.660 00.500 00.372 00.260 00.196 2根据图和所给出的数据，你认为：(1)光电管阴极K上应涂有金属_；(2)控制电路中的开关S应和_(选填“a”或“b”)接触；(3)工人在锻压机、冲床、钻床等机器上劳动时，稍有不慎就会把手压在里面，造成工伤事故如果将上述控制电路中的电灯换成驱动这些机器工作的电机，这时电路中开关S应和_(选填“a”或“b”)接触，这样，当工人不慎将手伸入危险区域时，由于遮住了光线，光控继电器衔铁立即动作，使机床停止工作，避免事故发生【解析】(1)依题意知，可见光的波长范围为400109770109 m而金属铯的极限波长为0.660 0106 m660109 m，因此，光电管阴极K上应涂金属铯(2)深沉的夜色中，线圈中无电流，衔铁与b接触，船舶依靠航标灯指引航道，所以控制电路中的开关S应和b接触(3)若将上述控制电路中的电灯换成电机，在手遮住光线之前，电机应是正常工作的，此时衔铁与a接触，所以电路中的开关S应和a接触【答案】(1)铯(2)b(3)a10(12分)德布罗意认为：任何一个运动着的物体，都有着一种波与它对应，波长是，式中p是运动着的物体的动量，h是普朗克常量已知某种紫光的波长是440 nm，若将电子加速，使它的德布罗意波长是这种紫光波长的104倍，求：(1)电子的动量的大小；(2)试推导加速电压跟德布罗意波波长的关系，并计算加速电压的大小电子质量m9.11031 kg，电子电荷量e1.61019 C，普朗克常量h6.61034 Js，加速电压的计算结果取一位有效数字【解析】(1)由知电子的动量p1.51023 kgm/s.(2)电子在电场中加速，有eUmv2又mv2解得U8102 V.【答案】(1)1.51023 kgm/s(2)U 8102 V11(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W0，电子质量为m，电荷量为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得EkhW0光子的频率为所以光电子的最大初动能为EkW0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Ek1eUW0.(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解得td.【答案】(1)eUW0(2)d