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2019-2020年高中物理 第17章 波粒二象性限時測試題 新人教版選修3-5
一、選擇題(共10小題,每小題4分,共40分,在每小題給出的四個選項中,第1~6小題只有一個選項符合題目要求,第7~10小題有多個選項符合題目要求,全部選對的得4分,選不全的得2分,有選錯或不答的得0分)
1.下列描繪兩種溫度下黑體輻射強度與波長關系的圖中,符合黑體輻射實驗規(guī)律的是( )
答案:A
解析:由黑體實驗規(guī)律知溫度越高,輻射越強,且最大強度向波長小的方向移動,A對,B、C、D錯。
2.(河北承德一中xx~xx學年高二下學期檢測)下列各種說法中錯誤的有( )
A.普朗克在研究黑體的熱輻射問題中提出了能量子假說
B.一束光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應,是因為該束光的照射時間太短
C.在光的單縫衍射實驗中,狹縫越窄,光子動量的不確定量越大
D.任何一個運動物體,無論是大到太陽、地球,還是小到電子、質子,都與一種波相對應,這就是物質波,物質波是概率波
答案:B
解析:普朗克在研究黑體的熱輻射問題中提出了能量子假說,故A正確;一束光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應,是因為該束光的頻率小于極限頻率,故B錯誤;光的單縫衍射實驗中,狹縫越窄,光子動量的不確定量越大,故C正確;任何一個運動物體,都與一種波相對應,這就是物質波,物質波是概率波,故D正確。
3.在演示光電效應的實驗中,原來不帶電的一塊鋅板與靈敏驗電器相連,用弧光燈照射鋅板時,驗電器的指針張開了一個角度,如圖所示,這時( )
A.鋅板帶正電,指針帶負電
B.鋅板帶正電,指針帶正電
C.鋅板帶負電,指針帶負電
D.鋅板帶負電,指針帶正電
答案:B
解析:發(fā)生光電效應時有電子從鋅板上跑出來,使鋅板及驗電器的指針都帶正電,B正確。
4.一個質量為m、電荷量為q的帶電粒子,由靜止開始經加速電場加速后(加速電壓為U),該粒子的德布羅意波長為( )
A. B.
C. D.
答案:C
解析:設加速后的速度為v,由動能定理得:qU=mv2
所以v=
由德布羅意波長公式:
λ===
5.(寧波效實中學xx~xx學年高二下學期期末)人眼對綠光最為敏感,正常人的眼睛接收到波長為530nm的綠光時,只要每秒有6個綠光的光子射入瞳孔,眼睛就能察覺,普朗克常量為6.6310-34Js,光速為3.0108m /s,則人眼能察覺到綠光時所接收到的最小功率是( )
A.2.310-18W B.3.810-19W
C.7.010-10W D.1.210-18W
答案:A
解析:每秒有6個綠光的光子射入瞳孔,所以察覺到綠光所接收到最小功率為
P==W= 2.310-18W。
6.(北京東城區(qū)xx~xx學年高二下學期期末)實驗得到金屬鈣的光電子的最大初動能Ekm與入射光頻率ν的關系如圖所示。下表中列出了幾種金屬的截止頻率和逸出功,參照下表可以確定的是( )
金屬
鎢
鈣
鈉
截止頻率ν0/Hz
10.95
7.73
5.53
逸出功W/eV
4.54
3.20
2.29
A.如用金屬鎢做實驗得到的Ekm-ν圖線也是一條直線,其斜率比圖中直線的斜率大
B.如用金屬鈉做實驗得到的Ekm-ν圖線也是一條直線,其斜率比圖中直線的斜率大
C.如用金屬鈉做實驗得到的Ekm-ν圖線也是一條直線,設其延長線與縱軸交點的坐標為(0,-Ek2),則Ek2
Cb,故選項B正確;由Δx=λ及λ=知,頻率越小波長越長,間距越大,即Δxa>Δxb,故選項C正確;因νa<νb,所以通過三棱鏡時,b的偏折程度大,故選項D錯誤。
9.如圖所示,一束復合光束c,從玻璃射向空氣,經折射后形成光a、b兩束光線,則下列說法正確的是( )
A.a光光子的能量比b光光子的能量小
B.從玻璃射向空氣時,a光的臨界角小于b光的臨界角
C.若a光能發(fā)生光電效應,b光也一定能發(fā)生光電效應
D.經同一雙縫干涉裝置得到干涉條紋,a光干涉條紋間距小
答案:AC
解析:由光的折射定律知a光的折射率小于b光的折射率,a光的頻率小于b光的頻率所以A對B錯誤,C正確;a光的波長大于b光的波長,a光的干涉條紋間距大于b光的干涉條紋間距,D錯。
10.(北京市昌平區(qū)xx~xx學年高二下學期期末)以
往我們認識的光電效應是單光子光電效應,即一個電子
在極短時間內只吸收到一個光子而從金屬表面逸出。強激光的出現豐富了人們對于光電效應的認識,用強激光照射金屬,由于其光子密度極大,一個電子在短時間內吸收多個光子成為可能,從而形成多光子光電效應,這已被實驗證實。
光電效應實驗裝置示意如圖。用頻率為ν的普通光源照射陰極K,沒有發(fā)生光電效應,換同樣頻率為ν的強激光照射陰極K,則發(fā)生了光電效應;此時,若加上反向電壓U,即將陰極K接電源正極,陽極A接電源負極,在KA之間就形成了使光電子減速的電場,逐漸增大U,光電流會逐漸減??;當光電流恰好減小到零時,所加反向電壓U可能是下列的(其中W為逸出功,h為普朗克常量,e為電子電量)( )
A.U=- B.U=-
C.U=- D.U=2hν-W
答案:BC
解析:本題考查光電效應方程。解題的關鍵是要明確,電子可能要吸收多個光子。由光電效應方程可知EK=nhν-W而eU=EK,所以U=-(n=2、3、4…),故B、C選項正確。
第Ⅱ卷(非選擇題 共60分)
二、填空題(共3小題,共18分。把答案直接填在橫線上)
11.(5分)二氧化碳能很好吸收紅外長波輻射,這種長波輻射的波長范圍約是1.4310-3~1.610-3m,相應的光子能量的范圍是________,“溫室效應”使大氣全年的平均溫度升高,空氣溫度升高,從微觀上看就是空氣中分子的________。(已知普朗克常量h=6.610-34Js,真空中的光速c=3.0108m/s,結果取兩位有效數字)
答案:1.210-22~1.410-22J 無規(guī)則運動(或熱運動)更劇烈或無規(guī)則運動(或熱運動)的平均動能增大
解析:由c=λν,得ν=,代入數據得頻率范圍為1.881011~2.11011Hz,又由ε=hν得能量范圍為1.210-22~1.410-22J。
由分子動理論可知,溫度升高,物體分子無規(guī)則運動更劇烈,因此分子平均動能增大。
12.(6分)(襄州一中、棗陽一中、宜城一中、曾都一中xx~xx學年高二下學期期中聯(lián)考)如圖所示是使用光電管的原理圖,當頻率為ν的可見光照射到陰極K上時,電流表中有電流通過。
(1)當變阻器的滑動端P向________滑動時(填“左”或”右”),通過電流表的電流將會增大。
(2)當電流表電流剛減小到零時,電壓表的讀數為U,則光電子的最大初動能為________(已知電子電荷量為e)。
(3)如果不改變入射光的頻率,而增加入射光的強度,則光電子的最大初動能將________(填“增加”、“減小”或“不變”)。
答案:左 eU 不變
解析:(1)當變阻器的滑動端P向左移動,反向電壓減小,光電子到達右端的速度變大,則通過電流表的電流變大;
(2)當電流表電流剛減小到零時,電壓表的讀數為U,根據動能定理得,eU=mv,則光電子的最大初動能為eU;
(3)根據光電效應方程知,Ekm=hν-W0,知入射光的頻率不變,則光電子的最大初動能不變。
13.(7分)深沉的夜色中,在大海上航行的船舶依靠航標燈指引航道,如圖所示是一個航標燈自動控制電路的示意圖。電路中的光電管陰極K涂有可發(fā)生光電效應的金屬。下表反映的是各種金屬發(fā)生光電效應的極限頻率和極限波長,又知可見光的波長在400~770nm(1nm=10-9m)。
各種金屬發(fā)生光電效應的極限頻率和極限波長:
金屬
銫
鈉
鋅
銀
鉑
極限頻率(Hz)
4.5451014
6.0001014
8.0651014
1.1531015
1.5291015
極限波長(μm)
0.6600
0.5000
0.3720
0.2600
0.1962
根據上圖和所給出的數據,你認為:
(1)光電管陰極K上應涂有金屬________;
(2)控制電路中的開關S應和________(填“a”和“b”)接觸;
(3)工人在鍛壓機、沖床、鉆床等機器上勞動時,稍有不慎就會把手壓在里面,造成工傷事故。如果將上述控制電路中的電燈換成驅動這些機器工作的電機,這時電路中開關S應和________接觸,這樣,當工人不慎將手伸入危險區(qū)域時,由于遮住了光線,光控繼電器銜鐵立即動作,使機床停止工作,避免事故發(fā)生。
答案:(1)銫 (2)b (3)a
解析:(1)依題意知,可見光的波長范圍為
40010-9~77010-9m。
而金屬銫的波長為λ=0.660010-6m=66010-9m,因此,光電管陰極K上應涂金屬銫。
(2)深沉的夜色中,線圈中無電流,銜鐵與b接觸,船舶依靠航標燈指引航道,所以控制電路中的開關S應和b接觸。
(3)若將上述控制電路中的電燈換成電機,在手遮住光線之前,電機應是正常工作的,此時銜鐵與a接觸,所以電路中的開關S應和a接觸。
三、論述計算題(共4小題,共42分。解答應寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟,只寫出最后答案不能得分,有數值計算的題,答案中必須明確寫出數值和單位)
14.(9分)2012年8月10日美國名將梅里特在倫敦奧運會110m欄比賽中,以12秒92的成績獲得冠軍。設梅里特質量約為74kg,計算他在110m欄跑中的德布羅意波長,并說明其波動性是否明顯。
答案:1.0510-36m,波動性不明顯。
解析:梅里特110米欄跑時對應德布羅意波波長為
λ===m≈1.0510-36m。
可見此波長極短,其波動性很難表現出來。
15.(10分)如圖所示表示黑體輻射強度隨波長的變化圖線。根據熱輻射理論,輻射強度的極大值所對應的波長λm與熱力學溫度之間存在如下關系:λmT =2.9010-3mK。求:
(1)T=15000K所對應的波長;
(2)用T=15000K所對應波長的光照射逸出功為W0=4.54eV的金屬鎢,能否發(fā)生光電效應?若能,逸出光電子的最大初動能是多少?
答案:(1)1.9310-7m (2)能 1.90eV
解析:(1)由公式λmT=2.9010-3mK得
λm==m≈1.9310-7m
(2)波長λm=1.9310-7m的光子能量
E=hν==eV≈6.44eV
因E>W0,故能發(fā)生光電效應。由光電效應方程Ek=hν-W0,得Ek=(6.44-4.54)eV=1.90eV。
16.(11分)具有波長λ=0.71的倫琴射線使金箔發(fā)射光電子,電子在磁感應強度為B的勻強磁場區(qū)域內做最大半徑為r的勻速圓周運動,已知rB=1.8810-4mT,試求:
(1)光電子的最大初動能;
(2)金屬的逸出功;
(3)該電子的物質波的波長是多少?
答案:(1)3.1103eV (2)1.44104eV
(3)2.210-11m
解析:(1)電子在勻強磁場中做勻速圓周運動的向心力為洛倫茲力m=evB,所以v=
電子的最大初動能Ek=mv2=
=J
=4.9710-16J=3.1103eV
(2)入射光子的能量
E=hν=h=eV=1.75104eV
根據愛因斯坦光電效應方程得逸出功
W=hν-Ek=1.44104eV
(3)物質波的波長為
λ===m=2.210-11m
17.(12分)(濰坊二中xx~xx學年高二下學期檢測)如圖所示是測定光電效應產生的光電子比荷的實驗原理簡圖:兩塊平行板相距為d,放在真空容器中,其中N金屬板受光線照射時發(fā)射出沿不同方向運動的光電子,形成電流,從而引起電流表指針偏轉。若調節(jié)R,逐漸增大極板間電壓,可以發(fā)現電流逐漸減小,當電壓表示數為U時,電流恰好為零;斷開開關,在MN間加上垂直于紙面的勻強磁場,逐漸增大磁感應強度,也能使電流為零。當磁感應強度為B時,電流恰好為零。由此可算得光電子的比荷e/m為多少?
答案:
解析:由于當電壓表示數為U時,電流恰好為零,所以光電子的最大初動能為Ek=mv=eU;又斷開開關,在MN間加上垂直于紙面的勻強磁場,逐漸增大磁感應強度,也能使電流為零。當磁感應強度為B時,電流恰好為零,所以當磁感應強度為B時,具有最大初動能的電子做圓周運動的直徑剛好為兩塊平行板的間距d,根據向心力公式即有Bev0=,由此可算得光電子的比荷=。
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