第17章波粒二象性测评（Word版，含解析）

第十七章测评
(时间:60分钟　满分:100分)
一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分。其中第1~5题为单选题;第6~8题为多选题,全部选对得6分,选不全得3分,有选错或不答的得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
2.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
3.
由爱因斯坦光电效应方程可以画出光电子的最大初动能和入射光的频率的关系,如图所示,以下说法错误的是(　　)
A.νc表示截止频率
B.W0的绝对值等于逸出功
C.直线的斜率表示普朗克常量h的大小
D.图线表明最大初动能与入射光频率成正比
4.如图所示,一验电器与锌板用导线相连,现用一紫外线灯照射锌板。停止照射后,验电器指针保持一定的偏角,进一步实验,下列现象不可能发生的是(　　)
A.将一带正电的金属小球与锌板接触,验电器指针偏角增大
B.将一带负电的金属小球与锌板接触,验电器指针偏角保持不变
C.改用强度更大的紫外线灯照射锌板,验电器指针偏角增大
D.改用强度更大的红外线灯照射锌板,验电器指针偏角保持不变
5.研究光电效应规律的实验装置如图所示,以频率为ν的光照射光电管阴极K时,有光电子产生。由于光电管K、A间加的是反向电压,光电子从阴极K发射后将向阳极A做减速运动。光电流i由图中电流计G测出,反向电压U由电压表V测出。当电流计的示数恰好为零时,电压表的示数称为反向截止电压Uc,在下列表示光电效应实验规律的图象中,错误的是(　　)
6.根据物质波理论,以下说法正确的是(　　)
A.微观粒子有波动性,宏观物体没有波动性
B.宏观物体和微观粒子都具有波动性
C.宏观物体的波动性不易被人们观察到,是因为它的波长太长
D.速度相同的电子和质子相比,电子的波动性更为明显
7.频率为ν的光子的动量和波长的关系是λ=,能量为ε,则光的速度为(　　)
A. B.pε C. D.
8.如图所示,N为钨板,M为金属网,它们分别与电池两极相连,各电池的电动势E和极性已在图中标出,钨的逸出功为4.5 eV,现分别用能量不同的光子照射钨板(各光子的能量也已在图上标出),那么下列图中电子能到达金属网的是(　　)
二、填空题(本题共2小题,共18分。把答案填在题中的横线上)
9.(8分)(2020江苏)大量处于某激发态的氢原子辐射出多条谱线,其中最长和最短波长分别为λ1和λ2,则该激发态与基态的能量差为　　　　　,波长为λ1的光子的动量为　　　　　。(已知普朗克常量为h,光速为c)
10.
(10分)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K为阴极,A为阳极。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10.5 eV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6.0 V;现保持滑片P位置不变,光电管阴极材料的逸出功为　　　　 eV,若增大入射光的强度,电流计的读数　　　　(选填“为零”或“不为零”)。
三、解答题(本题共3小题,共34分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
11.(10分)某月球探测卫星进入地月转移轨道时的速度约为11 km/s。已知该卫星的质量为2 480 kg,试计算与该卫星奔月过程对应的物质波波长。
12.(12分)
如图所示,阴极K用极限波长λ0=0.66 μm的金属铯制成,用波长λ=0.5 μm的绿光照射阴极K,调整两个极板电压,当A板电压比阴极K高出2.5 V时,光电流达到饱和,电流表示数为0.64 μA,求:
(1)每秒阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极的时候所具有的最大初动能;
(2)如果把照射阴极的单色光的光强增大为原来的2倍,每秒从阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极的时候所具有的最大初动能。
13.(12分)用波长为4×10-7 m的紫光照射某金属,发出的光电子垂直进入3×10-4 T的匀强磁场中,光电子所形成的圆轨道的最大半径为1.2 cm(电子电荷量e=1.6×10-19 C,其质量m=9.1×10-31 kg)。求:
(1)紫光光子的能量;
(2)光电子的最大初动能;
(3)该金属发生光电效应的极限频率。
参考答案：
一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分。其中第1~5题为单选题;第6~8题为多选题,全部选对得6分,选不全得3分,有选错或不答的得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、表面状态有关,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。
答案C
2.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
解析电子属于微观粒子,由不确定关系可知A、B、C均错,电子被加速后其德布罗意波波长λ=≈1×10-10m,穿过铝箔时发生衍射,电子到达屏上的位置受波动规律支配,只能通过概率波进行统计性的描述。
答案D
3.
由爱因斯坦光电效应方程可以画出光电子的最大初动能和入射光的频率的关系,如图所示,以下说法错误的是(　　)
A.νc表示截止频率
B.W0的绝对值等于逸出功
C.直线的斜率表示普朗克常量h的大小
D.图线表明最大初动能与入射光频率成正比
解析由爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0可知,当Ek=0时,νc即为某金属的截止频率;当ν=0时,Ek=-W0,可见W0的绝对值就是该金属对应的逸出功;而该直线的斜率k=h即为普朗克常量。故选项A、B、C正确,D错误。
答案D
4.如图所示,一验电器与锌板用导线相连,现用一紫外线灯照射锌板。停止照射后,验电器指针保持一定的偏角,进一步实验,下列现象不可能发生的是(　　)
A.将一带正电的金属小球与锌板接触,验电器指针偏角增大
B.将一带负电的金属小球与锌板接触,验电器指针偏角保持不变
C.改用强度更大的紫外线灯照射锌板,验电器指针偏角增大
D.改用强度更大的红外线灯照射锌板,验电器指针偏角保持不变
解析紫外线照射锌板,锌板表面有电子逸出而带正电,因此当带正电的小球接触锌板时,验电器指针偏角增大,若将带负电的小球接触锌板,验电器指针偏角变小,故选项A正确、B错误;改用强度更大的紫外线照射锌板时,单位时间内从锌板表面飞出的光电子增多,所以验电器指针偏角增大,选项C正确;红外线不能使电子从锌板表面飞出,故验电器指针偏角不变,选项D正确。故选B。
答案B
5.研究光电效应规律的实验装置如图所示,以频率为ν的光照射光电管阴极K时,有光电子产生。由于光电管K、A间加的是反向电压,光电子从阴极K发射后将向阳极A做减速运动。光电流i由图中电流计G测出,反向电压U由电压表V测出。当电流计的示数恰好为零时,电压表的示数称为反向截止电压Uc,在下列表示光电效应实验规律的图象中,错误的是(　　)
解析当反向电压U与入射光频率ν一定时,光电流i与光强成正比,所以A图正确;频率为ν的入射光照射阴极所发射出的光电子的最大初动能为me=hν-W0,而截止电压Uc与最大初动能的关系为eUc=,所以截止电压Uc与入射光频率ν的关系是eUc=hν-W0,其函数图象不过原点,所以B图错误;当光强与入射光频率一定时,单位时间内单位面积上逸出的光电子数及其最大初动能是一定的,所形成的光电流强度会随反向电压的增大而减少,所以C图正确;根据光电效应的瞬时性规律,不难确定D图是正确的。
答案B
6.根据物质波理论,以下说法正确的是(　　)
A.微观粒子有波动性,宏观物体没有波动性
B.宏观物体和微观粒子都具有波动性
C.宏观物体的波动性不易被人们观察到,是因为它的波长太长
D.速度相同的电子和质子相比,电子的波动性更为明显
解析由物质波理论可知,一切运动的物体都有一种物质波与之相对应,故选项A错、B对;宏观物体的波长很短,所以不易被人们观察到波动性,故选项C错;电子的质量比质子的小,因此,由λ=可知,速度相同的电子和质子,电子的物质波的波长较长,选项D对。
答案BD
7.频率为ν的光子的动量和波长的关系是λ=,能量为ε,则光的速度为(　　)
A. B.pε C. D.
解析由波速公式c=λν,德布罗意波波长λ=,光子能量ε=hν,可得c=λ。故选项A、C正确。
答案AC
8.如图所示,N为钨板,M为金属网,它们分别与电池两极相连,各电池的电动势E和极性已在图中标出,钨的逸出功为4.5 eV,现分别用能量不同的光子照射钨板(各光子的能量也已在图上标出),那么下列图中电子能到达金属网的是(　　)
解析逐项分析如下:
选项 诊　　断 结论
A 入射光的能量小于逸出功,不能发生光电效应 ×
B 入射光的能量大于逸出功,且电压为正向电压,必有光电流 √
C 光电子的最大初动能Ek=8eV-4.5eV=3.5eV,大于克服反向电压所做的功WU=2eV,有光电流 √
D 光电子的最大初动能Ek=3.5eV,需要克服反向电压做功WU=4eV,电子不能到达金属网 ×
答案BC
二、填空题(本题共2小题,共18分。把答案填在题中的横线上)
9.(8分)(2020江苏)大量处于某激发态的氢原子辐射出多条谱线,其中最长和最短波长分别为λ1和λ2,则该激发态与基态的能量差为　　　　　,波长为λ1的光子的动量为　　　　　。(已知普朗克常量为h,光速为c)
解析该激发态与基态的能量差为辐射出所有光子的最大能量值,对应光子的波长最短,则有ε=hν=;波长为λ1的光子的动量为p=。
答案
10.
(10分)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K为阴极,A为阳极。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10.5 eV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6.0 V;现保持滑片P位置不变,光电管阴极材料的逸出功为　　　　 eV,若增大入射光的强度,电流计的读数　　　　(选填“为零”或“不为零”)。
解析根据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U=6.0V,由动能定理,eU=Ek;由爱因斯坦光电效应方程,Ek=E-W,解得光电管阴极材料的逸出功为W=4.5eV;若增大入射光的强度,电流计的读数仍为零。
答案4.5　为零
三、解答题(本题共3小题,共34分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
11.(10分)某月球探测卫星进入地月转移轨道时的速度约为11 km/s。已知该卫星的质量为2 480 kg,试计算与该卫星奔月过程对应的物质波波长。
解析与该卫星奔月过程对应的物质波波长为λ=m=2.43×10-41m。
答案2.43×10-41 m
12.(12分)
如图所示,阴极K用极限波长λ0=0.66 μm的金属铯制成,用波长λ=0.5 μm的绿光照射阴极K,调整两个极板电压,当A板电压比阴极K高出2.5 V时,光电流达到饱和,电流表示数为0.64 μA,求:
(1)每秒阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极的时候所具有的最大初动能;
(2)如果把照射阴极的单色光的光强增大为原来的2倍,每秒从阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极的时候所具有的最大初动能。
解析(1)当电流达到饱和时,阴极发射的光电子全部到达阳极A,阴极每秒发射的光电子的个数n==4.0×1012。
根据爱因斯坦光电效应方程,光电子的最大初动能me=hν-W0=h-h=6.626×10-34×3×108×J≈9.6×10-20J。
(2)光强加倍,每秒发射的光电子数加倍,但入射光频率不变,发射的光子的最大初动能不变。如果照射光的频率不变,光强加倍,根据光电效应实验规律,阴极每秒发射的光子数n'=2n=8.0×1012,光电子的最大初动能仍然是9.6×10-20J。
答案(1)4.0×1012　9.6×10-20 J　(2)8.0×1012　9.6×10-20 J
13.(12分)用波长为4×10-7 m的紫光照射某金属,发出的光电子垂直进入3×10-4 T的匀强磁场中,光电子所形成的圆轨道的最大半径为1.2 cm(电子电荷量e=1.6×10-19 C,其质量m=9.1×10-31 kg)。求:
(1)紫光光子的能量;
(2)光电子的最大初动能;
(3)该金属发生光电效应的极限频率。
解析(1)光子的能量ε=hν=h=6.626×10-34×J=4.97×10-19J。
(2)光电子进入磁场后,受到的洛伦兹力等于做匀速圆周运动的向心力,qvB=m,v=,光电子的最大初动能:Ek=mv2=
=J=1.82×10-19J。
(3)金属的极限频率满足W=hν0
由爱因斯坦光电效应方程:Ek=hν-W=hν-hν0
ν0=Hz=4.75×1014Hz。
答案(1)4.97×10-19 J　(2)1.82×10-19 J
(3)4.75×1014 Hz