高中同步人教版选择性必修第三册第四章第5节粒子的波动性和量子力学的建立

2022版高中同步人教版选择性必修第三册 第四章 第5节 粒子的波动性和量子力学的建立
一、多选题
1．在下列关于近代物理知识的说法中，正确的是（ ）
A．紫外线照射到金属锌板表面时能发生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能也随之增大
B．普朗克为了解释黑体辐射现象，第一次提出了能量量子化理论
C．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减少
D．光子不仅具有能量，也具有动量
E．根据波尔能级理论，氢原子辐射出一个光子后，将由高能级向较低能级跃迁，核外电子的动能增加
2．利用射线或中子束得到晶体的衍射图样，进而分析出晶体的原子排列，则下列分析中正确的是（ ）
A．电子显微镜所利用的是电子的物质波的波长比原子尺寸小得多
B．电子显微镜中电子束运动的速度应很小
C．要获得晶体的射线衍射图样，射线波长要远小于原子的尺寸
D．中子的物质波的波长可以与原子尺寸相当
3．下列说法正确的是( )
A．方程式 是重核裂变反应方程
B．光电效应和康普顿效应都说明光具有粒子性
C．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时所产生的
D．德布罗意首先提出了物质波的猜想，而电子衍射实验证实了他的猜想
4．2019 年春节上映的中国科幻大片《流浪地球》引起了巨大的观影热潮，在电影中，为了推动地球离开太阳系，人类在地球上建造了上万座高耸入云的核聚变发动机。目前，人类首先要实现的是氘氚的核聚变，也是相对最容易的一种核聚变。其具体的核反应方程式为氘核的质量为 m1，氚核的质量为 m2，氦核的质量为 m3，中子的质量为 m4，核反应中发射一种γ光子，该γ光子照射到逸出功为 W0 的金属上打出的最大初动能的光电子的速度为 v，已知光电子的质量为 m，光速为c，普朗克常量为h，则（ ）
A．核聚变反应释放的核能为（m1+m2-m3-m4）c2
B．γ光子来源于原子的核外电子的能级跃迁
C．光电子的德布罗意波长为
D．γ光子的频率为
5．关于下列四幅图说法正确的是（　　）
A．原子中的电子绕原子核高速运转时，运行轨道的半径是任意的
B．光电效应实验说明了光具有粒子性
C．电子束通过铝箔时的衍射图样证实了电子具有波动性
D．发现少数α粒子发生了较大偏转，说明原子的质量绝大部分中在很小空间范围
6．下列说法正确的是（　　）
A．黑体就是颜色较黑且不能向外辐射电磁波的物体
B．爱因斯坦提出的光子说法推翻了普朗克的能量子假设
C．利用普朗克的能量量子化理论能较好解释黑体辐射实验规律
D．微观粒子的能量量子化是指其能量由一个个不可分割的能量子组成
二、单选题
7．波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有（　　）
A．光电效应现象揭示了光的粒子性 B．光子频率越大，波动性越明显
C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释 D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等
8．用如图所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为3.0eV的光照射到光电管上时，电流表G的读数为0.2mA，移动变阻器的触点c，当电压表的示数大于或等于0.8V时，电流表读数为0，则（　　）
A．电键K断开后，没有电流流过电流表G
B．所有光电子的初动能为0.8eV
C．光电管阴极的逸出功为2.20V
D．改用能量为1.5eV的光子照射，电流表G也有电流，但电流较小
9．下列说法正确的是（　　）
A．第一次通过实验比较准确的测出万有引力常量的科学家是卡文迪许
B．做匀速圆周运动的物体，当它所受的合力突然减小一半时，它将做直线运动
C．经典力学适用于宏观高速物体
D．力是矢量，位移是矢量，所以功也是矢量
10．下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是（ ）A．有的光是波，有的光是粒子
B．光子与电子是同样的一种粒子
C．大量光子的行为往往显示出粒子性
D．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著
11．如图在光滑水平面上叠放A、B两物体，其间有摩擦，mA＝2 kg，mB＝1 kg，速度的大小均为v0＝10 m/s，设A板足够长，当观察到B做加速运动时，A的可能速度为(　　)
A．2 m/s B．3 m/s C．4 m/s D．5 m/s
12．以下说法不正确的是
A．电子束通过铝箔形成的衍射图样证实了实物粒子的波动性
B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关
C．放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关
D．一个处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生6种不同频率的光子
13．下列说法正确的是
A．康普顿效应表明光具有波动性
B．核反应方程U+n→Ba+Kr+xA中x=3，A为中子
C．将放射性元素的温度升高或降低，它的半衰期将发生改变
D．在光电效应现象中，光电子的最大初动能和入射光的频率成正比
14．1921年爱因斯坦因为科学地解释了光电效应现象而获得了诺贝尔物理学奖。下列关于光电效应的说法正确的是（　　）
A．光电效应存在极限频率
B．光电流随着光强的增大而减小
C．只要光照时间足够长就能发生光电效应
D．光电子的最大初动能与入射光的频率无关
15．下列说法中正确的是（　　）
A．伽利略发现了万有引力定律，并测得了引力常量
B．当r趋近于零时，两个物体间的万有引力趋近于无穷大
C．处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度不为零
D．相对论时空观认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律相同
16．利用金属晶格（大小约10-10m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子束通过电场加速后，照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样．已知电子质量为m，电荷量为e，初速度为0，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法中正确的是
A．该实验说明了电子具有粒子性
B．实验中电子束的德布罗意波的波长为
C．加速电压U越大，电子的衍射现象越明显
D．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显
17．1924年法国物理学家德布罗意提出物质波的概念，任何个运动着的物体，小到电子，大到行星、恒星都有一种波与之对应，波长，p为物体运动的动量，h是普朗克常量．同样光也具有粒子性，光子的动量．根据上述观点可以证明一个静止的自由电子如果完全吸收一个光子，会发生下列情况：设光子频率为，则，，被静止的自由电子吸收后有，．由以上两式可解得，电子的速度为两倍光速，显然这是不可能的．关于上述过程以下说法正确的是（ ）
A．因为在微观世界中动量守恒定律不适用，上述论证错误，所以电子可能完全吸收一个光子
B．因为在微观世界中能量守恒定律不适用，上述论证错误，所以电子可能完全吸收一个光子
C．动量守恒定律、能量守恒定律是自然界中普遍适用规律，所以唯一结论是电子不可能完全吸收一个光子
D．若光子与一个静止的自由电子发生作用，则光子被电子散射后频率不变
18．如图甲所示，光滑水平面上有、两个小球，a球向静止的球运动并与球发生正碰后粘合在一起共同运动，其碰前和碰后的图像如图乙所示。已知，则球的质量是（　　）
A． B． C． D．
19．下列各组物理现象能够说明光具有波粒二象性的是（　　）
A．光的干涉和光的衍射 B．光的全反射和光的色散
C．光的折射和光电效应 D．泊松亮斑和康普顿效应
20．下列有关波粒二象性的说法中，正确的是（　　）
A．大量光子的行为往往表现出光的粒子性
B．光电效应现象说明了光具有波粒二象性
C．康普顿效应现象说明光具有粒子性
D．实物粒子不具有波粒二象性
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．BDE
【解析】
【详解】
A．紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，根据光电效应方程，最大初动能与入射光的频率有关，与光强度无关，故A错误；
B．普朗克为了解释黑体辐射现象，第一次提出了能量量子化理论，故B正确；
C．半衰期由放射性元素本身的性质决定，与物体的温度无关，故C错误；
D．康普顿效应中，光子与静止电子碰撞后光子的频率发生了变化，使用动量守恒定律与能量守恒定律可以解释该现象，表明光子除具有能量外，还具有动量，深入揭示了光的粒子性的一面，D正确；
E．根据玻尔理论，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，半径减小，则速度增大，同时电子的动能增大，电势能减小，E正确。
故选BDE。
考点：光电效应，黑体辐射，半衰期，波尔理论。
【点睛】
关键是直达光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，与入射光的强度无关．半衰期与外界因素无关。
2．AD
【解析】
【详解】
AB.因为电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光短，电子显微镜所利用的电子的物质波的波长比原子尺寸小，由德布罗意波长公式可知，当电子束的波长越短时，则运动的速度越大，故选项A正确，B错误；
CD.由题中信息“利用射线或中子束得到晶体的衍射图样”及发生衍射现象的条件可知，射线波长要远大于原子的尺寸，或中子的物质波或射线的波长与原子尺寸相当，故选项C错误，D正确．
3．BCD
【解析】
【详解】
是衰变反应，不是重核裂变反应方程，故A错误；光电效应和康普顿效应都说明光具有粒子性，故B正确；β衰变所释放的电子，是原子核内的中子转化成质子和电子时所产生的，故C正确；德布罗意首先提出了物质波的猜想，之后电子衍射实验证实了他的猜想，故D正确；故选BCD．
4．ACD
【解析】
【详解】
A．核反应过程中质量亏损为：△m=m1+m2-m3-m4，由爱因斯坦的质能方程可知，核反应释放的能量为：E=△mc2=（m1+m2-m3-m4）c2。故A正确。
B．核反应释放能量，γ光子的能量就是来源于核反应释放的能量。故B错误。
C．光电子的德布罗意波波长为：，故C正确；
D．根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能为：，所以光子的频率为：
故D正确。
故选ACD。
5．BCD
【解析】
【详解】
A．根据波尔理论，原子中的电子绕原子核高速运转时，运行轨道的半径是不连续的，故A错误；
B．光电效应实验说明了光具有粒子性，故B正确；
C．电子束通过铝箔时的衍射图样证实了电子具有波动性，故C正确；
D．α粒子轰击金箔的实验中，发现少数α粒子发生了较大偏转，说明原子的质量绝大部分集中在很小空间范围，故D正确。
故选BCD。
6．CD
【解析】
【详解】
A．黑体是指能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体，和物体的颜色无关，故A错误；
B．爱因斯坦提出的光子说法继承并发展了普朗克的能量子假设，光子说认为光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，故B错误；
C．利用普朗克的能量量子化理论能较好解释黑体辐射实验规律，故C正确；
D．微观粒子的能量量子化是指其能量由一个个不可分割的能量子组成，故D正确。
故选CD。
7．A
【解析】
【分析】
【详解】
A．光电效应现象揭示了光的粒子性，A正确；
B．光子频率越大，波长越小，粒子性越明显，B错误；
C．黑体辐射的实验规律不能使用光的波动性解释，而普朗克借助于能量子假说，完美的解释了黑体辐射规律，破除了“能量连续变化”的传统观念，C错误；
D．动能相等，根据
可知质子和电子的质量不同，所以动量不相等，根据德布罗意波长公式
则质子和电子的德布罗意波长也不相等，D错误。
故选A。
8．C
【解析】
【详解】
A．当电键K断开后，用光子能量为3.0eV的光照射到光电管上时，光电管还是会由光电子逸出，光电子逸出表面时有初动能，会到达阳极与电流计和电压表形成回路，形成电流，所以A错误；
B．由图可知，光电管接的是反向电压，当电压表的示数大于或等于0.8V时，电流表读数为0，说明此时没有光电子到达阳极，即0.8V是遏止电压，由
可知，光电子的最大初动能是0.8eV，不是所有光电子的初动能都是0.8eV，所以B错误；
C．由爱因斯坦的光电效应方程，可得光电管阴极的逸出功为
所以C正确；
D．由C选项可知，阴极的逸出功为2.2eV，而要想发生光电效应，要求入射光的能量大于逸出功，所以当用能量为1.5eV的光子照射时，不会由光电子逸出，不会形成光电流，所以D错误。
故选C。
9．A
【解析】
【详解】
A．第一次通过实验比较准确的测出万有引力常量的科学家是卡文迪许，选项A正确；
B．做匀速圆周运动的物体，当它所受的合力突然减小一半时，它将做离心的曲线运动，选项B错误；
C．经典力学仅适用于宏观低速物体，选项C错误；
D．力是矢量，位移是矢量，但是功是标量，选项D错误。
故选A。
10．D
【解析】
【详解】
A、光既是波又是粒子，故A错误；
B、光子不带电，没有静止质量，而电子带负电，由质量，故B错误；
C、个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性，故C错误；
D、光的波长越长，其波动性越显著，波长越短，其粒子性越显著，故D正确；
故选D．
【点睛】
光子既有波动性又有粒子性，波粒二象性中所说的波是一种概率波，对大量光子才有意义，个别光子的作用效果往往表现为粒子性，大量光子的作用效果往往表现为波动性．
11．C
【解析】
【分析】
【详解】
在摩擦力的作用下，因为B物体质量下，所以B物体先做减速运动，后来有反向做加速运动，A一直做减速运动，最终当两物体速度相等时，一起匀速设最终速度为v，根据系统动量守恒有
解得
则A的速度大于
设B的速度为零时，A的速度为 ，则有
解得
可知A的速度小于，综合可知A的速度可能为
故选C。
12．D
【解析】
【详解】
电子束通过铝箔形成的衍射图样证实了实物粒子的波动性，选项A正确；由黑体辐射规律可知，辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，故B正确；放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关，选项C正确；一个处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生3种不同频率的光子，即4→3,3→2,,2→1，选项D错误；此题选项错误的选项，故选D.
13．B
【解析】
【详解】
康普顿效应表明光具有粒子性，选项A错误；根据核反应前后质量数和电荷数守恒可知，选项B正确；元素的半衰期由原子核内部因素决定，与所处和化学状态以及物理环境无关，选项C错误；根据光电效应方程可知，在光电效应现象中，光电子的最大初动能随入射光的频率增加而增加，但非成正比关系，选项D错误；故选B.
14．A
【解析】
【分析】
【详解】
AC．每种金属都有它的极限频率，只有入射光子的频率大于该金属的极限频率时，才会发生光电效应，如果入射光子的频率小于该金属的极限频率，则无论光照强度多强，光照时间多么长，都不能发生光电效应，A正确，C错误；
B．当入射光子的频率大于金属的极限频率时，发生光电效应，产生光电流，入射光的强度越大，单位时间内发出光电子的数目越多，形成的光电流越大，B错误；
D．根据爱因斯坦光电效应方程
可知光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系，D错误。
故选A。
15．D
【解析】
【分析】
【详解】
A．牛顿发现了万有引力定律，卡文迪许测出了引力常量G，故A错误；
B．当r趋近于零时，物体不能看成质点， 不再成立，所以不能得到万有引力趋近于无穷大的结论，故B错误；
C．处于静电平衡状态的导体，其内部的电场强度处处为零，故C错误；
D．相对论时空观认为在不同的惯性参考系中，一切物理规律相同，故D正确。
故选D。
16．B
【解析】
【详解】
实验得到了电子的衍射图样，说明电子这种实物粒子发生了衍射，说明电子具有波动性，故A错误； 有动能定理可知， ，经过电场加速后电子的速度，电子德布罗意波的波长 故B正确；由电子的德布罗意波波长公式 可知，加速电压越大，电子德布罗意波波长越短，波长越短则衍射现象越不明显，故C错误；质子与电子带电量相同，但是质子质量大于电子，动量与动能间存在关系，可知质子动量大于电子，由于，可知质子的德布罗意波波长小于电子的德布罗意波波长，波长越小则衍射越不明显，故D错误；故选B
17．C
【解析】
【详解】
ABC．动量守恒定律和能量守恒定律是自然界中普遍适用的规律，因此在微观世界中动量守恒定律和能量守恒定律仍适用，在光电效应实验中金属内部电子在吸收一定能量的光子后克服逸出功从而成为自由电子，因此电子可以吸收光子，故得出的唯一结论是静止的自由电子不可能完全吸收一个光子，选项A、B错误，C正确；
D．光子与静止的自由电子发生作用，被电子散射后因能量变小从而频率降低，选项D错误．
故选C.
18．A
【解析】
【详解】
由图示s-t图象可知，碰撞前a球的速度
碰撞后a、b的共同速度
两球碰撞过程系统动量守恒，以碰撞前a球的速度方向为正方向，由动量守恒定律得
代入数据解得
故A正确。
故选A。
19．D
【解析】
【详解】
A．干涉和衍射是波的特有现象，光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，故A错误；
B．光的全反射和光的色散都体现光的粒子性，故B错误；
C．光的折射和光电效应都体现光的粒子性，故C错误；
D．泊松亮斑是光的衍射现象即体现波动性，康普顿效应体现光的粒子性，故D正确。
故选D。
20．C
【解析】
【分析】
【详解】
A．光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律，大量光子运动的规律表现出光的波动性，而单个光子或少数光子的运动表现出光的粒子性，故A错误；
B．光电效应说明光具有粒子性，故B错误；
C．康普顿效应现象说明光具有粒子性，故C正确；
D．宏观物体的德布罗意波的波长太小，实际很难观察到波动性，不是不具有波粒二象性，故D错误。
故选C。
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