2017-2018学年高二物理鲁科版选修3-5章末综合测评：第5章 波与粒子（含解析）

章末综合测评(五)
(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．全部选对得6分，选对但不全得3分，有错选或不答得0分．)
1．关于德布罗意波波长，下列说法中正确的是(　　)
A．动量相同的不同物体(包括宏观物体和微观粒子)，它们具有相同的德布罗意波波长
B．动能相同的不同物体，它们具有相同的德布罗意波波长
C．速率相同的不同物体，它们具有相同的德布罗意波波长
D．只有动量相同的不同微观粒子，它们才具有相同的德布罗意波长
【解析】　由德布罗意波长公式λ＝知，只要物体的动量p相同，则它们的德布罗意波波长就相同，故A正确，B、C、D错误．
【答案】　A
2．(多选)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
【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、γ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．
【答案】　CD
3．根据宇宙大爆炸的理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期，那么在大爆炸之后最早产生的粒子是(　　)
A．夸克、轻子、胶子等粒子
B．质子和中子等强子
C．光子、中微子和电子等轻子
D．氦核、氚核、中子等轻核
【解析】　根据宇宙大爆炸理论，在大爆炸之后最早产生的粒子是夸克、轻子、胶子等粒子．
【答案】　A
4．已知钙和钾的截止频率分别为7.73×1014
Hz和5.44×1014
Hz，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的(　　)
A．波长　　　　　　
B．频率
C．能量
D．动量
【解析】　光电效应方程Ekm＝hν－W＝hν－hν0，因为钙的截止频率大，因此钙中逸出的光电子的最大初动能小，其动量p＝，故动量小，由λ＝，可知波长较长，则频率较小，选项A正确．
【答案】　A
5．(多选)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4.5×1014
Hz，则以下判断正确的是(　　)
图1
A．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λ＝0.5
μm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
【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错误；波长λ＝0.5
μm的光子的频率ν＝＝
Hz＝6×1014
Hz>4.5×1014
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】　BCD
6．(多选)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
【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；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】　BD
7．(多选)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
【解析】　由ε＝hν和Ek＝hν－W0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；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错误，D正确．
【答案】　ACD
8．(多选)关于光电效应现象，下列说法中正确的是(　　)
A．在光电效应现象中，入射光的强度越大，光电子的最大初动能越大
B．在光电效应现象中，光电子的最大初动能与照射光的频率成线性关系
C．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此波长，才能发生光电效应
D．对于某种金属，只要入射光的强度足够大，就会发生光电效应
【解析】　由Ek＝hν－W可知光电子的最大初动能与入射光的频率、材料的逸出功有关，与入射光的强度无关，Ek只是随ν线性增大，A错误，B正确．要发生光电效应，光电子的最大初动能Ek>0，则由Ek＝hν－W，hν＝h＝Ek＋W>W有ν>或λ<，与入射光的强度无关，但饱和光电流强度与入射光的强度呈正比关系，C正确，D错误．
【答案】　BC
二、非选择题(本题共4小题，共52分．按题目要求作答)
9．(12分)质量为m的粒子被限制在x＝－到x＝的区域内运动，在它朝x轴正方向运动时，求其动量测量值的最小不确定范围Δpx.
【解析】　由题意：Δx＝l，由不确定关系Δx·Δpx≥，得Δpx≥.因此，动量测量值的最小不确定范围Δpx＝.
【答案】　
10．(12分)已知：功率为100
W灯泡消耗的电能的5%转化为所发出的可见光的能量，光速c＝3.0×108
m/s，普朗克常量h＝6.63×10－34
J·s，假定所发出的可见光的波长都是560
nm，计算灯泡每秒内发出的光子数．
【解析】　波长为λ的光子能量为：
E＝，
设灯泡每秒内发出的光子数为n，灯泡电功率为P，则n＝，
式中，k＝5%是灯泡的发光效率．
得：光子数n＝，
代入题给数据得：
n＝1.4×1019(个)．
【答案】　1.4×1019个
11．(14分)如图2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λ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：
图2
(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
Ek＝hν－W，
光子的频率为ν＝.
所以，光电子的最大初动能为Ek＝－W.
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
eU＝Ek1－Ek，
所以Ek1＝eU＋－W.
(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d＝at2＝，
得t＝d.
【答案】　(1)eU＋－W　(2)d
12．(14分)爱因斯坦的相对论指出，物体的能量和质量之间存在一个定量关系：E＝mc2，其中c为光在真空中的速度．计算频率为ν＝5×1014
Hz的光子具有的动量是多少．若一电子的动量与该光子相同，该电子的运动速度是多少？该电子物质波的波长λe是多少？
【解析】　光子的能量E＝hν＝mc2，故得到光子的动量
p＝mc＝
＝
kg·m·s－1
＝1.1×10－27
kg·m·s－1.
设电子质量为me，速度为ve，动量为pe，则pe＝meve，
依题意pe＝p，则电子的速度大小为
ve＝＝＝
m/s
＝1.2×103
m/s
该电子物质波的波长为
λe＝＝
m＝6.0×10－7
m.
【答案】　1.1×10－27
kg·m·s－1　1.2×103
m/s　6.0×10－7
m