第2章波和粒子章末检测试卷沪科版选修3_5

第2章 波和粒子
章末检测试卷(二)
(时间：90分钟　满分：100分)
一、选择题(本题共12小题，每小题5分，共60分；其中1～8题为单项选择题，9～12题为多项选择题)
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
答案　C
2．关于光电效应，以下说法正确的是(　　)
A．光电子的最大动能与入射光的频率成正比
B．光电子的最大动能越大，形成的光电流越强
C．能否产生光电效应现象，取决于入射光光子的能量是否大于金属的逸出功
D．用频率是ν1的绿光照射某金属发生了光电效应，改用频率是ν2的黄光照射该金属一定不发生光电效应
答案　C
解析　由光电效应方程知，光电子的最大动能随入射光频率的增大而增大，但不是成正比关系，A错．光电流的强度与入射光的强度成正比，与光电子的最大动能无关，B错．用频率是ν1的绿光照射某金属发生了光电效应，改用频率是ν2的黄光照射该金属不一定不发生光电效应，能发生光电效应的条件是入射光光子的能量要大于金属的逸出功，D错，C对．
3．爱因斯坦由光电效应的实验规律，猜测光具有粒子性，从而提出光子说，从科学研究的方法来说，这属于(　　)
A．等效替代 B．控制变量
C．科学假说 D．数学归纳
答案　C
解析　为了解释光电效应的实验规律，由于当时没有现成的理论，爱因斯坦就提出了“光子说”来解释光电效应的规律，并取得成功．从科学研究的方法来说，这属于科学假说．C正确，A、B、D错误．
4．关于光的波粒二象性，下列理解正确的是(　　)
A．当光子静止时有粒子性，光子传播时有波动性
B．光是一种宏观粒子，但它按波的方式传播
C．光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可以用波动规律来描述
D．大量光子出现的时候表现为粒子性，个别光子出现的时候表现为波动性
答案　C
解析　光子是不会静止的，大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性，故A、D错误；光子不是宏观粒子，光在传播时有时看成粒子有时可看成波，故B错误；光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可以用波动规律来描述，故C正确．
5．波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的是(　　)
A．光电效应现象揭示了光的波动性
B．热中子束射到晶体上产生的衍射图样说明中子具有波动性
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
答案　B
解析　光电效应现象揭示了光的粒子性，A错误；热中子束射到晶体上产生的衍射图样说明中子具有波动性，B正确；普朗克借助于能量子假说，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；根据德布罗意波长公式，若一个电子的德布罗意波长和一个质子的德布罗意波长相等，则动量p也相等，动能则不相等，D错误．
6．经150V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
答案　D
解析　电子在运动中表现出波动性，没有一定的运动轨迹，牛顿运动定律不适用于电子的运动．故正确选项为D.
7．如图1甲所示，合上开关，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极K，发现电流表读数不为零．调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60V时，电流表读数仍不为零，当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零．把电路改为图乙，当电压表读数为2V时，则逸出功及电子到达阳极时的最大动能为(　　)
图1
A．1.5eV　0.6eV B．1.7eV　1.9eV
C．1.9eV　2.6eV D．3.1eV　4.5eV
答案　C
解析　用光子能量hν＝2.5eV的光照射阴极，电流表读数不为零，则能发生光电效应，当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零，则电子不能到达阳极，由动能定理－eU＝0－mvm2知，最大动能Ekm＝eU＝0.6eV，由光电效应方程知W＝hν－Ekm＝1.9eV，对题图乙当电压表读数为2V时，电子到达阳极的最大动能为Ekm′＝Ekm＋eU′＝0.6eV＋2eV＝2.6eV.故C正确．
8．已知金属锌发生光电效应时产生的光电子的最大动能Ekm跟入射光的频率ν的关系图像如图2中的直线1所示．某种单色光照射到金属锌的表面时，产生的光电子的最大动能为E1.若该单色光照射到另一金属表面时产生的光电子的最大动能为E2，E2图2
A．a B．b
C．c D．上述三条图线都不正确
答案　A
解析　根据光电效应方程知，Ekm－ν为一次函数，普朗克常量h是斜率，h是确定的值，虽然两金属的逸出功不同，但两个Ekm－ν图像的斜率相同，两个直线平行，同时再利用Ekm＝hν－W，结合图像E29.金属在光的照射下产生光电效应，其遏止电压U0与入射光频率ν的关系图像如图3所示．则由图像可知(　　)
图3
A．该金属的逸出功等于hν0
B．入射光的频率发生变化时，遏止电压不变
C．若已知电子电荷量e，就可以求出普朗克常量h
D．入射光的频率为3ν0时，产生的光电子的最大动能为2hν0
答案　ACD
解析　当遏止电压为零时，最大动能为零，W＝hν0，故A正确．根据光电效应方程Ekm＝hν－W和eU0＝Ekm得，U0＝－，当入射光的频率大于极限频率时，遏止电压与入射光的频率成线性关系，故B错误．由U0＝－，知图线的斜率等于，从图像上可以得出斜率的大小，若已知电子电荷量，可以求出普朗克常量，故C正确．从图像上可知，逸出功W＝hν0.根据光电效应方程，Ekm＝hν－W＝hν－hν0.入射光的频率为3ν0时，产生的光电子的最大初动能为2hν0，故D正确．
10．下表列出了几种不同物体在某种速度下的德布罗意波长和频率为1MHz的无线电波的波长，根据表中数据可知(　　)
质量/kg
速度/(m·s－1)
波长/m
弹子球
2.0×10－2
1.0×10－2
3.3×10－30
电子(100eV)
9.1×10－31
5.0×106
1.5×10－10
无线电波(1MHz)
3.0×108
3.0×102
A.要检测弹子球的波动性几乎不可能
B．无线电波通常只能表现出波动性
C．电子照射到金属晶体上能观察到它的波动性
D．只有可见光才有波粒二象性
答案　ABC
解析　弹子球的波长相对太小，所以检测其波动性几乎不可能，A正确；无线电波波长较长，所以通常表现为波动性，B正确；电子波长与金属晶体原子尺度差不多，所以能利用金属晶体观察电子的波动性，C正确；由物质波理论知，D错误．
11．物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减弱光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝，实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只出现一些不规则的点；如果曝光时间足够长，底片上就出现了规则的干涉条纹，对这个实验结果下列认识正确的是(　　)
A．曝光时间不长时，光子的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的点
B．单个光子的运动表现出波动性
C．干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方
D．大量光子的行为表现出波动性
答案　CD
解析　光是一种概率波，对于一个光子通过单缝落在何处，是不确定的，但概率最大的是中央亮纹处，可达95%以上，还可能落到暗纹处，不过落在暗纹处的概率最小(注意暗纹处并非无光子到达)．故C、D选项正确．
12．如图4所示为研究光电效应规律的实验电路，电源的两个电极分别与接线柱c、d连接．用一定频率的单色光a照射光电管时，灵敏电流计G的指针会发生偏转，而用另一频率的单色光b照射该光电管时，灵敏电流计G的指针不偏转．下列说法正确的是(　　)
图4
A．a光的频率一定大于b光的频率
B．用b光照射光电管时，一定没有发生光电效应
C．电源正极可能与c接线柱连接
D．若灵敏电流计的指针发生偏转，则电流方向一定是由d→G→f
答案　ACD
解析　由于电源的接法不知道，所以有两种情况：(1)c接负极，d接正极：单色光a频率大于金属的极限频率，b光的频率小于金属的极限频率，所以a光的频率一定大于b光的频率．(2)c接正极，d接负极：a、b两光都能发生光电效应，a光产生的光电子能到达负极而b光产生的光电子不能到达负极，a光产生的光电子的最大动能大，所以a光的频率一定大于b光的频率，故A、C正确，B错误；电流的方向与负电荷定向移动的方向相反，若灵敏电流计的指针发生偏转，则电流方向一定是由d→G→f，故D正确．
二、填空题(本题共2小题，共10分)
13．(4分)如图5所示的实验电路，当用黄光照射光电管中的金属涂层时，毫安表的指针发生了偏转．若将电路中的滑动变阻器的滑片P向右移动到某一位置时，毫安表的读数恰好减小到零，此时电压表读数为U.若此时增加黄光照射的强度，则毫安表____(选填“有”或“无”)示数．若此时改用蓝光照射光电管中的金属涂层，则毫安表_____(选填“有”或“无”)示数．
图5
答案　无　有
解析　光电效应的原理是当有频率足够大的光照射到金属表面时，将会使金属中的电子获得足够能量而从表面逸出，逸出的光电子向另一极板定向移动而形成电流．当增加黄光照射的强度时，不能增加光电子的最大动能，故毫安表无示数．当改用蓝光照射时，光电子的最大动能增大，光电子能到达A极，形成电流．
14．(6分)如图6所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大动能随入射光频率的变化图线，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s(直线与横轴的交点坐标为4.17，与纵轴交点坐标为0.5)．由图可知，斜率表示________．该金属的极限频率为________Hz，该金属的逸出功为____J，(结果保留三位有效数字)若用频率为5.5×1014Hz的光照射该种金属时，则对应的遏止电压应为____V.
图6
答案　普朗克常量h　4.17×1014　2.76×10－19　0.5
解析　根据爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W，Ekm－ν图像的横轴的截距大小等于极限频率，由题图知该金属的极限频率为4.17×1014Hz.由Ekm＝hν－W得，该图线的斜率表示普朗克常量h，金属的逸出功W＝hν0＝6.63×10－34×4.17×1014J≈2.76×10－19J，由题图得，当入射光的频率为ν＝5.5×1014Hz，最大动能为Ekm＝0.5eV.依据U0＝解得：U0＝0.5V.
三、计算题(本题共3小题，共30分)
15．(10分)钨的逸出功是4.54eV，现用波长200nm的光照射钨的表面．已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，电子电荷量e＝1.6×10－19C，真空中光速c＝3.0×108m/s.求：(结果均保留三位有效数字)
(1)光电子的最大动能；
(2)遏止电压；
(3)钨的极限频率．
答案　(1)1.68eV　(2)1.68V　(3)1.10×1015Hz
解析　(1)由爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W可得：
Ekm＝h－W＝(－4.54×1.6×10－19) J＝2.681×10－19J≈1.68eV.
(2)由eU0＝Ekm得遏止电压U0＝＝1.68V.
(3)由W＝hν0得极限频率
ν0＝＝Hz≈1.10×1015Hz.
16．(10分)德布罗意认为：任何一个运动着的物体，都有一种波与它对应，波长是λ＝，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440nm，若将电子加速，使它的德布罗意波长是这种紫光波长的10－4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长的关系，并计算加速电压的大小．(电子质量m＝9.1×
10－31kg，电子电荷量的绝对值e＝1.6×10－19C，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，加速电压的计算结果保留一位有效数字)
答案　(1)1.5×10－23kg·m/s　(2)U＝　8×102V
解析　(1)λ＝，电子的动量
p＝＝kg·m/s≈1.5×10－23kg·m/s.
(2)电子在电场中加速，根据动能定理有eU＝mv2
U＝＝
代入数据得：U≈8×102V.
17．(10分)如图7甲所示是研究光电效应规律的光电管．用波长λ＝0.50μm的绿光照射阴极K，实验测得流过表的电流I与AK之间电势差UAK满足如图乙所示规律，已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，电子电荷量e＝1.6×10－19C，真空中光速c＝3.0×108m/s.结合图像，求：(结果均保留两位有效数字)
图7
(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极K时的最大动能；
(2)该阴极材料的极限波长．
答案　(1)4.0×1012个　9.6×10－20J　(2)6.6×10－7m
解析　(1)光电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部到达阳极A，阴极每秒钟发射的光电子的个数
n＝＝个＝4.0×1012(个)
光电子的最大动能为：
Ekm＝eU0＝1.6×10－19×0.6J＝9.6×10－20J.
(2)设该阴极材料的极限波长为λ0，根据爱因斯坦光电效应方程Ekm＝h－h
代入数据得λ0≈6.6×10－7m.