第5章 波与粒子 章节测试题 word版含解析

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2019鲁科版高中物理选修3-5第5章《波与粒子》章节测试题
本试卷分第Ⅰ卷和第Ⅱ卷两部分，共100分，考试时间150分钟。
第Ⅰ卷
一、单选题(共20小题,每小题3.0分,共60分)


1.若某个质子的动能与某个氦核的动能相等，则这两个粒子的德布罗意波长之比(　　)
A． 1∶2
B． 2∶1
C． 1∶4
D． 4∶1
2.物理学家做了一个有趣的双缝干涉实验：在光屏处放上照相用的底片，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，底片上只能出现一些不规则的点子；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条纹．对这个实验结果有下列认识，其中正确的是(　　)
A． 曝光时间不太长时，底片上只能出现一些不规则的点子，表现出光的波动性
B． 单个光子通过双缝后的落点可以预测
C． 只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性
D． 干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方
3.太阳放出的大量中微子向地球飞来，但实验测定的数目只有理论的三分之一，后来科学家发现中微子在向地球传播过程中衰变成一个μ子和一个τ子．若在衰变过程中μ子的速度方向与中微子原来的方向一致，则τ子的运动方向(　　)
A． 一定与μ子同方向
B． 一定与μ子反方向
C． 一定与μ子在同一直线上
D． 不一定与μ子在同一直线上
4.类地行星有(　　)
A． 水星、火星、木星、土星
B． 水星、金星、地球、火星
C． 地球、火星、木星、土星
D． 水星、金星、火星、木星
5.用某单色光照射金属表面，金属表面有光电子飞出．如果照射光的频率增大，强度减弱．则光子的能量和单位时间内飞出金属表面的光电子数的变化是(　　)
A． 光子的能量增大，光电子数减小
B． 光子的能量增大，光电子数增多
C． 光子的能量减小，光电子数减少
D． 光子的能量减小，光电子数增多
6.在用如图所示装置做光电效应实验中，当紫外线照射锌板时，发现原本闭合的验电器指针发生了明显的偏转，则此时(　　)

A． 验电器的金属球不带电
B． 验电器的金属指针带正电
C． 锌板被紫外线照射到的一面带负电
D． 锌板未被紫外线照射到的一面带负电
7.关于光的波粒二象性和物质波的理解，正确的是(　　)
A． 单个光子只有粒子性，光子的相互作用产生波动性
B． 光在传播时是波，而与物质相互作用时就变成粒子
C． 利用晶体做电子束衍射实验，证实了电子的波动性
D． 速度相等的电子和质子，电子的物质波波长短
8.下列关于宇宙的说法中正确的是(　　)
A． 目前地球上的潮汐现象主要是太阳引起的
B． 人类无法走出银河系观察银河系形状，是通过间接观察的办法确定银河系形状的
C． 恒星的表面颜色和温度有关
D． 恒星的寿命和其质量有关
9.法国物理学家德布罗意认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它对应，波长λ＝，人们把这种波称为物质波，也叫德布罗意波．如果有两个电子的速度分别为v1和v2，且v1＝2v2.则这两个电子对应的德布罗意波的波长关系为(　　)
A．λ1∶λ2＝1∶2
B．λ1∶λ2＝4∶1



C．λ1∶λ2＝2∶1
D．λ1∶λ2＝1∶4
10.法国物理学家德布罗意提出物质波的概念，任何一个运动着的物体，小到电子，大到行星、恒星都有一种波与之对应，波长为λ＝，p为物体运动的动量，h是普朗克常量．同样光也有具有粒子性，光子的动量为p＝.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γ光子，会发生下列情况：设光子频率为ν，则光子能量E＝hν，光子动量p＝＝，被电子吸收后有hν＝mv2，＝mv，由以上两式可解得：v＝2c，电子的速度为两倍光速，显然这是不可能的．对此，下列分析、判断正确的是(　　)
A． 因为在微观世界动量守恒定律不适用，上述推理错误，所以电子可能完全吸收一个γ光子
B． 因为在微观世界能量守恒定律不适用，上述推理错误，所以电子可能完全吸收一个γ光子
C． 动量守恒定律、能量守恒定律是自然界中普遍适用的规律，所以唯一结论是电子不可能完全吸收一个γ光子
D． 以上分析、判断都不对
11.如果下列四种粒子具有相同的速率，则德布罗意波长最大的是(　　)
A． 电子
B． 中子
C． 质子
D． α粒子
12.在光电效应实验中，先后用两束光照射同一个光电管，若实验所得光电流I与光电管两端所加电压U间的关系曲线如图所示，则下列说法中正确的是(　　)

A．a光频率大于b光频率
B．a光波长大于b光波长
C．a光强度高于b光强度
D．a光照射光电管时产生光电子的最大初动能较大
13.一个质量为m、电荷量为q的带电粒子，由静止开始经加速电场加速后(加速电压为U)，该粒子的德布罗意波长为(　　)



A．
B．
C．
D．
14.分别用波长为λ和λ的单色光照射同一金属板，发出的光电子的最大初动能之比为1∶2，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则此金属板的逸出功为(　　)
A．
B．
C．
D．
15.正电子、负质子等都属于反粒子，它们跟普通电子、质子的质量、电荷量均相等，而电性相反．科学家设想在宇宙的某些部分可能存在完全由反粒子构成的物质——反物质.1997年初和年底，欧洲和美国的科研机构先后宣布：他们分别制造出9个和7个反氢原子，这是人类探索反物质的一大进步．你推测反氢原子的结构是(　　)
A． 由一个带正电荷的质子与一个带负电荷的电子构成
B． 由一个带负电荷的质子与一个带正电荷的电子构成
C． 由一个不带电荷的中子与一个带负电荷的电子构成
D． 由一个带负电荷的质子与一个带负电荷的电子构成
16.近年来，数码相机几近家喻户晓，用来衡量数码相机性能的一个非常重要的指标就是像素，1像素可理解为光子打在光屏上的一个亮点，现知300万像素的数码相机拍出的照片比30万像素的数码相机拍出的等大的照片清晰得多，其原因可以理解为(　　)
A． 光是一种粒子，它和物质的作用是一份一份的
B． 光的波动性是大量光子之间的相互作用引起的
C． 大量光子表现光具有粒子性
D． 光具有波粒二象性，大量光子表现出光的波动性
17.恒星的周年视差证明了(　　)
A． 地球绕其轴心运动
B． 地球绕着太阳运动
C． 月球绕地球运动
D． 太阳质量远远大于地球质量
18.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，方法是让电子通过电场加速，然后让电子束照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样．已知电子质量为m、电量为e、初速度为零，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法中正确的是(　　)
A． 物质波和电磁波一样，在真空中的传播速度为光速c
B． 实验中电子束的德布罗意波长为λ＝
C． 加速电压U越大，电子的德布罗意波长越大
D． 若用相同动能的质子代替电子，德布罗意波长越大
19.光电效应中，从同一金属逸出的电子动能的最大值(　　)
A． 只跟入射光的频率有关
B． 只跟入射光的强度有关
C． 跟入射光的频率和强度都有关
D． 除跟入射光的频率和强度有关外，还和光照时间有关
20.下列说法正确的是(　　 )
A． 光子与光电子是同一种粒子
B． 光子与物质微粒发生相互作用时，不仅遵循能量守恒，还遵循动量守恒
C． 光具有粒子性又具有波动性，这种波是概率波，不是电磁波
D． 宏观物体也有波动性，这种波就是机械波
第II卷

二、计算题(共4小题,每小题10.0分,共40分)


21.用如图甲的电路研究光电效应中电子发射的情况与照射光的强弱、光的颜色(频率)等物理量间的关系．阴极K和阳极A是密闭在真空玻璃管中两个电极，K在受到光照时能发射光电子．K与A之间电压的大小可以调整，电路的正负极也可以对调．


(1)在实物图乙中添加一条导线使光电管两端施加正向电压
(2)用光照强度强的黄光照射光电管，光电流I与光电管两端的电压U的关系如图丙所示，Uc是光电流减小到0的遏止电压，若用光照强度弱的黄光照射光电管时，请在图丙上画出光电流I与光电管两端的电压U关系图象；
(3)用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线如图丁所示，(直线与横轴的交点坐标4.27，与纵轴交点坐标0.5)．求普朗克常量和金属的极限频率(均保留两位有效数字)
22.电子位置的不确定量至少为原子大小的十分之一，即Δx＝10－11m，试求电子速率的不确定量．
23.一个带电荷量为元电荷的粒子，经206V的加速电压由静止加速后，它的德布罗意波长为0.002 nm，试求这个粒子的质量．
24.用频率为ν的光照射光电管阴极时，产生的光电流随阳极与阴极间所加电压的变化规律如图，Uc为遏止电压．已知电子电荷量为－e，普朗克常量为h，求：

(1)光电子的最大初动能Ekm.
(2)该光电管发生光电效应的极限频率ν0.





答案解析
1.【答案】B
【解析】质子和氦核的质量之比是1∶4，
根据公式：p＝可知，
动能相同的质子和氦核的动量之比：
＝＝.
根据公式：λ＝，所以这两个粒子的德布罗意波长之比：＝＝
2.【答案】D
【解析】曝光时间不太长时，底片上只能出现一些不规则的点子，表现出光的粒子性，A错误；单个光子通过双缝后的落点不可以预测，在某一位置出现的概率受波动规律支配，B错误；大量光子的行为才能表现出光的波动性，干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方，C错误，D正确．
3.【答案】C
【解析】中微子衰变成μ子和τ子，满足动量守恒，μ子的速度方向与中微子原来的方向一致，τ子的运动方向必定也在这条直线上，选项C是正确的．
4.【答案】B
【解析】类地行星是以硅酸盐石作为主要成分的行星．地球所在的太阳系有四颗类地行星：水星、金星、地球和火星．
5.【答案】A
【解析】根据E＝hν知，照射光的频率增大，则光子能量增大，光的强度减弱，单位时间内发出光电子的数目减少．故A正确．
6.【答案】B
【解析】用弧光灯发出的紫外线照射锌板，锌板失去电子带正电，验电器与锌板相连，则验电器的金属球和金属指针带正电，故B正确，A、C、D错误．
7.【答案】C
【解析】光既是波又是粒子，A错误；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，B错误；电子束的衍射实验说明电子具有波动性，C正确；速度相等的电子和质子，电子的动量小；根据物质波的波长公式：λ＝可知，电子的波长长，D错误．
8.【答案】A
【解析】地球上的潮汐现象是来自于月球的引力，不是来自于太阳；故A错误；银河系范围过大，人类是无法走出河系观察银河系形状，是通过间接观察的办法确定银河系形状的，故B正确；恒星的表面颜色与温度有关，颜色越红温度越低，故C正确；恒星的寿命和其质量有关，质量越大的恒星，其寿命越短，故D正确．
9.【答案】A
【解析】两个电子的速度之比v1∶v2＝2∶1，则两个电子的动量之比p1∶p2＝2∶1.
所以两个电子的德布罗意波长之比λ1∶λ2＝1∶2.
10.【答案】C
【解析】动量守恒定律、能量守恒定律是自然界中普遍适用的规律，故选项C正确，选项A、B、D错误．
11.【答案】A
【解析】德布罗意波长为λ＝
又p＝mv
解得：λ＝
速度大小相同，电子的质量m最小，则电子的德布罗意波长最大．
12.【答案】C
【解析】光电流恰为零，此时光电管两端加的电压为截止电压，对应的光的频率为截止频率，可知，根据eUc＝Ek＝hν－W，入射光的频率越高，对应的截止电压Uc越大．a光、b光的截止电压相等，所以a光、b光的频率相等，则它们的最大初动能也相等；由图可知，a的饱和电流大于b的饱和电流，而光的频率相等，所以a光的光强大于b光的光强，C正确．
13.【答案】C
【解析】加速后的速度为v，根据动能定理可得：qU＝mv2
所以v＝，
由德布罗意波公式可得：λ＝＝＝.
14.【答案】A
【解析】光子能量为：?＝hν＝
根据爱因斯坦光电效应方程可知光电子的最大初动能为：Ek＝hν－W
根据题意：λ1＝λ，λ2＝λ
Ek1∶Ek2＝1∶2
联立可得逸出功W＝.
15.【答案】B
【解析】反氢原子的结构是由反粒子构成的物质，正电子、负质子等都属于反粒子，由反粒子的特点可知选项B正确．
16.【答案】D
【解析】光具有波粒二象性，不是一种粒子；大量光子表现出光的波动性，光的波动性不是大量光子之间的相互作用引起的，是光本身具有的性质．
17.【答案】B
【解析】太阳看上去总是那么大，说明地球与太阳的距离是大致不变的，所以地球是在绕太阳做近似圆周运动，也就是公转，故A、C、D错误，B正确．
18.【答案】B
【解析】物质波是一种概率波，体现为该物质在空间出现的几率大小不一样，但可以用波的函数描述，有别于机械波和电磁波，物质波是物质表现的一个方向，不存在传播的速度问题，A错误；由动能定理可得，eU＝mv2－0，电子加速后的速度v＝，电子德布罗意波的波长λ＝，加速电压U越大，波长越短，B正确，C错误；由λ＝，质子的质量较大，德布罗意波长较短，D错误．
19.【答案】A
【解析】根据光电效应方程Ekm＝hν－W0，知最大初动能与入射光的频率有关，与光照强度无关，故A正确，B、C错误．由上分析可知，逸出的电子动能的最大值与光照时间也无关，故D错误．
20.【答案】B
【解析】光子是光，光电子是光打出的电子，A错误；能量守恒和动量守恒是自然界的基本规律，光子与物质微粒发生相互作用时，也要遵循，B正确；光具有粒子性又具有波动性，这种波是概率波，也是电磁波，C错误；宏观物体是物质波，D错误．
21.【答案】(1)

(2)
(3)6.5×10－34J·s　4.3×10－14Hz
【解析】(1)当逃逸出来的电子在电场阻力作用下，则所加的电压即为反向电压，利用电场力做功可确定遏止电压的大小．
所添加一条导线，如图所示；

(2)因光电流的大小与光的强弱有关，遏止电压与光的频率有关，由光照越弱时，则光电流越小，故如图所示；

(3)根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W，Ek－ν图象的横轴的截距大小等于截止频率，由图知该金属的截止频率为：ν0＝4.27×1014Hz.
根据光电效应方程得，Ekm＝hν－W0，当入射光的频率为ν＝5.5×1014Hz时，最大初动能为Ekm＝0.5 eV.
当入射光的频率为ν0＝4.27×1014Hz时，光电子的最大初动能为0.
则：h×5.5×1014－W0＝0.5×1.6×10－19，
h×4.27×1014－W0＝0
联立两式解得：h＝6.5×10－34J·s.
22.【答案】5.8×106m/s
【解析】根据ΔxΔp≥，得电子速率的不确定量为
Δv≥＝m/s≈5.8×106m/s.
23.【答案】1.67×10－27kg
【解析】粒子加速后获得的动能为Ek＝mv2＝eU
粒子的物质波的波长λ＝
粒子的动量p＝mv
以上各式联立得m＝＝1.67×10－27kg.
24.【答案】(1)eUc　(2)ν－
【解析】(1)由动能定理，及Uc为遏止电压；可知，电子的最大初动能Ekm＝eUc
(2)根据光电效应方程，Ekm＝hν－hν0
所以ν0＝ν－.