2019年物理新同步浙江专版选修3-5单元过关第十七章 波粒二象性
文档属性
| 名称 | 2019年物理新同步浙江专版选修3-5单元过关第十七章 波粒二象性 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 39.2KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2019-04-24 09:20:02 | ||
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文档简介
章末过关检测
一、单项选择题(本题共5小题，每小题4分，共20分)
1．下列各种说法中错误的有( )
A．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说
B．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的照射时间太短
C．在光的单缝衍射实验中，狭缝越窄，光子动量的不确定量越大
D．任何一个运动物体，无论是大到太阳、地球，还是小到电子、质子，都与一种波相对应，这就是物质波，物质波是概率波
解析：选B 普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说，故A正确；一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的频率小于极限频率，故B错误；光的单缝衍射实验中，狭缝越窄，光子动量的不确定量越大，故C正确；任何一个运动物体，都与一种波相对应，这就是物质波，物质波是概率波，故D正确。
2．一个电子被加速后，以极高的速度在空间运动，关于它的运动，下列说法中正确的是( )
A．电子在空间做匀速直线运动
B．电子上下左右颤动着前进
C．电子运动轨迹是正弦曲线
D．无法预言它运动的路径
解析：选D 根据概率波的知识可知，某个电子在空间中运动的路径我们无法确定，只能根据统计规律确定大量电子的运动区域，故选项D正确。
3．一个质量为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.
解析：选C 设加速后的速度为v，由动能定理得：qU＝mv2，所以v＝，由德布罗意波长公式：λ＝＝＝，C正确。
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：选A 由mvm2＝hν－W0知，钙逸出的光电子最大初动能较小，所以钙逸出的光电子动量较小，频率较小，波长较长，选项A正确。
5．用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率ν变化的Ek-ν图象。已知钨的逸出功是3.28 eV，锌的逸出功是3.24 eV，若将二者的图线画在同一个Ek-ν坐标中，用实线表示钨、虚线表示锌，则能正确反映这一过程的是图中的( )
解析：选B 图象斜率表示普朗克常量h，因此两条线应平行；横截距代表了极限频率ν0，ν0＝，因此钨的ν0大些。B正确。
二、多项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分)
6．在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应。下列说法正确的是( )
A．增大入射光的强度，光电流增大
B．减小入射光的强度，光电效应现象消失
C．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应
D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大
解析：选AD 根据光电效应规律可知，增大入射光的强度，光电流增大，A项正确；减小入射光的强度，光电流减小，光电效应现象并不消失，B项错误；改用频率小于ν的入射光照射，如果入射光的频率仍然大于光电管阴极材料的极限频率，仍能发生光电效应，C项错误；由爱因斯坦光电效应方程可知，增大入射光的频率，光电子的最大初动能增大，D项正确。
7．在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上。假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子( )
A．一定落在中央亮条纹处
B．一定落在亮条纹处
C．可能落在暗条纹处
D．落在中央亮条纹处的可能性最大
解析：选CD 根据光波是概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不可确定的，但概率最大的是落在中央亮条纹处。也可落在其他亮条纹处，还可能落在暗条纹处，落在暗条纹处的概率很小，故C、D选项正确。
8．2006年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化。他们的出色工作被誉为宇宙学研究进入精密科学时代的起点。下列与宇宙微波背景辐射的黑体谱相关的说法中正确的是( )
A．微波是指波长在10－3 m到10 m之间的电磁波
B．微波和声波一样都只能在介质中传播
C．黑体的热辐射实际上是电磁辐射
D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说
解析：选ACD 微波是指波长在10－3 m到10 m之间的电磁波，可以在真空中传播；声波是机械波，只能在介质中传播，选项A正确，B错误；黑体的热辐射实际上是通过电磁波的形式向外辐射电磁能量，选项C正确；普朗克在研究黑体的热辐射问题时提出了能量子假说，选项D正确。
9．根据物质波理论，以下说法中正确的是( )
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观察到是因为它的波长太长
D．速度相同的质子与电子相比，电子的波动性更为明显
解析：选BD 一切运动的物体都有一种物质波与它对应，所以宏观物体和微观粒子都具有波动性，A选项错误，B选项正确；宏观物体的物质波波长很短，不易观察到它的波动性，所以C选项错误；速度相同的质子与电子相比，电子质量小，物质波波长更长，所以电子波动性更明显，D选项正确。
10．光通过单缝所发生的现象，用位置和动量的不确定性关系的观点加以解释，正确的是( )
A．单缝宽，光沿直线传播，这是因为单缝宽，位置不确定量Δx大，动量不确定量Δp小，可以忽略
B．当能发生衍射现象时，动量不确定量Δp不能忽略
C．单缝越窄，中央亮条纹越宽，是因为位置不确定量越小，动量不确定量越大的缘故
D．以上解释都是不对的
解析：选ABC 由不确定性关系ΔxΔp≥可知，A、B、C均正确。
11．在做双缝干涉实验时，观察屏的某处是亮条纹，则对光子到达观察屏的位置，下列说法正确的是( )
A．到达亮条纹处的概率比到达暗条纹处的概率大
B．到达暗条纹处的概率比到达亮条纹处的概率大
C．光子可能到达光屏的任何位置
D．以上说法均有可能
解析：选AC 根据概率波的定义，一个光子到达亮条纹处的概率要比到达暗条纹处的概率大得多，但并不是一定能够到达亮条纹处，故A、C正确。
12．下表列出了几种不同物体在某种速度下的德布罗意波波长和频率为1 MHz的无线电波的波长，由表中数据可知( )
质量/kg
速度/(m·s－1)
波长/m
弹子球
2×10－2
1.0×10－2
3.3×10－30
电子(100 eV)
9.0×10－31
5.0×106
1.4×10－10
无线电波
(1 MHz)
3.0×108
3.3×102
A.要检测弹子球的波动性几乎不可能
B．无线电波通常情况下表现出波动性
C．电子照射到金属晶体上能观察到波动性
D．只有可见光才有波动性
解析：选ABC 弹子球的波长相对太小，所以检测其波动性几乎不可能，A对；无线电波波长较长，所以通常表现为波动性，B对；电子的波长与金属晶体尺度差不多，所以能利用金属晶体观察电子的波动性，C对；由物质波理论知，D错。
三、非选择题(本题共4小题，共52分)
13.(12分)太阳能直接转换的基本原理是利用光电效应，将太阳能转换成电能。如图所示是测定光电流的电路简图，光电管加正向电压。
(1)分别写出电源和电流表的正负极：______________________。
(2)入射光应照在________极上(选填A或B)。
(3)电流表读数是10 μA，则每秒钟从光电管阴极发射出的光电子至少是________个。
解析：(1)加正向电压，电子在电子管中由B向A运动，即电流是由左向右。因此电源左端是正极，右端是负极，电流表上端是正极，下端是负极。
(2)入射光应照在B极上。
(3)设电子个数为n，则
I＝ne，所以n＝＝6.25×1013(个)。
答案：(1)电源左端是正极，右端是负极；电流表上端是正极，下端是负极 (2)B (3)6.25×1013
14．(12分)铝的逸出功是4.2 eV，现在将波长为200 nm的光照射铝的表面。求：
(1)光电子的最大初动能；
(2)遏止电压；
(3)铝的极限频率。
解析：(1)由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可得：
Ek＝h－W0
＝(－4.2×1.6×10－19)J≈3.23×10－19J≈2.02 eV。
(2)由eUc＝Ek得遏止电压Uc＝＝2.02 V。
(3)由W0＝hν0得极限频率
ν0＝＝ Hz≈1.01×1015 Hz。
答案：(1)2.02 eV (2)2.02 V
(3)1.01×1015 Hz
15．(12分)几种金属的逸出功W0见下表：
金属
钨
钙
钠
钾
铷
W0(×10－19 J)
7.26
5.12
3.66
3.60
3.41
用一束可见光照射上述金属的表面，请通过计算说明哪些能发生光电效应。已知该可见光的波长范围为4.0×10－7～7.6×10－7 m，普朗克常数h＝6.63×10－34 J·s。
解析：光子的能量E＝
取λ＝4.0×10－7 m，则E≈5.0×10－19 J
根据E＞W0判断，钠、钾、铷能发生光电效应。
答案：钠、钾、铷能发生光电效应
16．(16分)太阳光垂直射到地面上时，地面上1 m2接收的太阳光的功率为1.4 kW，其中可见光部分约占45%。(普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s)
(1)假如认为可见光的波长约为0.55 μm，日、地间距离R＝1.5×1011 m，估算太阳每秒辐射出的可见光子数；
(2)若已知地球的半径为6.4×106 m，估算地球接收的太阳光的总功率。
解析：(1)设地面上垂直太阳光的1 m2面积上每秒钟接收的可见光光子数为n，则有P×45%＝n·h
解得n＝
＝
＝1.75×1021(个)
设想一个以太阳为球心，以日、地距离为半径的大球面包围着太阳，大球面接收的光子数即等于太阳辐射的全部光子数。
则所求可见光光子数N＝n·4πR2＝1.75×1021×4×3.14×(1.5×1011)2≈4.9×1044(个)。
(2)地球背着阳光的半个球面没有接收太阳光。地球向阳的半个球面面积也不都与太阳光垂直。接收太阳光辐射且与阳光垂直的有效面积是以地球半径为半径的圆的平面的面积。则地球接收阳光的总功率
P地＝P·πr2＝1.4×3.14×(6.4×106)2 kW≈1.8×1014 kW。
答案：(1)4.9×1044个 (2)1.8×1014 kW
一、单项选择题(本题共5小题，每小题4分，共20分)
1．下列各种说法中错误的有( )
A．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说
B．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的照射时间太短
C．在光的单缝衍射实验中，狭缝越窄，光子动量的不确定量越大
D．任何一个运动物体，无论是大到太阳、地球，还是小到电子、质子，都与一种波相对应，这就是物质波，物质波是概率波
解析：选B 普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说，故A正确；一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的频率小于极限频率，故B错误；光的单缝衍射实验中，狭缝越窄，光子动量的不确定量越大，故C正确；任何一个运动物体，都与一种波相对应，这就是物质波，物质波是概率波，故D正确。
2．一个电子被加速后，以极高的速度在空间运动，关于它的运动，下列说法中正确的是( )
A．电子在空间做匀速直线运动
B．电子上下左右颤动着前进
C．电子运动轨迹是正弦曲线
D．无法预言它运动的路径
解析：选D 根据概率波的知识可知，某个电子在空间中运动的路径我们无法确定，只能根据统计规律确定大量电子的运动区域，故选项D正确。
3．一个质量为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.
解析：选C 设加速后的速度为v，由动能定理得：qU＝mv2，所以v＝，由德布罗意波长公式：λ＝＝＝，C正确。
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：选A 由mvm2＝hν－W0知，钙逸出的光电子最大初动能较小，所以钙逸出的光电子动量较小，频率较小，波长较长，选项A正确。
5．用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率ν变化的Ek-ν图象。已知钨的逸出功是3.28 eV，锌的逸出功是3.24 eV，若将二者的图线画在同一个Ek-ν坐标中，用实线表示钨、虚线表示锌，则能正确反映这一过程的是图中的( )
解析：选B 图象斜率表示普朗克常量h，因此两条线应平行；横截距代表了极限频率ν0，ν0＝，因此钨的ν0大些。B正确。
二、多项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分)
6．在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应。下列说法正确的是( )
A．增大入射光的强度，光电流增大
B．减小入射光的强度，光电效应现象消失
C．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应
D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大
解析：选AD 根据光电效应规律可知，增大入射光的强度，光电流增大，A项正确；减小入射光的强度，光电流减小，光电效应现象并不消失，B项错误；改用频率小于ν的入射光照射，如果入射光的频率仍然大于光电管阴极材料的极限频率，仍能发生光电效应，C项错误；由爱因斯坦光电效应方程可知，增大入射光的频率，光电子的最大初动能增大，D项正确。
7．在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上。假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子( )
A．一定落在中央亮条纹处
B．一定落在亮条纹处
C．可能落在暗条纹处
D．落在中央亮条纹处的可能性最大
解析：选CD 根据光波是概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不可确定的，但概率最大的是落在中央亮条纹处。也可落在其他亮条纹处，还可能落在暗条纹处，落在暗条纹处的概率很小，故C、D选项正确。
8．2006年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化。他们的出色工作被誉为宇宙学研究进入精密科学时代的起点。下列与宇宙微波背景辐射的黑体谱相关的说法中正确的是( )
A．微波是指波长在10－3 m到10 m之间的电磁波
B．微波和声波一样都只能在介质中传播
C．黑体的热辐射实际上是电磁辐射
D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说
解析：选ACD 微波是指波长在10－3 m到10 m之间的电磁波，可以在真空中传播；声波是机械波，只能在介质中传播，选项A正确，B错误；黑体的热辐射实际上是通过电磁波的形式向外辐射电磁能量，选项C正确；普朗克在研究黑体的热辐射问题时提出了能量子假说，选项D正确。
9．根据物质波理论，以下说法中正确的是( )
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观察到是因为它的波长太长
D．速度相同的质子与电子相比，电子的波动性更为明显
解析：选BD 一切运动的物体都有一种物质波与它对应，所以宏观物体和微观粒子都具有波动性，A选项错误，B选项正确；宏观物体的物质波波长很短，不易观察到它的波动性，所以C选项错误；速度相同的质子与电子相比，电子质量小，物质波波长更长，所以电子波动性更明显，D选项正确。
10．光通过单缝所发生的现象，用位置和动量的不确定性关系的观点加以解释，正确的是( )
A．单缝宽，光沿直线传播，这是因为单缝宽，位置不确定量Δx大，动量不确定量Δp小，可以忽略
B．当能发生衍射现象时，动量不确定量Δp不能忽略
C．单缝越窄，中央亮条纹越宽，是因为位置不确定量越小，动量不确定量越大的缘故
D．以上解释都是不对的
解析：选ABC 由不确定性关系ΔxΔp≥可知，A、B、C均正确。
11．在做双缝干涉实验时，观察屏的某处是亮条纹，则对光子到达观察屏的位置，下列说法正确的是( )
A．到达亮条纹处的概率比到达暗条纹处的概率大
B．到达暗条纹处的概率比到达亮条纹处的概率大
C．光子可能到达光屏的任何位置
D．以上说法均有可能
解析：选AC 根据概率波的定义，一个光子到达亮条纹处的概率要比到达暗条纹处的概率大得多，但并不是一定能够到达亮条纹处，故A、C正确。
12．下表列出了几种不同物体在某种速度下的德布罗意波波长和频率为1 MHz的无线电波的波长，由表中数据可知( )
质量/kg
速度/(m·s－1)
波长/m
弹子球
2×10－2
1.0×10－2
3.3×10－30
电子(100 eV)
9.0×10－31
5.0×106
1.4×10－10
无线电波
(1 MHz)
3.0×108
3.3×102
A.要检测弹子球的波动性几乎不可能
B．无线电波通常情况下表现出波动性
C．电子照射到金属晶体上能观察到波动性
D．只有可见光才有波动性
解析：选ABC 弹子球的波长相对太小，所以检测其波动性几乎不可能，A对；无线电波波长较长，所以通常表现为波动性，B对；电子的波长与金属晶体尺度差不多，所以能利用金属晶体观察电子的波动性，C对；由物质波理论知，D错。
三、非选择题(本题共4小题，共52分)
13.(12分)太阳能直接转换的基本原理是利用光电效应，将太阳能转换成电能。如图所示是测定光电流的电路简图，光电管加正向电压。
(1)分别写出电源和电流表的正负极：______________________。
(2)入射光应照在________极上(选填A或B)。
(3)电流表读数是10 μA，则每秒钟从光电管阴极发射出的光电子至少是________个。
解析：(1)加正向电压，电子在电子管中由B向A运动，即电流是由左向右。因此电源左端是正极，右端是负极，电流表上端是正极，下端是负极。
(2)入射光应照在B极上。
(3)设电子个数为n，则
I＝ne，所以n＝＝6.25×1013(个)。
答案：(1)电源左端是正极，右端是负极；电流表上端是正极，下端是负极 (2)B (3)6.25×1013
14．(12分)铝的逸出功是4.2 eV，现在将波长为200 nm的光照射铝的表面。求：
(1)光电子的最大初动能；
(2)遏止电压；
(3)铝的极限频率。
解析：(1)由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可得：
Ek＝h－W0
＝(－4.2×1.6×10－19)J≈3.23×10－19J≈2.02 eV。
(2)由eUc＝Ek得遏止电压Uc＝＝2.02 V。
(3)由W0＝hν0得极限频率
ν0＝＝ Hz≈1.01×1015 Hz。
答案：(1)2.02 eV (2)2.02 V
(3)1.01×1015 Hz
15．(12分)几种金属的逸出功W0见下表：
金属
钨
钙
钠
钾
铷
W0(×10－19 J)
7.26
5.12
3.66
3.60
3.41
用一束可见光照射上述金属的表面，请通过计算说明哪些能发生光电效应。已知该可见光的波长范围为4.0×10－7～7.6×10－7 m，普朗克常数h＝6.63×10－34 J·s。
解析：光子的能量E＝
取λ＝4.0×10－7 m，则E≈5.0×10－19 J
根据E＞W0判断，钠、钾、铷能发生光电效应。
答案：钠、钾、铷能发生光电效应
16．(16分)太阳光垂直射到地面上时，地面上1 m2接收的太阳光的功率为1.4 kW，其中可见光部分约占45%。(普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s)
(1)假如认为可见光的波长约为0.55 μm，日、地间距离R＝1.5×1011 m，估算太阳每秒辐射出的可见光子数；
(2)若已知地球的半径为6.4×106 m，估算地球接收的太阳光的总功率。
解析：(1)设地面上垂直太阳光的1 m2面积上每秒钟接收的可见光光子数为n，则有P×45%＝n·h
解得n＝
＝
＝1.75×1021(个)
设想一个以太阳为球心，以日、地距离为半径的大球面包围着太阳，大球面接收的光子数即等于太阳辐射的全部光子数。
则所求可见光光子数N＝n·4πR2＝1.75×1021×4×3.14×(1.5×1011)2≈4.9×1044(个)。
(2)地球背着阳光的半个球面没有接收太阳光。地球向阳的半个球面面积也不都与太阳光垂直。接收太阳光辐射且与阳光垂直的有效面积是以地球半径为半径的圆的平面的面积。则地球接收阳光的总功率
P地＝P·πr2＝1.4×3.14×(6.4×106)2 kW≈1.8×1014 kW。
答案：(1)4.9×1044个 (2)1.8×1014 kW