第十七章 波粒二象性 单元测试题 Word版含解析

2018-2019学年人教版选修3-5 第十七章 波粒二象性 单元测试题
一、单选题（每小题只有一个正确答案）
1．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正比
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，才能产生光电效应
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
2．下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是（ ）
A． B． C． D．
3．如图所示为氢原子的能级图，一群处于n=4的激发态的氢原子向低能级跃迁时可以辐射出多种不同频率的光子，其中两次跃迁分别辐射出a、b两种光子，若用a光照射x金属刚好能发生光电效应，则下列说法正确的是（ ）
A．氢原子辐射出a光子后，氢原子的能量减小了3.4eV
B．a光子的波长比b光子的波长短
C．x金属的逸出功为-2.55eV
D．用b光光子照射x金属，打出的光电子的最大初动能为9.54eV
4．下列说法正确的是（ ）
A．放射性元素的半衰期随温度升高而减小
B．光和电子都具有波粒二象性
C．α粒子散射实验可以估算出原子核的数量级为m
D．原子核的结合能越大，原子核越稳定
5．下列说法中正确的是（ ）
A．光子不但具有能量，也具有动量
B．玻尔认为，氢原子中电子轨道是量子化的，能量也是量子化的
C．原子核发生β衰变释放电子，说明电子是原子核的组成部分
D．原子核的质量大于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损
E．太阳辐射能量主要来自太阳内部的聚变反应
6．以下说法正确的是（ ）
A．汽车在有积雪的路面上快速转弯时容易发生侧滑，是因为汽车受到了离心力
B．在地球表面发射一个物体并使它绕月球运动，发射速度必须大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度
C．牛顿时空观认为时间和空间都是独立于物体及其运动而存在的
D．爱因斯坦认为光是一份一份的，每一份叫一个光子，光子的能量跟光的传播速度成正比
7．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，若减弱光波的强度，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子；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不正确的是( )
A．曝光时间足够长时，底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的点子
B．单个光子的运动没有确定的轨道
C．干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方
D．只有大量光子的行为才能表现出波动性
8．图甲所示为氢原子能级图，大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时能辐射出多种不同频率的光，其中用从n=4能级向n=2能级跃迁时辐射的光照射图乙所示光电管的阴极K时，电路中有光电流产生，则（ ）
A．改用从n=4能级向n=1能级跃迁时辐射的光，一定能使阴极K发生光电效应
B．改用从n=3能级向n=1能级跃迁时辐射的光，不能使阴极K发生光电效应
C．改用从n=4能级向n=1能级跃迁时辐射的光照射，逸出光电子的最大初动能不变
D．入射光的强度增大，逸出光电子的最大初动能也增大
9．用同一光电管研究a、b两种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图．则这两种光（　　）
A．照射该光电管时a光使其逸出的光电子最大初动能大
B．b光的能量小
C．a光的频率小
D．a光更不容易衍射
10．绿色植物在光合作用中,每放出1个氧分子要吸收8个波长为的光量子,每放出的氧气,同时植物储存的能量,则绿色植物能量转换效率为(普朗克常量)（ ）
A． B． C． D．
11．下列四幅图涉及到不同的物理知识，其中说法正确的是( )
A．甲图中，卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子
B．乙图中，在光颜色保持不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大
C．丙图中，射线甲由电子组成，射线乙为电磁波，射线丙由α粒子组成
D．丁图中，链式反应属于轻核裂变
12．如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象．由图象可知错误的是(　　 )
A．该金属的逸出功等于E
B．该金属的逸出功等于hν0
C．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为E
D．入射光的频率为时，产生的光电子的最大初动能为
二、多选题（每小题至少有两个正确答案）
13．已知氢原子的基态能量为E1，n＝2、3能级所对应的能量分别为E2和E3，大量处于第3能级的氢原子向低能级跃迁放出若干频率的光子，依据玻尔理论，下列说法正确的是（ ）
A．产生的光子的最大频率为
B．当氢原子从能级n＝2跃迁到n＝1时，对应的电子的轨道半径变小，能量也变小
C．若氢原子从能级n＝2跃迁到n＝1时放出的光子恰好能使某金属发生光电效应，则当氢原子从能级n＝3跃迁到n＝1时放出的光子照到该金属表面时，逸出的光电子的最大初动能为E3－E2
D．若要使处于能级n＝3的氢原子电离，可以采用两种方法：一是用能量为－E3的电子撞击氢原子，二是用能量为－E3的光子照射氢原子
14．下列说法正确的是：( )
A．一切物体都能向外辐射电磁波
B．用蓝光照射某金属时能产生光电效应，则改用红光照射该金属也一定能产生光电效应
C．光电效应中，从金属逸出的光电子就是光子
D．光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性
15．下列说法正确的是(　　)
A．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
B．大量的电子通过双缝后在屏上能形成明暗相间的条纹,这表明所有的电子都落在明条纹处
C．电子和其他微观粒子都具有波粒二象性
D．光波是一种概率波,光的波动性是由于光子之间的相互作用引起的,这是光子自身的固有性质
三、实验题
16．如图所示，用导线将验电器与洁净锌板连接，触摸锌板使验电器指示归零。用紫外线照射锌板，验电器指针发生明显偏转，接着用毛皮摩擦过的橡胶棒接触锌板，发现验电器指针张角减小，此现象说明锌板带____电（选填写“正”或“负”）；若改用红外线重复上实验，结果发现验电器指针根本不会发生偏转，说明金属锌的极限频率_____红外线的频率（选填“大于”或“小于”）。
17．为了解释光电效应现象，爱因斯坦提出了“光子”的概念，并给出了光电效应方程。但这一观点一度受到质疑,密立根通过下述实验来验证其理论的正确性，实验电路如图1所示。
(1)为了测量遏止电压与入射光频率的关系，实验中双刀双掷开关应向_____闭合。（填“上”或“下”）
(2)如果实验所得图象如图2所示，其中、、为已知量，元电荷带电量为。那么：
①只需将________与普朗克常量h进行比较，若在误差许可的范围内二者相等，则证明“光电效应方程”是正确的。
②该实验所用光电管的K极材料的逸出功为 ___________。
18．如图所示是研究光电管产生的电流的电路图，A、K是光电管的两个电极，已知该光电管阴极的极限频率为ν0，元电荷为e，普朗克常量为h。现将频率为ν(大于ν0)的光照射在阴极上，则：
(1)________是阴极(填A或K)，阴极材料的逸出功等于________。
(2)加在A、K间的正向电压为U时，到达阳极的光电子的最大动能为____________，将A、K间的正向电压从零开始逐渐增加，电流表的示数的变化情况是_______________。
(3)为了阻止光电子到达阳极，在A、K间应加上U反＝________的反向电压。
(4)下列方法一定能够增加饱和光电流的是（______）
A．照射光频率不变，增加光强
B．照射光强度不变，增加光的频率
C．增加A、K电极间的电压
D．减小A、K电极间的电压
四、解答题
19．德布罗意认为:任何一个运动着的物体,都有着一种波与它对应,波长是,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)试计算加速电压的大小。(电子质量m=9.1×10-31kg,电子电荷量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取一位有效数字)
20．波长λ=0.71×10-2nm的伦琴射线使金箔发射光电子，电子在磁感应强度为B的匀强磁场区域内做最大半径为r的匀速圆周运动，已知r?B=1.88×10-4m?T，电子质量me=9.1×10-31kg，h=6.67×10-34J?S。（1nm=10-9m）求解：
（1）光电子的最大初动能；
（2）金属的逸出功；
参考答案
1．C
【解析】
试题分析：AD、只有入射光的频率大于金属的极限频率，才能产生光电效应，当入射频率越高时，则光电子的最大初动能越大，与入射光的强度无关．故AD错误．
B、根据光电效应方程Ekm=hv﹣W0，入射光的频率越大，光电子的最大初动能越大，但光电子的最大初动能与照射光的频率并不成正比．故B错误
C、只有入射光的频率大于金属的极限频率，才能产生光电效应，而频率越高的，波长越短．故C正确．
故选：C．
2．A
【解析】试题分析：黑体辐射的研究表明，随着温度的升高，辐射的强度最大值向波长小的方向移动，故选项A正确。
考点：黑体辐射。
3．D
【解析】A、C项：氢原子从n=4跃迁n=2放出的光子a，所以氢原子减小的能量为，故A错误，C错误；
B项：a光子是氢原子从从n=4跃迁n=2放出的，放出的能量为，b光子是氢原子从从n=3迁n=1的，放出的能量为，根据光子的能量为可知，能量越大的光子，波长越小，所以a光子的波长比b光子的波长长，故B错误；
D项：由爱因斯坦光电效应方程：，故D正确确。
4．B
【解析】
试题分析：放射性元素的半衰期只与原子核的结构有关，与物理、化学状态无关，所以A错误；光和电子都具有波粒二象性，所以B正确；α粒子散射实验可以估算出原子核的数量级为10 15m，所以C错误；原子核的比结合能越大，原子核越稳定，所以D错误。
考点：本题考查半衰期、波粒二象性、散射实验、比结合能
【答案】ABE
【解析】
试题分析：光子像其他粒子一样，不但具有能量，也具有动量，故A正确；玻尔原子模型：电子的轨道是量子化，原子的能量是量子化，所以他提出能量量子化，故B正确；衰变时，原子核中的一个中子，转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，电子不是原子核的组成部分，故选项C错误；原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损，故D错误；太阳辐射的能量主要来自太阳内部的聚变反应，E正确。
考点：原子核衰变及半衰期、衰变速度；原子核的结合能
【名师点睛】玻尔原子模型提出能量量子化；原子向外辐射光子后，能量减小，加速度增大；衰变的电子来自原子核中的中子转化为质子时产生的，原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损。
6．C
【解析】
汽车在水平路面上转弯，靠静摩擦力提供向心力；汽车在有积雪的路面上快速转弯时容易发生侧滑，是因为汽车受到的摩擦力减小的原因，汽车不受离心力，故A错误．根据万有引力提供向心力，在半径一定的情况下，速度越大，所需要的向心力越大．如果向心力不足，物体将做离心运动．物体在地球表面轨道上运动时，受到的向心力刚好对应的速度就是7.9km/s．超过就要做离心运动．而要完全脱离地球引力，需要的速度为11.2km/s．所以，当速度在7.9--11.2km/s之间时．人造卫星既不能保持在地球附近做圆周运动，又无法完全逃离地球．最终轨迹就是一个椭圆，故B错误．经典时空观认为空间和时间是独立于物体及其运动而存在的，故C正确．爱因斯坦认为：光是一份一份的，每一份叫一个光子，光子的能量跟光的频率成正比，故D错误．故选：C.
7．A
【解析】
试题分析：曝光时间不长时，个别光子表现出粒子性，使底片上出现了不规则的点子，而曝光时间足够长时，大量光子的行为表现出波动性，底片上出现了规则的干涉条纹，综上所述，本题选A.
考点:光的波粒二象性 光的干涉
点评：光的反射、传播和吸收不是连续的而是一份一份的，每一份就是一个光子，单个光子表现粒子性，即每一个光子所到达的区域是不确定的，但是大量光子表现出波动性，所以长时间曝光后最终形成了明暗相间的干涉条纹。
8．A
【解析】在跃迁的过程中释放或吸收的光子能量等于两能级间的能级差，，此种光的频率大于金属的极限频率，故发生了光电效应.A、,同样光的频率大于金属的极限频率，故一定发生了光电效应，则A正确.B、，也能让金属发生光电效应，则B错误；C、由光电效应方程，入射光的频率变大，飞出的光电子的最大初动能也变大，故C错误；D、由知光电子的最大初动能由入射光的频率和金属的逸出功决定，而与入射光的光强无关，则D错误；故选A.
【点睛】波尔的能级跃迁和光电效应规律的结合；掌握跃迁公式，光的频率，光电效应方程.
9．C
【解析】由光电效应方程mv2=hγ-W0，由题图可得b光照射光电管时反向截止电压大，使其逸出的光电子最大初动能大．故A错误；由b光照射光电管时反向截止电压大，使其逸出的光电子最大初动能大，所以b的频率大，则a的频率小，那么a的波长长，更容易发生衍射，故BD错误，C正确；故选C．
10．C
【解析】根据“每放出一个氧分子需吸收8个波长为6.88×10-7m的光量子”，绿色植物释放1mol氧气吸收的光量子数目为，那么消耗的光量子能量，因此，绿色植物能量转换效率为：，C正确．
11．B
【解析】A. 卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，得出原子的核式结构模型。故A错误；
B. 图中在光的颜色保持不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大。故B正确；
C. 根据左手定则可得，图射线甲是α粒子，而丙图是β粒子流。故C错误；
D. 链式反应属于重核的裂变。故D错误；
故选：B.
12．D
【解析】
【分析】
根据光电效应方程得出最大初动能与入射光频率的关系，结合图线的斜率和截距进行分析。
【详解】
根据Ekm=hv-W0得，金属的截止频率等于ν0；纵轴截距的绝对值等于金属的逸出功，逸出功等于E，则E=hv0，故AB正确；根据光电效应方程有：EKm=hv-W，其中W为金属的逸出功：W=hv0；所以有：EKm═hv-hv0，由此结合图象可知，该金属的逸出功为E，或者W=hv0，当入射光的频率为2v0时，带入方程可知产生的光电子的最大初动能为E，故C正确。入射光的频率时，小于极限频率，不能发生光电效应，故D错误。此题选择错误的选项，故选D。
13．BC
【解析】
【详解】
A、大量处于第3能级的氢原子向低能级跃迁，产生光子的最大频率为第3能级到第1能级，则最大频率为；故A错误。
B、当氢原子从能级n=2跃迁到n=1时，放出光子，能量减小，轨道半径也会减小，故B正确。
C、若氢原子从能级n2跃迁到n1时放出的光子恰好能使某金属发生的光电效应，则当氢原子从能级n3跃迁到n1时放出的光子照到该金属表面时，逸出的光电子的最大初动能为E3-E2．故C正确。
D、电子是有质量的，撞击氢原子是发生弹性碰撞，由于电子和氢原子质量不同，故电子不能把-E3的能量完全传递给氢原子，因此不能使氢原子完全电离，而光子的能量可以完全被氢原子吸收。故D错误。
故选BC。
【点睛】
解决本题的关键知道辐射或吸收光子的能量等于两能级间的能级差，即Em-En=hv，并掌握光电效应发生条件，及注意电离的条件。
14．AD
【解析】我们周围的一切物体都在向外辐射电磁波、这种辐射与物体的温度有关，这种辐射叫热辐射，所以A正确；红光的频率小于蓝光的频率，所以红光的频率有可能小于金属的极限频率，不一定能发生光电效应，所以B错误；光电效应中，从金属逸出的光电子就是电子，故C错误；光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性，故D正确。
15．AC
【解析】
【详解】
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A正确；大量的电子通过双缝后在屏上能形成明暗相间的条纹，这表明落在明条纹处的电子较多、落在暗条纹出的电子较少，故B错误。电子和其他微观粒子都具有波粒二象性，选项C正确；波粒二象性是光的根本属性，与光子之间的相互作用无关，故D错误。故选AC.
16．正，大于
【解析】
毛皮摩擦过的橡胶棒带负电，因锌板被紫外线照射后发生光电效应缺少电子而带正电，故验电器指针的负电荷与锌板正电荷中和一部分电荷后偏角变小，用红外线照射验电器指针偏角不变，说明锌板未发生光电效应，说明锌板的极限频率大于红外线的频率。
17． 下
【解析】（1）测遏制电压Uc，所加电场阻碍光电子向A极板运动，所以A极板的电势低于K极板的电势；由电路图可知，双刀双掷开关应该“向下”闭合；
（2）由光电效应方程 及 可得
进行数形组合可知，
所以 ，
18． K hν0 hν－hν0＋eU 逐渐增大，直至保持不变 A
【解析】(1) K是阴极，阴极材料的逸出功等于hν0。
(2)逸出光电子的最大初动能为hν－hν0；若加在A、K间的正向电压为U时，到达阳极的光电子的最大动能为Ekm＋eU =hν－hν0＋eU，将A、K间的正向电压从零开始逐渐增加，则到达阳极的光电子数逐渐增加，直到当全部光电子都能到达阳极时为止；则电流表的示数的变化情况是逐渐增大，直至保持不变。
(3)为了阻止光电子到达阳极，在A、K间应加上反向电压满足：U反e=Ekm= hν－hν0解得：。
(4)若增加饱和光电流，则需要增加单位时间射到阴极的光子数，即保持照射光频率不变时，需要增大光强；故选A.
点睛：此题关键要知道光电管的原理；知道发生光电效应时，吸收光子的能量一部分克服逸出功，剩下的转化为电子的动能．当光电子的动能恰好能克服电场力做功时的电压即为遏止电压．
19．(1)P≈1.5×10-23 kg·m/s (2)U=8×102 V
【解析】
(1)由,
可得：电子的动量
(2)电子在电场中加速,有
得：
【点睛】该题考查德布罗意波波长公式、动量的表达式与动能定理，注意电场力做正功即可．
20．（1）3.1×103eV （2）1.44×104eV
【解析】
【详解】
（1）电子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力为洛伦兹力，有：m=evB得： 电子的最大初动能为：
（2）入射光子的能量为：
根据爱因斯坦光电效应方程得金属的逸出功为：W0=hν-Ek=1.44×104?eV