高中物理人教版物理选修3-5练习 第十七章检测（B） Word版含解析
文档属性
| 名称 | 高中物理人教版物理选修3-5练习 第十七章检测（B） Word版含解析 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 111.5KB | ||
| 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 | 2019-11-05 14:51:12 | ||
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文档简介
第十七章检测(B)
(时间:90分钟 满分:100分)
一、选择题(本题包含10小题,每小题4分,共40分。在每小题给出的四个选项中,1~6题只有一个选项符合题目要求,7~10题有多个选项符合题目要求。全部选对的得4分,选不全的得2分,有错选或不答的得0分)
1.频率为ν的光子,具有的能量为hν,动量为hνc,将这个光子打在处于静止状态的电子上,光子将偏离原来的运动方向,这种现象称为光的散射。散射后的光子( )
A.改变原来的运动方向,但频率保持不变
B.光子将从电子处获得能量,因而频率将增大
C.散射后的光子运动方向将与电子运动方向在一条直线上,但方向相反
D.由于电子受到碰撞时会吸收光子的一部分能量,散射后的光子频率低于入射光的频率
解析:由于电子的能量增加,根据能量守恒可以知道,光子的能量应当减少,频率降低,选项D正确。
答案:D
2.关于热辐射,下列说法正确的是( )
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
解析:一般物体的热辐射强度除与温度有关之外,还与材料的种类及表面状况有关,A错误;黑体可以辐射可见光,不一定是黑的,B错误;由黑体辐射的实验规律知,C正确,D错误。
答案:C
3.X射线是一种高频电磁波,若X射线在真空中的波长为λ,以h表示普朗克常量,c表示真空中的光速,以E和p分别表示X射线每个光子的能量和动量,则( )
A.E=hλc,p=0
B.E=hλc,p=hλc2
C.E=hcλ,p=0
D.E=hcλ,p=hλ
解析:根据E=hν,且λ=hp,c=λν可得X射线每个光子的能量为E=hcλ,每个光子的动量为 p=hλ。
答案:D
4.电子的运动受波动性的支配,对于氢原子的核外电子,下列说法正确的是( )
A.氢原子的核外电子可以用确定的坐标描述它们在原子中的位置
B.电子绕核运动时,可以运用牛顿运动定律确定它的轨道
C.电子是沿着轨道绕核运动的
D.电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置
解析:微观粒子的波动性是一种概率波,对于微观粒子的运动,牛顿运动定律已经不适用了,所以氢原子的核外电子不能用确定的坐标描述它们在原子中的位置,电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置,并不是其运动轨迹,综上所述,选项D正确。
答案:D
5.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,下列说法错误的是( )
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就不能忽略
C.单缝越窄,中央亮纹越宽,是因为位置不确定量越小,动量不确定量越大
D.以上解释都不对
解析:由不确定性关系ΔxΔp≥h4π,可知Δx较大时,Δp较小,Δx较小时,Δp较大,故选项A、B、C说法正确,选项D说法错误。
答案:D
6.光子有能量,也有动量,动量 p=hλ客观存在,也遵守有关动量的规律。如图所示,真空中,有一哑铃形的装置可绕通过横杆中点的竖直轴OO'在水平面内灵活地转动,其中左边是圆形黑纸片,右边是与左边大小、质量相同的圆形白纸片。当用平行光垂直正面照射这两个圆面时,对于装置开始时的转动情况(俯视),下列说法正确的是( )
A.顺时针方向转动
B.逆时针方向转动
C.顺时针方向和逆时针方向都有可能
D.不会转动
解析:光具有粒子性,光子打在物体的表面上时,会对物体表面产生压力,该压力可由F·t=n·Δp求得(n为光子数)。光子打在黑色物体表面上,将被吸收,而打在白色物体表面上时,将会被反射,动量变化较大,因而圆形白纸片的圆面所受到的作用力大,从而装置向逆时针方向转动,故选项A、C、D错误,应选B。
答案:B
7.下列实验现象中,哪些实验现象的解释使得光的波动说遇到了巨大的困难( )
A.光的干涉 B.光的衍射
C.康普顿效应 D.光电效应
答案:CD
8.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所示,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,电子电荷量e=1.6×10-19 C,由图可知( )
A.该金属的极限频率为4.3×1014 Hz
B.该金属的极限频率为5.5×1014 Hz
C.该图线的斜率表示普朗克常量
D.该金属的逸出功为0.5 eV
解析:由光电效应方程Ek=hν-W0知图线与横轴交点为金属的极限频率,即νc=4.3×1014 Hz,A正确,B错误;该图线的斜率为普朗克常量,C正确;金属的逸出功W0=hνc=6.63×10-34×4.3×10141.6×10-19 eV≈1.8 eV,D错误。
答案:AC
9.有关经典物理中的粒子,下列说法正确的是( )
A.有一定的大小,也有一定的质量
B.有一定的质量,但没有一定的大小
C.有的粒子还有一定量的电荷
D.有一定的大小,但没有一定的质量
解析:经典物理学中的粒子具有一定的空间大小,有一定的质量,有的还具有电荷。所以选项A、C正确,B、D错误。
答案:AC
10.在X射线管中,由阴极发射的电子被加速后打到阳极,会产生包括X光在内的各种能量的光子,其中光子能量的最大值等于电子的动能。已知阳极与阴极之间的电势差U、普朗克常量h、电子电荷量e和光速c。则可知该X射线管发出的X光( )
A.最短波长为ceUh
B.最短波长为cheU
C.最小频率为eUh
D.最大频率为eUh
解析:电子在电场中加速获得动能Ek=eU。由题目所给条件,可得光电子最大频率ν=Ekh=eUh,所以选项D正确。又λ=cν,所以X光的最短波长λ=cheU,所以选项B正确。
答案:BD
二、填空题(本题包含2小题,共20分)
11.(8分)将光的现象与本质连线。
光的波动性???光的粒子性 干涉现象光电效应康普顿效应衍射现象
答案:
12.(12分)如图所示的电路可研究光电效应规律。图中标有A和K的为光电管,其中K为阴极,A为阳极。理想电流计可检测通过光电管的电流,理想电压表用来指示光电管两端的电压。现接通电源,用光子能量为10.5 eV的光照射阴极K,电流计中有示数;若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动,电流计的读数逐渐减小,当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零,读出此时电压表的示数为6.0 V,光电管阴极材料的逸出功为 ;现保持滑片P位置不变,若增大入射光的强度,电流计的读数 (选填“为零”或“不为零”)。?
解析:根据当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零,读出此时电压表的示数为U=6.0 V,由动能定理,eU=Ek;由爱因斯坦光电效应方程,Ek=ε-W,解得光电管阴极材料的逸出功为W=4.5 eV;若增大入射光的强度,电流计的读数仍为零。
答案:4.5 eV 为零
三、计算题(本题包含4小题,共40分。解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。只写出最后答案的不得分。有数值计算的题,答案中必须写明数值和单位)
13.(8分)已知锌的逸出功W0=3.34 eV,试通过计算说明:用波长λ=0.2 μm的光照射锌板时能否发生光电效应。(普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,真空中光速c=3×108 m/s)
解析:波长λ=0.2 μm的光的光子的能量为
E=hν=hcλ=6.63×10-34×3×1080.2×10-6 J=9.945×10-19 J
锌的逸出功W0=3.34 eV=3.34×1.6×10-19 J=5.344×10-19 J
由于E>W0,故能够发生光电效应。
答案:用波长λ=0.2 μm的光照射锌板时能发生光电效应
14.(10分)太阳的辐射功率(太阳每秒辐射出的能量)为 3.86×1026 J/s。已知射到大气层的太阳能只有45%到达地面,另外55%被大气吸收或反射,而未到达地面。若射到地球上的太阳光可视为垂直于地球表面,把太阳光看成是频率为5×1014 Hz的单色光,则地球表面上 1 cm2 的面积每秒接收到多少个光子?已知太阳到地球的距离为R=1.5×1011 m。(结果保留两位有效数字)
解析:以太阳到地球的距离R为半径作一个大球面,穿过该球面单位面积的功率为
P0=P4πR2=3.86×10264×3.14×(1.5×1011)2 W≈1.366×103 W
地球表面每秒每平方厘米面积接收到的光能为
W=ηP0t×10-4 J=0.45×1.366×103×1×10-4 J=6.147×10-2 J
地球表面每秒在1 cm2的面积上接收到的光子数
N=Whν=6.147×10-26.63×10-34×5×1014≈1.9×1017。
答案:1.9×1017个
15.(10分)光子的动量p与能量ε的关系为p=εc,静止的原子核放出一个波长为λ的光子,已知普朗克常量为h,光在真空中传播的速度为c,则:
(1)质量为m的反冲核的速度为多少?
(2)反冲核运动时物质波的波长是多少?
解析:(1)由λ=hp得p=hλ,由光子与原子核组成的系统动量守恒,得0=p-mv'
故v'=pm=hλm。
(2)由德布罗意波长公式λ'=hp'知,反冲核运动时物质波波长λ'=hp'=hp=λ。
答案:(1)hλm (2)λ
16.(12分)如图所示,阴极K用极限波长λ0=0.66 μm的金属铯制成的,用波长λ=0.5 μm的绿光照射阴极K,调整两个极板电压,当A板电压比阴极高出2.5 V时,光电流达到饱和,电流表示数为0.64 μA,求每秒阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极的时候所具有的最大初动能。
解析:当阴极发射的光电子全部到达阳极A时,光电流达到饱和,由电流可知每秒到达阴极的电子数,即每秒发射的电子数。由爱因斯坦光电效应方程可计算最大的初动能。当电流达到饱和时,阴极发射的光电子全部到达阳极A,阴极每秒发射的光电子的个数n=Imax×te=0.64×10-6×11.6×10-19=4.0×1012。
根据爱因斯坦光电效应方程,光电子的最大初动能
Ek=hν-W0=hcλ?hcλ0=6.626×10?34×3×108×10.50×10-6-10.66×10-6 J=9.6×10-20 J。
答案:4.0×1012 个 9.6×10-20 J
(时间:90分钟 满分:100分)
一、选择题(本题包含10小题,每小题4分,共40分。在每小题给出的四个选项中,1~6题只有一个选项符合题目要求,7~10题有多个选项符合题目要求。全部选对的得4分,选不全的得2分,有错选或不答的得0分)
1.频率为ν的光子,具有的能量为hν,动量为hνc,将这个光子打在处于静止状态的电子上,光子将偏离原来的运动方向,这种现象称为光的散射。散射后的光子( )
A.改变原来的运动方向,但频率保持不变
B.光子将从电子处获得能量,因而频率将增大
C.散射后的光子运动方向将与电子运动方向在一条直线上,但方向相反
D.由于电子受到碰撞时会吸收光子的一部分能量,散射后的光子频率低于入射光的频率
解析:由于电子的能量增加,根据能量守恒可以知道,光子的能量应当减少,频率降低,选项D正确。
答案:D
2.关于热辐射,下列说法正确的是( )
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
解析:一般物体的热辐射强度除与温度有关之外,还与材料的种类及表面状况有关,A错误;黑体可以辐射可见光,不一定是黑的,B错误;由黑体辐射的实验规律知,C正确,D错误。
答案:C
3.X射线是一种高频电磁波,若X射线在真空中的波长为λ,以h表示普朗克常量,c表示真空中的光速,以E和p分别表示X射线每个光子的能量和动量,则( )
A.E=hλc,p=0
B.E=hλc,p=hλc2
C.E=hcλ,p=0
D.E=hcλ,p=hλ
解析:根据E=hν,且λ=hp,c=λν可得X射线每个光子的能量为E=hcλ,每个光子的动量为 p=hλ。
答案:D
4.电子的运动受波动性的支配,对于氢原子的核外电子,下列说法正确的是( )
A.氢原子的核外电子可以用确定的坐标描述它们在原子中的位置
B.电子绕核运动时,可以运用牛顿运动定律确定它的轨道
C.电子是沿着轨道绕核运动的
D.电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置
解析:微观粒子的波动性是一种概率波,对于微观粒子的运动,牛顿运动定律已经不适用了,所以氢原子的核外电子不能用确定的坐标描述它们在原子中的位置,电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置,并不是其运动轨迹,综上所述,选项D正确。
答案:D
5.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,下列说法错误的是( )
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就不能忽略
C.单缝越窄,中央亮纹越宽,是因为位置不确定量越小,动量不确定量越大
D.以上解释都不对
解析:由不确定性关系ΔxΔp≥h4π,可知Δx较大时,Δp较小,Δx较小时,Δp较大,故选项A、B、C说法正确,选项D说法错误。
答案:D
6.光子有能量,也有动量,动量 p=hλ客观存在,也遵守有关动量的规律。如图所示,真空中,有一哑铃形的装置可绕通过横杆中点的竖直轴OO'在水平面内灵活地转动,其中左边是圆形黑纸片,右边是与左边大小、质量相同的圆形白纸片。当用平行光垂直正面照射这两个圆面时,对于装置开始时的转动情况(俯视),下列说法正确的是( )
A.顺时针方向转动
B.逆时针方向转动
C.顺时针方向和逆时针方向都有可能
D.不会转动
解析:光具有粒子性,光子打在物体的表面上时,会对物体表面产生压力,该压力可由F·t=n·Δp求得(n为光子数)。光子打在黑色物体表面上,将被吸收,而打在白色物体表面上时,将会被反射,动量变化较大,因而圆形白纸片的圆面所受到的作用力大,从而装置向逆时针方向转动,故选项A、C、D错误,应选B。
答案:B
7.下列实验现象中,哪些实验现象的解释使得光的波动说遇到了巨大的困难( )
A.光的干涉 B.光的衍射
C.康普顿效应 D.光电效应
答案:CD
8.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所示,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,电子电荷量e=1.6×10-19 C,由图可知( )
A.该金属的极限频率为4.3×1014 Hz
B.该金属的极限频率为5.5×1014 Hz
C.该图线的斜率表示普朗克常量
D.该金属的逸出功为0.5 eV
解析:由光电效应方程Ek=hν-W0知图线与横轴交点为金属的极限频率,即νc=4.3×1014 Hz,A正确,B错误;该图线的斜率为普朗克常量,C正确;金属的逸出功W0=hνc=6.63×10-34×4.3×10141.6×10-19 eV≈1.8 eV,D错误。
答案:AC
9.有关经典物理中的粒子,下列说法正确的是( )
A.有一定的大小,也有一定的质量
B.有一定的质量,但没有一定的大小
C.有的粒子还有一定量的电荷
D.有一定的大小,但没有一定的质量
解析:经典物理学中的粒子具有一定的空间大小,有一定的质量,有的还具有电荷。所以选项A、C正确,B、D错误。
答案:AC
10.在X射线管中,由阴极发射的电子被加速后打到阳极,会产生包括X光在内的各种能量的光子,其中光子能量的最大值等于电子的动能。已知阳极与阴极之间的电势差U、普朗克常量h、电子电荷量e和光速c。则可知该X射线管发出的X光( )
A.最短波长为ceUh
B.最短波长为cheU
C.最小频率为eUh
D.最大频率为eUh
解析:电子在电场中加速获得动能Ek=eU。由题目所给条件,可得光电子最大频率ν=Ekh=eUh,所以选项D正确。又λ=cν,所以X光的最短波长λ=cheU,所以选项B正确。
答案:BD
二、填空题(本题包含2小题,共20分)
11.(8分)将光的现象与本质连线。
光的波动性???光的粒子性 干涉现象光电效应康普顿效应衍射现象
答案:
12.(12分)如图所示的电路可研究光电效应规律。图中标有A和K的为光电管,其中K为阴极,A为阳极。理想电流计可检测通过光电管的电流,理想电压表用来指示光电管两端的电压。现接通电源,用光子能量为10.5 eV的光照射阴极K,电流计中有示数;若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动,电流计的读数逐渐减小,当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零,读出此时电压表的示数为6.0 V,光电管阴极材料的逸出功为 ;现保持滑片P位置不变,若增大入射光的强度,电流计的读数 (选填“为零”或“不为零”)。?
解析:根据当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零,读出此时电压表的示数为U=6.0 V,由动能定理,eU=Ek;由爱因斯坦光电效应方程,Ek=ε-W,解得光电管阴极材料的逸出功为W=4.5 eV;若增大入射光的强度,电流计的读数仍为零。
答案:4.5 eV 为零
三、计算题(本题包含4小题,共40分。解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。只写出最后答案的不得分。有数值计算的题,答案中必须写明数值和单位)
13.(8分)已知锌的逸出功W0=3.34 eV,试通过计算说明:用波长λ=0.2 μm的光照射锌板时能否发生光电效应。(普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,真空中光速c=3×108 m/s)
解析:波长λ=0.2 μm的光的光子的能量为
E=hν=hcλ=6.63×10-34×3×1080.2×10-6 J=9.945×10-19 J
锌的逸出功W0=3.34 eV=3.34×1.6×10-19 J=5.344×10-19 J
由于E>W0,故能够发生光电效应。
答案:用波长λ=0.2 μm的光照射锌板时能发生光电效应
14.(10分)太阳的辐射功率(太阳每秒辐射出的能量)为 3.86×1026 J/s。已知射到大气层的太阳能只有45%到达地面,另外55%被大气吸收或反射,而未到达地面。若射到地球上的太阳光可视为垂直于地球表面,把太阳光看成是频率为5×1014 Hz的单色光,则地球表面上 1 cm2 的面积每秒接收到多少个光子?已知太阳到地球的距离为R=1.5×1011 m。(结果保留两位有效数字)
解析:以太阳到地球的距离R为半径作一个大球面,穿过该球面单位面积的功率为
P0=P4πR2=3.86×10264×3.14×(1.5×1011)2 W≈1.366×103 W
地球表面每秒每平方厘米面积接收到的光能为
W=ηP0t×10-4 J=0.45×1.366×103×1×10-4 J=6.147×10-2 J
地球表面每秒在1 cm2的面积上接收到的光子数
N=Whν=6.147×10-26.63×10-34×5×1014≈1.9×1017。
答案:1.9×1017个
15.(10分)光子的动量p与能量ε的关系为p=εc,静止的原子核放出一个波长为λ的光子,已知普朗克常量为h,光在真空中传播的速度为c,则:
(1)质量为m的反冲核的速度为多少?
(2)反冲核运动时物质波的波长是多少?
解析:(1)由λ=hp得p=hλ,由光子与原子核组成的系统动量守恒,得0=p-mv'
故v'=pm=hλm。
(2)由德布罗意波长公式λ'=hp'知,反冲核运动时物质波波长λ'=hp'=hp=λ。
答案:(1)hλm (2)λ
16.(12分)如图所示,阴极K用极限波长λ0=0.66 μm的金属铯制成的,用波长λ=0.5 μm的绿光照射阴极K,调整两个极板电压,当A板电压比阴极高出2.5 V时,光电流达到饱和,电流表示数为0.64 μA,求每秒阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极的时候所具有的最大初动能。
解析:当阴极发射的光电子全部到达阳极A时,光电流达到饱和,由电流可知每秒到达阴极的电子数,即每秒发射的电子数。由爱因斯坦光电效应方程可计算最大的初动能。当电流达到饱和时,阴极发射的光电子全部到达阳极A,阴极每秒发射的光电子的个数n=Imax×te=0.64×10-6×11.6×10-19=4.0×1012。
根据爱因斯坦光电效应方程,光电子的最大初动能
Ek=hν-W0=hcλ?hcλ0=6.626×10?34×3×108×10.50×10-6-10.66×10-6 J=9.6×10-20 J。
答案:4.0×1012 个 9.6×10-20 J