高中物理人教版选修3-5 作业题 第十七章 《波粒二象性》 测试 题 Word版含解析
文档属性
| 名称 | 高中物理人教版选修3-5 作业题 第十七章 《波粒二象性》 测试 题 Word版含解析 |  | |
| 格式 | DOC | ||
| 文件大小 | 184.0KB | ||
| 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 | 2020-10-16 13:56:45 | ||
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文档简介
第十七章 《波粒二象性》综合测试
一、选择题(1～6为单选，7～10为多选，每小题4分，共40分)
1．关于热辐射，下列说法中正确的是( C )
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、表面状态有关，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．
2．2003年全世界物理学评选出“十大最美物理实验”，排名第一的为1961年物理学家利用“托马斯·杨”双缝干涉实验装置进行的电子干涉实验．如图所示，从辐射源射出的电子束经两个靠近的狭缝后在显微镜的荧光屏上出现干涉条纹，该实验说明( C )
A．光具有波动性
B．光具有波粒二象性
C．微观粒子也具有波动性
D．微观粒子的波是一种电磁波
解析：干涉现象是波的特征，电子微观粒子，它能产生干涉现象，表明电子等微观粒子具有波动性，但此实验不能说明电子等微观粒子的波就是电磁波．
3．下列关于微观粒子波粒二象性的认识，正确的是( B )
A．因实物粒子具有波动性，故其轨迹是波浪线
B．由概率波的知识可知，因微观粒子落在哪个位置不能确定，所以粒子没有确定的轨迹
C．由概率波的知识可知，因微观粒子落在哪个位置不能确定，再由不确定性关系知粒子动量将完全确定
D．大量光子表现出波动性，此时粒子性消失
解析：实物粒子的波动性指实物粒子是概率波，与经典的波不同，A错误；微观粒子落点位置不能确定，与经典粒子有确定轨迹不同，B正确；单缝衍射中，微观粒子通过狭缝，其位置的不确定量等于缝宽，其动量也有一定的不确定量，C错误；波动性和粒子性是微观粒子的固有特性，无论何时二者都同时存在，D错误．
4．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( B )
A. B.
C. D.
解析：根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0和ν＝得Ek＝h－W0，Ek′＝h－W0.且Ek?Ek′＝1?2，解得W0＝ .
5．某光波射到一逸出功为W0的光电材料表面，所产生的光电子在垂直于磁感应强度为B的匀强磁场中做圆周运动的最大半径为r，则该光的频率为(设电子的质量为m、带电量为e、普朗克常量为h)( C )
A. B.
C.＋ D.－
解析：由光电效应方程，mv2＝hν－W0，由向心力公式evB＝，两式联立可得ν＝＋，故C选项正确．
6．光子不仅有能量，还有动量，光照射到某个面上就会产生压力．有人设想在火星探测器上安装面积很大的薄膜，正对着太阳光，靠太阳光在薄膜上产生压力推动探测器前进．第一次安装的是反射率极高的薄膜，第二次安装的是吸收率极高的薄膜，那么( A )
A．安装反射率极高的薄膜，探测器的加速度大
B．安装吸收率极高的薄膜，探测器的加速度大
C．两种情况下，由于探测器的质量一样，探测器的加速度大小应相同
D．两种情况下，探测器的加速度大小无法比较
解析：若薄膜反射率极高，那么光子与其作用后，动量改变较大．即薄膜对光子的作用力较大，根据牛顿第三定律，光子对薄膜的作用力也较大，因此探测器可获得较大加速度，故A正确．
7．1905年是爱因斯坦的“奇迹”之年，这一年他先后发表了三篇具有划时代意义的论文，其中关于光量子的理论成功解释了光电效应现象，关于光电效应，下列说法正确的是( AD )
A．当入射光的频率低于截止频率时，不能发生光电效应
B．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
C．光电子的最大初动能与入射光的强度成正比
D．某单色光照射某一金属时不发生光电效应，改用波长较短的光照射该金属可能发生光电效应
8．现代物理学认为，光和实物粒子都具有波粒二象性．下列事实中突出体现波动性的是( BD )
A．一定频率的光照射到锌板上，光的强度越大，单位时间内锌板上发射的光电子就越多
B．肥皂液是无色的，吹出的肥皂泡却是彩色的
C．质量为10－3 kg、速度为10－2 m/s的小球，其德布罗意波长约为10－28 m，不过我们能清晰地观测到小球运动的轨迹
D．人们常利用中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距大致相同
解析：肥皂泡呈现彩色花纹是光的干涉现象，利用热中子研究晶体的结构是利用了中子的衍射现象，干涉和衍射是波动性的表现，故B、D正确．
9．关于波粒二象性，下列说法中不正确的是( ABD )
A．红外线只表现出波动性而不具有粒子性，光子只有粒子性而不具有波动性
B．波粒二象性指光有时表现波动性，有时表现粒子性
C．电磁波频率越高，粒子性越明显
D．能量越大的光子其波动性越显著
10．如图所示，某种单色光射到光电管的阴极上时，电流表有示数，则( ABD )
A．入射的单色光的频率必大于阴极材料的极限频率
B．增大单色光的强度，电流表示数将增大
C．滑片P向左移，可增大电流表示数
D．滑片P向左移，电流表示数将减小，甚至为零
解析：光电管内靠真空中由阴极K放出的光电子导电，必然发生了光电效应．注意此时正向电压为0，所以光电子最大初动能必大于零，电流表才有电流通过，则选项A正确．选项B显然正确．当滑片P向左移时，K极的电势比A极高，光电管上加的是反向电压，故选项C不正确，而选项D正确．
二、填空题(每小题9分，共18分)
11．用频率未知的紫外线照射某光电管的阴极时，有光电子飞出．现给你一个电压可调且可指示电压数值的直流电源和一个灵敏度很高的电流计，试在如图所示的方框中设计一个电路(光电管已画出)，要求用该电路测量用所给紫外线照射光电管的阴极时产生的光电子的最大初动能，按照你设计的电路，需要记录的数据是U.你所测量的光电子的最大初动能是eU(用记录的字母表示)．(已知电子电荷量为e)
解析：测量电路如图所示，调节电源电压，使灵敏电流计的读数恰好为零，记下此时电源电压的值U；则由动能定理知光电子的最大初动能为eU.
12．如图所示，一静电计与锌板相连，在A处用一弧光灯照锌板，关灯后，指针保持一定偏角．
(1)现用一带负电的金属小球与锌板接触，则静电计指针偏角将减小．(填“增大”“减小”或“不变”)
(2)使静电计指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，静电计指针无偏转，那么，若改用强度更大的红外线照射锌板，可观察到静电计指针无(填“有”或“无”)偏转．
解析：(1)锌板在紫外线照射下，发生光电效应，有光电子飞出，锌板带正电，将一带负电的金属小球与锌板接触，将锌板上的正电荷中和一部分，锌板所带正电荷减少，则静电计指针将变小．
(2)当改用黄光照射不发生偏转，则黄光频率低于截止频率，而红外线的频率低于黄光频率，即也低于锌板发生光电效应的截止频率，静电计指针不偏转．
三、计算题(共42分)
13．(10分)小灯泡的功率P＝1 W，设其发出的光向四周均匀辐射，平均波长λ＝10－6 m，求在距离d＝1.0×104 m处，每秒钟落在垂直于光线方向、面积为1 cm2的球面上的光子数是多少？(h＝6.63×10－34 J·s)
答案：3.98×105个
解析：每秒钟小灯泡发出的能量为E＝Pt＝1 J
1个光子的能量：
ε＝hν＝＝ J
＝1.989×10－19 J
小灯泡每秒钟辐射的光子数：
n＝＝＝5×1018(个)
距离小灯泡d的球面面积为：
S＝4πd2＝4π×(1.0×104)2 m2
＝1.256×109 m2＝1.256×1013 cm2
每秒钟射到1 cm2的球面上的光子数为：
N＝＝＝3.98×105(个)．
14．(10分)经测量，人体表面辐射本领的最大值落在波长为940 μm处．根据电磁辐射的理论得出，物体最强辐射的波长与物体的绝对温度的关系近似为Tλm＝2.90×10－1 m·K，由此估算人体表面的温度和辐射的能量子的值各是多少？(h＝6.63×10－34 J·s)
答案：36 ℃ 2.12×10－22 J
解析：人体辐射的能量子的值为ε＝h＝6.63×10－34× J＝2.12×10－22 J，人体表面的温度为T＝＝ K≈309 K≈36 ℃.
15．(10分)照相底片上的感光物质中的AgBr分子在光照射下能分解，经冲洗后就被记录下来(这种现象称为“光化效应”，与光电效应类似，只有入射光光子的能量大于某一数值，才能发生)．已知分解一个AgBr分子所需的最小能量约为1.0×10－19 J，试探究分析这种照相底片感光的截止波长(即它能记录的光的最大波长值)．
答案：1.988×10－6 m
解析：由题意知，入射光光子能量大于某一数值时AgBr才能分解．
这一数值为E0＝1.0×10－19 J，
由E0＝hν及c＝λν，
得λ＝＝ m≈1.988×10－6 m.
16．(12分)下图表示黑体辐射强度随波长的变化图线．根据热辐射理论，辐射强度的极大值所对应的波长λm与热力学温度之间存在如下关系：λmT＝2.90×10－3 m·K.求：
(1)T＝15 000 K所对应的波长；
(2)用T＝15 000 K所对应波长的光照射逸出功为W0＝4.54 eV的金属钨，能否发生光电效应？若能，逸出光电子的最大初动能是多少？
答案：(1)1.93×10－7 m (2)能 1.90 eV
解析：(1)由公式λmT＝2.90×10－3 m·K得
λm＝＝ m≈1.93×10－7 m.
(2)波长λm＝1.93×10－7 m的光子能量
ε＝hν＝＝ eV≈6.44 eV.
因ε>W0，故能发生光电效应．由光电效应方程Ek＝hν－W0，
得Ek＝(6.44－4.54)eV＝1.90 eV.
一、选择题(1～6为单选，7～10为多选，每小题4分，共40分)
1．关于热辐射，下列说法中正确的是( C )
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、表面状态有关，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．
2．2003年全世界物理学评选出“十大最美物理实验”，排名第一的为1961年物理学家利用“托马斯·杨”双缝干涉实验装置进行的电子干涉实验．如图所示，从辐射源射出的电子束经两个靠近的狭缝后在显微镜的荧光屏上出现干涉条纹，该实验说明( C )
A．光具有波动性
B．光具有波粒二象性
C．微观粒子也具有波动性
D．微观粒子的波是一种电磁波
解析：干涉现象是波的特征，电子微观粒子，它能产生干涉现象，表明电子等微观粒子具有波动性，但此实验不能说明电子等微观粒子的波就是电磁波．
3．下列关于微观粒子波粒二象性的认识，正确的是( B )
A．因实物粒子具有波动性，故其轨迹是波浪线
B．由概率波的知识可知，因微观粒子落在哪个位置不能确定，所以粒子没有确定的轨迹
C．由概率波的知识可知，因微观粒子落在哪个位置不能确定，再由不确定性关系知粒子动量将完全确定
D．大量光子表现出波动性，此时粒子性消失
解析：实物粒子的波动性指实物粒子是概率波，与经典的波不同，A错误；微观粒子落点位置不能确定，与经典粒子有确定轨迹不同，B正确；单缝衍射中，微观粒子通过狭缝，其位置的不确定量等于缝宽，其动量也有一定的不确定量，C错误；波动性和粒子性是微观粒子的固有特性，无论何时二者都同时存在，D错误．
4．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( B )
A. B.
C. D.
解析：根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0和ν＝得Ek＝h－W0，Ek′＝h－W0.且Ek?Ek′＝1?2，解得W0＝ .
5．某光波射到一逸出功为W0的光电材料表面，所产生的光电子在垂直于磁感应强度为B的匀强磁场中做圆周运动的最大半径为r，则该光的频率为(设电子的质量为m、带电量为e、普朗克常量为h)( C )
A. B.
C.＋ D.－
解析：由光电效应方程，mv2＝hν－W0，由向心力公式evB＝，两式联立可得ν＝＋，故C选项正确．
6．光子不仅有能量，还有动量，光照射到某个面上就会产生压力．有人设想在火星探测器上安装面积很大的薄膜，正对着太阳光，靠太阳光在薄膜上产生压力推动探测器前进．第一次安装的是反射率极高的薄膜，第二次安装的是吸收率极高的薄膜，那么( A )
A．安装反射率极高的薄膜，探测器的加速度大
B．安装吸收率极高的薄膜，探测器的加速度大
C．两种情况下，由于探测器的质量一样，探测器的加速度大小应相同
D．两种情况下，探测器的加速度大小无法比较
解析：若薄膜反射率极高，那么光子与其作用后，动量改变较大．即薄膜对光子的作用力较大，根据牛顿第三定律，光子对薄膜的作用力也较大，因此探测器可获得较大加速度，故A正确．
7．1905年是爱因斯坦的“奇迹”之年，这一年他先后发表了三篇具有划时代意义的论文，其中关于光量子的理论成功解释了光电效应现象，关于光电效应，下列说法正确的是( AD )
A．当入射光的频率低于截止频率时，不能发生光电效应
B．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
C．光电子的最大初动能与入射光的强度成正比
D．某单色光照射某一金属时不发生光电效应，改用波长较短的光照射该金属可能发生光电效应
8．现代物理学认为，光和实物粒子都具有波粒二象性．下列事实中突出体现波动性的是( BD )
A．一定频率的光照射到锌板上，光的强度越大，单位时间内锌板上发射的光电子就越多
B．肥皂液是无色的，吹出的肥皂泡却是彩色的
C．质量为10－3 kg、速度为10－2 m/s的小球，其德布罗意波长约为10－28 m，不过我们能清晰地观测到小球运动的轨迹
D．人们常利用中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距大致相同
解析：肥皂泡呈现彩色花纹是光的干涉现象，利用热中子研究晶体的结构是利用了中子的衍射现象，干涉和衍射是波动性的表现，故B、D正确．
9．关于波粒二象性，下列说法中不正确的是( ABD )
A．红外线只表现出波动性而不具有粒子性，光子只有粒子性而不具有波动性
B．波粒二象性指光有时表现波动性，有时表现粒子性
C．电磁波频率越高，粒子性越明显
D．能量越大的光子其波动性越显著
10．如图所示，某种单色光射到光电管的阴极上时，电流表有示数，则( ABD )
A．入射的单色光的频率必大于阴极材料的极限频率
B．增大单色光的强度，电流表示数将增大
C．滑片P向左移，可增大电流表示数
D．滑片P向左移，电流表示数将减小，甚至为零
解析：光电管内靠真空中由阴极K放出的光电子导电，必然发生了光电效应．注意此时正向电压为0，所以光电子最大初动能必大于零，电流表才有电流通过，则选项A正确．选项B显然正确．当滑片P向左移时，K极的电势比A极高，光电管上加的是反向电压，故选项C不正确，而选项D正确．
二、填空题(每小题9分，共18分)
11．用频率未知的紫外线照射某光电管的阴极时，有光电子飞出．现给你一个电压可调且可指示电压数值的直流电源和一个灵敏度很高的电流计，试在如图所示的方框中设计一个电路(光电管已画出)，要求用该电路测量用所给紫外线照射光电管的阴极时产生的光电子的最大初动能，按照你设计的电路，需要记录的数据是U.你所测量的光电子的最大初动能是eU(用记录的字母表示)．(已知电子电荷量为e)
解析：测量电路如图所示，调节电源电压，使灵敏电流计的读数恰好为零，记下此时电源电压的值U；则由动能定理知光电子的最大初动能为eU.
12．如图所示，一静电计与锌板相连，在A处用一弧光灯照锌板，关灯后，指针保持一定偏角．
(1)现用一带负电的金属小球与锌板接触，则静电计指针偏角将减小．(填“增大”“减小”或“不变”)
(2)使静电计指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，静电计指针无偏转，那么，若改用强度更大的红外线照射锌板，可观察到静电计指针无(填“有”或“无”)偏转．
解析：(1)锌板在紫外线照射下，发生光电效应，有光电子飞出，锌板带正电，将一带负电的金属小球与锌板接触，将锌板上的正电荷中和一部分，锌板所带正电荷减少，则静电计指针将变小．
(2)当改用黄光照射不发生偏转，则黄光频率低于截止频率，而红外线的频率低于黄光频率，即也低于锌板发生光电效应的截止频率，静电计指针不偏转．
三、计算题(共42分)
13．(10分)小灯泡的功率P＝1 W，设其发出的光向四周均匀辐射，平均波长λ＝10－6 m，求在距离d＝1.0×104 m处，每秒钟落在垂直于光线方向、面积为1 cm2的球面上的光子数是多少？(h＝6.63×10－34 J·s)
答案：3.98×105个
解析：每秒钟小灯泡发出的能量为E＝Pt＝1 J
1个光子的能量：
ε＝hν＝＝ J
＝1.989×10－19 J
小灯泡每秒钟辐射的光子数：
n＝＝＝5×1018(个)
距离小灯泡d的球面面积为：
S＝4πd2＝4π×(1.0×104)2 m2
＝1.256×109 m2＝1.256×1013 cm2
每秒钟射到1 cm2的球面上的光子数为：
N＝＝＝3.98×105(个)．
14．(10分)经测量，人体表面辐射本领的最大值落在波长为940 μm处．根据电磁辐射的理论得出，物体最强辐射的波长与物体的绝对温度的关系近似为Tλm＝2.90×10－1 m·K，由此估算人体表面的温度和辐射的能量子的值各是多少？(h＝6.63×10－34 J·s)
答案：36 ℃ 2.12×10－22 J
解析：人体辐射的能量子的值为ε＝h＝6.63×10－34× J＝2.12×10－22 J，人体表面的温度为T＝＝ K≈309 K≈36 ℃.
15．(10分)照相底片上的感光物质中的AgBr分子在光照射下能分解，经冲洗后就被记录下来(这种现象称为“光化效应”，与光电效应类似，只有入射光光子的能量大于某一数值，才能发生)．已知分解一个AgBr分子所需的最小能量约为1.0×10－19 J，试探究分析这种照相底片感光的截止波长(即它能记录的光的最大波长值)．
答案：1.988×10－6 m
解析：由题意知，入射光光子能量大于某一数值时AgBr才能分解．
这一数值为E0＝1.0×10－19 J，
由E0＝hν及c＝λν，
得λ＝＝ m≈1.988×10－6 m.
16．(12分)下图表示黑体辐射强度随波长的变化图线．根据热辐射理论，辐射强度的极大值所对应的波长λm与热力学温度之间存在如下关系：λmT＝2.90×10－3 m·K.求：
(1)T＝15 000 K所对应的波长；
(2)用T＝15 000 K所对应波长的光照射逸出功为W0＝4.54 eV的金属钨，能否发生光电效应？若能，逸出光电子的最大初动能是多少？
答案：(1)1.93×10－7 m (2)能 1.90 eV
解析：(1)由公式λmT＝2.90×10－3 m·K得
λm＝＝ m≈1.93×10－7 m.
(2)波长λm＝1.93×10－7 m的光子能量
ε＝hν＝＝ eV≈6.44 eV.
因ε>W0，故能发生光电效应．由光电效应方程Ek＝hν－W0，
得Ek＝(6.44－4.54)eV＝1.90 eV.