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2020-2021学年度高中物理单元双基精品试卷
选修3-5第十七单元波粒二象性(A)
注意事项:
1.答题前,先将自己的姓名、准考证号填写在试题卷和答题卡上,并将准考证号条形码粘贴在答题卡上的指定位置。
2.选择题的作答:每小题选出答案后,用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑,写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
3.非选择题的作答:用签字笔直接答在答题卡上对应的答题区域内。写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
4.考试结束后,请将本试题卷和答题卡一并上交。
一、选择题(本大题共10小题,每小题4分。在每小题给出的四个选项中,第1~6题只有一项是符合题目要求,第7~10题有多项符合题目要求,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
1.有关光的本性,下列说法正确的是( )
A.光既具有波动性,又具有粒子性,两种性质是不相容的
B.光的波动性类似于机械波,光的粒子性类似于质点
C.大量光子才具有波动性,个别光子只具有粒子性
D.由于光既具有波动性,又具有粒子性,无法只用其中一种性质去说明光的一切行为,只能认为光具有波粒二象性
2.如图所示为t1、t2温度时的黑体辐射强度与波长的关系,则两温度的关系为( )
A.t1=t2 B.t1<t2
C.t1>t2 D.无法确定
3.频率为ν的光照射某金属时,产生光电子的最大初动能为Ek,改用频率2ν的光照射同一金属,所产生光电子的最大初动能为(h为普朗克常量)( )
A.Ek+hν B.2Ek C.Ek-hν D.2hν-Ek
4.用光照射某种金属,有光电子从金属表面逸出,如果换一种频率更大的光照射该金属,但光的强度减弱,则( )
A.单位时间内逸出的光电子数减少,光电子的最大初动能减小
B.单位时间内逸出的光电子数减少,光电子的最大初动能增大
C.单位时间内逸出的光电子数增大,光电子的最大初动能减小
D.单位时间内逸出的光电子数增大,光电子的最大初动能增大
5.用甲、乙两种单色光照射同一金属做光电效应实验,发现光电流与电压的关系如图所示。已知普朗克常量为h,被照射金属的逸出功为W0,遏止电压为Uc,电子的电荷量为e,则下列说法正确的是( )
A.甲光的强度小于乙光的强度
B.甲光的频率大于乙光的频率
C.甲光照射时产生的光电子初动能均为eUc
D.乙光的频率为W0+eUch
6.如图所示,当一束一定强度的某一频率的黄光照射到光电管阴极K上时,此时滑片P处于A、B中点,电流表中有电流通过,则( )
A.若将滑动触头P向B端移动时,电流表读数有一定增大
B.若用红外线照射阴极K时,电流表中一定没有电流通过
C.若用强度更弱的黄光照射阴极K,电流表读数不变
D.若用强度更弱的紫外线照射阴极K,光电子的最大初动能一定变大
7.实物粒子和光都具有波粒二象性,下列事实中突出体现波动性的是( )
A.β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹
B.人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构
C.电子束通过双缝实验后可以形成干涉图样
D.光电效应实验中,光电子的最大初动能与入射光的频率有关,与入射光的强度无关
8.根据不确定性关系ΔxΔp≥,判断下列说法正确的是( )
A.采取办法提高测量Δx精度时,Δp的精度下降
B.采取办法提高测量Δx精度时,Δp的精度上升
C.Δx与Δp测量精度与测量仪器及测量方法是否完备有关
D.Δx与Δp测量精度与测量仪器及测量方法是否完备无关
9.如图所示是研究光电效应的电路,阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极,K在受到光照时能够发射光电子。阳极A吸收阴极K发出的光电子,在电路中形成光电流。如果用单色光a照射阴极K,电流表的指针发生偏转;用单色光b 照射光电管阴极K时,电流表的指针不发生偏转。则下列说法正确的是( )
A.a光的波长一定小于b光的波长
B.只增加a光的强度可能使通过电流表的电流增大
C.只增加a光的强度可使逸出的电子最大初动能变大
D.阴极材料的逸出功与入射光的频率有关
11.1905年,爱因斯坦把普朗克的量子化概念进一步推广,成功地解释了光电效应现象,提出了光子说。在给出与光电效应有关的四个图像中,下列说法正确的是( )
A.图甲中,当紫外线照射锌板时,发现验电器指针发生了偏转,说明锌板带正电,验电器带负电
B.图乙中,从光电流与电压的关系图像中可以看出,电压相同时,光照越强,光电流越大,说明遏止电压和光的强度有关
C.图丙中,若电子电荷量用e表示,ν1、νc、U1已知,由Uc-ν图像可求得普朗克常量的表达式为h=U1eν1-νc
D.图丁中,由光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像可知该金属的逸出功为E或hν0
二、非选择题(本题共6小题,共60分。按题目要求做答,计算题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能得分。有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
11.(8分)在某次光电效应实验中,得到的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系如图所示。若该直线的斜率和截距分别为k和b,电子电荷量的绝对值为e,则普朗克常量可表示为________,所用材料的逸出功可表示为________。
12.(8分)历史上美国宇航局曾经完成了用“深度撞击”号探测器释放的撞击器“击中”坦普尔1号彗星的实验。探测器上所携带的重达400 kg的彗星“撞击器”将以1.0×104 m/s的速度径直撞向彗星的彗核部分,撞击彗星后“撞击器”融化消失,这次撞击使该彗星自身的运行速度出现1.0×10-7 m/s的改变。已知普朗克常量h=6.6×10-34 J·s。则撞击前彗星“撞击器”对应物质波波长为____________m,彗星的质量约为_______________kg。
13.(10分)用波长为λ的光照射金属的表面,当遏止电压取某个值时,光电流便被截止;当光的波长改变为原波长的1n后,已查明使电流截止的遏止电压必须增大到原值的η倍,试计算原入射光的波长λ。(已知该金属的逸出功为W0)
14.(10分)电子具有多大速度时,德布罗意波的波长同光子能量为4×104 eV的X射线的波长相等?此电子需经多大的电压加速?
15.(12分)激光器是一个特殊的光源,它发出的光便是激光,红宝石激光器发射的激光是不连续的一道一道的闪光,每道闪光称为一个光脉冲。现有一红宝石激光器,发射功率为1.0×1010 W,所发射的每个光脉冲持续的时间Δt=1.0×10-11 s,波长为793.4 nm,求:
(1)每列光脉冲的长度L;
(2)每列光脉冲含有光子数n。
16.(12分)如图甲所示是研究光电效应规律的光电管。用波长λ=0.50 μm的绿光照射阴极K,实验测得流过G表的电流I与AK之间的电势差UAK满足如图乙所示规律,取h=6.63×10-34 J·s。结合图象,求:(结果保留两位有效数字)
(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极K时的最大动能。
(2)该阴极材料的极限波长。
物 理(A)答 案
一、选择题(本大题共10小题,每小题4分。在每小题给出的四个选项中,第1~6题只有一项是符合题目要求,第7~10题有多项符合题目要求,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
1.【答案】D
【解析】光既具有粒子性,又具有波动性,大量的光子波动性比较明显,个别光子粒子性比较明显,故A错误;光是概率波,不同与机械波;光的粒子性也不同与质点;即单个光子即具有粒子性也具有波动性,故B错误;单个光子即具有粒子性也具有波动性,只是大量的光子波动性比较明显,个别光子粒子性比较明显,故C错误;由于光具有波动性,又具有粒子性,即光的波动性与粒子性是光子本身的一种属性,故无法只用其中一种去说明光的一切行为,故光具有波粒二象性,故D正确。
2.【答案】C
【解析】根据黑体辐射的实验规律可知,随着温度的升高,一方面,各种波长的辐射强度都增加;另一方面,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。故B正确。
3.【解析】频率为v的光照射某金属时,产生光电子的最大初动能为Ekm,根据光电效应方程知,逸出功W0=hν-Ekm;改用频率2v的光照射同一金属,则最大初动能Ekm′=2hν-W0=hν+Ekm,故A正确。
4.【答案】B
【解析】根据光电效应方程Ekm=hv-W0得,光强度不影响光电子的最大初动能,光电子的最大初动能与入射光的频率有关;光电效应的条件是入射光的频率大于极限频率,与光的强度无关;入射光的强度影响单位时间内发出光电子的数目,光的强度减弱,单位时间内发出光电子数目减少,故B正确。
5.【答案】D
【解析】根据光的强度越强,则光电子数目越多,对应的光电流越大,即可判定甲光的强度较大,A错误;由光电效应方程Ek=hν-W0,Ek=Uce,由图可知,甲、乙的截止电压相同,故甲、乙的频率相同,B错误;甲光照射时产生的光电子的最大初动能均为eUc,C错误;由Ek=hν-W0=Uce得ν=Uce+W0h,D正确。
6.【答案】D
【解析】光电管所加的电压使光电子到达阳极,则电流表中有电流流过,且可能处于饱和电流,若将滑动触头P向B端移动时,电流表读数有可能不变,故A错误;若用红外线照射阴极K时,因红外线的频率小于黄色光,因此可能不发生光电效应,也可能会发生光电效应,电流表不一定没有电流通过,故B错误;若用强度更弱的黄光照射阴极K时,能发生光电效应有光子飞出,但光强变若使得飞出的光子数目减小,电流表读数减小,故C错误;紫外线的频率大于黄色光的频率,根据光电效应方程Ek=hv-W0,可知用一束紫外线照射阴极K时,出射光电子的最大初动能一定变大,与光的强弱无关,故D正确。
7.【答案】BC
【解析】β粒子在云室中受磁场力的作用,做的是圆周运动,与波动性无关,A错误;可以利用慢中子衍射来研究晶体的结构,说明中子可以产生衍射现象,说明具有波动性,B正确;干涉是波具有的特性,电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样,说明电子具有波动性,C正确;光电效应实验,说明的是能够从金属中打出光电子,说明的是光的粒子性,D错误。
8.【答案】AD
【解析】不确定关系表明,无论采用什么方法试图确定位置坐标和相应动量中的一个,必然引起另一个较大的不确定性,这样的结果与测量仪器及测量方法是否完备无关,无论怎样改善测量仪器和测量方法,都不可能逾越不确定关系所给出的限度。故AD正确。
9.【答案】AB
【解析】用单色光b照射光电管阴极K时,电流表的指针不发生偏转,说明用b光不能发生光电效应,即a光的波长一定小于b光的波长,选项A正确;只增加a光的强度可使阴极K单位时间内逸出的光电子数量增加,故通过电流表的电流增大,选项B正确;只增加a光的强度不能使逸出的电子的最大初动能变大,选项C错误;阴极材料的逸出功只与阴极材料有关,与入射光的频率无关,选项D错误。
11.【答案】CD
【解析】用紫外线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A错误;由题图可知电压相同时,光照越强,光电流越大,只能说明光电流强度与光的强度有关,遏止电压只与入射光的频率有关,与入射光的强度无关,故B错误;根据爱因斯坦光电效应方程Uce=hν-W0,可知Uc=heν-W0e,图像Uc-ν的斜率表示he,即he=U1ν1-νc,解得h=U1eν1-νc,故C正确;根据光电效应方程Ek=hν-W0,Ek-ν图线的纵轴截距的绝对值表示逸出功,则逸出功为E,当最大初动能为零,入射光的频率等于金属的极限频率,则金属的逸出功等于hν0,故D正确。
二、非选择题(本题共6小题,共60分。按题目要求做答,计算题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能得分。有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
11.(8分)
【答案】ek -eb
【解析】根据光电效应方程Ekm=hν-W0及Ekm=eUc得Uc=hνe-W0e,故he=k,b=-W0e,得h=ek,W0=-eb。
12.(8分)
【答案】1.65×10-40 4.0×1013
【解析】撞击前彗星“撞击器”的动量p=mv=1.0×106 kg?m/s,则撞击前彗星“撞击器”对应物质波波长λ=hp=1.65×10-40 m;以彗星和撞击器组成的系统为研究对象,规定彗星初速度的方向为正方向,由动量守恒定律得mv=MΔv,则得彗星的质量M=4.0×1013 kg。
(10分)
【解析】由题意,结合光电效应方程,及v=cλ,当用波长为λ的光照射金属的表面,则有:
hcλ-W0=eU0
当光的波长改为原波长的1n后,则有:-W0=e?ηU0
解得:λ=。
(10分)
【解析】由德布罗意波公式λ=hp=hmeve
光子能量式E=hν=hcλ
联立可得:ve=Emec=4×104×1.6×10-199.1×10-31×3×108 m/s=2.34×107 m/s
由动能定理得:eU=12mev2e
解得U=1.56×103 V。
15.(12分)
【解析】(1)以Δt、L、c分别表示光脉冲的持续时间、长度和光速,由题意可知该光脉冲的长度
L=cΔt=3.0×10-3 m。
(2)以P和E表示红宝石激光器的发射功率和光脉冲的能量,则有E=PΔt
以λ和ν表示红宝石激光的波长和频率,则有c=λν
因此得到每个红宝石激光的光子的能量为hν=hcλ
所以该光脉冲含有的光子数个。
16.(12分)
【解析】(1)光电流达到饱和时,阴极发射的光电子全部到达阳极A,阴极每秒钟发射的光电子的个数
n=Ime=0.64×10-61.6×10-19(个)=4.0×1012(个)
光电子的最大初动能为:
Ekm=eU0=1.6×10-19 C×0.6 V=9.6×10-20 J。
(2)设阴极材料的极限波长为λ0,根据爱因斯坦光电效应方程:Ekm=hcλ-hcλ0
代入数据得λ0=0.66 μm。