2020-2021学年教科版物理选修3-5单元素养评价第四章波粒二象性.pdf

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1、 温馨提示：此套题为 Word 版，请按住 Ctrl,滑动鼠标滚轴，调节合适的观看比例，答案解析附后。关闭 Word 文档返回原板块。单元素养评价（四）(第四章)(90 分钟 100 分)一、选择题(本大题共 12 小题,19 为单选,1012 为多选,每小题 4分,共 48 分)1.关于对热辐射的认识,下列说法中正确的是()A.热的物体向外辐射电磁波,冷的物体只吸收电磁波 B.温度越高,物体辐射的电磁波越强 C.辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关,与材料种类及表面状况无关 D.常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色【解析】选 B。一切物体都在不停地向外辐射电磁波,且温度越

2、高,辐射的电磁波越强。对于一般材料的物体,辐射强度按波长的分布除与物体的温度有关外,还与材料的种类和表面状况有关;常温下我们看到的物体的颜色是反射光的颜色。2.在下列各组所说的两个现象中,都表现出光具有粒子性的是()A.光的折射现象、偏振现象 B.光的反射现象、干涉现象 C.光的衍射现象、色散现象 D.光电效应现象、康普顿效应【解析】选 D。本题考查光的性质。干涉、衍射、偏振都是光的波动性的表现,只有光电效应现象和康普顿效应是光的粒子性的表现,D 正确。3.关于电子的运动规律,以下说法正确的是()A.电子如果表现出粒子性,则无法用轨迹来描述它们的运动,其运动遵循牛顿运动定律 B.电子如果表现出

3、粒子性,则可以用轨迹来描述它们的运动,其运动遵循牛顿运动定律 C.电子如果表现出波动性,则无法用轨迹来描述它们的运动,空间分布的概率遵循波动规律 D.电子如果表现出波动性,则可以用轨迹来描述它们的运动,其运动遵循牛顿运动定律【解析】选 C。电子运动对应的物质波是概率波。少量电子表现出粒子性,无法用轨迹描述其运动,也不遵循牛顿运动定律,A、B 错误;大量电子表现出波动性,无法用轨迹描述其运动,可确定电子在某点附近出现的概率,且概率遵循波动规律,C 正确,D 错误。4.当具有 5.0 eV 能量的光子照射到某金属表面后,从金属表面逸出的电子具有的最大初动能是 1.5 eV。为了使这种金属产生光电效

4、应,入射光的最低能量为()A.1.5 eV B.3.5 eV C.5.0 eV D.6.5 eV【解析】选 B。由 Ek=h-W 得 W=h-Ek =5.0 eV-1.5 eV=3.5 eV 要使光电子从金属表面逸出,入射光的能量必须满足 hminW,则入射光的最低能量为 hmin=W=3.5 eV 故正确选项为 B。5.有关光的本性的说法正确的是()A.关于光的本性,牛顿提出了“微粒说”,惠更斯提出了“波动说”,爱因斯坦提出了“光子说”,它们都圆满地说明了光的本性 B.光具有波粒二象性是指:既可以把光看成宏观概念上的波,也可以看成微观概念上的粒子 C.光的干涉、衍射现象说明光具有波动性,光电

5、效应说明光具有粒子性 D.在光的双缝干涉实验中,如果有光通过双缝则显出波动性【解析】选 C。牛顿主张的“微粒说”中的微粒与实物粒子一样,惠更斯主张的“波动说”中的波与宏观机械波等同,这两种观点是相互对立的,都不能说明光的本性,所以 A、B 错误,C 正确;在双缝干涉实验中,双缝干涉出现明、暗均匀的条纹,当让光子一个一个地通过单缝,曝光时间短时表现出粒子性,曝光时间长时表现出波动性,所以 D 错误。6.如图所示为研究光电效应的电路图。开关闭合后,当用波长为 0的单色光照射光电管的阴极 K 时,电流表有示数。下列说法正确的是()A.若只让滑片 P 向 D 端移动,则电流表的示数一定增大 B.若只增

6、加该单色光的强度,则电流表示数一定增大 C.若改用波长小于 0的单色光照射光电管的阴极 K,则阴极 K 的逸出功变大 D.若改用波长大于 0的单色光照射光电管的阴极 K,则电流表的示数一定为零【解析】选 B。电路所加电压为正向电压,如果电流达到饱和电流,增加电压,电流也不会增大,故 A 错误;只增加单色光强度,逸出的光子数增多,电流增大,故 B 正确;金属的逸出功与入射光无关,故 C 错误;改用波长大于 0的光照射,虽然光子的能量变小,但也可能发生光电效应,可能有电流,故 D 错误。7.分别用波长为和 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 12。以 h 表示普朗克常量,c 表

7、示真空中的光速,则此金属板的逸出功为()A.B.C.D.【解析】选 A。由光电效应方程得 Ek1=h-W0 Ek2=h-W0 又 Ek2=2Ek1 联立得 W0=,故选 A。8.如图甲所示,合上开关,用光子能量为 2.5 eV 的一束光照射阴极 K,发现电流表读数不为零。调节滑动变阻器,发现当电压表读数小于 0.60 V 时,电流表读数仍不为零,当电压表读数大于或等于 0.60 V 时,电流表 读数为零。把电路改为图乙,当电压表读数为 2 V 时,则逸出功及电子到达阳极时的最大动能为()A.1.5 eV 0.6 eV B.1.7 eV 1.9 eV C.1.9 eV 2.6 eV D.3.1

8、eV 4.5 eV【解析】选 C。用光子能量 h=2.5 eV 的光照射阴极,电流表读数不为零,则能发生光电效应,如题图甲所示,当电压表读数大于或等于 0.60 V 时,电流表读数为零,则电子不能到达阳极,由动能定理-eU=0-m知,最大初动能 Ek=eU=0.6 eV,由光电效应方程知 W=h-Ek=1.9 eV。对题图乙当电压表读数为 2 V 时,电子到达阳极的最大动能为Ek=Ek+eU=0.6 eV+2 eV=2.6 eV。故 C 正确。9.电子显微镜的分辨率高达 0.2 nm(波长越短,分辨率越高),如果有人制造出质子显微镜,在加速到相同的速度情况下,质子显微镜的最高分辨率将()A.小

9、于 0.2 nm B.大于 0.2 nm C.等于 0.2 nm D.以上说法均不正确【解析】选 A。质子比电子质量大得多,加速到相同的速度的情况下,质子的动量(p=mv)大,由物质波波长公式=知,质子对应的物质波波长短,所以对应的显微镜分辨率高,最高分辨率将小于 0.2 nm,A 正确。10.波粒二象性是微观世界的基本特征,以下说法正确的是()A.光电效应现象提示了光的粒子性 B.黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释 C.动能相等的质子和电子,它们的德布罗意波长也相等 D.热中子束射到晶体上产生的衍射图样说明中子具有波动性【解析】选 A、D。光电效应无法用波动性解释,爱因斯坦引入了光量子,成

10、功解释了光电效应,因此光电效应现象揭示了光的粒子性,故A正确。黑体辐射的实验规律无法用光的波动性解释,为了解释黑体辐射规律,普朗克建立了量子理论,成功解释了黑体辐射的实验规律,故 B 错误。动能相等的质子和电子,质子和电子质量不相等,由动量大小与动能关系 p=,可知它们的动量不相等,根据德布罗意波长公式=可知,它们的德布罗意波长也不相等。故 C 错误。衍射和干涉是波特有的现象,电子束通过双缝实验装置后形成干涉图样说明中子具有波动性,故 D 正确。11.利用金属晶格(大小约 10-10 m)作为障碍物观察电子的衍射图样,方法是让电子通过电场加速,然后让电子束照射到金属晶格上,从而得到电子的衍射图

11、样。已知电子质量为 m、电量为 e、初速度为零,加速电压为 U,普朗克常量为 h,则下列说法中正确的是()A.该实验说明物质波的存在 B.实验中电子束的德布罗意波长为=C.加速电压 U 越大,电子的衍射现象越不明显 D.若用相同动能的质子代替电子,衍射现象将更加明显【解析】选 A、B、C。衍射现象是波的特有现象,能通过金属晶格观察到电子的衍射图样,说明实物粒子具有波动性,德布罗意物质波的确存在,A 正确;由 Ue=mv2,=可得=,B 正确;由公式可知,加速电压越大,越小,越不易观察到电子的衍射现象,C 正确;由p=,=可知,=,现用相同动能的质子代替电子,质子的物质波波长更短,衍射现象将更加

12、不明显,D 错误。12.对某种金属的光电效应,其遏止电压Uc与入射光频率的关系图像如图所示。则由图像可知()A.当入射光的频率为 0时,有光电子逸出 B.入射光的光照强度增大时,遏止电压增大 C.若已知电子电量 e,就可以求出普朗克常量 h D.入射光的频率为 20时,产生的光电子的最大初动能为 h0【解析】选 C、D。由图可知,只有当入射光的频率大于或等于极限频率0时,才会发生光电效应现象,故 A 错误。根据光电效应方程 Ekm=h-W0和 eUc=Ekm得遏止电压与入射光的强度无关,故 B 错误。根据光电效应方 程Ekm=h-W0和eUc=Ekm得,Uc=-,知图线的斜率等于,从图像上可以

13、得出斜率的大小,已知电子电量,可以求出普朗克常量,故 C 正确;当遏止电压为零时,最大初动能为零,则入射光的能量等于逸出功,所以W0=h0。若 入 射 光 的 频 率 为20时,根 据 光 电 效 应 方程,Ekm=h-W0=h0。即入射光的频率为 20时,产生的光电子的最大初动能为 h0,故 D 正确。二、计算题(本大题共 4 小题,共 52 分,要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)13.(10 分)X 射线管中阳极与阴极间所加电压为 3104 V,电子加速后撞击 X 射线管阳极产生 X 射线,求 X 射线的最短波长。(电子电荷量e=1.610-19 C,电子的初速度为零)

14、【解析】在射线管中,电子在电场的加速作用下由阴极向阳极加速运动,电子到达阳极时获得动能 Ek=eU=1.6010-193.00104J=4.8010-15J(3 分)电子撞击阳极发出 X 射线,当电子动能全部变为光子能量 h 时 X 射线的波长最短,X 射线光子能量最大 h=eU,(2 分)即 h=eU,(2 分)得=4.110-11m。(3 分)答案:4.110-11 m 14.(12 分)如图甲所示是研究光电效应规律的光电管。用波长=0.50 m 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=6.6310-34 Js。结合图像,

15、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。【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=(个)=4.01012(个),(3 分)光电子的最大初动能为:Ekm=eU0=1.610-19C0.6 V=9.610-20 J。(3 分)(2)设阴极材料的极限波长为 0,根据爱因斯坦光电效应方程:Ekm=h-h,(3 分)代入数据得 0=0.66 m。(3 分)答案:(1)4.01012个 9.610-20 J (2)0.66 m【加固训练】已知钠发生光电效应的极限波长

16、为 0=510-7 m。现用波长为 410-7 m的光照射用钠做阴极的光电管。求:(1)钠的逸出功 W。(2)为使光电管中的光电流为零,在光电管上所加反向电压至少多大。【解析】(1)钠的逸出功 W=h0=h=3.97810-19J(2)光电子最大初动能 Ek=h-W=h-A=0.9910-19J Ek=eUe,Ue=0.62 V 答案:(1)3.97810-19J(2)0.62 V 15.(14 分)爱因斯坦的相对论指出,物体的能量和质量之间存在一个定量关系:E=mc2,其中 c 为光在真空中的速度。频率为=51014Hz 的光子具有的动量是多少?若一电子的动量与该光子相同,该电子的运动速度是

17、多少?该电子物质波的波长 e是多少?【解析】根据光子说,光子的能量 E=h=mc2,(1 分)故得动量 p=mc=(2 分)=kgms-1=1.110-27 kgms-1(3 分)设电子质量为 me,速度为 ve,动量为 pe,则 pe=meve,(1 分)依题意 pe=p,(2 分)则电子的速度大小为 ve=m/s=1.2103 m/s(2 分)该电子物质波的波长为 e=m=6.010-7 m。(3 分)答案:1.110-27 kgms-1 1.2103 m/s 6.010-7m 16.(16 分)(1)氢原子从-3.4 eV 的能级跃迁到-0.85 eV 的能级时,是发射还是吸收光子?这种

18、光子的波长是多少?(计算结果取一位有效数字)(2)图中光电管用金属材料铯制成,电路中定值电阻 R0=0.75,电源电动势 E=1.5 V,内阻 r=0.25,图中电路在 D 点交叉,但不相连。R 为变阻器,O 是变阻器的中间触头,位于变阻器的正中央,P 为滑动端。变阻器的两端点 ab 总阻值为 14。当用上述氢原子两能级间跃迁而发射出来的光照射图中的光电管,欲使电流计 G 中电流为零,变阻器 aP 间阻值应为多大?(已知普朗克常量 h=6.63 10-34 Js,金属铯的逸出功为 1.9 eV。1 eV=1.610-19 J)【解题指南】解答本题时应把握以下两点:(1)当光电管接反向电压且阻碍住具有最大初动能的光电子时,电流计G 中电流才为零。(2)当 G 中电流为零时,有光电管的回路并不影响有电源回路的连接方式。【解析】(1)氢原子从低能级向高能级跃迁时,应吸收光子,E=-0.85 eV-(-3.4 eV)=2.55 eV(2 分)由 E=可知=m=510-7 m(3 分)(2)由爱因斯坦光电效应方程可知 h-W=Ek(2 分)又 h=E(1 分)Ek=UOPe(2 分)UOP=ROP(3 分)RaP=-ROP(2 分)解得 RaP=0.5(1 分)答案:(1)吸收光子 510-7 m(2)0.5 关闭 Word 文档返回原板块