2019年高中物理阶段验收评估（五）波与粒子（含解析）鲁科版 5页

波与粒子(时间：60分钟　满分：100分)一、选择题(共8小题，每小题6分，共48分)1．已知钙和钾的截止频率分别为7.73×1014Hz和5.44×1014Hz，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的(　　)A．波长　　　　　　　B．频率C．能量D．动量解析：选A　金属的逸出功W＝hν0，根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W可知，从金属钾表面飞出的光电子的最大初动能较金属钙的大，金属钙表面飞出的光电子最大初动能小，因λ＝，所以从钙表面逸出的光电子具有较大的波长，选项A正确。2．用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间，在胶片上出现的图像如图所示，该实验表明(　　)A．光的本质是波B．光的本质是粒子C．光的能量在胶片上分布不均匀D．光到达胶片上不同位置的概率相同解析：选C　用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间，根据在胶片出现的图样，说明光有波粒二象性，故A、B错误；说明光到达胶片上的不同位置的概率是不一样的，也就说明了光的能量在胶片上分布不均匀，故C正确，D错误。3．某光子动量为p，能量为E，则光子的速度为(　　)A.B．pEC.D.解析：选C　由波速和频率的关系式v＝λν，德布罗意波波长公式λ＝，以及光子的能量公式E＝hν可得：v＝λ＝·＝。4．中子内有一个电荷量为＋e的上夸克和两个电荷量为－e的下夸克，一简单模型是三个夸克都在半径为r的同一圆周上。下面给出的四幅图中，能正确表示出各夸克所受静电n作用力的是(　　)解析：选B　依据平行四边形定则和对称性，上夸克受到合力方向竖直向下，下夸克受到合力方向竖直向上，故选B。5．A、B两束不同频率的光波均能使某金属发生光电效应，如果产生光电流的最大值分别为IA、IB，且IAλBB．照射光的光子能量EAνb，则一定有Uaνb，则一定有Eka>EkbC．若Uaνb，则一定有hνa－Eka>hνb－Ekb解析：选BC　设该金属的逸出功为W，根据爱因斯坦光电效应方程有Ek＝hν－W，同种金属的W不变，则逸出光电子的最大初动能随ν的增大而增大，B项正确；又Ek＝eU，则最大初动能与遏止电压成正比，C项正确；根据上述有eU＝hν－W，遏止电压U随ν增大而增大，A项错误；又有hν－Ek＝W，W相同，则D项错误。二、非选择题(共4小题，共52分)9．(12分)用不同频率的光照射某金属均产生光电效应，测量金属的遏止电压Uc与入射光频率ν，得到Ucν图像，如图所示。由图像可得该金属的极限频率νc＝________Hz，普朗克常量h＝__________J·s。已知电子电荷量e＝1.6×10－19C。(两空答案均要求保留两位有效数字)解析：对于电子在电场中减速运动的过程，由动能定理得eUc＝Ek根据光电效应方程有Ek＝hν－W又W＝hνc，联立以上几式得Uc＝(ν－νc)由Ucν图像可知，图线与ν轴的交点对应的频率表示极限频率νc，斜率表示。由题图读出相应数据，计算即可。n答案：5.0×1014　6.4×10－3410．(12分)已知功率为100W的灯泡消耗的电能的5%转化为所发出的可见光的能量，光速c＝3×108m/s，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s。假定所发出的可见光的波长都是560nm，计算灯泡每秒内发出的光子数。解析：波长为λ的光子能量为E＝设灯泡每秒内发出的光子数为n，灯泡的电功率为P。则n＝，式中k＝5%是灯泡的发光效率，联立解得n＝，代入数据得n≈1.4×1019个。答案：1.4×1019个11．(14分)原子核的半径为10－15m，估算核内质子的动量不确定范围。如果电子被限制在核内，其动量不确定范围又是多少？解析：设质子的位置不确定范围等于原子核的半径，即Δx＝10－15m，由不确定关系公式Δx·Δp≥得Δp≥＝5.3×10－20kg·m/s。同理，电子被限制在核内，动量的不确定范围与质子一样为：Δp1≥5.3×10－20kg·m/s。答案：Δp≥5.3×10－20kg·m/s　Δp1≥5.3×10－20kg·m/s12.(14分)研究光电效应规律的实验装置如图所示，光电管的阴极材料为金属钾，其逸出功为W0＝2.25eV，现用光子能量为10.75eV的紫外线照射光电管，调节变阻器滑片位置，使光电流刚好为零。求：(1)电压表的示数是多少？(2)若照射光的强度不变，紫外线的频率增大一倍，阴极K每秒内逸出的光电子数如何变化？到达阳极的光电子动能为多大？(3)若将电源的正负极对调，到达阳极的光电子动能为多大？n解析：(1)由光电效应方程Ek＝hν－W0得光电子最大初动能Ek＝8.50eV光电管两端加有反向电压，光电子由K向A做减速运动。由动能定理－eU＝EkA－Ek，其中EkA＝0，得U＝＝8.50V。(2)设光的强度为nhν，光强不变，频率增大一倍，则每秒入射的光子数n减为原来的一半，阴极K每秒内逸出的光电子数也减为原来的一半。由光电效应方程得光电子的最大初动能Ek′＝hν′－W0＝2hν－W0＝19.25eV电子由阴极向阳极做减速运动。由动能定理－eU＝EkA′－Ek′，得EkA′＝10.75eV。(3)若将电源的正负极对调，光电管上加有正向电压，光电子从阴极向阳极做加速运动，由动能定理eU＝EkA″－Ek，得EkA″＝17.00eV。答案：(1)8.50V　(2)减为原来的一半　10.75eV　(3)17.00eV