2019高中物理第十七章波粒二象性综合测评（二）（含解析）新人教版 6页

综合测评(二)(时间：90分钟　分值：100分)命题报告考查知识点简单中等较难光电效应方程及应用2、5、610、12、1316光的波动性3、4714光的波粒二象性1、811不确定关系915一、选择题(本题共10小题，每小题4分，共40分；第1～6小题，每小题只有一个选项符合要求，第7～10小题，每小题有多个选项符合要求)1．下列实验中，能证实光具有粒子性的是(　　)A．光电效应实验　　　　　　B．光的双缝干涉实验C．光的圆孔衍射实验D．泊松亮斑实验【解析】　光的双缝干涉实验，光的圆孔衍射实验，泊松亮斑实验都证明光具有波动性．光电效应实验证明光具有粒子性，故选A.【答案】　A2．下列关于光电效应的说法正确的是(　　)A．只要入射光的强度足够大，就可以发生光电效应B．只要入射光照射的时间足够长，就可以发生光电效应，与入射光的强度和频率无关C．入射光的频率高于极限频率时，光的频率越大，产生的光电子的最大初动能越大D．入射光的频率高于极限频率时，光的强度越大，产生的光电子的最大初动能越大【解析】　只有当入射光的频率高于极限频率时，才发生光电效应，与入射光的强弱和照射时间无关，根据Ek＝hν－W0，可知，入射光频率越大，产生的光电子的最大初动能越大，只有C项正确．【答案】　C3．已知α粒子的质量mα＝6.64×10－27kg，速度v＝3×107m/s，要观察到α粒子明显的衍射现象，障碍物的尺寸约为(　　)A．3.3×10－10m　　　　B．3.3×10－12mC．3.3×10－15mD．3.3×10－18m【解析】　根据德布罗意假说λ＝＝＝m≈3.3×10－15m.要观察到明显的衍射现象，障碍物的尺寸应与波长差不多，C正确，A、B、D错误．【答案】　C4．影响显微镜分辨本领的一个因素是波的衍射，衍射现象越明显，分辨本领越低，使用电子束工作的电子显微镜有较高的分辨本领，它利用高压对电子束加速，最后打在感光胶片上来观察显微图象．已知波长比孔的尺寸越大越易发生衍射．下列说法中正确的是(　　)A．加速电压越高，电子的波长越长，分辨本领越强B．加速电压越高，电子的波长越短，衍射现象越明显C．如果加速电压相同，则用质子流工作的显微镜比用电子流工作的显微镜分辨本领强D．如果加速电压相同，则用质子流工作的显微镜比用电子流工作的显微镜分辨本领弱n【解析】　设加速电压为U，电子电荷量为e，质量为m，则有Ek＝mv2＝eU＝，又p＝，故eU＝，可得λ＝.对电子来说，加速电压越高，λ越小，衍射现象越不明显，故选项A、B都不对．电子与质子比较，因质子质量比电子质量大得多，可知质子加速后的波长要小得多，衍射现象不明显，分辨本领强，故选项C对，D错．【答案】　C5．(2015·沙坪坝高二检测)频率为ν的光照到某金属材料时，产生光电子的最大初动能为Ekm，若改用频率为2ν的光照射同一金属材料，则所产生光电子的最大初动能为(h为普朗克常量)(　　)A．Ekm＋hνB．2EkmC．Ekm－hνD．Ekm＋2hν【解析】　由光电效应方程得频率为ν的光照射金属材料时Ekm＝hν－W0，改用频率为2ν的光照射同一金属材料时Ekm′＝h·2ν－W0，解得Ekm′＝Ekm＋hν，故A正确．【答案】　A6．研究光电效应规律的实验装置如图1所示，以频率为ν的光照射光电管阴极K时，有光电子产生．由于光电管K、A间加的是反向电压，光电子从阴极K发射后将向阳极A做减速运动．光电流i由图中电流计测出，反向电压U由电压表测出．当电流计的示数恰好为零时，电压表的示数称为反向截止电压Uc，在下图所表示光电效应实验规律的图象中，错误的是(　　)图1【解析】　当反向电压U与入射光频率ν一定时，光电流i与光强成正比，所以A图正确；频率为ν的入射光照射阴极所发射出的光电子的最大初动能为mev＝hν－W0，n而截止电压Uc与最大初动能的关系为eUc＝mv，所以截止电压Uc与入射光频率ν的关系是eUc＝hν－W0，其函数图象不过原点，所以B图错误；当光强与入射光频率一定时，单位时间内单位面积上逸出的光电子数及其最大初动能是一定的，所形成的光电流强度会随反向电压的增大而减少，所以C图正确；根据光电效应的瞬时性规律，不难确定D图是正确的．【答案】　B7．(2014·北京重点中学联考)关于物质波，下列认识中错误的是(　　)A．任何运动的物体(质点)都伴随一种波，这种波叫物质波B．X射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的C．电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的D．宏观物体尽管可以看作物质波，但它们不具有干涉、衍射等现象【解析】　据德布罗意物质波理论知，任何一个运动的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之相对应，这种波就叫物质波，可见，A选项是正确的；由于X射线本身就是一种波，而不是实物粒子，故X射线的衍射现象并不能证实物质波理论的正确性，即B选项错误；电子是一种实物粒子，电子的衍射现象表明运动着的实物粒子具有波动性，故C选项是正确的；由电子穿过铝箔的衍射实验知，少量电子穿过铝箔后所落位置是散乱的，无规律的，但大量电子穿过铝箔后落的位置则呈现出衍射图样，即大量电子的行为表现出电子的波动性，干涉、衍射是波的特有现象，只要是波，都会发生干涉、衍射现象，故选项D错误．【答案】　BD8．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．电子绕核运动的“轨道”其实是没有意义的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，电子的“轨道”其实是没有意义的，电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置，综上所述，C、D正确．【答案】　CD9．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，正确的是(　　)A．单缝宽，光是沿直线传播，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可以忽略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．以上解释都是不对的【解析】　光在传播过程中的位置和动量的不确定性关系为ΔxΔp≥.发生衍射时Δx>0，所以，Δp不能忽略，故选项B错误；缝越宽，Δp越小，缝越窄，Δp越大，所以，选项A、C正确．【答案】　ACn图210．(2014·河北正定中学期末检测)用如图2所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为2.5eV的光照射到光电管上时，电流表的读数为0.2mA.移动变阻器的触点c，当电压表的示数大于或等于0.7V时，电流表读数为0.则(　　)A．光电管阴极的逸出功为1.8eVB．开关S断开后，没有电流流过电流表GC．光电子的最大初动能为0.7eVD．改用能量为1.5eV的光子照射，电流表G也有电流，但电流较小【解析】　由题知Uc＝0.7V，故Ek＝eUc＝0.7eV，C项正确；由Ek＝hν－W0，可得W0＝1.8eV，A项正确，D项错误；开关S断开，仍会发生光电效应，有光电子逸出，光电管与仍可构成闭合回路，电路中会有电流流过，B项错误．【答案】　AC二、填空题(本题共3小题，共20分)11．(4分)“嫦娥二号”进入地月转移轨道时的速度约为11km/s.已知“嫦娥二号”卫星的质量为2480kg，则与卫星奔月过程对应的物质波波长大小为________m.【解析】　与嫦娥二号卫星奔月过程对应的物质波波长为λ＝＝＝m＝2.43×10－41m.【答案】　2.43×10－41图312．(6分)太阳能直接转换的基本原理是利用光电效应，将太阳能转换成电能．如图3所示是测定光电流的电路简图，光电管加正向电压．(1)标出电源和电流表的正负极；(2)入射光应照在________极上．(3)电流表读数是10μA，则每秒钟从光电管阴极发射出的光电子至少是________个．【解析】　(1)加正向电压，应该是在光电管中电子由B向A运动，即电流是由左向右．因此电源左端是正极，右端是负极，电流表上端是正极，下端是负极．(2)光应照在B极上．(3)设电子个数为n，则I＝ne，所以n＝＝6.25×1013(个)．【答案】　(1)电源左端是正极，右端是负极；电流表上端是正极，下端是负极　(2)Bn　(3)6.25×101313．(10分)深沉的夜色中，在大海上航行的船舶依靠航标灯指引航道．如图4所示是一个航标灯自动控制电路的示意图．电路中的光电管阴极K涂有可发生光电效应的金属．下表反映的是各种金属发生光电效应的极限频率和极限波长，又知可见光的波长在400～770nm(1nm＝10－9m)．图4各种金属发生光电效应的极限频率和极限波长：金属铯钠锌银铂极限频率(Hz)4.545×10146.000×10148.065×10141.153×10151.529×1015极限波长(μm)0.66000.50000.37200.26000.1962根据图和所给出的数据，你认为：(1)光电管阴极K上应涂有金属________；(2)控制电路中的开关S应和________(填“a”和“b”)接触；(3)工人在锻压机、冲床、钻床等机器上劳动时，稍有不慎就会把手压在里面，造成工伤事故．如果将上述控制电路中的电灯换成驱动这些机器工作的电机，这时电路中开关S应和________接触，这样，当工人不慎将手伸入危险区域时，由于遮住了光线，光控继电器衔铁立即动作，使机床停止工作，避免事故发生．【解析】　(1)依题意知，可见光的波长范围为400×10－9～770×10－9m而金属铯的极限波长为λ＝0.6600×10－6m＝660×10－9m，因此，光电管阴极K上应涂金属铯．(2)深沉的夜色中，线圈中无电流，衔铁与b接触，船舶依靠航标灯指引航道，所以控制电路中的开关S应和b接触．(3)若将上述控制电路中的电灯换成电机，在手遮住光线之前，电机应是正常工作的，此时衔铁与a接触，所以电路中的开关S应和a接触．【答案】　(1)铯　(2)b　(3)a三、计算题(本题共3小题，共40分)14．(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＝3.0×108m/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，灯泡电功率为P，则n＝式中，k＝5%是灯泡的发光效率．n得：光子数n＝，代入题给数据得：n＝1.4×1019(个)．【答案】　1.4×1019个15．(12分)原子核的半径为10－15m，估计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直径，即Δx＝2×10－15m，由不确定关系公式ΔxΔp≥，得Δp≥＝2.6×10－20kg·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：Δp≥2.6×10－20kg·m/s.【答案】　均为大于或等于2.6×10－20kg·m/s16．(16分)用波长为4×10－7m的紫光照射某金属，发出的光电子垂直进入3×10－4T的匀强磁场中，光电子所形成的圆轨道的最大半径为1.2cm(电子电荷量e＝1.6×10－19C，其质量m＝9.1×10－31kg)．求：(1)紫光光子的能量；(2)光电子的最大初动能；(3)该金属发生光电效应的极限频率．【解析】　(1)光子的能量ε＝hν＝h＝6.63×10－34×J＝4.98×10－19J.(2)光电子进入磁场后，受到的洛伦兹力等于做匀速圆周运动的向心力，qvB＝m，v＝，光电子的最大初动能：Ek＝mv2＝＝J＝1.82×10－19J.(3)金属的极限频率满足W＝hν0由爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W＝hν－hν0ν0＝＝Hz＝4.77×1014Hz.【答案】　(1)4.98×10－19J　(2)1.82×10－19J(3)4.77×1014Hz