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  • 2021-05-23 发布

2019-2020学年高中物理第十七章波粒二象性测试卷含解析新人教版选修3-5

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第十七章 波粒二象性测试卷 ‎(时间:90分钟 满分:100分)‎ 第Ⅰ卷(选择题 共42分)‎ 一、选择题 (第1~10题为单选题,第11~14题为多选题,每小题3分,选对但不全得2分,共42分)‎ ‎1.[2019·潍坊市调研]关于光电效应,下列说法正确的是(  )‎ A.只要入射光的强度足够强,就可以使金属发生光电效应 B.光子的能量大于金属的逸出功就可以使金属发生光电效应 C.照射时间越长光电子的最大初动能越大 D.光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比 解析:决定光电效应是否发生的决定因素是入射光的频率,不是光强,A错误;由Ek=hν-W0可知,hν>W0时,可以发生光电效应,且光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系,不是正比关系,B正确,D错误;决定光电子的初动能的因素是光的频率,C错误.‎ 答案:B ‎2.如图所示,当弧光灯发出的光经一狭缝后,在锌板上形成明暗相间的条纹,同时与锌板相连的验电器铝箔有张角,则该实验(  )‎ A.只能证明光具有波动性 B.只能证明光具有粒子性 C.只能证明光能够发生衍射 D.证明光具有波粒二象性 解析:弧光灯发生的光经一狭缝后,在锌板上形成明暗相间的条纹,这是光的衍射,证明了光具有波动性.验电器铝箔有张角,说明锌板发生了光电效应,证明了光具有粒子性,故该实验证明了光具有波粒二象性,D正确.‎ 答案:D ‎3.爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖.某种金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率的关系如图所示,其中ν0为极限频率.从图中可以确定的是(  )‎ A.逸出功与ν有关 B.Ekm与入射光强度成正比 C.当ν<ν0时,会逸出光电子 D.图中直线的斜率与普朗克常量有关 解析:逸出功是由金属自身决定的,与ν无关,A错误;Ekm随入射光频率的增大而增大,与入射光强度无关,B错误;当ν<ν0时,无光电子逸出,C错误;由Ekm=hν-W0知,Ekm-ν图象的斜率为h,D正确.‎ 答案:D ‎4.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 - 7 -‎ ‎ V时,电流表计数仍不为零,当电压表读数大于或等于0.60 V时,电流表读数为零.把电路图改为图乙,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 eV 4.5 eV 解析:光子能量hν=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,当电压表读数大于或等于0.6 V时,电流表读数为零,则电子不能到达阳极,最大初动能Ekm=eU=0.6 eV,由光电效应方程hν=Ekm+W0知W0=1.9 eV,在图乙中,当电压表读数为2 V时,电子到达阳极的最大动能E′km=Ekm+eU′=0.6 eV+2 eV=2.6 eV.C正确.‎ 答案:C ‎5.[2019·百校联考]光电效应实验中,用波长为2λ0的单色光照射某金属板时,逸出光电子的最大初动能为Em,已知该金属板的逸出功为W0,则当用波长为λ0的单色光照射该金属板时,光电子的最大初动能为(  )‎ A.2Em+W0 B.2Em+2W0‎ C.Em+W0 D.Em+2W0‎ 解析:由光电效应方程得Em=-W0,E′m=-W0,解得E′m=2Em+W0,A正确.‎ 答案:A ‎6.[2019·广东七校联考]如图,实验中分别用波长为λ1、λ2的单色光照射光电管的阴极K,测得相应的遏止电压分别为U1和U2,设电子的质量为m,带电荷量为e,真空中的光速为c,下列说法正确的是(  )‎ A.若λ1>λ2,则U1>U2‎ B.根据题述条件无法算出阴极K金属的极限频率 C.用波长为λ1的单色光照射时,光电子的最大初动能为eU1‎ D.入射光的波长与光电子的最大初动能成正比 解析:由爱因斯坦光电效应方程有Ek1=hν1-W,Ek2=hν2-W,由动能定理有Ek1=eU1,Ek2=eU2,又ν1=,ν2=,解得eU1=-W,eU2=-W,由此可知,若λ1>λ2,则U2>U1,A错误;由eU1=-W,eU2=-W,可解得W和h,又W=hν0,可以计算出阴极K金属的极限频率ν0,B错误;由Ek1=hν1-W,Ek1=eU1,用波长为λ1的单色光照射时,光电子的最大初动能为eU1,C正确;由Ek=-W,可知入射光的波长与光电子的最大初动能不是成正比,D错误.‎ 答案:C ‎7.[2019·武汉市部分学校调研]用频率为ν的紫外线分别照射甲、乙两块金属,均可发生光电效应,此时金属甲的遏止电压为U,金属乙的遏止电压为U.若金属甲的截止频率为ν - 7 -‎ 甲=ν,金属乙的截止频率为ν乙,则ν甲:ν乙为(  )‎ A.2:3 B.3:4‎ C.4:3 D.3:2‎ 解析:设金属甲的功为W甲,逸出的光电子的最大初动能为Ek甲,金属乙的逸出功为W乙,逸出的光电子的最大初动能为Ek乙,由爱因斯坦光电效应方程,对金属甲,Ek甲=hν-W甲又Ek甲=eU,W甲=hν甲,ν甲=ν;对金属乙,Ek乙=hν-W乙,而Ek乙=eU,W乙=hν乙,解得ν甲:ν乙=4:3,C正确.‎ 答案:C ‎8.[2019·福州市质检]研究光电效应现象的实验装置如图(a)所示,用光强相同的黄光和蓝光照射光电管阴极K时,测得相应的遏止电压分别为U1和U2,产生的光电流I随光电管两端电压U的变化规律如图(b)所示.已知电子的质量为m,电荷量为-e,黄光和蓝光的频率分别为ν1和ν2,且ν1<ν2,普朗克常量为h.‎ 则下列判断正确的是(  )‎ A.U1>U2‎ B.图(b)中的乙线对应黄光照射 C.根据题述条件无法算出阴极K金属的极限频率 D.用蓝光照射时,逸出的光电子的最大初动能为eU2‎ 解析:根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0和动能定理eUc=Ek,结合题意ν1<ν2,可得U1νa,λb<λa,由Δx=可知a光相邻条纹间距大,A、D错误,C正确;b光折射率大于a光折射率,由sin c=可知,a光临界角大,B正确.‎ 答案:BC ‎12.[2019·唐山市模拟]在研究某金属的光电效应现象时,发现当入射光的频率为ν时,其遏止电压为U,已知普朗克常数为h,电子电荷量大小为e,下列说法正确的是(  )‎ A.该金属的截止频率为ν- B.该金属的逸出功为eU-hν C.增大入射光的频率,该金属的截止频率增大 D.增大入射光的频率,该金属的遏止电压增大 解析:由光电效应方程可得hν-hν0=Ue,解得截止频率为ν0=ν-,A正确;金属的逸出功W0=hν0=hν-Ue,B错误;金属的截止频率和入射光的频率无关,入射光的频率越大,遏止电压越大,C错误,D正确.‎ 答案:AD - 7 -‎ ‎13.[2019·五省名校联考]图甲为研究光电效应的电路图,实验得到了如图乙所示的遏止电压Uc和入射光频率ν的关系图象,电子所带电荷量为e,由图可知(  )‎ A.入射光的波长越长,遏止电压越大 B.该金属的截止频率为ν0‎ C.电流表示数为0就表示没有发生光电效应 D.普朗克常量可表示为 解析:由Uce=mv2和mv2=hν-hν0得Uce=hν-hν0,Uc=-ν0,当Uc=0时有ν=ν0,即截止频率为ν0,B正确;入射光的波长越长,频率越小,遏止电压越小,A错误;图象的斜率为=,解得h=,D正确;电流为零时发生光电效应, 射出的光电子减速不能到达对面极板,C错误.‎ 答案:BD ‎14.[2019·东北师大附中、重庆一中联考]用同一光电管研究a、b、c三束单色光产生的光电效应,得到光电流I与光电管两极间的电压U的关系曲线如图所示,由此可判断 (  )‎ A.a、b、c的频率关系为νa>νb>νc B.a、b、c的频率关系为νa=νc<νb C.用三束单色光照射光电管时,a光使其逸出的光电子最大初动能大 D.用三束单色光照射光电管时,b光使其逸出的光电子最大初动能大 解析:由题图可知a、c光的遏止电压相同,且小于b光的遏止电压,由公式mv=qUc,可知b光照射时光电子的最大初动能大,C错误,D正确;又由爱因斯坦光电效应方程有hν=mv+W0,最大初动能大的光频率高,则单色光的频率关系应为νa=νc<νb,A错误,B正确.‎ 答案:BD 第Ⅱ卷(非选择题 共58分)‎ 二、填空题(本题共2小题,共12分.请将答案写在题中的橫线上)‎ ‎15.(4分)光电效应实验中,用波长为λ0的单色光A照射某金属板时,刚好有光电子从金属表面逸出.当波长为的单色光B照射该金属板时,光电子的最大初动能为________________,A、B两种光子的动量之比为____________.(已知普朗克常量为h、光速为c)‎ 解析:由题意可知,h=W0,则当波长为的单色光B照射该金属板时,光电子的最大初动能Ek=2h-W0=h;由p=知,光子的动量与其波长成反比,所以两种光子的动量之比为1‎ - 7 -‎ ‎:2.‎ 答案: 1:2‎ ‎16.(8分)小明用金属铷为阴极的光电管观测光电效应现象,实验装置示意图如图甲所示.已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s.‎ ‎(1)图甲中电极A为光电管的________(选填“阴极”或“阳极”);‎ ‎(2)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示,则铷的截止频率νc=________Hz,逸出功W0=________J;‎ ‎(3)如果实验中入射光的频率ν=7.00×1014 Hz,则产生的光电子的最大初动能Ek=________J.‎ 解析:(1)题图甲为利用光电管产生光电流的实验电路,光电子从K极发射出来,故K为光电管的阴极,A为光电管的阳极.‎ ‎(2)遏止电压对光电子做负功,根据爱因斯坦光电效应方程有eUc=Ek=hν-W0,结合题图乙可知,当Uc=0时,ν=5.15×1014 Hz,故铷的截止频率νc=5.15×1014 Hz,逸出功W0=hν0=3.41×10-19 J.‎ ‎(3)若入射光的频率ν=7.00×1014 Hz,则产生的光电子的最大初动能Ek=hν-W0=1.23×10-19 J.‎ 答案:(1)阳极 (2)5.15×1014 3.41×10-19‎ ‎(3)1.23×10-19‎ 三、计算题(本题有4小题,共46分.解答应写出必要文字说明、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)‎ ‎17.[2019·江苏卷](8分)在“焊接”视网膜的眼科手术中,所用激光的波长λ=6.4×10-‎7 m,每个激光脉冲的能量E=1.5×10-2 J.求每个脉冲中的光子数目.(已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,光速c=3×‎108 m/s.计算结果保留一位有效数字)‎ 解析:该激光光子的能量ε=h=6.63×10-34× J=3.1×10-19 J 每个脉冲中的光子数n==个=5×1016个.‎ 答案:5×1016个 ‎18.(8分)德布罗意认为,任何一个运动着的物体,都有一种波与它对应,波长λ=,式中p是运动物体的动量,h是普朗克常量,且h=6.6×10-34 J·s.已知某种紫光的波长是440 nm,若将电子加速,使它的德布罗意波长是这种紫光波长的万分之一.‎ ‎(1)求电子的动量的大小.‎ ‎(2)试推导加速电压跟德布罗意波长的关系,并计算加速电压的大小.(电子质量m=9.1×10-‎31 kg,电子电荷量e=1.6×10-‎19 C)‎ 解析:(1)由λ=得,电子的动量p== kg·m/s=1.5×10-‎23 kg·m/s ‎(2)电子在电场中加速,有eU=mv2,U==≈773 V.‎ 答案:(1)1.5×10-‎23 kg·m/s ‎(2)见解析 ‎19.(14分)如图所示是光电效应实验示意图.当用光子能量为hν=3.1 eV的光照射K极时,产生光电流.若K的电势高于A的电势,且电势差为0.9 V时,电路中刚好无光电流.那么,当A的电势高于K的电势,且电势差也为0.9‎ - 7 -‎ ‎ V时,光电子到达A极时的最大动能是多大?此金属的逸出功是多大?‎ 解析:设光电子逸出时最大初动能为Ek,到达A极的最大动能为Ek′‎ 当A、K间所加反向电压为U=0.9 V时,由动能定理有 eU=Ek,得Ek=0.9 eV 当A、K间所加正向电压为U′=0.9 V时,由动能定理有 eU′=Ek′-Ek,得E′k=1.8 eV 由光电效应方程有Ek=hν-W0,得W0=2.2 eV.‎ 答案:1.8 eV 2.2 eV ‎20.(16分)波长为λ=0. 071 nm的伦琴射线能使金箔发射光电子,电子在磁感应强度为B的匀强磁场区域内做匀速圆周运动的最大半径为r.已知r·B =1.88×10-4 T·m,普朗克常量h=6.626×10-34 J·s,电子电荷量e=1.6×10-‎19 C,电子的质量me=9.1×10-‎31 kg.试求:‎ ‎(1)光电子的最大初动能;‎ ‎(2)金箔的逸出功;‎ ‎(3)该电子的物质波的波长.‎ 解析:(1)电子在磁场中做匀速圆周运动的半径最大时对应的初动能最大.此时由洛伦兹力提供向心力,有 Bevm=me,Ek=mev,解得Ek=3.1×103 eV.‎ ‎(2)由爱因斯坦光电效应方程可得 Ek=hν-W0,又ν= 解得W0=1.44×104 eV.‎ ‎(3)由德布罗意波长公式可得 λ′=,又p=mevm=eBr 解得λ′=2.2×10-‎11 m.‎ 答案:(1)3.1×103 eV (2)1.44×104 eV ‎(3)2.2×10-‎‎11 m - 7 -‎