2019秋 金版学案 物理·选修3-5(粤教版)练习：章末质量评估(二)

章末质量评估(二)
(时间：90分钟满分：100分)
一、单项选择题(本大题共10小题，每小题3分，共30分．在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求，选对的得3分，选错或不答的得0分)
1．利用光子说对光电效应的解释，下列说法正确的是()
A．金属表面的一个电子只能吸收一个光子
B．电子吸收光子后一定能从金属表面逸出，成为光电子
C．金属表面的一个电子吸收若干个光子，积累了足够的能量才能从金属表面逸出
D．无论光子能量大小如何，电子吸收光子并积累了能量后，总能逸出成为光电子
解析：根据光子说，金属中的一个电子一次只能吸收一个光子，若所吸收的光子频率大于金属的极限频率，电子才能逃离金属表面，成为光电子，且光子的吸收是瞬时的，不需时间的积累，故选项A正确．
答案：A
2．用单色光做双缝干涉实验，P处为亮纹，Q处为暗纹，现在调整光源和双缝，使光子一个一个通过双缝，则通过的某一光子() A．一定到达P处B．不能到达Q处
C．可能到达Q处D．都不正确
解析：单个光子的运动路径是不可预测的，只知道落在P处的概率大，落在Q处的概率小，因此，一个光子从狭缝通过后可能落在P 处也可能落在Q处．
答案：C
3．下列实验现象中，哪一个实验现象的解释使得光的波动说遇到了巨大的困难( )
A ．光电效应
B ．光的衍射
C ．多普勒效应
D ．光的干涉
解析：光的干涉、衍射以及多普勒效应说明光具有波动性，支持了光的波动说．光电效应现象说明光具有粒子性，使得光的波动说遇到了巨大困难．故A 正确，B 、C 、D 错误．
答案：A
4．关于光电效应现象，下列说法中正确的是( )
A ．在光电效应现象中，入射光的强度越大，光电子的最大初动能越大
B ．在光电效应现象中，光电子的最大初动能与照射光的频率成正比
C ．对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于此波长，才能产生光电效应
D ．对于某种金属，只要入射光的强度足够大，就会发生光电效应 解析：由光电效应方程
E km ＝hν－W 0知，入射光的频率越大，光电子的最大初动能越大，光电子的最大初动能与照射光的频率成一次函数关系，不是成正比，A 、B 错误；根据光电效应方程E km ＝hν－
W 0＝h C λ－h C λ0
，入射光的波长必须小于极限波长，才能发生光电效应，能否发生光电效应与入射光的强度无关，C 正确，D 错误．
答案：C
5．硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能．若有N 个频率为ν的光子打在光电池极板上，这些光子的总能量为(h 为普朗
克常量)( )
A ．h ν
B.12Nh ν C ．Nh ν D ．2Nh ν
解析：据光子说可知，光子能量与频率有关，一个光子能量为ε＝h ν(h 为普朗克常量)，N 个光子的能量为Nh ν，所以选项C 正确．
答案：C
6．从衍射的规律可以知道，狭缝越窄，屏上中央亮条纹就越宽，
由不确定性关系式Δx Δp ≥h 4π
判断下列说法正确的是( ) A ．入射的粒子有确定的动量，射到屏上的粒子就有准确的位置
B ．狭缝的宽度变小了，因此粒子动量的不确定性也变小了
C ．更窄的狭缝可以更准确地测得粒子的位置，但粒子动量的不确定性却更大了
D ．更宽的狭缝可以更准确地测得粒子的位置，但粒子动量的不确定性却更大了
解析：由Δx Δp ≥h 4π
，狭缝变小了，即Δx 减小了，Δp 变大，即动量的不确定性变大了，故选项C 正确，选项A 、B 、D 错误．
答案：C
7．智能手机大部分带有照相机，用来衡量手机的照相机性能的一个非常重要的指标就是像素.1像素可理解为光子打在光屏上一个亮点，现知300万像素的数码相机拍出的照片比30万像素的数码相机拍出的等大的照片清晰得多，其原因可以理解为( )
A ．光是一种粒子，它和物质的作用是一份一份的
B ．光的波动性是大量光子之间的相互作用引起的
C ．大量光子表现光具有粒子性
D ．光具有波粒二象性，大量光子表现出光的波动性
解析：由题意知像素越高形成照片的光子数越多，表现的波动性越强，照片越清晰，选项D 正确．
答案：D
8．实验表明：光子与速度不太大的电子碰撞发生散射时，光的波长会变长或者不变，这种现象叫康普顿散射，该过程遵循能量守恒定律和动量守恒定律．如果电子具有足够大的初速度，以至于在散射过程中有能量从电子转移到光子，则该散射被称为逆康普顿散射，这一现象已被实验证实．关于上述逆康普顿散射，下列说法中正确的是
( )
A ．该过程不遵循能量守恒定律
B ．该过程不遵循动量守恒定律
C ．散射光中存在波长变长的成分
D ．散射光中存在频率变大的成分
解析：逆康普顿散射与康普特散射一样也遵守能量守恒定律、动量守恒定律，故AB 错误；由于有能量从电子转移到光子，所以光子的能量增大，频率变大，波长变短，故C 错误、D 正确．
答案：D
9．分别用波长为λ和3λ4
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1∶2，以h 表示普朗克常量，c 表示真空中的光速，则此金属板的逸出功为( )
A.hc 2λ
B.2hc 3λ
C.3hc 4λ
D.4hc 5λ
解析：设此金属板的逸出功为W ，根据光电效应方程得如下两式：
当用波长为λ的光照射时：E k1＝hc
λ－W，当用波长为
3
4
λ的光照射时：
E k2＝4hc
3λ－W，又
E k1
E k2＝
1
2，解得W＝
2hc
3λ.故正确选项为B.
答案：B
10．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 eV0.6 eV B．1.7 eV 1.9 eV
C．1.9 eV 2.6 eV D．3.1 eV 4.5 eV
解析：用光子能量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0.60 V时，电流表读数
为零，则电子不能到达阳极，由动能定理－eU＝0－1
2m v
2
m
知，最大初
动能E k＝eU＝0.6 eV，由光电效应方程知W0＝hν－E k＝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E′k＝E k＋eU′＝0.6 eV＋2 eV＝2.6 eV.故C正确．
答案：C
二、多项选择题(本大题共4小题，每小题4分，共16分．在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不答的得0分)
11．对光的认识，以下说法正确的是()
A．康普顿效应说明了光具有粒子性
B．光子的能量越大波动性越明显
C．光表现出波动性时，就不具有粒子性了，光表现出粒子性时，就不具有波动性了
D．光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现明显
解析：康普顿效应和光电效应都说明光具有粒子性，A正确．光
子的能量E＝h v，能量越大，则光的频率越大，波长λ＝c
v越短，光的
粒子性越明显，B错误．光具有波粒二象性，光表现出波动性时，只是粒子性不明显，并不是就不具有粒子性了，光表现出粒子性时，只是波动性不明显，也并不是就不具有波动性了，C错误．光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现明显，比如光在传播过程发生衍射和干涉时，波动性表现明显；在另外某种场合下，与物质作用时，例如光电效应和康普顿效应，这时光的粒子性表现明显，D 正确．
答案：AD
12．用绿光照射一光电管，能产生光电流，则下列一定可以使该光电管产生光电效应的有()
A．红外线B．黄光
C．蓝光D．紫外线
解析：按频率从小到大的顺序排列：红外、红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫、紫外．光的能量与光的频率成正比，大于绿光频率的光都可以发生光电效应，选项C、D正确．
答案：CD
13．如图所示，一光电管的阴极用极限波长为λ0的钠制成. 用波长为λ的紫外线照射阴极，光电管阳极A 和阴极K 之间的电势差为U ，饱和光电流的值(当阴极K 发射的电子全部到达阳极A 时，电路中的电流达到最大值，称为饱和光电流)为I ，电子电荷量为e ，则( )
A ．若入射光强度增到原来的三倍，但光子的能量不变，从阴极K 发射的光电子的最大初动能可能增大
B ．若改用同样强度的蓝光照射可能逸出光电子
C ．每秒钟内由K 极发射的光电子数目为I e
D ．发射的电子到达A 极时的动能最大值为hc ⎝ ⎛⎭
⎪⎫1λ－1λ0 解析：从阴极K 发射的光电子的最大初动能E km ＝hν－W 0，与入射光强度无关，入射光强度增到原来的三倍，但光子的能量不变，从阴极K 发射的光电子的最大初动能不变，故A 错误；蓝光的频率比紫外线的频率小，又根据E km ＝hν－W 0可得，用同样强度的蓝光照射可能逸出光电子，也可能不逸出光电子，故B 正确；由K 极发射的光电
子数目为n ＝Q e ＝It e ，每秒钟内由K 极发射的光电子数目为I e
，故C 正确；发射的电子到达A 极时的动能最大值为E km ＝hν－W 0＝
hc λ－hc λ0＝
hc ⎝ ⎛⎭⎪⎫1λ－1λ0，故D 正确． 答案：BCD
14．在光电效应实验中，波长是λ1的光恰好能使金属P 发生光电
效应，波长是λ2的光恰好能使金属Q发生光电效应，已知波长λ1>λ2.下列选项A、B是两种金属的光电子最大初动能E k与入射光频率ν的图象；选项C、D是用甲光照射金属P、乙光照射金属Q时光电流I 与光电管两端电压U的关系图象，已知甲、乙两束光的频率ν甲>ν乙，则下列选项中正确的是()
解析：根据光电效应方程程E km＝hν－W0＝hν－hν0知，图线的斜率表示普朗克常量，根据图线斜率可得出普朗克常量．横轴截距表示最大初动能为零时的入射光频率，已知波长λ1>λ2，所以ν1<ν2，因此Q 的横轴截距大，A正确，B错误；光电流I与光电管两端电压U的关系图象，与电压轴的交点表示遏制电压，因eU c＝hν0，由于两束光的频率ν甲>ν乙，由P的遏制电压大，故D正确，C错误．答案：AD
三、非选择题(本题共4小题，共54分．把答案填在题中的横线上或按题目要求作答．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．答案中必须明确写出数值和单位)
15．(12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U0与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的极限频率ν0＝______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E km＝____________J.
解析：(1)光电子从阴极K释放出来，则电极A为光电管的阳极．
(2)由题图乙读出铷的极限频率ν0＝5.15×1014Hz(5.12×1014～5.18×1014Hz均可)，逸出功W0＝hν0＝6.63×10－34×5.15×1014 J≈3.41×10－19 J(3.39×10－19～3.43×10－19 J均可)．
(3)根据光电效应方程
E km＝hν－W0＝6.63×10－34×7.00×1014J－3.41×10－19J＝
1.23×10－19 J(1.21×10－19～1.25×10－19 J均可)．
答案：(1)阳极
(2)(5.12～5.18)×1014(3.39～3.43)×10－19
(3)(1.21～1.25)×10－19
16．(12分)在半径r＝10 m的球壳中心有一盏功率为P＝40 W的钠光灯(可视为点光源)，发出的钠黄光的波长为λ＝0.59 μm，已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，真空中光速c＝3×108 m/s.试求每秒钟穿过S＝1 cm2球壳表面的光子数目．
解析：钠黄光的频率ν＝c
λ＝5.1×10
14 Hz
则一个光子的能量
E0＝hν＝3.4×10－19 J，
又钠黄灯在t＝1 s内发出光能
E＝Pt＝40 J，
那么在t＝1 s内穿过球壳S＝1 cm2的光子能量
E1＝SE
4πr2＝3.2×10－
6 J，
则每秒钟穿过该球壳1 cm2面积的光子数
n＝E1
E 0＝9.4×10
12(个)．
答案：9.4×1012个
17．(14分)铝的逸出功是4.2 eV，现在用波长200 nm的光照射铝的表面．求：
(1)光电子的最大初动能；
(2)遏止电压；
(3)铝的极限频率．
解析：(1)根据光电效应方程E km＝hν－W0，得
E km＝hc
λ－W0＝
6.63×10－34×3.0×108
200×10－9
J－4.2×1.6×10－19J＝3.225
×10－19 J.
(2)由E km＝eU0，可得U0＝E km
e＝
3.225×10－19
1.6×10－19
V≈2.016 V.
(3)由hν0＝W0，知ν0＝W0
h＝
4.2×1.6×10－19
6.63×10－34
Hz≈1.014×1015 Hz.
答案：(1)3.225×10－19 J(2)2.016 V
(3) 1.014×1015 Hz
18．(16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，波长是λ＝h
p，式中p是运动着的物体的动量，h是普朗克
常量．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10－4倍．
(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，电子电荷量的绝对值e＝1.6×10－19 C，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，加速电压的计算结果保留一位有效数字)．
解析：(1)由λ＝h
p，得电子的动量
p＝h
λ＝
6.63×10－34
4.4×10－11
kg·m/s≈1.5×10－23 kg·m/s.
(2)电子在电场中加速，根据动能定理有eU＝1
2m v
2，得
U＝m v2
2e＝
h2
2meλ2.
代入数据得U≈8×102 V.
答案：1.5×10－23 kg·m/s(2)U＝
h2
2meλ28×10
2 V。