学年高中学习物理 第十七章节 波粒二象性单元学习质量评估 新人教版选修

第十七章波粒二象性
单元质量评估
(90分钟100分)
一、选择题(此题共12小题,每题5分,共60分。

其中1～8题为单项选择题,9～12题为多项选择题)
1.在以下实验中,能证明光具有粒子性的是( )
C.光的衍射实验
D.α粒子的散射实验
【解析】选A。

光电效应说明光具有粒子性,故A 正确。

光的干预和衍射现象说明光具有波动性,故B、C错。

α粒子的散射实验不能说明光的特性,故D错误。

2.关于热辐射,以下说法中正确的选项是( )
B.黑体只吸收电磁波,不反射电磁波,所以黑体一定是黑的
C.一定温度下,黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值
D.温度升高时,黑体辐射强度的极大值向波长增大的方向移动
【解析】选C。

一般物体的热辐射强度除与温度有关之外,还与材料、外表状况有关,A错误;黑体不一定是黑的,B错误;由黑体辐射的实验规律知,C正确,D 错误。

3.关于光电效应,以下表述正确的选项是( )
A.光照时间越长,光电流越大
C.入射光足够强,就可以有光电流
【解析】选B。

光电流的大小与入射光的强度有关,与光照射的时间长短无关,故A错误;发生光电效应的条件是入射光频率大于极限频率,故B正确;能否发生光电效应与入射光的强度无关,入射光足够强,不一定能产生光电流,故C错误;不同的金属逸出功是不同的,故D错误。

应选B。

【总结提升】解决此题关键要掌握光电效应的条件和规律。

知道光电流的大小在发生光电效应的前提
下,与入射光的强度有关。

4.以下关于光的波粒二象性的理解,正确的选项是( )
A.大量的光子中有些光子表现出波动性,有些光子表现出粒子性
B.光在传播时是波,而与物质相互作用时就转变成粒子
C.高频光是粒子,低频光是波
D.波粒二象性是光的属性,有时它的波动性显著,有时它的粒子性显著
【解析】选D。

光的波粒二象性是光的属性,不管其频率的上下还是光在传播或者是与物质相互作用,光都具有波粒二象性,大量光子的行为易呈现出波动性,少量光子的行为易表现出粒子性,光的频率越高,粒子性越强,光的频率越低,波动性越强,故A、B、C 错误,D项正确。

5.(2021·厦门高二检测)用不同频率光照射某一金属发生光电效应时,光电子最大初动能随入射光频率变化的图象如下图,那么图中横、纵轴截距及斜率的
物理意义为( )
【解析】选C。

由光电子最大初动能随入射光频率变化的公式E k=hν-W0得知,该图线的斜率表示普朗克常量h,纵轴截距为逸出功,横轴截距对应的频率是发生光电效应的最小频率,即为极限频率,应选C。

6.关于黑体辐射的强度与波长的关系,如下图正确的选项是( )
【解析】选B。

根据黑体辐射的实验规律:随温度升高,各种波长的辐射强度都有增加,故图线不会有交点,选项C、D错误。

另一方面,随温度升高辐射强度的极大值会向波长较短的方向移动,选项A错误,选项B正确。

k与入射光频率ν的关系图象。

由图象可知( )
B.由该图象可得出普朗克常量h=
ν0时,产生的光电子的最大初动能为2E
ν0时,由该金属做成的光电管的遏止电压为
【解题指南】解答此题要把握以下三点:
(1)根据光电效应方程E k=hν-hν0,入射光的频率为2ν0时,即可求出最大初动能。

(2)由图象的斜率,求得普朗克常量。

(3)根据光电效应方程和动能定理即可求解遏止电压。

【解析】选A。

根据光电效应方程有:E k=hν-W0,其中W0为金属的逸出功:W0=hν0,所以有:E k=hν-hν0,由此结合图象可知,该金属的逸出功为E,当入射光的频率为2ν0时,代入方程可知产生的光电子的最大初动能为E,故A正确,C错误;最大初动能E k与入射光频
率ν的关系图象的斜率即为普朗克常量h=,故B错误;根据eU c=W0得,U c==,故D错误。

应选A。

8.如下图为光电管工作原理图,当有波长(均指真空中的波长,下同)为λ的光照射阴极板K时,电路中有光电流,那么( )
λ1(λ1>λ)的光照射阴极K时,电路中一定没有光电流
λ2(λ2<λ)的光照射阴极K时,电路中一定没有光电流
C.增加电路中电源的路端电压,电路中的光电流可能增大
D.将电路中电源的极性反接,电路中一定没有光电流
【解析】选C。

用波长为λ的光照射阴极K时,电
路中有光电流,知波长为λ的光照射阴极K时,发生了光电效应。

换用波长为λ1(λ1>λ)的光照射阴极K时,由于频率变小,不一定发生光电效应,电路中不一定有光电流,故A错误;换用波长为λ2(λ2<λ)的光照射阴极K时,频率变大,一定能发生光电效应,电路中一定有光电流,故B错误;增加电路中电源的路端电压,当到达饱和电流,才不再增大,故C正确。

将电路中电源的极性反接,光电子做减速运动,可能到达阳极,所以可能有光电流,故D错误。

应选C。

9.(2021·大庆高二检测)关于康普顿效应,以下说法正确的选项是( )
C.当光子与晶体中的电子碰撞后,其能量增加
D.当光子与晶体中的电子碰撞后,其能量减少
【解析】选B、D。

康普顿效应揭示了光具有粒子性,故A错误,B正确;在康普顿效应中,当入射光子与晶体中的电子碰撞时,把一局部能量转移给电子,那么能量减小,故C错误,D正确。

10.用很弱的光做双缝干预实验,把入射光减弱到
可以认为光源和感光胶片之间只能同时有两个光子,比拟不同曝光时间拍得的照片,发现曝光时间不长的情况下,照片上是一些散乱的无规那么分布的亮点,假设曝光时间较长,照片上亮点分布区域呈现不均匀迹象;假设曝光时间足够长,照片上获得清晰的双缝干预条纹,这个实验说明了( )
C.光既具有粒子性,又具有波动性
【解析】选C、D。

少量光子通过双缝后,照片上呈现不规那么分布亮点,显示了光的粒子性;大量光子通过双缝后照片上获得了双缝干预条纹,说明光具有波动性;光子先后依次通过双缝,说明光的波动性不是光子之间的相互作用引起的,应选C、D。

11.(2021·保定高二检测)某同学采用如
下图的实验装置来研究光电效应现象。

当用某
单色光照射光电管的阴极K时,会发生光电效
应现象。

闭合开关S,在阳极A和阴极K之间
加上反向电压,通过调节滑动变阻器的滑片逐
渐增大电压,直至电流计中电流恰为零,此电压表的电压值U称为遏止电压,根据遏止电压,可以计算出光电子的最大初动能E km。

现分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极,测量到遏止电压分别为U1和U2,设电子质量为m,电荷量为e,那么以下关系式中正确的选项是( )
ν1的光照射时,光电子的最大初速度v=
0=hν1-eU1
νc=
D.普朗克常量h=
【解析】选A、B、C。

光电子在电场中做减速运动,根据动能定理得:-eU1=0-m,那么光电子的最大
初速度v m=,故A正确;根据爱因斯坦光电效应方程得:
hν1=eU1+W0,hν2=eU2+W0,得金属的逸出功为:W0=h
ν1-eU1。

联立得:h=,故B正确,D错误;阴极K
金属的极限频率ν0==,故C正确。

应选A、B、C。

·博伊尔和乔治·史密斯主要成就
是创造了电荷耦合器件(CCD)图像传感
器。

他们的创造利用了爱因斯坦的光电
效应原理。

如下图电路可研究光电效应
规律,图中标有A和K的为光电管,其中
A为阳极,K为阴极。

理想电流计可检测通过光电管的电流,理想电压表用来指示光电管两端的电压。

现接通电源,用光子能量为10.5eV的光照射阴极K,电流计中有示数,假设将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动,电流计的读数逐渐减小,当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零,读出此时电压表的示数为 6.0V,现保持滑片P位置不变,以下判断正确的选项是( )
C.假设增大入射光的强度,电流计的读数不为零
D.假设用光子能量为12eV的光照射阴极K,光电子的最大初动能一定变大
【解析】选A、B、D。

射出的光电子是具有瞬时性的,故A正确;电流计的读数恰好为零,此时电压表的示数为6.0V,根据动能定理得,eU c=E km=6eV。

再根据光电效应方程知W0=hν-E km=10.5eV-6eV=4.5eV,故B 正确;光电效应产生光电子的最大初动能与入射光的强度无关,与入射光的频率有关,故C错误;增大入射光的光子能量,根据光电效应方程知,光电子的最大初动能变大,故D正确。

应选A、B、D。

二、计算题(此题共4小题,共40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)×108×10-34J·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=,
(2分)
设灯泡每秒内发出的光子数为n,灯泡电功率为P,那么n=, (3分)
式中,k=5%是灯泡的发光效率。

得:光子数n=,
(1分)
×1019(个)。

(2分)
答案:×1019个
14.(8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, (3分)
由不确定关系公式ΔxΔp≥,
得Δp≥×10-20kg·m/s。

(2分)
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≥×10-20kg·m/s。

(3分)
答案:×10-20kg·m/s
15.(12分)如下图,阴极K用极限波长λμm的金属铯制成,用波长λμμ×10-34J·s,光速c=3×108m/s)求:
(1)光电子飞出阴极时的最大初动能。

(2)每秒钟阴极发射的光电子数。

【解析】(1)根据爱因斯坦光电效应方程,光电子
的最大初动能:m=hν-W0=h-h
(3分)
×10-34×3×108×(-)
≈×10-20J。

(3分)
(2)光电流到达饱和时,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总电荷量Q=I max×10-6C
(3分)
阴极每秒钟发射的光电子的个数
n==×1012。

(3分)
答案:×10-20×1012
【总结提升】应用光电效应方程的两点注意
(1)由光电效应方程计算最大初动能。

(2)当阴极发射的光电子全部到达阳极A时,光电流到达饱和。

由电流可知,每秒到达阳极的电子数即为每秒从阴极发射的电子数,即可求解。

解决此题的关键
是掌握光电效应方程E km=hν-W0=h-h,以及知道光强影响的是单位时间内发出的光电子数目。

16.(12分)如下图,相距为d的两平行金属板A、B
足够大,板间电压恒为U,有一波长为λ的细激光束照射到B板中央,使B板发生光电效应,普朗克常量为h,金属板B的逸出功为W,电子质量为m,电荷量为e,求:
(1)从B板运动到A板所需时间最短的光电子到达A板时的动能。

(2)光电子从B板运动到A板所需的最长时间。

【解析】(1)根据爱因斯坦光电效应方程有:E k=h ν-W
光子的频率:ν=
(1分)
所以,光电子的最大初动能:E k=-W
(2分)
能以最短时间到达A板的光电子,是初动能最大且垂直于板面离开B板的电子,设到达A板时的动能为E k1,由动能定理:eU=E k1-E k (1分)
所以:E k1=eU+-W
(2分)
(2)能以最长时间到达A板的光电子,是离开B板时的初速度为零或运动方向平行于B板的光电子。

因为:d=at2=t2
(3分)
所以:t=d
(3分)
答案:(1)eU+-W (2)d。