2020年秋人教版高中物理选修3-5第十七章 波粒二象性测试含答案

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2020年秋人教版高中物理选修3-5第十七章波粒二象性测试
本试卷共100分，考试时间120分钟。

一、单选题(共10小题,每小题4.0分,共40分)
1.一束波长为7×10－5cm的光波，每秒钟有3×1015个光子通过一个与光线垂直的平面．另有一束光，它传输相同的能量，但波长为4×10－5cm.那么这束光每秒钟通过这垂直平面的光子数目为() A． 0.58×1015个
B． 3×1015个
C． 1.71×1015个
D． 5.25×1015个
2.关于光电效应现象，下列说法中正确的是()
A．只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能发生
B．光电子的最大初动能跟入射光的强度成正比
C．发生光电效应的时间一般都大于10－7s
D．保持入射光频率不变，发生光电效应时，单位时间内从金属内逸出的光电子数与入射光的强度成正比
3.能够说明光具有粒子性的现象是()
A．光的干涉现象
B．光的衍射现象
C．光的色散现象
D．光电效应现象
4.关于图中四位杰出物理学家所做的贡献，表述正确的是()
A．麦克斯韦在实验中证实了电磁波的存在
B．赫兹预言了电磁波的存在，并认为光是一种电磁波
C．法拉第发现了电流的磁效应
D．托马斯·杨进行了双缝实验，发现了光的干涉性质
5.光照射到某金属表面，金属表面有光电子逸出，则( )
A．若入射光的频率增加，光的强度减弱，那么逸出电子的能量可能不变
B．若入射光的频率不变，光的强度减弱，那么单位时间内逸出电子数目减少
C．若入射光的频率不变，光的强度减弱到不为零的某一数值时，可能不再有电子逸出
D．若入射光的频率增加，而强度不变，那么单位时间内逸出电子数目不变，而光电子的能量增大6.用不同频率光照射某一金属发生光电效应时，光电子逸出最大初动能随入射光频率变化的图象如图所示，则图中横、纵轴截距及斜率的物理意义为()
A．斜率为普朗克常数的倒数
B．纵轴截距为逸出功的倒数
C．横轴截距为极限频率
D．横轴截距为极限波长
7.下列关于概率波的说法中，正确的是()
A．概率波就是机械波
B．物质波是一种概率波
C．概率波和机械波的本质是一样的，都能发生干涉和衍射现象
D．在光的双缝干涉实验中，若有一个粒子，则可以确定它从其中的哪一个缝中穿过
8.关于康普顿效应，下列说法正确的是()
A．康普顿效应证明光具有波动性
B．康普顿在研究石墨对X射线的散射时发现，在散射的X射线中，有些波长变短了
C．康普顿在研究石墨对X射线的散射时发现，在散射的X射线中，有些波长变长了
D．康普顿效应可用经典电磁理论进行解释
9.光电效应实验中，下列结果正确的是()
A．光照时间增大为原来的2倍时，光电流也增大为原来的2倍
B．当入射光的频率增大为原来的2倍时，光电子的最大初动能也增为原来的2倍
C．入射光波长增大为原来的2倍，有可能不发生光电效应
D．入射光强增大为原来的2倍时，单位时间发出的光电子数量有可能变为原来的4倍
10.用两束频率相同但强度不同的紫外线照射两种不同的金属，假若它们都有光电子逸出，则() A．从逸出功较小的金属表面逸出的光电子的最大初动能一定较大
B．逸出功较小的金属产生的光电流强度一定较大
C．受强度较大的紫外线照射的金属产生的光电子最大初动能一定较大
D．受强度较大的紫外线照射的金属产生的光电流强度一定较大
二、多选题(共4小题,每小题5.0分,共20分)
11.(多选)如图所示，某种单色光射到光电管的阴极上时，电流表有示数，则()
A．入射的单色光的频率必大于阴极材料的极限频率
B．增大单色光的强度，电流表示数将增大
C．滑片P向左移，可增大电流表示数
D．滑片P向左移，电流表示数将减小，甚至为零
12.(多选)用绿光照射金属钾时恰能发生光电效应，在下列情况下仍能发生光电效应的是() A．用红光照射金属钾，而且不断增加光的强度
B．用较弱的紫外线照射金属钾
C．用黄光照射金属钾，且照射时间很长
D．只要入射光的波长小于绿光的波长，就可发生光电效应
13.(多选)根据不确定性关系ΔxΔp≥，判断下列说法正确的是()
A．采取办法提高测量Δx的精度时，Δp的精度下降
B．采取办法提高测量Δx的精度时，Δp的精度上升
C．Δx与Δp测量精度与测量仪器及测量方法是否完备有关
D．Δx与Δp测量精度与测量仪器及测量方法是否完备无关
14.（多选）图为一真空光电管的应用电路，其阴极金属材料的极限频率为4.5×1014Hz，则以下判断正确的是()
A．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的频率
B．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的强度
C．用λ＝0.5 μm的光照射光电管时，电路中有光电流产生
D．光照射时间越长，电路中的电流越大
三、计算题(共4小题,每小题10.0分,共40分)
15.太阳光垂直射到地面上，地面上1 m2接收的太阳光的功率为1.4 kW，其中可见光部分约占45%.
(1)假如认为可见光的波长(λ＝)约为0.55 μm，日地间距离R＝1.5×1011m．普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，估算太阳每秒辐射出的可见光光子数．
(2)若已知地球的半径为6.4×106m，估算地球接收的太阳光的总功率．
16.质量为1 000 kg的小汽车以v＝30 m/s的速度在高速公路上行驶，试计算小汽车的
布罗意波的波长．为什么我们无法观察到其波动性？(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s)
17.已知锌的逸出功W0＝3.34 eV，试通过计算说明：用波长λ＝0.2 μm的光照射锌板时能否发生光电效应．(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，真空中光速c＝3×108m/s)
18.从1907年起，美国物理学家密立根开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量．他通过如图所示的实验装置测量某金属的遏止电压U c与入射光频率ν，作出U c－ν的图象，由此算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射测出的h相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性．图中频率ν1、ν2，遏止电压U c1、U c2及电子的电荷量e均为已知，求：
(1)普朗克常量h；
(2)该金属的截止频率νc.
答案解析
1.【答案】C
【解析】由题意得n1＝n2，代入数据得n2＝1.71×1015个，
2.【答案】D
【解析】由ε＝hν＝h C
知，当入射光波长大于极限波长时，不能发生光电效应，A错；由E k＝hν－
λ
W0知，最大初动能与入射光频率有关，与入射光的强度无关，B错；发生光电效应的时间一般不超过10－9s，C错．
3.【答案】D
【解析】光的干涉、衍射、色散说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性，D正确．
4.【答案】D
【解析】赫兹在实验中证实了电磁波的存在，选项A错误；麦克斯韦预言了电磁波的存在，并认为光是一种电磁波，选项B错误；奥斯特发现了电流的磁效应，选项C错误；托马斯·杨进行了双缝实验，发现了光的干涉性质，选项D正确．
5.【答案】B
【解析】若入射光的频率增加，光电子的能量变大，A错；发生光电效应的条件是入射光的频率大于截止频率，只要频率大于金属的极限频率，那么一定会有光电子逸出，光的强弱不影响光电子的能量，只影响单位时间内发出光电子的数目．入射光的频率不变，光的强度减弱，单位时间内逸出电子数目减少，B对，C错；频率增加，光电子的能量一定变大，光照强度不变，则单位时间内照射的光子数减少，所以逸出的光电子数减小，D错．
6.【答案】C
【解析】由光电子逸出最大初动能随入射光频率变化的图象E k＝hν－W得，该图线的斜率表示普朗克常量h，纵轴截距的绝对值为逸出功，横轴截距绝对值对应的频率是发生光电效应的最小频率，即为极限频率，C正确．
7.【答案】B
【解析】概率波与机械波是两个不同的概念，二者的本质不同，故A错误；物质波是一种概率波，故B正确；概率波和机械波都能发生干涉和衍射现象，但其本质是不一样的，故C错误；根据不确定性关系，在光的双缝干涉实验中，若有一个粒子，则不能确定它从其中的哪一个缝中穿过，故D错误．
8.【答案】C
【解析】康普顿效应揭示了光具有粒子性，A错误；在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子
碰撞时，把一部分动量转移给电子，则动量减小，根据λ＝，知波长变长，B错误，C正确；光电效应和康普顿效应都无法用经典电磁理论进行解释，D错误．
9.【答案】C
【解析】光电效应的发生是瞬时的，A错误；根据光电效应方程E k＝hν－W0可知，频率增大为原来的2倍时，光电子的最大初动能不是原来的2倍，B错误；入射光波长增大为原来的2倍，频率变为原来的，有可能不发生光电效应，C正确；入射光强增大为原来的2倍时，单位时间发出的光电子数量有可能变为原来的2倍，D错误．
10.【答案】A
【解析】根据光电效应方程E k＝hν－W0，入射光的频率相同，逸出功越小，光电子的最大初动能越大，A正确，C错误；同一金属在能发生光电效应的条件下，光电流强度与入射光的强度成正比，与逸出功无关，B错误；不同的金属，光电流强度不仅与入射光的强度有关，还与所加电压有关，故强度较大的紫外线照射的金属产生的光电流强度不一定较大，D错误．
11.【答案】ABC
【解析】用一定频率单色照射光电管时，电流表指针会发生偏转，知ν＞ν0，A正确；发生光电效应后，增加光的强度能使光电流增大，B正确；滑片P向左移，光电管两端的电压增大，左边的极板为负极，右边极板为正极，到达极板的光电子数增大，电流表示数增大，C正确，D错误．
12.【答案】BD
【解析】光电效应的发生存在一个极限频率，同时对应着极限波长，只要照射光的频率大于极限频率(对应着小于极限波长)就会发生光电效应，与照射光的强度无关，红光和黄光的频率均小于绿光的频率，而紫光频率大于绿光的频率，正确答案是B、D.
13.【答案】AD
【解析】不确定关系表明，无论采用什么方法试图确定位置坐标和相应动量中的一个，必然引起另一个较大的不确定性，这样的结果与测量仪器及测量方法是否完备无关，无论怎样改善测量仪器和测量方法，都不可能逾越不确定关系所给出的限度．
14.【答案】BC
【解析】在光电管中若发生了光电效应，单位时间内发射光电子的数目只与入射光的强度有关，光电流的饱和值只与单位时间内发射光电子的数目有关．据此可判断A、D错误，B正确．波长λ＝0.5 μm的光子的频率ν＝＝Hz＝6×1014Hz＞4.5×1014Hz，可发生光电效应，所以C正确．15.【答案】(1)4.9×1044个(2)1.8×1014kW
【解析】(1)设地面上垂直太阳光每平方米面积上每秒接收的可见光光子数为n，则有：P×45%＝nh
，
解得n＝＝个＝1.75×1021个，
则所求可见光光子数N＝n·4πR2＝1.75×1021×4×3.14×(1.5×1011)2个≈4.9×1044个．
(2)地球接收太阳光的总功率P地＝Pπr2＝1.4×3.14×(6.4×106)2kW≈1.8×1014kW.
16.【答案】见解析
【解析】小汽车的动量为p＝mv＝1 000×30 kg·m/s＝3×104kg·m/s，故小汽车的德布罗意波的波长为λ＝＝m＝2.21×10－38m
因小汽车的德布罗意波的波长太短，故无法观察到其波动性．
17.【答案】能发生光电效应
【解析】波长λ＝0.2 μm的光的光子的能量为：
E＝hν＝＝9.945×10－19J
锌的逸出功：
W0＝3.34 eV＝3.34×1.6×10－19J＝5.344×10－19J
由于E＞W0，故能够发生光电效应．
18.【答案】(1)(2)
【解析】根据爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－W0及动能定理eU c＝E k得U c＝(ν－νc)
结合图象知k＝＝＝
普朗克常量h＝，ν0＝。