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2019-2020年高中物理 第二章 波和粒子單元測(cè)試 滬科版選修3-5 一、選擇題(共10個(gè)小題，每小題4分，共40分) 1愛因斯坦由光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，猜測(cè)光具有粒子性，從而提出光子說，從科學(xué)研究的方法來說，這屬于 (　　) A．等效替代　　　　 　B．控制變量　　 　C．科學(xué)假說 　D．?dāng)?shù)學(xué)歸納 2下列說法正確的是(　　) A．光波是一種概率波 B．光波是一種電磁波 C．單色光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí)，光子的能量改變 D．單色光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí)，光的波長(zhǎng)不變 3在如圖所示的光電管的實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)用一定頻率的A單色光照射光電管時(shí)，電流表指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而用另一頻率的B單色光照射時(shí)不發(fā)生光電效應(yīng)，那么(　　) A．A光的頻率大于B光的頻率 B．B光的頻率大于A光的頻率 C．用A光照射光電管時(shí)流過電流表G的電流方向是a流向b D．用A光照射光電管時(shí)流過電流表G的電流方向是b流向a 4利用金屬晶格(大小約10－10 m)作為障礙物觀察電子的衍射圖樣，方法是讓電子通過電場(chǎng)加速，然后讓電子束照射到金屬晶格上，從而得到電子的衍射圖樣。已知電子質(zhì)量為m，電量為e，初速度為0，加速電壓為U，普朗克常量為h，則下述說法中正確的是(　　) A．該實(shí)驗(yàn)說明了電子具有波動(dòng)性 B．實(shí)驗(yàn)中電子束的德布羅意波的波長(zhǎng)為λ＝ C．加速電壓U越大，電子的衍射現(xiàn)象越明顯 D．若用相同動(dòng)能的質(zhì)子替代電子，衍射現(xiàn)象將更加明顯 5入射光照射到某金屬表面上發(fā)生光電效應(yīng)，若入射光的強(qiáng)度減弱而頻率不變，則下列說法正確的是(　　) A．有可能不發(fā)生光電效應(yīng) B．從光照射到金屬表面上到發(fā)生光電效應(yīng)的時(shí)間間隔將增加 C．光電子的最大初動(dòng)能將減少 D．單位時(shí)間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將減少 6A和B兩種單色光均垂直照射到同一條直光纖的端面上，A光穿過光纖的時(shí)間比B光穿過的時(shí)間長(zhǎng)，現(xiàn)用A和B兩種光照射同種金屬，都能發(fā)生光電效應(yīng)，則下列說法正確的是(　　) A．光纖對(duì)B光的折射率大 B．A光打出的光電子的最大初動(dòng)能一定比B光的大 C．A光在單位時(shí)間內(nèi)打出的電子數(shù)一定比B光的多 D．B光的波動(dòng)性一定比A光顯著 7關(guān)于光的波動(dòng)性與粒子性，下列說法正確的是(　　) A．大量光子的行為能明顯地表現(xiàn)出波動(dòng)性，而個(gè)別光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性 B．頻率越低、波長(zhǎng)越長(zhǎng)的光子波動(dòng)性越明顯，而頻率越高波長(zhǎng)越短的光子的粒子性越明顯 C．光在傳播時(shí)往往表現(xiàn)出波動(dòng)性，而光在與物質(zhì)相互作用時(shí)往往顯示粒子性 D．據(jù)光子說，光子的能量是與頻率成正比的，這說明了光的波動(dòng)性與光的粒子性是統(tǒng)一的 8a、b兩種色光以相同的入射角從某種介質(zhì)射向真空，光路如圖所示，則以下描述錯(cuò)誤的是(　　) A．a(chǎn)光的頻率大于b光的頻率 B．a(chǎn)光在真空中的波長(zhǎng)大于b光在真空中的波長(zhǎng) C．a(chǎn)光在介質(zhì)中的傳播速度大于b光在介質(zhì)中的傳播速度 D．如果a光能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，b光也一定能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng) 9xx年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了兩名美國(guó)科學(xué)家，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射的黑體譜形狀及其溫度在不同方向上的微小變化。他們的出色工作被譽(yù)為是宇宙學(xué)研究進(jìn)入精密科學(xué)時(shí)代的起點(diǎn)，下列與宇宙微波背景輻射黑體譜相關(guān)的說法中正確的是(　　) A．微波是指波長(zhǎng)在10－3 m到10 m之間的電磁波 B．微波和聲波一樣都只能在介質(zhì)中傳播 C．黑體的熱輻射實(shí)際上是電磁輻射 D．普朗克在研究黑體的熱輻射問題中提出了能量子假說 10如圖所示，一驗(yàn)電器與鋅板相連，現(xiàn)用一弧光燈照射鋅板一段時(shí)間，關(guān)燈后，指針保持一定偏角(　　) A．用一帶負(fù)電的金屬小球與鋅板接觸，則驗(yàn)電器指針偏角將增大 B．用一帶負(fù)電的金屬小球與鋅板接觸，則驗(yàn)電器指針偏角將減小 C．使驗(yàn)電器指針回到零，改用強(qiáng)度更大的弧光燈照射鋅板相同的時(shí)間，驗(yàn)電器指針偏角將增大 D．使驗(yàn)電器指針回到零，改用強(qiáng)度更大的紅外線燈照射鋅板，驗(yàn)電器的指針一定偏轉(zhuǎn) 二、填空題(共3個(gè)小題，每小題5分，共15分) 11已知銫的極限頻率為4.5451014 Hz，鈉的極限頻率為6.0001014 Hz，銀的極限頻率為1.1531015 Hz，鉑的極限頻率為1.5291015 Hz，當(dāng)用波長(zhǎng)為0.375 μm的光來照射它們的時(shí)候，可能發(fā)生光電效應(yīng)的是__________。 12使鋅板發(fā)生光電效應(yīng)的光子的最長(zhǎng)波長(zhǎng)是370 nm，這種光子的能量為______________，鋅板的極限頻率為________，逸出功為________。 13用頻率未知的紫外線照射某光電管的陰極時(shí)，光電子飛出。現(xiàn)用一個(gè)電壓可以調(diào)節(jié)且可以指示電壓數(shù)值的直流電源和一個(gè)靈敏度很高的靈敏電流計(jì)，連接電路進(jìn)行測(cè)量，如圖所示。測(cè)量用所給紫外線照射光電管陰極時(shí)所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能，需要記錄的數(shù)據(jù)是______________，測(cè)量得到的光電子的最大初動(dòng)能是__________。 三、計(jì)算與論證(共3個(gè)小題，共45分。要有必須的解析過程，直接寫出結(jié)果的不得分) 14(15分)已知由激光器發(fā)出的一細(xì)束功率為P＝0.15 kW的激光束，豎直向上照射在一個(gè)固態(tài)鋁球的下部，使其恰好能在空中懸浮。已知鋁的密度為ρ＝2.7103 kg/m3，設(shè)激光束的光子全部被鋁球吸收，求鋁球的直徑是多大？(計(jì)算中可取π＝3，g＝10 m/s2) 15(15分)德布羅意認(rèn)為：任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，都有著一種波與它對(duì)應(yīng)，波長(zhǎng)是λ＝，式中p是運(yùn)動(dòng)著的物體的動(dòng)量，h是普朗克常量。已知某種紫光的波長(zhǎng)是440 nm，若將電子加速，使它的德布羅意波長(zhǎng)是這種紫光波長(zhǎng)的10－4倍。 (1)求電子的動(dòng)量的大?。? (2)試推導(dǎo)加速電壓跟德布羅意波波長(zhǎng)的關(guān)系，并計(jì)算加速電壓的大小。(電子質(zhì)量m＝9.110－31 kg，電子電荷量e＝1.610－19 C，普朗克常量h＝6.610－34 Js，加速電壓的計(jì)算結(jié)果取一位有效數(shù)字) 16(15分)如圖所示，相距d的A、B兩平行金屬板足夠大，板間電壓為U，一束波長(zhǎng)為λ的激光照射到B板中央，光斑的半徑為r，B板發(fā)生光電效應(yīng)，其逸出功為W。已知電子質(zhì)量為m，電荷量e，求： (1)B板中射出的光電子的最大初速度的大小； (2)光電子所能到達(dá)A板區(qū)域的面積。 參考答案 1解析：本題考查物理思維方法，光子說的提出屬于科學(xué)猜想，是否正確需實(shí)踐的進(jìn)一步檢驗(yàn)，這種方法是科學(xué)假說，故選C。 答案：C 2解析：據(jù)光的波粒二象性可知光是一種概率波，A選項(xiàng)正確；據(jù)光的電磁說可知B選項(xiàng)正確；任何單色光在傳播過程中其頻率總是保持不變，但波速v卻隨介質(zhì)的改變而改變(v＝)，據(jù)E＝hν知單色光在傳播過程中，單個(gè)光子的能量總是保持不變，C選項(xiàng)錯(cuò)誤。據(jù)n＝，v＝νλ得λ＝，光密介質(zhì)的折射率較大，故當(dāng)光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí)波長(zhǎng)變長(zhǎng)，D選項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案：AB 3解析：光電效應(yīng)中當(dāng)入射光頻率大于極限頻率時(shí)才能產(chǎn)生光電子，因此A項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤；光電管中電子向左流，因此回路電流順時(shí)針，即電流表G中電流從a流向b，故C項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)。 答案：AC 4解析：由題意知：觀察到電子的衍射圖樣，所以該實(shí)驗(yàn)說明了電子具有波動(dòng)性，所以選項(xiàng)A正確；根據(jù)德布羅意波的波長(zhǎng)λ＝，再由p＝＝，代入得到λ＝，所以選項(xiàng)B正確；如果加速電壓越大，則電子波長(zhǎng)越小，衍射就越不明顯，所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤；同理選項(xiàng) D錯(cuò)誤。綜上所述，本題的正確選項(xiàng)為A、B。 答案：AB 5解析：根據(jù)光電效應(yīng)的規(guī)律得能否發(fā)生光電效應(yīng)是取決于入射光的頻率，而不是光的強(qiáng)度，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤；同理選項(xiàng)B也錯(cuò)誤；則光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W，光電子的最大初動(dòng)能只與入射光的頻率有關(guān)，所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤；當(dāng)能產(chǎn)生光電效應(yīng)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)跑出來的光電子數(shù)目與入射光的強(qiáng)度成正比，所以選項(xiàng)D正確。綜上所述，本題正確選項(xiàng)為D。 答案：D 6解析：因?yàn)锳光穿過光纖的時(shí)間比B光穿過的時(shí)間長(zhǎng)，所以A光在光纖中的傳播速度小，根據(jù)折射率n＝，所以光纖對(duì)A光的折射率大，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；A光的頻率比B光大，再由光電效應(yīng)規(guī)律Ek＝hν－W，所以A光打出的光電子的最大初動(dòng)能一定比B光的大，選項(xiàng)B正確；因?yàn)楣怆娮拥臄?shù)目與光的強(qiáng)度有關(guān)，所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤；B光的波長(zhǎng)比A光長(zhǎng)，所以B光的波動(dòng)性一定比A光顯著，選項(xiàng)D正確。綜上所述，本題的正確選項(xiàng)為B、D。 答案：BD 7答案：ABCD 8解析：由題意a、b兩種色光以相同的入射角入射，折射角越大的b光的頻率越大，所以選項(xiàng)A是錯(cuò)誤的，再由波長(zhǎng)與頻率、光電效應(yīng)的規(guī)律判斷出B、C、D三個(gè)選項(xiàng)都是正確的，綜上所述，本題的正確選項(xiàng)為A。 答案：A 9解析：微波是電磁波，在真空中也能傳播。 答案：ACD 10解析：由光電效應(yīng)知識(shí)得：逸出了光電子，鋅板帶正電，當(dāng)關(guān)燈后，鋅板和驗(yàn)電器帶正電，所以用一帶負(fù)電的金屬小球與鋅板接觸，驗(yàn)電器的指針偏角將減小，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤；選項(xiàng)B正確；光電流與光的強(qiáng)度有關(guān)，所以改用強(qiáng)度更大的弧光燈照射鋅板相同的時(shí)間，跑出的光電子更多，驗(yàn)電器指針偏角將增大，所以選項(xiàng)C正確；因?yàn)榧t外線的頻率小，所以不一定能讓鋅板發(fā)生光電效應(yīng)，所以選項(xiàng)D錯(cuò)誤。綜上所述，本題的正確選項(xiàng)為B、C。 答案：BC 11解析：由波速公式c＝λν得ν＝，則波長(zhǎng)為0.375 μm的光頻率為 ν＝ Hz＝81014 Hz，比較題目所給數(shù)據(jù)，可知該光子頻率大于銫、鈉的極限頻率，故可以發(fā)生光電效應(yīng)的金屬應(yīng)該是銫、鈉。 答案：銫　鈉 12解析：由光子說可知，這種光子的能量E＝，代入數(shù)值可得光子的能量為3.4 eV或5.410－19 J，鋅板的極限頻率為ν＝＝ Hz＝8.11014 Hz，逸出功為3.4 eV或5.410－19 J。 答案：3.4 eV或5.410－19 J　8.11014 Hz　3.4 eV或5.410－19 J 13解析：調(diào)節(jié)電源電壓使靈敏電流計(jì)的讀數(shù)恰好為零，記下此時(shí)電源電壓的數(shù)值U；光電子最大初動(dòng)能為eU。光電管的陰極接電源正極，陰極和陽極間的電場(chǎng)阻礙光子向陽極運(yùn)動(dòng)，當(dāng)靈敏電流計(jì)的讀數(shù)恰好為零時(shí)，由動(dòng)能定理得eU＝mv m 。 答案：電壓值U　Ue 14解析：設(shè)每個(gè)激光光子的能量為E，動(dòng)量為p，時(shí)間t內(nèi)射到鋁球上的光子數(shù)為n，激光束對(duì)鋁球的作用力為F，鋁球的直徑為d，則有Pt＝nE，F(xiàn)t＝np，光子能量和動(dòng)量間關(guān)系是E＝pc， 鋁球的重力和F平衡，因此F＝ρgπd3， 由以上各式解得d＝0.33 mm。 答案：d＝0.33 mm 15解析：(1)λ＝，電子的動(dòng)量 p＝＝ kg m/s＝1.510－23 kg m/s (2)電子在電場(chǎng)中加速，有eU＝mv2 U＝＝＝8102 V。 答案：(1)1.510－23 kg m/s (2)8102 V 16解析：(1)根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程mv2＝hν－W，ν＝，解得v＝。 (2)由對(duì)稱性可知，光電子到達(dá)A板上的區(qū)域是一個(gè)圓，該圓的半徑由從B板上光斑邊緣，以最大初速度沿平行于極板方向飛出的光電子到達(dá)A板上的位置決定。設(shè)光電子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t，沿板方向的運(yùn)動(dòng)距離為L(zhǎng)，則其加速度為a＝，垂直于極板方向d＝at2，平行于極板方向；L＝υt，光電子到達(dá)且板上區(qū)域最大面S＝π(L＋r)2，解得S＝π(2d＋r)2。 答案：(1) (2)S＝π(2d＋r)2