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

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

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 -‎