2019-2020年高中物理 第二章 波和粒子单元测试 沪科版选修3-5.doc

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2019-2020年高中物理 第二章 波和粒子单元测试 沪科版选修3-5 一、选择题(共10个小题，每小题4分，共40分) 1爱因斯坦由光电效应的实验规律，猜测光具有粒子性，从而提出光子说，从科学研究的方法来说，这属于 (　　) A．等效替代　　　　 　B．控制变量　　 　C．科学假说 　D．数学归纳 2下列说法正确的是(　　) A．光波是一种概率波 B．光波是一种电磁波 C．单色光从光密介质进入光疏介质时，光子的能量改变 D．单色光从光密介质进入光疏介质时，光的波长不变 3在如图所示的光电管的实验中，发现用一定频率的A单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，而用另一频率的B单色光照射时不发生光电效应，那么(　　) A．A光的频率大于B光的频率 B．B光的频率大于A光的频率 C．用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是a流向b D．用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是b流向a 4利用金属晶格(大小约10－10 m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子通过电场加速，然后让电子束照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样。已知电子质量为m，电量为e，初速度为0，加速电压为U，普朗克常量为h，则下述说法中正确的是(　　) A．该实验说明了电子具有波动性 B．实验中电子束的德布罗意波的波长为λ＝ C．加速电压U越大，电子的衍射现象越明显 D．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显 5入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱而频率不变，则下列说法正确的是(　　) A．有可能不发生光电效应 B．从光照射到金属表面上到发生光电效应的时间间隔将增加 C．光电子的最大初动能将减少 D．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少 6A和B两种单色光均垂直照射到同一条直光纤的端面上，A光穿过光纤的时间比B光穿过的时间长，现用A和B两种光照射同种金属，都能发生光电效应，则下列说法正确的是(　　) A．光纤对B光的折射率大 B．A光打出的光电子的最大初动能一定比B光的大 C．A光在单位时间内打出的电子数一定比B光的多 D．B光的波动性一定比A光显著 7关于光的波动性与粒子性，下列说法正确的是(　　) A．大量光子的行为能明显地表现出波动性，而个别光子的行为往往表现出粒子性 B．频率越低、波长越长的光子波动性越明显，而频率越高波长越短的光子的粒子性越明显 C．光在传播时往往表现出波动性，而光在与物质相互作用时往往显示粒子性 D．据光子说，光子的能量是与频率成正比的，这说明了光的波动性与光的粒子性是统一的 8a、b两种色光以相同的入射角从某种介质射向真空，光路如图所示，则以下描述错误的是(　　) A．a光的频率大于b光的频率 B．a光在真空中的波长大于b光在真空中的波长 C．a光在介质中的传播速度大于b光在介质中的传播速度 D．如果a光能使某种金属发生光电效应，b光也一定能使该金属发生光电效应 9xx年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化。他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点，下列与宇宙微波背景辐射黑体谱相关的说法中正确的是(　　) A．微波是指波长在10－3 m到10 m之间的电磁波 B．微波和声波一样都只能在介质中传播 C．黑体的热辐射实际上是电磁辐射 D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说 10如图所示，一验电器与锌板相连，现用一弧光灯照射锌板一段时间，关灯后，指针保持一定偏角(　　) A．用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将增大 B．用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将减小 C．使验电器指针回到零，改用强度更大的弧光灯照射锌板相同的时间，验电器指针偏角将增大 D．使验电器指针回到零，改用强度更大的红外线灯照射锌板，验电器的指针一定偏转 二、填空题(共3个小题，每小题5分，共15分) 11已知铯的极限频率为4.5451014 Hz，钠的极限频率为6.0001014 Hz，银的极限频率为1.1531015 Hz，铂的极限频率为1.5291015 Hz，当用波长为0.375 μm的光来照射它们的时候，可能发生光电效应的是__________。 12使锌板发生光电效应的光子的最长波长是370 nm，这种光子的能量为______________，锌板的极限频率为________，逸出功为________。 13用频率未知的紫外线照射某光电管的阴极时，光电子飞出。现用一个电压可以调节且可以指示电压数值的直流电源和一个灵敏度很高的灵敏电流计，连接电路进行测量，如图所示。测量用所给紫外线照射光电管阴极时所产生的光电子的最大初动能，需要记录的数据是______________，测量得到的光电子的最大初动能是__________。 三、计算与论证(共3个小题，共45分。要有必须的解析过程，直接写出结果的不得分) 14(15分)已知由激光器发出的一细束功率为P＝0.15 kW的激光束，竖直向上照射在一个固态铝球的下部，使其恰好能在空中悬浮。已知铝的密度为ρ＝2.7103 kg/m3，设激光束的光子全部被铝球吸收，求铝球的直径是多大？(计算中可取π＝3，g＝10 m/s2) 15(15分)德布罗意认为：任何一个运动着的物体，都有着一种波与它对应，波长是λ＝，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波长的关系，并计算加速电压的大小。(电子质量m＝9.110－31 kg，电子电荷量e＝1.610－19 C，普朗克常量h＝6.610－34 Js，加速电压的计算结果取一位有效数字) 16(15分)如图所示，相距d的A、B两平行金属板足够大，板间电压为U，一束波长为λ的激光照射到B板中央，光斑的半径为r，B板发生光电效应，其逸出功为W。已知电子质量为m，电荷量e，求： (1)B板中射出的光电子的最大初速度的大小； (2)光电子所能到达A板区域的面积。 参考答案 1解析：本题考查物理思维方法，光子说的提出属于科学猜想，是否正确需实践的进一步检验，这种方法是科学假说，故选C。 答案：C 2解析：据光的波粒二象性可知光是一种概率波，A选项正确；据光的电磁说可知B选项正确；任何单色光在传播过程中其频率总是保持不变，但波速v却随介质的改变而改变(v＝)，据E＝hν知单色光在传播过程中，单个光子的能量总是保持不变，C选项错误。据n＝，v＝νλ得λ＝，光密介质的折射率较大，故当光从光密介质进入光疏介质时波长变长，D选项错误。 答案：AB 3解析：光电效应中当入射光频率大于极限频率时才能产生光电子，因此A项正确，B项错误；光电管中电子向左流，因此回路电流顺时针，即电流表G中电流从a流向b，故C项正确，D项错。 答案：AC 4解析：由题意知：观察到电子的衍射图样，所以该实验说明了电子具有波动性，所以选项A正确；根据德布罗意波的波长λ＝，再由p＝＝，代入得到λ＝，所以选项B正确；如果加速电压越大，则电子波长越小，衍射就越不明显，所以选项C错误；同理选项 D错误。综上所述，本题的正确选项为A、B。 答案：AB 5解析：根据光电效应的规律得能否发生光电效应是取决于入射光的频率，而不是光的强度，所以选项A错误；同理选项B也错误；则光电效应方程Ek＝hν－W，光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，所以选项C错误；当能产生光电效应时，单位时间内跑出来的光电子数目与入射光的强度成正比，所以选项D正确。综上所述，本题正确选项为D。 答案：D 6解析：因为A光穿过光纤的时间比B光穿过的时间长，所以A光在光纤中的传播速度小，根据折射率n＝，所以光纤对A光的折射率大，选项A错误；A光的频率比B光大，再由光电效应规律Ek＝hν－W，所以A光打出的光电子的最大初动能一定比B光的大，选项B正确；因为光电子的数目与光的强度有关，所以选项C错误；B光的波长比A光长，所以B光的波动性一定比A光显著，选项D正确。综上所述，本题的正确选项为B、D。 答案：BD 7答案：ABCD 8解析：由题意a、b两种色光以相同的入射角入射，折射角越大的b光的频率越大，所以选项A是错误的，再由波长与频率、光电效应的规律判断出B、C、D三个选项都是正确的，综上所述，本题的正确选项为A。 答案：A 9解析：微波是电磁波，在真空中也能传播。 答案：ACD 10解析：由光电效应知识得：逸出了光电子，锌板带正电，当关灯后，锌板和验电器带正电，所以用一带负电的金属小球与锌板接触，验电器的指针偏角将减小，所以选项A错误；选项B正确；光电流与光的强度有关，所以改用强度更大的弧光灯照射锌板相同的时间，跑出的光电子更多，验电器指针偏角将增大，所以选项C正确；因为红外线的频率小，所以不一定能让锌板发生光电效应，所以选项D错误。综上所述，本题的正确选项为B、C。 答案：BC 11解析：由波速公式c＝λν得ν＝，则波长为0.375 μm的光频率为 ν＝ Hz＝81014 Hz，比较题目所给数据，可知该光子频率大于铯、钠的极限频率，故可以发生光电效应的金属应该是铯、钠。 答案：铯　钠 12解析：由光子说可知，这种光子的能量E＝，代入数值可得光子的能量为3.4 eV或5.410－19 J，锌板的极限频率为ν＝＝ Hz＝8.11014 Hz，逸出功为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：调节电源电压使灵敏电流计的读数恰好为零，记下此时电源电压的数值U；光电子最大初动能为eU。光电管的阴极接电源正极，阴极和阳极间的电场阻碍光子向阳极运动，当灵敏电流计的读数恰好为零时，由动能定理得eU＝mv m 。 答案：电压值U　Ue 14解析：设每个激光光子的能量为E，动量为p，时间t内射到铝球上的光子数为n，激光束对铝球的作用力为F，铝球的直径为d，则有Pt＝nE，Ft＝np，光子能量和动量间关系是E＝pc， 铝球的重力和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＝，电子的动量 p＝＝ kg m/s＝1.510－23 kg m/s (2)电子在电场中加速，有eU＝mv2 U＝＝＝8102 V。 答案：(1)1.510－23 kg m/s (2)8102 V 16解析：(1)根据爱因斯坦光电效应方程mv2＝hν－W，ν＝，解得v＝。 (2)由对称性可知，光电子到达A板上的区域是一个圆，该圆的半径由从B板上光斑边缘，以最大初速度沿平行于极板方向飞出的光电子到达A板上的位置决定。设光电子在电场中运动时间为t，沿板方向的运动距离为L，则其加速度为a＝，垂直于极板方向d＝at2，平行于极板方向；L＝υt，光电子到达且板上区域最大面S＝π(L＋r)2，解得S＝π(2d＋r)2。 答案：(1) (2)S＝π(2d＋r)2