高中物理 第17章 波粒二象性章末分層突破 新人教選修3-5

《高中物理 第17章 波粒二象性章末分層突破 新人教選修3-5》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理 第17章 波粒二象性章末分層突破 新人教選修3-5（6頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

第17章 波粒二象性 (時間：60分鐘　滿分：100分) 一、選擇題(本題共6小題，每小題6分，共36分，在每題給出的5個選項中有3項符合題目要求，選對1個得2分，選對2個得4分，選對3個得6分．每選錯1個扣3分，最低得分為0分) 1．一個光子和一個電子具有相同的波長，則(　　) A．光子具有較大的動量 B．光子具有較大的能量 C．電子與光子的動量相等 D．電子和光子的動量不確定 E．電子和光子都滿足不確定性關(guān)系式ΔxΔp≥ 【解析】　根據(jù)λ＝可知，相同的波長具有相同的動量． 【答案】　BCE 2．光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，下列表述正確的是(　　) A．光照時間越長光電流越大 B．入射光足夠強(qiáng)就可以有光電流 C．遏止電壓與入射光的頻率有關(guān) D．入射光頻率大于極限頻率才能產(chǎn)生光電子 E．只要滿足頻率條件，光電效應(yīng)幾乎是瞬時發(fā)生的 【解析】　在光電效應(yīng)中，若照射光的頻率小于極限頻率，無論光照時間多長，光照強(qiáng)度多大，都無光電流，當(dāng)照射光的頻率大于極限頻率時，立刻有光電子產(chǎn)生，故A、B錯誤，D、E正確．由－eU＝0－Ek，Ek＝hν－W，可知U＝(hν－W)/e，即遏止電壓與入射光頻率ν，有關(guān)，C正確． 【答案】　CDE 3．在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，用頻率為ν的光照射光電管陰極，發(fā)生了光電效應(yīng)，下列說法正確的是(　　) A．增大入射光的強(qiáng)度，光電流增大 B．減小入射光的強(qiáng)度，光電效應(yīng)現(xiàn)象消失 C．改用頻率小于ν的光照射，一定不發(fā)生光電效應(yīng) D．改用頻率大于ν的光照射，光電子的最大初動能變大 E．光電效應(yīng)的發(fā)生與照射光的強(qiáng)度無關(guān) 【解析】　增大入射光強(qiáng)度，單位時間內(nèi)照射到單位面積的光電子數(shù)增加，則光電流將增大，故選項A正確；光電效應(yīng)是否發(fā)生取決于照射光的頻率，而與照射強(qiáng)度無關(guān)，故選項B錯誤，E正確．用頻率為ν的光照射光電管陰極，發(fā)生光電效應(yīng)，用頻率較小的光照射時，若光的頻率仍大于極限頻率，則仍會發(fā)生光電效應(yīng)，選項C錯誤；根據(jù)hν－W逸＝mv2可知，增加照射光頻率，光電子的最大初動能也增大，故選項D正確． 【答案】　ADE 4．下列敘述的情況中正確的是 (　　) A．光的粒子性說明每個光子就像一個極小的球體一樣 B．光是波，與橡皮繩上的波類似 C．光是波，但與宏觀概念的波有本質(zhì)的區(qū)別 D．光是一種粒子，它和物質(zhì)作用是“一份一份”進(jìn)行的 E．光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性大小(概率)可以用波動的規(guī)律來描述 【解析】　光的粒子性說明光是一種粒子，但到達(dá)空間某位置的概率遵守波動規(guī)律，與宏觀概念的粒子和波有著本質(zhì)的不同，所以選項A、B錯誤，C、E正確．根據(jù)光電效應(yīng)可知，光是一種粒子，光子與電子的作用是一對一的關(guān)系，所以選項D正確． 【答案】　CDE 5．在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，中央亮紋的光強(qiáng)占從單縫射入的整個光強(qiáng)的95%以上．假設(shè)現(xiàn)在只讓一個光子能通過單縫，那么該光子(　　) A．一定落在中央亮紋處 B．一定落在亮紋處 C．可能落在亮紋處 D．可能落在暗紋處 E．落在中央亮紋處的可能性最大 【解析】　根據(jù)光的概率波的概念，對于一個光子通過單縫落在何處，是不可確定的，但概率最大的是落在中央亮紋處，可達(dá)95%以上．當(dāng)然也可能落在其他亮紋處，還可能落在暗紋處，只不過落在暗處的概率很小而已，故只有C、D、E正確． 【答案】　CDE 6．電子的運(yùn)動受波動性的支配，對于氫原子的核外電子，下列說法正確的是(　　) A．氫原子的核外電子可以用確定的坐標(biāo)描述它們在原子中的位置 B．電子繞核運(yùn)動時，可以運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律確定它的軌道 C．電子繞核運(yùn)動時，不遵從牛頓運(yùn)動定律 D．電子繞核運(yùn)動的“軌道”其實(shí)是沒有意義的 E．電子軌道只不過是電子出現(xiàn)的概率比較大的位置 【解析】　微觀粒子的波動性是一種概率波，對于微觀粒子的運(yùn)動，牛頓運(yùn)動定律已經(jīng)不適用了，所以氫原子的核外電子不能用確定的坐標(biāo)描述它們在原子中的位置，電子的“軌道”其實(shí)是沒有意義的，電子軌道只不過是電子出現(xiàn)的概率比較大的位置，綜上所述，C、D、E正確． 【答案】　CDE 二、非選擇題(本題共7小題，共64分．按題目要求作答．) 7．(6分)(2016江蘇高考)已知光速為c，普朗克常數(shù)為h，則頻率為ν的光子的動量為________．用該頻率的光垂直照射平面鏡，光被鏡面全部垂直反射回去，則光子在反射前后動量改變量的大小為________． 【解析】　光速為c，頻率為ν的光子的波長λ＝，光子的動量p＝＝.用該頻率的光垂直照射平面鏡，光被垂直反射，則光子在反射前后動量方向相反，取反射后的方向?yàn)檎较?，則反射前后動量改變量Δp＝p2－p1＝. 【答案】　　 8．(6分)經(jīng)150 V電壓加速的電子束，沿同一方向射出，穿過鋁箔后射到其后的屏上，電子到達(dá)屏上的位置受________規(guī)律支配，無法用確定的________來描述它的位置． 【解析】　電子被加速后其德布羅意波波長λ＝＝110－10 m，穿過鋁箔時發(fā)生衍射，電子的運(yùn)動不再遵守牛頓運(yùn)動定律，不可能用“軌跡”來描述電子的運(yùn)動，只能通過概率波來描述． 【答案】　波動　坐標(biāo) 9．(6分)某光電管的陰極是用金屬鉀制成的，它的逸出功為2.21 eV，用波長為2.510－7 m的紫外線照射陰極，已知真空中光速為3.0108 m/s，元電荷為1.610－19 C，普朗克常量為6.6310－34 Js.鉀的極限頻率為________，該光電管發(fā)射的光電子的最大初動能是________． 【解析】　由W0＝hνc得，極限頻率νc＝≈5.31014 Hz；由光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0得，光電子的最大初動能Ek＝h－W0≈4.410－19 J. 【答案】　5.31014 Hz,4.410－19 J 10．(10分)太陽能直接轉(zhuǎn)換的基本原理是利用光電效應(yīng)，將太陽能轉(zhuǎn)換成電能．如圖1所示是測定光電流的電路簡圖，光電管加正向電壓． 圖1 (1)標(biāo)出電源和電流表的正負(fù)極； (2)入射光應(yīng)照在________極上． (3)電流表讀數(shù)是10 μA，則每秒鐘從光電管陰極發(fā)射出的光電子至少是________個． 【解析】　(1)加正向電壓，應(yīng)該是在電子管中電子由B向A運(yùn)動，即電流是由左向右．因此電源左端是正極，右端是負(fù)極，電流表上端是正極，下端是負(fù)極． (2)光應(yīng)照在B極上． (3)設(shè)電子個數(shù)為n，則 I＝ne，所以n＝＝6.251013(個)． 【答案】　(1)電源左端是正極，右端是負(fù)極；電流表上端是正極，下端是負(fù)極　(2)B　(3)6.251013 11．(12分)深沉的夜色中，在大海上航行的船舶依靠航標(biāo)燈指引航道．如圖2所示是一個航標(biāo)燈自動控制電路的示意圖．電路中的光電管陰極K涂有可發(fā)生光電效應(yīng)的金屬．下表反映的是各種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率和極限波長，又知可見光的波長在400～770 nm(1 nm＝10－9m)． 圖2 各種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率和極限波長： 金屬 銫 鈉 鋅 銀 鉑 極限 頻率 (Hz) 4.545 1014 6.000 1014 8.065 1014 1.153 1015 1.529 1015 極限 波長 (μm) 0.660 0 0.500 0 0.372 0 0.260 0 0.196 2 根據(jù)圖和所給出的數(shù)據(jù)，你認(rèn)為： (1)光電管陰極K上應(yīng)涂有金屬________； (2)控制電路中的開關(guān)S應(yīng)和________(填“a”和“b”)接觸； (3)工人在鍛壓機(jī)、沖床、鉆床等機(jī)器上勞動時，稍有不慎就會把手壓在里面，造成工傷事故．如果將上述控制電路中的電燈換成驅(qū)動這些機(jī)器工作的電機(jī)，這時電路中開關(guān)S應(yīng)和________接觸，這樣，當(dāng)工人不慎將手伸入危險區(qū)域時，由于遮住了光線，光控繼電器銜鐵立即動作，使機(jī)床停止工作，避免事故發(fā)生． 【導(dǎo)學(xué)號：66390025】 【解析】　(1)依題意知，可見光的波長范圍為 40010－9～77010－9m 而金屬銫的極限波長為λ＝0.660 010－6m＝66010－9m， 因此，光電管陰極K上應(yīng)涂金屬銫． (2)深沉的夜色中，線圈中無電流，銜鐵與b接觸，船舶依靠航標(biāo)燈指引航道，所以控制電路中的開關(guān)S應(yīng)和b接觸． (3)若將上述控制電路中的電燈換成電機(jī)，在手遮住光線之前，電機(jī)應(yīng)是正常工作的，此時銜鐵與a接觸，所以電路中的開關(guān)S應(yīng)和a接觸． 【答案】　(1)銫　(2)b　(3)a 12．(12分)德布羅意認(rèn)為：任何一個運(yùn)動著的物體，都有著一種波與它對應(yīng)，波長是λ＝，式中p是運(yùn)動著的物體的動量，h是普朗克常量．已知某種紫光的波長是440 nm，若將電子加速，使它的德布羅意波長是這種紫光波長的10－4倍，求： (1)電子的動量的大??； (2)試推導(dǎo)加速電壓跟德布羅意波波長的關(guān)系，并計算加速電壓的大小．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＝6.6 10－34 Js，加速電壓的計算結(jié)果取一位有效數(shù)字． 【導(dǎo)學(xué)號：66390026】 【解析】　(1)由λ＝知電子的動量 p＝＝1.510－23 kgm/s. (2)電子在電場中加速，有eU＝mv2 又mv2＝ 解得U＝＝≈8102 V. 【答案】　(1)1.510－23 kgm/s　(2)U＝ 8102 V 13．(12分)如圖3所示，相距為d的兩平行金屬板A、B足夠大，板間電壓恒為U，有一波長為λ的細(xì)激光束照射到B板中央，使B板發(fā)生光電效應(yīng)，已知普朗克常量為h，金屬板B的逸出功為W0，電子質(zhì)量為m，電荷量為e.求： 圖3 (1)從B板運(yùn)動到A板所需時間最短的光電子，到達(dá)A板時的動能； (2)光電子從B板運(yùn)動到A板時所需的最長時間． 【導(dǎo)學(xué)號：66390027】 【解析】　(1)根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程得Ek＝hν－W0 光子的頻率為ν＝ 所以光電子的最大初動能為Ek＝－W0 能以最短時間到達(dá)A板的光電子，是初動能最大且垂直于板面離開B板的電子，設(shè)到達(dá)A板的動能為Ek1，由動能定理，得eU＝Ek1－Ek 所以Ek1＝eU＋－W0. (2)能以最長時間到達(dá)A板的光電子，是離開B板時的初速度為零或運(yùn)動方向平行于B板的光電子． 則d＝at2＝ 解得t＝d. 【答案】　(1)eU＋－W0　(2)d