2019年高中物理 第十七章 波粒二象性 單元測(cè)試 新人教版選修3-5.doc

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2019年高中物理 第十七章 波粒二象性 單元測(cè)試 新人教版選修3-5 一、選擇題(本題有12小題，每小題4分，共48分．) 1．能正確解釋黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律的是(　　) A．能量的連續(xù)經(jīng)典理論 B．普朗克提出的能量量子化理論 C．以上兩種理論體系任何一種都能解釋 D．牛頓提出的能量微粒說(shuō) 解析：根據(jù)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，隨著溫度的升高，一方面各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加；另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)，只能用普朗克提出的能量量子化理論才能得到較滿(mǎn)意的解釋?zhuān)蔅項(xiàng)正確． 答案：B 2．硅光電池是利用光電效應(yīng)將光輻射的能量轉(zhuǎn)化為電能．若有N個(gè)頻率為ν的光子打在光電池極板上，這些光子的總能量為(h為普朗克常量)(　　) A．hν　　　　　　　　 B.Nhν C．Nhν D．2Nhν 解析：光子能量與頻率有關(guān)，一個(gè)光子能量為ε＝hν，N個(gè)光子能量為Nhν，故C正確． 答案：C 3．經(jīng)150 V電壓加速的電子束，沿同一方向射出，穿過(guò)鋁箔后射到其后的屏上，則(　　) A．所有電子的運(yùn)動(dòng)軌跡均相同 B．所有電子到達(dá)屏上的位置坐標(biāo)均相同 C．電子到達(dá)屏上的位置坐標(biāo)可用牛頓運(yùn)動(dòng)定律確定 D．電子到達(dá)屏上的位置受波動(dòng)規(guī)律支配，無(wú)法用確定的坐標(biāo)來(lái)描述它的位置 解析：電子被加速后其德布羅意波波長(zhǎng)λ＝＝110－10 m，穿過(guò)鋁箔時(shí)發(fā)生衍射．電子的運(yùn)動(dòng)不再遵守牛頓運(yùn)動(dòng)定律，不可能同時(shí)準(zhǔn)確地知道電子的位置和動(dòng)量，不可能用“軌跡”來(lái)描述電子的運(yùn)動(dòng)，只能通過(guò)概率波來(lái)描述．所以A、B、C項(xiàng)均錯(cuò)． 答案：D 4．關(guān)于黑體輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系，下圖正確的是(　　) A B C D 解析：根據(jù)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律：隨溫度升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加，故圖線(xiàn)不會(huì)有交點(diǎn)，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤．另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值會(huì)向波長(zhǎng)較短方向移動(dòng)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確． 答案：B 5．科學(xué)研究證明，光子有能量也有動(dòng)量，當(dāng)光子與電子碰撞時(shí)，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子．假設(shè)光子與電子碰撞前的波長(zhǎng)為λ，碰撞后的波長(zhǎng)為λ′，則碰撞過(guò)程中(　　) A．能量守恒，動(dòng)量守恒，且λ＝λ′ B．能量不守恒，動(dòng)量不守恒，且λ＝λ′ C．能量守恒，動(dòng)量守恒，且λ＜λ′ D．能量守恒，動(dòng)量守恒，且λ＞λ′ 解析：能量守恒和動(dòng)量守恒是自然界的普遍規(guī)律，適用于宏觀世界也適用于微觀世界，光子與電子碰撞時(shí)遵循這兩個(gè)守恒定律．光子與電子碰撞前，光子的能量E＝hν＝h ，當(dāng)光子與電子碰撞時(shí)，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子，光子的能量E′＝hν′＝h，由E＞E′，可知λ＜λ′，選項(xiàng)C正確． 答案：C 6．在做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)100個(gè)光子中有96個(gè)通過(guò)雙縫后打到了觀察屏上的b處，則b處可能是(　　) A．亮紋 B．暗紋 C．既有可能是亮紋也有可能是暗紋 D．以上各種情況均有可能 解析：按波的概率分布的特點(diǎn)去判斷，由于大部分光子都落在b點(diǎn)，故b處一定是亮紋，選項(xiàng)A正確． 答案：A 7．(多選題)關(guān)于不確定性關(guān)系ΔxΔp≥有以下幾種理解，其中正確的是(　　) A．微觀粒子的動(dòng)量不可能確定 B．微觀粒子的坐標(biāo)不可能確定 C．微觀粒子的動(dòng)量和坐標(biāo)不可能同時(shí)確定 D．不確定性關(guān)系不僅適用于電子和光子等微觀粒子，也適用于其他宏觀粒子 解析：不確定性關(guān)系ΔxΔp≥表示確定位置、動(dòng)量的精度互相制約，此長(zhǎng)彼消，當(dāng)粒子位置不確定性變小時(shí)，粒子動(dòng)量的不確定性變大；粒子位置不確定性變大時(shí)，粒子動(dòng)量的不確定性變?。什荒芡瑫r(shí)準(zhǔn)確確定粒子的動(dòng)量和坐標(biāo)．不確定性關(guān)系也適用于其他宏觀粒子，不過(guò)這些不確定量微乎其微． 答案：CD 8．(多選題)用極微弱的可見(jiàn)光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，隨著時(shí)間的增加，在屏上先后出現(xiàn)如圖甲、乙、丙所示的圖像，則(　　) A．圖像甲表明光具有粒子性 B．圖像丙表明光具有波動(dòng)性 C．用紫外光觀察不到類(lèi)似的圖像 D．實(shí)驗(yàn)表明光是一種概率波 解析：從題圖甲可以看出，少數(shù)粒子打在底片上的位置是隨機(jī)的，沒(méi)有規(guī)律性，顯示出粒子性；而題圖丙是大量粒子曝光的效果，遵循了一定的統(tǒng)計(jì)性規(guī)律，顯示出波動(dòng)性；單個(gè)光子的粒子性和大量粒子的波動(dòng)性就是概率波的思想． 答案：ABD 9．近年來(lái)，數(shù)碼相機(jī)幾近家喻戶(hù)曉，用來(lái)衡量數(shù)碼相機(jī)性能的一個(gè)非常重要的指標(biāo)就是像素，1像素可理解為光子打在光屏上的一個(gè)亮點(diǎn)，現(xiàn)知300萬(wàn)像素的數(shù)碼相機(jī)拍出的照片比30萬(wàn)像素的數(shù)碼相機(jī)拍出的等大的照片清晰得多，其原因可以理解為(　　) A．光是一種粒子，它和物質(zhì)的作用是一份一份的 B．光的波動(dòng)性是大量光子之間的相互作用引起的 C．大量光子表現(xiàn)光具有粒子性 D．光具有波粒二象性，大量光子表現(xiàn)出光的波動(dòng)性 解析：由題意知像素越高形成照片的光子數(shù)越多，表現(xiàn)的波動(dòng)性越強(qiáng)，照片越清晰，D項(xiàng)正確． 答案：D 10．現(xiàn)用電子顯微鏡觀測(cè)線(xiàn)度為d的某生物大分子的結(jié)構(gòu)．為滿(mǎn)足測(cè)量要求，將顯微鏡工作時(shí)電子的德布羅意波長(zhǎng)設(shè)定為，其中n＞1.已知普朗克常量為h、電子質(zhì)量為m和電子電荷量為e，電子的初速度不計(jì)，則顯微鏡工作時(shí)電子的加速電壓應(yīng)為(　　) A. B. C. D. 解析：由德布羅意波長(zhǎng)λ＝知，p是電子的動(dòng)量，則p＝mv＝＝，而λ＝，代入得U＝. 答案：D 11．對(duì)于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．不受外力作用時(shí)光子就會(huì)做勻速運(yùn)動(dòng) B．光子受到恒定外力作用時(shí)就會(huì)做勻變速運(yùn)動(dòng) C．只要知道電子的初速度和所受外力，就可以確定其任意時(shí)刻的速度 D．運(yùn)用牛頓力學(xué)無(wú)法確定微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 解析：光子不同于宏觀力學(xué)的粒子，不能用宏觀粒子的牛頓力學(xué)規(guī)律分析光子的運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；根據(jù)概率波、不確定關(guān)系可知，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，故選D. 答案：D 12．(多選題)如圖所示是某金屬在光的照射下，光電子最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖像，由圖像可知(　　) A．該金屬的逸出功等于E B．該金屬的逸出功等于hν0 C．入射光的頻率為ν0時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為E D．入射光的頻率為2ν0時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為2E 解析：題中圖象反映了光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系，根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，知當(dāng)入射光的頻率恰為該金屬的截止頻率ν0時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能Ek＝0，此時(shí)有hν0＝W0，即該金屬的逸出功等于hν0，選項(xiàng)B正確．根據(jù)圖線(xiàn)的物理意義，有W0＝E，故選項(xiàng)A正確，而選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤． 答案：AB 第Ⅱ卷(非選擇題，共52分) 二、計(jì)算題(本題有4小題，共52分．解答應(yīng)寫(xiě)出必要的文字說(shuō)明、方程式和重要的演算步驟，只寫(xiě)出最后答案的不能得分．有數(shù)值計(jì)算的題，答案中必須明確寫(xiě)出數(shù)值和單位) 13．(10分)一顆近地衛(wèi)星質(zhì)量為m，求其德布羅意波長(zhǎng)為多少？(已知地球半徑為R，重力加速度為g) 解析：由萬(wàn)有引力提供向心力計(jì)算速度，根據(jù)德布羅意波長(zhǎng)公式計(jì)算． 對(duì)于近地衛(wèi)星有：G＝m(2分) 對(duì)地球表面物體m0有：G＝m0g(2分) 所以v＝，(2分) 根據(jù)德布羅意波長(zhǎng)λ＝(2分) 整理得：λ＝＝. (2分) 答案： 14．(13分)波長(zhǎng)λ＝0.71的倫琴射線(xiàn)使金箔發(fā)射光電子，電子在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)做最大半徑為r的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，已知rB＝1.8810－4 mT，電子質(zhì)量m＝9.110－3 kg.試求： (1)光電子的最大初動(dòng)能； (2)金屬的逸出功； (3)該電子的物質(zhì)波的波長(zhǎng)是多少？ 解析：(1)電子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力為洛倫茲力m＝evB 所以v＝(3分) 電子的最大初動(dòng)能Ek＝mv2＝ ＝ J≈4.9710－16 J≈3.1103 eV(2分) (2)入射光子的能量 ε＝hν＝h＝ eV≈1.75104eV(3分) 根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程得金屬的逸出功為 W0＝hν－Ek＝1.44104 eV(2分) (3)物質(zhì)波的波長(zhǎng)為 λ＝＝＝ m≈2.210－11 m(3分) 答案：(1)3.1103 eV　(2)1.44104 eV　(3)2.210－11 m 15．(14分)如圖所示，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(zhǎng)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W，電子質(zhì)量為m，電荷量為e.求： (1)從B板運(yùn)動(dòng)到A板所需時(shí)間最短的光電子，到達(dá)A板時(shí)的動(dòng)能； (2)光電子從B板運(yùn)動(dòng)到A板時(shí)所需的最長(zhǎng)時(shí)間． 解析：(1)根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W，光子的頻率為ν＝.(3分) 所以，光電子的最大初動(dòng)能為Ek＝－W.(3分) 能以最短時(shí)間到達(dá)A板的光電子，是初動(dòng)能最大且垂直于板面離開(kāi)B板的電子，設(shè)到達(dá)A板的動(dòng)能為Ek1，由動(dòng)能定理，得eU＝Ek1－Ek， 所以Ek1＝eU＋－W.(3分) (2)能以最長(zhǎng)時(shí)間到達(dá)A板的光電子，是離開(kāi)B板時(shí)的初速度為零或運(yùn)動(dòng)方向平行于B板的光電子． 則d＝at2＝，得t＝d .(5分) 答案：(1)eU＋－W　(2)d 16．(15分)光子具有能量，也具有動(dòng)量．光照射到物體表面時(shí)，會(huì)對(duì)物體產(chǎn)生壓強(qiáng)，這就是“光壓\”．光壓的產(chǎn)生機(jī)理如同氣體壓強(qiáng)；大量氣體分子與器壁的頻繁碰撞產(chǎn)生了持續(xù)均勻的壓力，器壁在單位面積上受到的壓力就是氣體的壓強(qiáng)．設(shè)太陽(yáng)光每個(gè)光子的平均能量為E，太陽(yáng)光垂直照射地球表面時(shí)，在單位面積上的輻射功率為P0.已知光速為c，光子的動(dòng)量為E/c. (1)若太陽(yáng)光垂直照射到地球表面，則在時(shí)間t內(nèi)照射到地球表面上半徑為r的圓形區(qū)域內(nèi)太陽(yáng)光的總能量及光子個(gè)數(shù)分別是多少？ (2)若太陽(yáng)光垂直照射到地球表面，在半徑為r的某圓形區(qū)域內(nèi)光子被完全反射(即所有光子均被反射，且被反射前后的能量變化可忽視不計(jì))，則太陽(yáng)光在該區(qū)域表面產(chǎn)生的光壓(用I表示光壓)是多少？ (3)有科學(xué)家建議把光壓與太陽(yáng)帆的作用作為未來(lái)星際旅行的動(dòng)力來(lái)源．一般情況下，太陽(yáng)光照射到物體表面時(shí)，一部分會(huì)被反射，還有一部分被吸收．若物體表面的反射系數(shù)為ρ，則在物體表面產(chǎn)生的光壓是全反射時(shí)產(chǎn)生光壓的倍．設(shè)太陽(yáng)帆的反射系數(shù)ρ＝0.8，太陽(yáng)帆為圓盤(pán)形，其半徑r＝15 m，飛船的總質(zhì)量m＝100 kg，太陽(yáng)光垂直照射在太陽(yáng)帆表面單位面積上的輻射功率P0＝1.4 kW，已知光速c＝3.0108 m/s.利用上述數(shù)據(jù)并結(jié)合第(2)問(wèn)中的結(jié)果，求：太陽(yáng)帆飛船僅在上述光壓的作用下，能產(chǎn)生的加速度大小是多少？不考慮光子被反射前后的能量變化．(結(jié)果保留2位有效數(shù)字) 解析：(1)在時(shí)間t內(nèi)太陽(yáng)光照射到面積為S的圓形區(qū)域上的總能量E總＝P0St， 解得E總＝πr2P0t. 照射到此圓形區(qū)域的光子數(shù)n＝E總/E. 解得n＝πr2P0t/E. (2)因光子的能量p＝E/c，到達(dá)地球表面半徑為r的圓形區(qū)域的光子總動(dòng)量p總＝np.因太陽(yáng)光被完全反射，所以在時(shí)間t內(nèi)光子總動(dòng)量的改變量Δp＝2p總． 設(shè)太陽(yáng)光對(duì)此圓形區(qū)域表面的壓力為F，依據(jù)動(dòng)量定理Ft＝Δp，太陽(yáng)光在圓形區(qū)域表面產(chǎn)生的光壓I＝F/S，解得I＝2P0/c. (3)在太陽(yáng)帆表面產(chǎn)生的光壓I′＝I， 對(duì)太陽(yáng)帆產(chǎn)生的壓力F′＝I′S. 設(shè)飛船的加速度為a，依據(jù)牛頓第二定律F′＝ma. 解得a＝5.910－5 m/s2. 答案：(1)πr2P0t　πr2P0t/E　(2)2P0/c (3)5.910－5 m/s2