【名師一號】2021年人教版物理雙基限時練-選修3-5：第十七章《波粒二象性》單元測試

單元測評(二)波粒二象性(時間：90分鐘滿分：100分)第Ⅰ卷(選擇題，共48分)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試驗規(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解析：依據(jù)黑體輻射的試驗規(guī)律，隨著溫度的上升，一方面各種波長的輻射強度都增加；另一方面，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，只能用普朗克提出的能量量子化理論才能得到較滿足的解釋，故B項正確．答案：B2．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.eq\f(1,2)NhνC．Nhν D．2Nhν解析：光子能量與頻率有關(guān)，一個光子能量為ε＝hν，N個光子能量為Nhν，故C正確．答案：C3．經(jīng)150V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，則()A．全部電子的運動軌跡均相同B．全部電子到達(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)可用牛頓運動定律確定D．電子到達(dá)屏上的位置受波動規(guī)律支配，無法用確定的坐標(biāo)來描述它的位置解析：電子被加速后其德布羅意波波長λ＝eq\f(h,p)＝1×10－10m，穿過鋁箔時發(fā)生衍射．電子的運動不再遵守牛頓運動定律，不行能同時精確?????地知道電子的位置和動量，不行能用“軌跡”來描述電子的運動，只能通過概率波來描述．所以A、B、C項均錯．答案：D4．關(guān)于黑體輻射的強度與波長的關(guān)系，下圖正確的是() A B C D解析：依據(jù)黑體輻射的試驗規(guī)律：隨溫度上升，各種波長的輻射強度都有增加，故圖線不會有交點，選項C、D錯誤．另一方面，輻射強度的極大值會向波長較短方向移動，選項A錯誤，B正確．答案：B5．科學(xué)爭辯證明，光子有能量也有動量，當(dāng)光子與電子碰撞時，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為λ，碰撞后的波長為λ′，則碰撞過程中()A．能量守恒，動量守恒，且λ＝λ′B．能量不守恒，動量不守恒，且λ＝λ′C．能量守恒，動量守恒，且λ＜λ′D．能量守恒，動量守恒，且λ＞λ′解析：能量守恒和動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，光子與電子碰撞時遵循這兩個守恒定律．光子與電子碰撞前，光子的能量E＝hν＝heq\f(c,λ)，當(dāng)光子與電子碰撞時，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子，光子的能量E′＝hν′＝heq\f(c,λ′)，由E＞E′，可知λ＜λ′，選項C正確．答案：C6．在做雙縫干涉試驗時，發(fā)覺100個光子中有96個通過雙縫后打到了觀看屏上的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．以上各種狀況均有可能解析：按波的概率分布的特點去推斷，由于大部分光子都落在b點，故b處肯定是亮紋，選項A正確．答案：A7．(多選題)關(guān)于不確定性關(guān)系ΔxΔp≥eq\f(h,4π)有以下幾種理解，其中正確的是()A．微觀粒子的動量不行能確定B．微觀粒子的坐標(biāo)不行能確定C．微觀粒子的動量和坐標(biāo)不行能同時確定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≥eq\f(h,4π)表示確定位置、動量的精度相互制約，此長彼消，當(dāng)粒子位置不確定性變小時，粒子動量的不確定性變大；粒子位置不確定性變大時，粒子動量的不確定性變?。什荒芡瑫r精確?????確定粒子的動量和坐標(biāo)．不確定性關(guān)系也適用于其他宏觀粒子，不過這些不確定量微乎其微．答案：CD8．(多選題)用極微弱的可見光做雙縫干涉試驗，隨著時間的增加，在屏上先后消滅如圖甲、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性C．用紫外光觀看不到類似的圖像D．試驗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的，沒有規(guī)律性，顯示出粒子性；而題圖丙是大量粒子曝光的效果，遵循了肯定的統(tǒng)計性規(guī)律，顯示出波動性；單個光子的粒子性和大量粒子的波動性就是概率波的思想．答案：ABD9．近年來，數(shù)碼相機幾近家喻戶曉，用來衡量數(shù)碼相機性能的一個格外重要的指標(biāo)就是像素，1像素可理解為光子打在光屏上的一個亮點，現(xiàn)知300萬像素的數(shù)碼相機拍出的照片比30萬像素的數(shù)碼相機拍出的等大的照片清楚得多，其緣由可以理解為()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)的波動性越強，照片越清楚，D項正確．答案：D10．現(xiàn)用電子顯微鏡觀測線度為d的某生物大分子的結(jié)構(gòu)．為滿足測量要求，將顯微鏡工作時電子的德布羅意波長設(shè)定為eq\f(d,n)，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，則顯微鏡工作時電子的加速電壓應(yīng)為()A.eq\f(n2h2,med2) B.eq\f(md2h2,3n2e3)C.eq\f(d2h2,2men2) D.eq\f(n2h2,2med2)解析：由德布羅意波長λ＝eq\f(h,p)知，p是電子的動量，則p＝mv＝eq\r(2meU)＝eq\f(h,λ)，而λ＝eq\f(d,n)，代入得U＝eq\f(n2h2,2med2).答案：D11．對于微觀粒子的運動，下列說法中正確的是()A．不受外力作用時間子就會做勻速運動B．光子受到恒定外力作用時就會做勻變速運動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刻的速度D．運用牛頓力學(xué)無法確定微觀粒子的運動規(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)律分析光子的運動，選項A、B錯誤；依據(jù)概率波、不確定關(guān)系可知，選項C錯誤，故選D.答案：D12．(多選題)如圖所示是某金屬在光的照射下，光電子最大初動能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EB．該金屬的逸出功等于hν0C．入射光的頻率為ν0時，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為ED．入射光的頻率為2ν0時，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為2E解析：題中圖象反映了光電子的最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系，依據(jù)愛因斯坦光電效應(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，光電子的最大初動能Ek＝0，此時有hν0＝W0，即該金屬的逸出功等于hν0，選項B正確．依據(jù)圖線的物理意義，有W0＝E，故選項A正確，而選項C、D錯誤．答案：AB第Ⅱ卷(非選擇題，共52分)二、計算題(本題有4小題，共52分．解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟，只寫出最終答案的不能得分．有數(shù)值計算的題，答案中必需明確寫出數(shù)值和單位)13．(10分)一顆近地衛(wèi)星質(zhì)量為m，求其德布羅意波長為多少？(已知地球半徑為R，重力加速度為g)解析：由萬有引力供應(yīng)向心力計算速度，依據(jù)德布羅意波長公式計算．對于近地衛(wèi)星有：Geq\f(Mm,R2)＝meq\f(v2,R)(2分)對地球表面物體m0有：Geq\f(Mm0,R2)＝m0g(2分)所以v＝eq\r(gR)，(2分)依據(jù)德布羅意波長λ＝eq\f(h,p)(2分)整理得：λ＝eq\f(h,mv)＝eq\f(h,m\r(gR)).(2分)答案：eq\f(h,m\r(gR))14．(13分)波長λ＝0.71?的倫琴射線使金箔放射光電子，電子在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場區(qū)域內(nèi)做最大半徑為r的勻速圓周運動，已知rB＝1.88×10－4m·T，電子質(zhì)量m＝9.1×10－3(1)光電子的最大初動能；(2)金屬的逸出功；(3)該電子的物質(zhì)波的波長是多少？解析：(1)電子在勻強磁場中做勻速圓周運動的向心力為洛倫茲力meq\f(v2,r)＝evB所以v＝eq\f(erB,m)(3分)電子的最大初動能Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(e2r2B2,2m)＝eq\f(1.6×10－192×1.88×10－42,2×9.1×10－31)J≈4.97×10－16J≈3.1×103eV(2分)(2)入射光子的能量ε＝hν＝heq\f(c,λ)＝eq\f(6.63×10－34×3×108,7.1×10－11×1.6×10－19)eV≈1.75×104eV(3分)依據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程得金屬的逸出功為W0＝hν－Ek＝1.44×104eV(2分)(3)物質(zhì)波的波長為λ＝eq\f(h,mv)＝eq\f(h,erB)＝eq\f(6.63×10－34,1.6×10－19×1.88×10－4)m≈2.2×10－11m(3分)答案：(1)3.1×103eV(2)1.44×104eV(3)2.2×10－1115．(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，有一波長為λ的細(xì)激光束照射到B板中心，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板運動到A板時所需的最長時間．解析：(1)依據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W，光子的頻率為ν＝eq\f(c,λ).(3分)所以，光電子的最大初動能為Ek＝eq\f(hc,λ)－W.(3分)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＋eq\f(hc,λ)－W.(3分)(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動方向平行于B板的光電子．則d＝eq\f(1,2)at2＝eq\f(Uet2,2dm)，得t＝deq\r(\f(2m,Ue)).(5分)答案：(1)eU＋eq\f(hc,λ)－W(2)deq\r(\f(2m,Ue))16．(15分)光子具有能量，也具有動量．光照射到物體表面時，會對物體產(chǎn)生壓強，這就是“光壓\”．光壓的產(chǎn)生氣理猶如氣體壓強；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．設(shè)太陽光每個光子的平均能量為E，太陽光垂直照射地球表面時，在單位面積上的輻射功率為P0.已知光速為c，光子的動量為E/c.(1)若太陽光垂直照射到地球表面，則在時間t內(nèi)照射到地球表面上半徑為r的圓形區(qū)域內(nèi)太陽光的總能量及光子個數(shù)分別是多少？(2)若太陽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(即全部光子均被反射，且被反射前后的能量變化可忽視不計)，則太陽光在該區(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帆的作用作為將來星際旅行的動力來源．一般狀況下，太陽光照射到物體表面時，一部分會被反射，還有一部分被吸?。粑矬w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產(chǎn)生光壓的eq\f(1＋ρ,2)倍．設(shè)太陽帆的反射系數(shù)ρ＝0.8，太陽帆為圓盤形，其半徑r＝15m，飛船的總質(zhì)量m＝100kg，太陽光垂直照射在太陽帆表面單位面積上的輻射功率P0＝1.4kW，已知光速c＝3.0×108m/s.利用上述數(shù)據(jù)并結(jié)合第(2)問中的結(jié)果，求：太陽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)在時間t內(nèi)太陽光照射到面積為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/