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2019年高中物理 第5章 波與粒子綜合檢測(cè) 魯科版選修3-5 一、選擇題(本大題共7個(gè)小題，每小題6分．每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，有的只有一個(gè)選項(xiàng)正確，有的有多個(gè)選項(xiàng)正確，全部選對(duì)的得6分，選對(duì)但不全的得3分，有選錯(cuò)的得0分．) 1．(xx龍巖檢測(cè))對(duì)光電效應(yīng)做出合理解釋的科學(xué)家是(　　) A．普朗克　　　　　　　 B．愛(ài)因斯坦 C．康普頓 D．麥克斯韋 【解析】　愛(ài)因斯坦提出了光子說(shuō)成功地解釋了光電效應(yīng)，所以B正確． 【答案】　B 2．現(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為，光和實(shí)物粒子都具有波粒二象性．下列事實(shí)中突出體現(xiàn)波動(dòng)性的是(　　) A．一定頻率的光照射到鋅板上，光的強(qiáng)度越大，單位時(shí)間內(nèi)鋅板上發(fā)射的光電子就越多 B．肥皂液是無(wú)色的，吹出的肥皂泡卻是彩色的 C．質(zhì)量為10－3kg、速度為10－2 m/s的小球，其德布羅意波長(zhǎng)約為10－28 m，不過(guò)我們能清晰地觀測(cè)到小球運(yùn)動(dòng)的軌跡 D．人們常利用熱中子研究晶體的結(jié)構(gòu)，因?yàn)闊嶂凶拥牡虏剂_意波長(zhǎng)與晶體中原子間距大致相同 【解析】　說(shuō)明光具有波動(dòng)性的是干涉和衍射，而光電效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性．故本題應(yīng)選B、D. 【答案】　BD 3．下列說(shuō)法正確的是(　　) A．光是一種電磁波 B．光是一種概率波 C．光子相當(dāng)于高速運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn) D．光的直線(xiàn)傳播只是宏觀近似規(guī)律 【解析】　光是一種電磁波，是電磁波譜中頻率(或波長(zhǎng))很窄的一部分，A正確；光又是概率波，單個(gè)光子的運(yùn)動(dòng)純屬偶然，而大量光子的運(yùn)動(dòng)受波動(dòng)規(guī)律支配，B正確；光子是能量粒子，不能看成高速運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，C錯(cuò)誤；因光波長(zhǎng)很短，比一般物體的尺寸小得多，所以光的衍射非常不明顯，可看成直線(xiàn)傳播，它只是一種近似，D正確． 【答案】　ABD 4．下表給出了一些金屬材料的逸出功： 材　料 銫 鈣 鎂 鈹 鈦 逸出功(10－19 J) 3.0 4.3 5.9 6.2 6.6 現(xiàn)用波長(zhǎng)為400 nm的單色光照射上述材料，能產(chǎn)生光電效應(yīng)的材料有幾種(普朗克常量h＝6.6310－34 Js，光速c＝3.0108 m/s)(　　) A．2種 B．3種 C．4種 D．5種 【解析】　光子的能量E＝hν＝＝6.6310－34 J≈5.010－19 J．由表格可知，入射光子的能量大于銫和鈣的逸出功，而小于鎂、鈹、鈦的逸出功，故發(fā)生光電效應(yīng)的金屬只有銫和鈣． 【答案】　A 5．利用光電管研究光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)如圖1所示，用頻率為ν1的可見(jiàn)光照射陰極K，電流表中有電流通過(guò)，則 (　　) 圖1 A．用紫外光照射，電流表不一定有電流通過(guò) B．用紅外光照射，電流表中一定無(wú)電流通過(guò) C．用頻率為ν1的可見(jiàn)光照射K，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭移到A端，電流表中一定無(wú)電流通過(guò) D．用頻率為ν1的可見(jiàn)光照射K，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭向B端滑動(dòng)時(shí)，電流表示數(shù)可能不變 【解析】　由紫外線(xiàn)的頻率大于可見(jiàn)光的頻率，而紅外線(xiàn)的頻率比可見(jiàn)光的頻率小，所以用可見(jiàn)光照射能發(fā)生光電效應(yīng)，那么用紫外線(xiàn)照射時(shí)一定能發(fā)生光電效應(yīng)，用紅外線(xiàn)則不一定，A、B選項(xiàng)都不正確；由于光電管A與K間加的是正向電壓，即使滑動(dòng)觸頭移到A端，電流表中也有可能有電流，C選項(xiàng)錯(cuò)誤；如果光電管已達(dá)到飽和電流，即使正向電壓增大，電流也不會(huì)變化，D選項(xiàng)正確． 【答案】　D 6．由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程可以畫(huà)出逸出電子的最大初動(dòng)能和入射光的頻率ν的關(guān)系圖象如圖2所示．下列說(shuō)法正確的是(　　) 圖2 A．ν0表示極限頻率 B．P的絕對(duì)值等于逸出功 C．直線(xiàn)的斜率表示普朗克常量h的大小 D．說(shuō)明了電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比 【解析】　把方程Ek＝mv2＝hν－W與圖象對(duì)比可判斷A、B、C正確． 【答案】　ABC 7．(xx南平高二檢測(cè))能引起人的眼睛視覺(jué)效應(yīng)的最小能量為10－18 J，已知可見(jiàn)光的平均波長(zhǎng)為0.6 μm，普朗克常數(shù)h＝6.6310－34 Js，恰能引起人眼的感覺(jué)，進(jìn)入人眼的光子數(shù)至少為(　　) A．1個(gè)　　　 B．3個(gè) C．30個(gè)　　　 D．300個(gè) 【解析】　光子個(gè)數(shù)n＝＝≈3個(gè)，故B項(xiàng)正確． 【答案】　B 二、非選擇題(本大題共5小題，共58分．按題目要求作答．解答題應(yīng)寫(xiě)出必要的文字說(shuō)明、方程式和重要演算步驟，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．) 8．(8分)如圖3所示，是工業(yè)生產(chǎn)中大部分光電控制設(shè)備用到的光控繼電器的示意圖，它由電源、光電管、放大器、電磁繼電器等幾部分組成． 圖3 (1)示意圖中，a端應(yīng)是電源________極． (2)光控繼電器的原理是：當(dāng)光照射光電管時(shí)，__________________ __________________________________________________________ 【解析】　要使電路中有電流，必須使光電子加速運(yùn)動(dòng)，故電源a端為正極．光電流與光強(qiáng)有關(guān)，光越強(qiáng)，光電流越大；最大初動(dòng)能與光強(qiáng)無(wú)關(guān)，與照射光的頻率有關(guān)，當(dāng)改用頻率更大的光照射時(shí)，一定能發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，故有電流． 【答案】　(1)正　(2)有光電流產(chǎn)生，通過(guò)放大器放大后，電磁繼電器工作，把銜鐵N吸附過(guò)來(lái) 9．(10分)設(shè)子彈的質(zhì)量為0.01 kg，槍口直徑為0.5 cm，試求子彈射出槍口時(shí)橫向速度的不確定量為_(kāi)_______． 【解析】　槍口直徑可以當(dāng)做子彈射出槍口位置的不確定量Δx，由于Δpx＝mΔvx，由不確定關(guān)系式得子彈射出槍口時(shí)橫向速度的不確定量Δvx≥ ＝ m/s ＝1.0610－30 m/s. 【答案】　1.0610－30 m/s 10．(12分)(xx農(nóng)墾檢測(cè))已知鈉發(fā)生光電效應(yīng)的極限波長(zhǎng)為λ0＝510－7 m，現(xiàn)用波長(zhǎng)為410－7 m的光照射用鈉作陰極的光電管．求： (1)鈉的逸出功W； (2)為使光電管中的光電流為零，在光電管上所加反向電壓至少多大？ 【解析】　(1)逸出功W＝hν0＝h＝3.97810－19 J. (2)光電子最大初動(dòng)能 Ek＝hν－W＝h－W＝0.9910－19 J Ek＝eUe，Ue＝＝0.62 V. 【答案】　(1)3.97810－19 J　(2)0.62 V 11．(14分)愛(ài)因斯坦的相對(duì)論指出，物體的能量和質(zhì)量之間存在一個(gè)定量關(guān)系：E＝mc2，其中c為光在真空中的速度．則 (1)計(jì)算頻率為ν＝51014Hz的光子具有的動(dòng)量是多少？ (2)若一電子的動(dòng)量與該光子相同，該電子的運(yùn)動(dòng)速度和波長(zhǎng)分別是多少？ 【解析】　(1)根據(jù)光子說(shuō)，光子的能量E＝hν＝mc2，故得到動(dòng)量 p＝mc＝＝ kgms－1 ＝1.110－27 kgms－1. (2)設(shè)電子質(zhì)量為me，速度為ve，動(dòng)量為pe， 則pe＝meve， 依題意pe＝p，則電子的速度大小為 ve＝＝＝ m/s ＝1.2103 m/s 該電子物質(zhì)波的波長(zhǎng)為 λe＝＝ m＝6.010－7 m. 【答案】　(1)1.110－27 kgms－1 (2)1.2103 m/s　6.010－7 m 12．(14分)(xx成都高二檢測(cè))如圖4所示為倫琴射線(xiàn)管的示意圖，K為陰極鎢絲，發(fā)射的電子初速度為零，A為對(duì)陰極(陽(yáng)極)，當(dāng)A、K間加直流電壓U＝30 kV時(shí)，電子被加速打到對(duì)陰極A上，使之發(fā)出倫琴射線(xiàn)，設(shè)電子的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為倫琴射線(xiàn)的能量，試求： 圖4 (1)電子到達(dá)對(duì)陰極的速度是多大？ (2)由對(duì)陰極發(fā)出的倫琴射線(xiàn)的最短波長(zhǎng)是多大？ (3)若AK間的電流為10 mA，那么每秒鐘對(duì)陰極最多能輻射出多少個(gè)倫琴射線(xiàn)光子？ (電子電量e＝－1.610－19 C，質(zhì)量m＝0.9110－30 kg，普朗克常量h＝6.6310－34 Js) 【解析】　(1)由動(dòng)能定理得mv2＝eU， 所以v＝ 代入數(shù)據(jù)得： v＝1.0108 m/s. (2)因?yàn)閙v2＝eU＝hν＝h 所以λ＝＝4.110－11 m. (3)每個(gè)電子與對(duì)陰極碰撞后均能產(chǎn)生一個(gè)光子，則 n＝＝個(gè)＝6.251016個(gè)． 【答案】　(1)1.0108 m/s (2)4.110－11 m (3)6.251016個(gè)