高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第三册第6章 波粒二象性本章综合与测试当堂检测题

第6章　波粒二象性

本章达标检测

(满分:100分;时间:90分钟)

一、选择题(共10小题,每小题6分,共60分)

1.(2020北京八中高三下检测)下列四幅示意图所表示的实验中,能说明光具有粒子性的是(　　)

2.(2019北京海淀期末)(多选)下列关于概率波的说法中,正确的是(　　)

A.概率波就是机械波

B.物质波是一种概率波

C.概率波和机械波的本质是一样的,都能发生干涉和衍射现象

D.在光的双缝干涉实验中,光子出现概率较大的区域呈现亮条纹,光子出现概率较小的区域呈现暗条纹

3.(2020安徽六校教育研究会高三第二次测试)用光子能量为5.0 eV的一束光照射阴极K,如图,当开关S断开时,发现电流表读数不为零。闭合开关,调节滑动变阻器,发现当电压表读数小于1.60 V时,电流表读数仍不为零;当电压表读数大于或等于1.60 V时,电流表读数为零,由此可知阴极材料的逸出功为(　　)

A.1.6 eV B.2.2 eV C.3.0 eV D.3.4 eV

4.(2019河北衡水期末)(多选)关于实物粒子的波粒二象性,下列说法正确的是(　　)

A.不仅光子具有波粒二象性,一切运动的微观粒子都具有波粒二象性

B.运动的微观粒子与光子一样,当它们通过一个小孔时,没有特定的运动轨道

C.波动性和粒子性,在宏观现象中是矛盾的、对立的,但在微观现象中是统一的

D.实物粒子的运动有特定的轨道,所以实物粒子不具有波动性

5.(2019湖南长沙检测)(多选)光通过单缝后所发生的现象,用位置和动量的不确定性关系的观点加以解释,下列叙述正确的是(　　)

A.单缝越宽,光越沿直线传播,是单缝越宽,位置不确定量Δx越大,动量不确定量Δp越大的缘故

B.单缝越宽,光越沿直线传播,是单缝越宽,位置不确定量Δx越大,动量不确定量Δp越小的缘故

C.单缝越窄,中央亮条纹越宽,是单缝越窄,位置不确定量Δx越小,动量不确定量Δp越小的缘故

D.单缝越窄,中央亮条纹越宽,是单缝越窄,位置不确定量Δx越小,动量不确定量Δp越大的缘故

6.(2020吉林长春第六中学高三二模)用光照射某种金属,有光电子从金属表面逸出,如果光的频率不变,而减弱光的强度,则(　　)

A.逸出的光电子数减少,光电子的最大初动能不变

B.逸出的光电子数减少,光电子的最大初动能减小

C.逸出的光电子数不变,光电子的最大初动能减小

D.光的强度减弱到某一数值,就没有光电子逸出了

7.(2020江苏扬州高三检测)在光电效应实验中,某实验小组用同种频率的单色光,先后照射锌和银的表面,都能产生光电效应。对这两个过程,下列四个物理量中,可能相同的是(　　)

A.饱和光电流

B.遏止电压

C.光电子的最大初动能

D.逸出功

8.(2020广东广州高三一模)在光电效应实验中得到光电子最大初动能Ekm与入射光频率ν的关系如图所示。普朗克常量、金属材料的逸出功分别为(　　)

A.,b B.,

C.,b D.,

9.(2019山西师大附中高三考前调研)如图所示,A、B为平行正对的两个极板,用单色光照射B板,发现有光电子从B板逸出后打到A板上,整个装置处于真空中。为了不让光电子打到A板上,下列做法可行的是(　　)

A.在两极板间加一垂直纸面向里的匀强磁场

B.减小该单色光的光照强度

C.在A、B极板间加上电压,使A板电势高于B板

D.换用频率更高的单色光照射

10.(2020北京海淀首师附中高三下检测)从1907 年起,密立根就开始测量金属的遏止电压Uc (即图1所示的电路中电流表G的读数减小到零时加在电极K、A之间的反向电压)与入射光的频率ν,由此算出普朗克常量h ,并与普朗克根据黑体辐射得出的h 相比较,以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性。按照密立根的方法我们利用图示装置进行实验,得到了某金属的Uc-ν图像如图2所示。下列说法正确的是(　　)

A.该金属的截止频率约为4.3× 1014  Hz

B.该金属的截止频率约为5.50× 1014  Hz

C.该图线的斜率为普朗克常量

D.该图线斜率为这种金属的逸出功

二、非选择题(共4小题,40分)

11.(2020江苏如皋中学检测)(4分)已知普朗克常量为h,真空中的光速为c。一静止的原子核放出一个波长为λ的光子,该光子的能量为　　　　,反冲核的质量为m,则反冲核的物质波的波长为　　　　。 

12.(2020山东济南中学高二阶段检测)(8分)德布罗意认为,任何一个运动着的物体,都有一种波与它对应,波长λ=,式中p是运动物体的动量,h是普朗克常量,且h=6.6×10-34 J·s。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万分之一。

(1)求电子的动量的大小。

(2)试推导加速电压跟德布罗意波长的关系,并计算加速电压的大小。(电子质量m=9.1×10-31 kg,电子电荷量e=1.6×10-19 C)

13.(2019重庆高二第二次质量调研)(14分)波长为λ=0.071 nm的伦琴射线能使金箔发射光电子,电子在磁感应强度为B的匀强磁场区域内做匀速圆周运动的最大半径为r。已知r·B=1.88×10-4 T·m,普朗克常量h=6.626×10-34 J·s,电子电荷量e=1.6×10-19 C,电子的质量m=9.1×10-31 kg。试求:

(1)光电子的最大初动能;

(2)金箔的逸出功;

(3)该电子的物质波的波长。

14.(2019北京东城高二期末检测)(14分)在图甲所示的装置中,K为一个金属板,A为一个金属电极,都密封在真空玻璃管中,单色光可通过玻璃壳照在K上,E为可调直流电源。实验发现,当用某种频率的单色光照射K时,K会发出电子(发生光电效应),这时,即使A、K间的电压等于零,回路中也有电流,当A的电势低于K时,电流仍不为零,A的电势比K低得越多,电流越小,当A比K的电势低到某一值Uc(遏止电压)时,电流消失。当改变照射光的频率ν时,遏止电压Uc也将随之改变。如果某次实验我们测出的一系列数据如图乙所示,若知道电子的电荷量e,则根据图像可求出该金属的极限频率为多少?该金属的逸出功W0为多少?普朗克常量h为多少?

答案全解全析

第6章　波粒二象性

本章达标检测

一、选择题

1.C　α粒子散射实验说明了原子的核式结构,故A错误;单色光的干涉实验说明光具有波动性,故B错误;光电效应说明光具有粒子性,故C正确;放射线在电场中偏转是根据带电粒子的偏转方向确定放射线的电性,故D错误。

2.BD　德布罗意波是概率波,它与机械波是两个不同的概念,两者的本质不同,A错误;物质波也就是德布罗意波,指粒子在空间中某点某时刻出现的概率符合一定的统计规律,B正确;概率波和机械波都能发生干涉和衍射现象,但其本质是不一样的,C错误;在光的双缝干涉实验中,光子出现概率较大的区域呈现亮条纹,光子出现概率较小的区域呈现暗条纹,D正确。

3.D　设用光子能量为5.0 eV的光照射时,光电子的最大初动能为Ekm,当反向电压达到U=1.60 V以后,电流表读数为零,说明具有最大初动能的光电子也到达不了阳极,因此Ekm=eU=1.60 eV。根据光电效应方程有Ekm=hν-W0,阴极材料的逸出功为W0=hν-Ekm=3.4 eV,故选D。

4.ABC　德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的概念,认为一切运动的物体都具有波粒二象性,故A正确,D错误;运动的微观粒子与光子一样,当它们通过一个小孔时,都没有特定的运动轨道,B正确;波动性和粒子性,在宏观现象中是矛盾的、对立的,但在微观现象中是统一的,故C正确。

5.BD　由粒子位置的不确定量Δx与粒子动量的不确定量Δp的不确定性关系ΔxΔp≥可知,单缝越宽,位置的不确定量Δx越大,动量的不确定量Δp越小,所以光越沿直线传播,B正确;单缝越窄,位置不确定量Δx越小,动量不确定量Δp越大,所以中央亮条纹越宽,D正确。

6.A　根据光电效应方程Ekm=hν-W0得,光强不影响光电子的最大初动能,光电子的最大初动能与入射光的频率有关;光电效应的条件是入射光的频率大于极限频率,与光的强度无关;入射光的强度影响单位时间内发出光电子的数目,光的强度减弱,单位时间内发出光电子数目减少。故A正确,B、C、D错误。

7.A　饱和光电流和光的强度有关,这个实验可以通过控制光的强度来实现饱和光电流相同,A正确;不同的金属其逸出功是不同的,根据光电效应方程:Ek=hν-W,用同种频率的单色光,光子能量hν相同,光电子的最大初动能Ek不同,C、D错误;根据遏止电压和最大初动能关系U=可知,光电子的最大初动能不同,遏止电压也不同,B错误。

8.A　根据Ekm=hν-W0得纵轴截距的绝对值等于金属的逸出功,等于b,图线的斜率k==h,故A正确,B、C、D错误。

9.A　加上垂直纸面向里的匀强磁场后,电子在磁场中做圆周运动,只要磁场足够强,电子就有可能打不到A板,A正确;减小该单色光的光照强度,只能减少单位时间逸出的光电子个数,B错误;A板电势高于B板电势时,电子会加速打到A板上,C错误;换用频率更高的单色光照射,光电子的最大初动能更大,更易打到A板上,D错误。

10.A　设金属的逸出功为W0,截止频率为νc,因此W0=hνc;光电子的最大初动能Ek与遏止电压Uc的关系是Ek=eUc,光电效应方程为Ek=hν-W0;联立两式可得Uc=ν-,因此图像的斜率为,C、D错误;当Uc=0可解得ν=νc=4.3×1014 Hz,即金属的截止频率约为4.3×1014 Hz,A正确,B错误。

二、非选择题

11.答案　h(2分)　λ (2分)

解析　该光子的能量为ε=hν=h,静止的原子核放出光子后,反冲核与光子组成的系统动量守恒,则p反=p光=

则反冲核的物质波波长λ反===λ

12.答案　(1)1.5×10-23 kg·m/s　(2)见解析　

解析　(1)由λ=得,电子的动量p== kg·m/s=1.5×10-23 kg·m/s(4分)

(2)电子在电场中加速,有

eU=mv2,U==≈773 V(4分)

13.答案　(1)3.1×103 eV　(2)1.44×104 eV　(3)2.2×10-11 m

解析　(1)电子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径最大时对应的初动能最大。此时由洛伦兹力提供向心力,有

Bevm=m,(2分)

Ek=m,(1分)

解得Ek≈3.1×103 eV。(1分)

(2)由爱因斯坦光电效应方程可得

Ek=hν-W0,(2分)

又ν=(2分)

解得W0=1.44×104 eV。(1分)

(3)由德布罗意波长公式可得

λ'=,(2分)

又p=mvm=eBr(2分)

解得λ'≈2.2×10-11 m。(1分)

14.答案　ν0　eUc　

解析　由题图可知,数据对应的点几乎落在一条直线上,直线与ν轴的交点ν0即该金属的极限频率。因此当照射光的频率为ν0时,遏止电压Uc=0,说明在此频率下,金属板刚好发生光电效应。

设光电子的最大初动能为Ek,根据光电效应方程有

hν=W0+Ek(2分)

当A比K的电势低到某一值Uc时,电流消失,光电子的最大初动能全部用来克服电场力做功,由动能定理有

eUc=Ek(2分)

联立以上两式可得Uc=-(2分)

由上式可知,Uc-ν图像斜率k=,(1分)

在Uc轴上的截距为-(1分)

而由题图可得,截距为-U0。故有

=,(2分)

-U0=-(2分)

解得h=,(1分)

W0=eU0。(1分)