高效作业28 5 粒子的波动性和量子力学的建立-【精彩三年】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第三册课程探究与巩固教师用书配套word（人教版）

高效作业28 [5　粒子的波动性和量子力学的建立](见学生用书P129) [A级　新教材落实与巩固] 1．用三束单色光照射同一金属做光电效应实验，得到的光电流与电压的关系如图所示，则下列说法正确的是(　A　) A．单色光A和B是颜色相同、强度不同的光 B．单色光A的频率大于单色光C的频率 C．单色光A的遏止电压大于单色光C的遏止电压 D．A光对应的光电子的德布罗意波长大于C光对应的光电子的德布罗意波长 【解析】 由题图可知，单色光A和单色光B的遏止电压相同，因此它们是同一种色光，而饱和电流不同，可知这两束光的强度不同，A正确；根据eUc＝mv02＝hν－W0，对于同种金属，逸出功W0相同，单色光A的遏止电压小于单色光C的遏止电压，遏止电压越大，对应入射光的频率越高，因此单色光A的频率小于单色光C的频率，B、C错误；A光对应的光电子的最大初动能小于C光对应的光电子的最大初动能，但C光对应的光电子中，大量光电子不一定具有最大初动能，也可能有些光电子动能小于A光对应的光电子的动能，也就是可能出现A光对应的光电子的动量大于C光对应的光电子的动量，根据德布罗意波长λ＝，可知A光对应的光电子的德布罗意波长可能小于C光对应的光电子的德布罗意波长，D错误。 2．以下说法正确的是(　B　) A．光电效应现象揭示了光的波动性 B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明运动的中子具有波动性 C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释 D．动能相等的质子和电子，质子的德布罗意波长比电子的长 【解析】 光电效应无法用波动性解释，爱因斯坦引入了光量子，成功解释了光电效应，因此光电效应现象揭示了光的粒子性，故A错误；衍射和干涉是波特有的现象，热中子束射到晶体上产生衍射图样说明运动的中子具有波动性，故B正确；黑体辐射的实验规律无法用光的波动性解释，为了解释黑体辐射规律，普朗克提出能量子假说，成功解释了黑体辐射的实验规律，故C错误；根据p＝，因为质子的质量大于电子的质量，所以质子的动量大于电子的动量，由λ＝知质子的德布罗意波长比电子的短，故D错误。 3．在科学研究中，常利用热中子衍射研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距(约10-10 m)相近。已知中子质量m＝1.66×10-27 kg，普朗克常量h＝6.63×10-34 J·s，可以估算热中子动能的数量级为(　C　) A．10-15 J B．10-19 J C．10-2 eV D．102 eV 【解析】 根据德布罗意波理论，热中子的动量为p＝，热中子的动能为Ek＝mv2＝，联立代入数据可估算出热中子动能的数量级为10-20 J或10-2 eV，故C正确，A、B、D错误。 4．下表是几种金属的截止频率和逸出功，用频率为9.00×1014 Hz的光照射这些金属，能产生光电效应，且从该金属表面逸出的具有最大初动能的光电子对应的德布罗意波长最长的金属是(　B　) 金属 钨 钙 钠 铷 截止频率/(×1014Hz) 10.95 7.73 5.53 5.15 逸出功/eV 4.54 3.20 2.29 2.13 A．钨 B．钙 C．钠 D．铷 【解析】 由题意知，仅有钙、钠和铷三种金属能发生光电效应，根据爱因斯坦光电效应方程有Ek＝hν－W0＝hν－hν0，德布罗意波长λ＝，又p＝mv＝，联立可得λ＝＝，代入数据得从钙金属表面逸出的具有最大初动能的光电子对应的德布罗意波长最长，故B正确，A、C、D错误。 5．氢原子光谱在可见光区域内的四条谱线Hα、Hβ、Hγ和Hδ如图所示，都是氢原子中电子从量子数n＞2的能级跃迁到n＝2的能级发出的光。根据此图判定下列说法错误的是(　D　) A．Hα对应的原子前后能级之差最小 B．在同一介质中，Hα的传播速度最大 C．Hδ光子的动量最大 D．用Hγ照射某一金属能发生光电效应，则用Hβ照射同一金属一定不能发生光电效应 【解析】 由题图可知，Hα对应的波长最大，频率最小，能量最小，因此对应的原子前后能级差最小，A正确，不符合题意；Hα的频率最小，折射率最小，由v＝可知，在同一介质中Hα的传播速度最大，B正确，不符合题意；Hδ的波长最小，根据德布罗意波长公式λ＝可知Hδ光子的动量最大，C正确，不符合题意； Hγ的频率比Hβ的频率大，因此用Hγ照射某一金属能发生光电效应，则用Hβ照射同一金属不一定能发生光电效应，D错误，符合题意。 6．如图所示，a、b、c、d分别是不同的单色光通过相同的双缝或单缝形成的干涉或衍射图样，分析各图样的特点，可以得出的正确结论是(　B　) 　　　 　　　 A．a、b是光的衍射图样，c、d是光的干涉图样 B．形成a图样的光的光子能量比形成b图样的光的光子能量小 C．形成c图样的光的光子动量比形成d图样的光的光子动量大 D．形成d图样的光与形成c图样的光在同一种玻璃介质中传播，则形成d图样的光的传播速度大 【解析】 双缝干涉图样的条纹是等间距的，衍射图样的条纹间距不相等，故a、b是干涉图样，c、d是衍射图样，故A错误；根据λ＝Δx可知，形成a图样的光的波长长，频率低，由E＝hν可知，形成a图样的光的光子能量比形成b图样的光的光子能量小，故B正确；由图样可知，形成c图样的光的波长长，由德布罗意波长公式p＝可知，形成c图样的光的光子动量比形成d图样的光的光子动量小，故C错误；形成d图样的光的波长短，频率高，所以在同种玻璃中折射率大，由v＝可知，形成d图样的光与形成c图样的光在同一种玻璃介质中传播时，形成d图样的光的传播速度小，故D错误。 7．下列关于光的本性的说法正确的是(　C　) A．在其他条件相同时，光的频率越高，衍射现象越明显 B．光的频率越低，粒子性越明显 C．大量光子往往表现出波动性，少量光子往往表现出粒子性 D．若让光子一个一个地通过狭缝，它们将严格按照相同的轨迹做极有规律的匀速直线运动 【解析】 光虽然具有波粒二象性，但是，在具体情况下，有时波动性明显，有时粒子性明显，这是微观粒子的特征，要想观察到明显的衍射现象的条件：障碍物或孔的尺寸与光的波长差不多或比光的波长小很多，所以光的频率越高，波长越小，衍射现象越不明显，A错误；光的频率越低，波长越长，波动性越显著，粒子性越不显著，B错误；大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性，C正确；如果让光子一个一个地通过狭缝，体现光的粒子性，它们将没有规律地打到光屏上，D错误。 8．波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的是(　A　) A．粒子的动量越小，其波动性越易观察 B．速率相同的质子和电子，质子的德布罗意波长比电子的长 C．康普顿效应进一步证实了光的波动性 D．电子的衍射现象可以证明电子具有粒子性 【解析】 由λ＝知，p越小，λ越大，其波动性越易观察，A正确；由λ＝＝，质子的质量大于电子的质量，质子的德布罗意波长比电子的短，B错误；康普顿效应进一步证实了光的粒子性，C错误；电子的衍射现象证明实物粒子也具有波动性，D错误。 [B级　素养养成与评价] 9．德布罗意认为实物粒子也具有波动性，他给出了德布罗意波长的表达式λ＝。现用同样的直流电压加速原来静止的一价氢离子H＋和二价钙离子Ca2+，已知氢离子与钙离子的质量之比为1∶40，加速后的氢离子和钙离子的德布罗意波的波长之比为(　D　) A．1∶4 B．4∶1 C．1∶4 D．4∶1 【解析】 离子被加速后的动能Ek＝qU，离子的德布罗意波长λ＝＝＝，所以＝＝＝，故选D。 10．1927年，戴维森完成了电子束衍射实验，该实验是荣获诺贝尔物理学奖的重大近代物理实验之一。该实验装置的简化图如图所示，下列说法不正确的是(　C　) 　 A．亮条纹是电子到达概率大的地方 B．该实验说明物质波理论是正确的 C．该实验再次说明光子具有波动性 D．该实验说明实物粒子具有波动性 【解析】 电子属于实物粒子，电子衍射实验说明电子具有波动性，说明物质波理论是正确的，与光的波动性无关，B、D正确，C错误；物质波也是概率波，亮条纹是电子到达概率大的地方，A正确。此题选择不正确的，故选C。 11．下列四幅图涉及不同的物理知识，其中说法正确的是(　B　) 　 　 A．图甲：普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成功解释了光电效应 B．图乙：玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率是不连续的 C．图丙：卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子 D．图丁：电子束通过铝箔后的衍射图样，可以说明电子具有粒子性 【解析】 普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，爱因斯坦成功地解释了光电效应现象，A错误；玻尔提出自己的原子模型，他指出氢原子能级是分立的，解释了原子发射光子的频率是不连续的，B正确；卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，提出了原子核式结构模型，C错误；衍射是波的典型特征，电子束通过铝箔后的衍射图样，说明电子具有波动性，D错误。 12．研究光电效应的实验装置如图所示，若用能量为50 eV的光子照射到光电管阴极K后，电流计中有电流；调节滑动变阻器滑片，当电压表示数为20 V时，电流计示数恰好为0。已知电子的质量m＝9.0×10-31 kg、电荷量e＝1.6×10-19 C，普朗克常量h＝6.6×10-34 J·s。求： (1)该光电管阴极的逸出功。 (2)光电子的物质波的最小波长。 【答案】 (1)30 eV　(2)2.75×10-10 m 【解析】 (1)根据动能定理可知Ue＝Ekm， 根据光电效应方程hν－W0＝Ekm， 联立解得逸出功W0＝30 eV。 (2)根据λ＝，而p＝， 解得λ＝2.75×10-10 m。 学科网（北京）股份有限公司 $$