第4章 情境题专项-【新课程能力培养】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册同步练习（人教版2019）

参考答案与解析 8. C 【解析】 由德布罗意波公式 姿= h p 得 p= h 姿 ， 而 p=mv ， 则 v= h 姿m = 6.63×10 -34 1.82×10 -10 ×1.67×10 -27 m/s=2.18×10 3 m/s ， 所以 E= 1 2 mv 2 = 1 2 ×1.67×10 -27 × （ 2.18×10 3 ） 2 J=3.97×10 -21 J ， 因此热中子的动能的数量级为 10 -21 J ， C 正确。 9. B 【解析】 波动性越强越容易观察到明显的衍射 现象和干涉现象， 电子的波长比光的波长更短， 则不容 易观察到明显的衍射现象和干涉现象， B 正确。 10. C 【解析】 根据 p＝mv ， 德布罗意波公式 姿＝ h p ， 可得 C 正确。 11. C 【解析】 由 p＝mv ， 姿＝ h p 可知德布罗意波长 姿＝ h mv ＝ 6.63×10 -34 10×10 -3 ×200 m＝3.32×10 -34 m ， 所以障碍物的尺 寸为 3.0×10 -34 m ， 符合发生明显衍射的条件。 12. 153 V 【解析】 根据动能定理 Uq= mv 2 2 ， 德布罗 意波长 姿= h p ， p=mv ， 所以联立上式得 U= h 2 2me姿 2 =153 V 。 提升练习 13. C 【解析 】 单个光子的运动路径是不可预测 的 ， 只知道落在 P 处的概率大 ， 落在 Q 处的概率小 ， 因此， 一个光子从狭缝通过后可能落在 P 处也可能落 在 Q 处。 14. A 【解析】 德布罗意波的理论是一切运动的微粒 都有一种波与之对应， 即一切运动的微粒都具有波粒二 象性， A 正确； 抖动细绳一端， 绳上的波是机械波， B 错误 ； 物质波的波长 姿＝ h p ， 动能与动量的关系 p＝ 2mE k 姨 ， 联立解得 姿＝ h 2mE k 姨 ， 动能相等的质子和电 子相比， 质子的质量大， 质子的物质波波长短 ， C 错 误； 宏观物体不会发生明显的衍射或干涉现象， 是宏观 物体的物质波波长太小的原因， D 错误。 15. C 【解析】 300 万像素的数码相机拍出的照片比 30 万像素的数码相机拍出的等大的照片清晰得多， 这是 光波动性的体现， 即光具有波粒二象性， 大量光子表现 出光的波动性， C 正确。 16. B 【解析】 物质波是一种概率波， 有别于机械波 和电磁波， 不存在传播速度的概念， A 错误； 根据动能 定 理 ， eU ＝ 1 2 mv 2 -0 ， 电 子 德 布 罗 意 波 的 波 长 姿 ＝ h 2meU 姨 ， 加速电压 U 越大， 波长越短， B 正确， C 错 误 ； 质子的质量较大 ， 所以其物质波波长较短 ， D 错误。 17. ABC 【解析】 普朗克曾经大胆假设： 振动着的 带电微粒的能量只能是某一最小能量值 ε 的整数倍， 这 个不可再分的最小能量值 ε 叫作能量子， A 正确； 德布 罗意提出： 实物粒子也具有波动性， 而且粒子的能量 ε 和动量 p 跟它所对应的波的频率 ν 和波长 姿 之间， 遵从 关系 ν＝ ε h 和 姿＝ h p ， B 正确； 光是一种概率波， 光的干 涉现象中， 干涉亮条纹部分是光子到达概率大的地方， C 正确； 康普顿效应中， 当入射光子与晶体中的电子碰 撞时， 把一部分动量转移给电子， 光子散射后波长变 长， D 错误。 * 18. 4×10 5 个 【解析】 设离灯 1.0×10 4 m 远处每平方 厘米面积上灯照射的能量为 E 0 ， 则有 1 E 0 = 4仔R 2 1×10 -4 ① ； 设穿过的光子数为 n ， 则有 n hc 姿 =E 0 ② ， 代入数据解 得 n=4×10 5 （个）。 情境题专项 1. A 【解析】 根据光电效应方程得出遏止电压与入 射光频率的关系， 通过图线的斜率求出普朗克常量。 遏 止电压为 0 时， 入射光的频率等于截止频率。 根据爱因斯坦光电效应方程 ： E k =h淄-W 0 ， 动能定 理： eU c =E k ， 可得 U c = h e 淄- h e 淄 0 ， 根据图像可得 k= h e = U c2 -U c1 淄 2 -淄 1 ， 解得普朗克常量 h= e （ U c2 -U c1 ） ν 2 -ν 1 ， 故 A 正确， B 错误； 截止频率： 淄 0 = U c2 ν 1 -U c1 ν 2 U c2 -U c1 ， 故 C 、 D 错误。 2. ABD 【解析】 电路中要产生电流， 则 a 端接电源 的正极， 使逸出的光电子在光电管中加速， 放大器的作 用是将光电管中产生的电流放大后， 使铁芯 M 磁化， 将 衔铁 N 吸住， 故 A 、 B 正确； 根据光电效应方程知， 光 电子的最大初动能与入射光的强度无关， 由入射光的频 29 第三册 （人教版）高中物理选择性必修 率决定， 故 C 错误； 绿光照射有光电流产生， 知能产生 光电效应， 由于蓝光的频率大于绿光的频率， 则蓝光照 射能产生光电效应， 一定有光电流产生， 故 D 正确。 3. ABD 【解析】 根据光电效应方程可得 E km ＝h · c 姿 - W ， 电源电动势等于断路时的路端电压， 由动能定理可 得 E km =eU m =e · E 电动势 ， 解得 E 电动势 = hc e姿 - W e ， 故 A 正确； 由题， 入射的光子的个数： n= E hc 姿 ； 短路时到达 B 板的 电子， N=η · n ， 电流值 I 短 =Ne= eη姿E hc ， 故 B 正确； 光电 子运动的方向为从 A 指向 B ， 所以电流的方向为从 B 流 向 A ， 所以 B 为电源的正极， 故 C 错误， D 正确。 4. 3.6×10 -3 m/s 2 【解析】 由 E=h淄 和 p= h 姿 可得 E p =c ； 设每秒照射到薄膜上光子的个数为 n ， 则 nE=p 0 S ， 由动 量定理， 当入射光全部被反射时， 有 F=n · 2p ， 由牛顿第 二定律 F=Ma ， 得 a=3.6×10 -3 m/s 2 。 5. 姿 1 姿 2 姿 1 -姿 2 【解析】 任何一个运动着的物体， 小到电 子、 质子， 大到行星、 太阳， 都有德布罗意波。 物体 1 的动量 p 1 ＝ h 姿 1 ， 物体 2 的动量 p 2 ＝ h 姿 2 。 选取 |p 2 | 的方向为正 方向， 根据动量守恒可得， 对撞后形成的物体的动量 p 3 ＝ p 2 -p 1 。 粘在一起的物体的德布罗意波波长 姿 3 ＝ h p 3 ＝ 姿 1 姿 2 姿 1 -姿 2 。 章末测试 1. C 【解析】 由 p＝mv ， 姿＝ h p 可知德布罗意波长 姿＝ h mv ＝ 6.63×10 -34 10×10 -3 ×200 m＝3.32×10 -34 m ， 所以障碍物的尺寸 为 3.0×10 -34 m ， 符合发生明显衍射的条件。 2. D 【解析】 强黄光照射形成的饱和电流大于弱黄 光的饱和电流， 表明强黄光照射时单位时间发出的光电 子数多。 根据爱因斯坦的光子说， 光子的能量满足： E= h淄 ， 光子能量与光的频率相关， 故强黄光和弱黄光光子 能量相等， A 、 B 错误； U c1 、 U c2 分别为蓝光和黄光的遏 止电压， 满足 eU c =E km ， 由于 U c1 >U c2 ， 故黄光照射打出 的光电子的最大初动能小于蓝光照射打出的光电子的最 大初动能， D 正确， C 错误。 3. B 【解析】 氢原子从高能级向低能级跃迁时辐射 光子， 辐射的光子能量等于两能级间的能级差， 光子 的频率不是连续的， 当 n 取不同的整数， 能获得很多 氢原子的谱线， 但氢原子光谱仍是不连续光谱， A 错 误； 玻尔的原子理论第一次将量子观念引入原子领域， 成功地解释了氢原子光谱的分立特征， B 正确 ； 根据 玻尔理论， 电子在原子核周围的运动与人造地球卫星 一样， 但是其轨道半径是不连续的 ， C 错误 ； 根据玻 尔理论， 电子在氢原子轨道上旋转时， 不向外辐射光 子， D 错误。 4. B 【解析】 根据德布罗意波的波长公式 姿＝ h p 可 知， 与微观粒子相对应的德布罗意波长仅由该微观粒子 的动量决定， 故 A 、 C 错误， B 正确； 微观粒子对应的 德布罗意波是概率波， 是对微观粒子运动状态的最准确 的描述， 故 D 错误。 5. A 【解析】 根据光电效应方程 E km =h淄-W 0 和 eU c = E km 得出， 相同频率， 不同逸出功， 则遏止电压也不同， 故 A 正确； 虽然光的频率相同， 但光强不确定， 所以单 位时间逸出的光电子数可能相同， 而饱和光电流不一定 相同， 故 B 错误； 根据光电效应方程 E km =h淄-W 0 得， 相 同的频率， 不同的逸出功， 则光电子的最大初动能也不 同， 故 C 错误； 因为 U c = h淄 e - W 0 e ， 知图线的斜率等于 h e ， 从图像上可以得出斜率的大小， 已知电子电量， 可 以求出斜率与普朗克常量有关， 即图像的斜率相同， 故 D 错误。 6. C 【解析】 开关 S 断开后， 用光子能量为 3.0 eV 的光照射到光电管上时发生了光电效应， 有光电子逸 出， 则仍然有电流流过电流表， 故 A 错误； 该装置所加 的电压为反向电压， 发现当电压表的示数大于或等于 0.7 V 时， 电流表示数为 0 ， 知道光电子点的最大初动能 为 0.7 eV ， 但不是所有光电子的初动能为 0.7 eV ， 故 B 错误； 根据光电效应方程 E km =h淄-W 0 ， W 0 =2.3 eV ， 故 C 正确； 改用能量为 1.5 eV 的光子照射， 由于光电子的 能量小于逸出功， 不能发生光电效应， 无光电流， 故 D 错误。 30 练 第三册 （人教版）高中物理选择性必修 1. 如甲图所示为研究某金属光电效应的电路 图， 乙图为采用不同频率的光照射时遏止 电压 U c 与入射光频率 淄 的关系图， 图中 频率 淄 1 、 淄 2 ， 遏止电压 U c1 、 U c2 及电子的电 荷量 e 均为已知， 则下列说法正确的是 （ ） A. 普朗克常量 h= e （ U c2 -U c1 ） 淄 2 -淄 1 B. 普朗克常量 h= e （ U c2 +U c1 ） 淄 2 -淄 1 C. 该金属的截止频率为 淄 0 = U c2 淄 1 +U c1 淄 2 U c2 -U c1 D. 该金属的截止频率为 淄 0 = U c1 淄 2 +U c2 淄 1 U c2 -U c1 2. （多选） 如图所示是工业生产中大部分光 电控制设备用到的光控继电器 （即一种开 关， 用来控制电路） 的示意图， 它是由电 源、 光电管 （ A 、 K ） 放大器、 电磁继电 器 （ MN ） 等几个部分组成， 当用绿光照 射光电管的阴极 K 时， 可以发生光电效 应， 则下列说法中正确的是 （ ） A. 图中 a 端为电源的正极 B. 放大器的作用是将光电管中产生的电 流放大后， 使铁芯 M 磁化， 将衔铁 N 吸住 C. 若增大绿光的照射强度， 光电子最大 初动能增大 D. 改用蓝光照射光电管的阴极 K 时， 电 路中仍有光电流 3. （多选） 硅光电池是利用光 电效应制成的将光能转换为 电能的光电池， 如图所示， 真空中放置的平行金属板可作为光电池的 两个极板， 光照前两板都不带电。 用波长 为 λ 、 光强为 E （单位时间内照射到 A 板 的光能） 的光照射逸出功为 W 的 A 板， 则板中的电子能吸收光的能量而逸出。 假 设所有逸出的电子都垂直于 A 板向 B 板 运动， 单位时间从 A 板逸出的电子数与 单位时间入射到 A 板的光子数之比为 η 。 忽略电子之间的相互作用， 保持光照条件 不变， a 和 b 为接线柱。 已知元电荷为 e ， 光速为 c ； 普朗克常量为 h 。 则下列说法 正确的是 （ ） 淄 1 淄 2 淄 O U c U c2 U c1 p V 滋A A K 光 甲 乙 第 1 题图 放 大 器 电源 a b M 光电管 N A K 第 2 题图 A B a b 第 3 题图 情境题专项 68 第四章 原子结构和波粒二象性 练 A. 该光电池的电动势为 h c e姿 - W e B. 将 a 和 b 短接时的电流为 e姿浊E hc C. 极板 A 为该光电池的正极 D. 极板 B 为该光电池的正极 4. 已知光子有动量， 其动量的计算公式为 p= h 姿 ， 式中 h 是普朗克常量， 姿 是光的波 长。 既然光子有动量， 那么光照射到物体 表面被吸收或被反射时就会对物体在单位 面积上有压力， 叫作光压。 有人设想在遥 远的宇宙探测中利用光压力作动力推动航 天器加速， 这样可以大大减少航天器发射 的自身的体积和重量的影响， 在某个设计 方案中， 计划给探测器安上面积极大、 反 射率极高的薄膜， 并设法让它始终正对 太阳。 已知在地球绕日轨道上， 每平方米面 积上得到的太阳光的功率为 P 0 =1.35 kW ， 探测器本身的质量为 M=100 kg ， 薄膜面 积为 S=4×10 4 m 2 ， 那么探测器由地球发射 到太空时， 由于太阳光的光压而得到的加 速度将为多大？ 5. 任何一个运动着的物体， 小到电子、 质 子， 大到行星、 太阳， 都有一种波与之对 应， 波长是 姿＝ h p ， 式中 p 是运动物体的 动量， h 是普朗克常量， 人们把这种波叫 作德布罗意波。 现有一个德布罗意波波长为 姿 1 的物 体 1 和一个德布罗意波波长为 姿 2 的物体 2 ， 二者相向正撞后粘在一起， 已知 |p 1 |＜ |p 2 | ， 则粘在一起的物体的德布罗意波波 长为多少？ 69