第6章 波粒二象性 章末过关检测(六)-【优学精讲】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册教用课件(教科版)

章末过关检测(六) (时间：75分钟　分值：100分) 一、单项选择题(本题共8小题，每小题4分，共32分。在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求) 1．下列关于热辐射和黑体辐射的说法正确的是(　　) A．只有一部分物体辐射电磁波 B．一般物体辐射电磁波的强度与温度无关 C．黑体不可以向外辐射电磁波 D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波 3 4 5 6 7 8 9 10 2 12 13 14 15 16 17 11 1 √ 章末过关检测 解析：一切物体都在辐射电磁波，A错误； 一般物体辐射电磁波的情况与温度、表面状况、材料种类都有关，B错误； 黑体可以向外辐射电磁波，C错误； 能100%吸收入射到其表面的各种波长的电磁波而不发生反射，这样的物体称为黑体，D正确。 3 4 5 6 7 8 9 10 2 12 13 14 15 16 17 11 1 章末过关检测 2．下列关于原子和原子核的认识正确的是(　　) A．J.J.汤姆孙研究阴极射线时发现电子，说明原子具有复杂的结构 B．卢瑟福的α粒子散射实验发现了质子 C．原子核每发生一次β衰变，原子核内就失去一个电子 D．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，中等温度时，辐射强度最大 3 4 5 6 7 8 1 9 10 12 13 14 15 16 17 11 2 √ 章末过关检测 解析：J.J.汤姆孙研究阴极射线时发现电子，说明原子具有复杂的结构，故A正确； 卢瑟福用人工核反应的方法发现了质子，故B错误； β衰变是原子核内的一个中子转变为一个质子，同时释放出一个电子，故C错误； 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，但中等温度时，辐射强度并非最大，故D错误。 3 4 5 6 7 8 1 9 10 12 13 14 15 16 17 11 2 章末过关检测 4 5 6 7 8 1 9 10 2 12 13 14 15 16 17 11 3 √ 章末过关检测 4 5 6 7 8 1 9 10 2 12 13 14 15 16 17 11 3 章末过关检测 4．氦氖激光器发射波长为632.8 nm的单色光，该激光器的发光功率为1.8×10－2 W，已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，则该激光器每秒发射光子的个数约为(　　) A．5.73×1012 B．5.73×1014 C．5.73×1016 D．5.73×1018 3 5 6 7 8 1 9 10 2 12 13 14 15 16 17 11 4 √ 章末过关检测 5．在中子衍射技术中，常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波波长与晶体中原子间距相近。已知中子质量m＝1.67×10－27 kg，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，可以估算德布罗意波波长λ＝1.82×10－10 m的热中子动能的数量级为(　　) A．10－17 J B．10－19 J C．10－21 J D．10－24 J 3 4 6 7 8 1 9 10 2 12 13 14 15 16 17 11 5 √ 章末过关检测 3 4 6 7 8 1 9 10 2 12 13 14 15 16 17 11 5 章末过关检测 6．图甲是某光电管发生光电效应时光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像，图乙为氢原子的能级图。一群处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，发出的光照射光电管，发出的光电子的最大初动能为(　　)   A．2.29 eV B．9.80 eV C．10.20 eV D．12.09 eV 3 4 5 7 8 1 9 10 2 12 13 14 15 16 17 11 6 √ 章末过关检测 解析：由题图甲及光电效应方程Ek＝hν－W0，可得W0＝2.29 eV，处于n＝3能级的氢原子向基态能级跃迁时，发出的光频率最大，光子能量最大为hν＝E3－E1＝12.09 eV，则Ek＝hν－W0＝12.09 eV－2.29 eV＝9.80 eV，B正确。 3 4 5 7 8 1 9 10 2 12 13 14 15 16 17 11 6 章末过关检测 3 4 5 6 8 1 9 10 2 12 13 14 15 16 17 11 7 √ 章末过关检测 解析：实验得到了电子的衍射图样，说明电子这种实物粒子发生了衍射，说明电子具有波动性，故A错误； 3 4 5 6 8 1 9 10 2 12 13 14 15 16 17 11 7 章末过关检测 3 4 5 6 8 1 9 10 2 12 13 14 15 16 17 11 7 章末过关检测 8．如图甲所示，在光电效应实验中，某同学用相同频率的单色光分别照射阴极材料为锌和铜的两个不同的光电管，结果都能发生光电效应。图乙为其中一个光电管的遏止电压Uc随入射光的频率ν变化的函数关系图像。对于这两个光电管，下列判断正确的是(　　)   A．光电子的最大初动能相同 B．因为材料不同，逸出功不同，所以遏止电压Uc不同 C．单位时间内逸出的光电子数一定相同，饱和电流也一定相同 D．两个光电管的Uc－ν图线的斜率可能不同 3 4 5 6 7 1 9 10 2 12 13 14 15 16 17 11 8 √ 章末过关检测 解析：根据光电效应方程hν－W＝Ek①，由于两种不同金属的逸出功不同，因此光电子的最大初动能不同，A错误； 又因Uce＝Ek②，由于两种金属的逸出功不同，则光电子的最大初动能不同，所以遏止电压Uc也不同，B正确； 由于不知道两束光的光照强度关系，因此无法判断单位时间内逸出的光电子数以及饱和电流的大小关系，C错误； 3 4 5 6 7 1 9 10 2 12 13 14 15 16 17 11 8 章末过关检测 二、多项选择题(本题共4小题，每小题5分，共20分。在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分) 9．如图所示，这是一个研究光电效应的电路图，下列叙述正确的是(　　)   A．只调换电源的极性，移动滑片P，当电流表示数为零时，电压表示数为遏止电压Uc的数值 B．保持光照条件不变，滑片P向右滑动的过程中，电流表示数将一直增大 C．不改变光束颜色和电路，增大入射光束强度，电流表示数会增大 D．阴极K需要预热，光束照射后需要一定的时间才会有光电流 3 4 5 6 7 8 1 10 2 12 13 14 15 16 17 11 9 √ √ 章末过关检测 解析：当只调换电源的极性时，电子从K到A做减速运动，到达A恰好速度为零时对应电压为遏止电压，A正确；       只改变光束强度时，单位时间内光电子数变多，电流表示数变大，C正确； 因为光电效应的发生是瞬时的，阴极K不需要预热，D错误。 3 4 5 6 7 8 1 10 2 12 13 14 15 16 17 11 9 章末过关检测 10．全飞秒激光是国际上最先进的角膜屈光手术模式之一。经查阅资料得知，飞秒激光是一种波长为1 053 nm的激光，已知普朗克常量为 6.63×10－34 J·s，则下列说法正确的是(　　) A．飞秒激光的传播速度有可能超过3×108 m/s　 B．飞秒激光光子的能量是不连续的 C．飞秒激光的频率为1.053×106 Hz D．飞秒激光的光子能量约为1.2 eV 3 4 5 6 7 8 1 9 2 12 13 14 15 16 17 11 10 √ √ 章末过关检测 解析：根据爱因斯坦的相对论观点，飞秒激光的速度不可能超过光在真空中的速度，故A错误； 根据爱因斯坦光子说可知飞秒激光的能量的变化是不连续的，故B正确； 3 4 5 6 7 8 1 9 2 12 13 14 15 16 17 11 10 章末过关检测 11．如图，这是某金属在光的照射下，光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像。由图像可知(　　)   A．该金属的逸出功等于hνc B．从金属表面逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 C．入射光的频率为2νc时，产生的光电子的最大初动能为E D．相同频率的光照射到不同的金属上，逸出功越大，出射的光电子最大初动能越小 3 4 5 6 7 8 1 9 10 2 12 13 14 15 16 17 11 √ √ √ 章末过关检测 解析：根据Ek＝hν－W得，金属的截止频率等于νc，纵轴截距的绝对值等于金属的逸出功，逸出功等于E，则E＝W＝hνc，故A正确； 根据Ek＝hν－W，可知从金属表面逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率不成正比关系，故B错误； 根据Ek′＝2hνc－W，而E＝W＝hνc，故Ek′＝hνc＝E，故C正确； 根据Ek＝hν－W，可知相同频率的光照射到不同的金属上，逸出功越大，出射的光电子最大初动能越小，故D正确。 3 4 5 6 7 8 1 9 10 2 12 13 14 15 16 17 11 章末过关检测 12．电子双缝干涉实验是近代证实物质波存在的实验。如图所示，电子枪持续发射的电子动量为1.2×10－23 kg·m/s，然后让它们通过双缝打到屏上。已知电子质量取9.1×10－31 kg，普朗克常量取6.6×10－34 J·s，下列说法正确的是(　　)   A．发射电子的动能约为8.0×10－15 J B．发射电子的物质波波长约为5.5×10－11 m C．只有成对电子分别同时通过双缝才能发生干涉 D．如果电子是一个一个发射的，仍能得到干涉图样 3 4 5 6 7 8 1 9 10 2 13 14 15 16 17 11 12 √ √ 章末过关检测 物质波也具有波粒二象性，故电子的波动性是每个电子本身的性质，则每个电子依次通过双缝也能发生干涉现象，只是需要大量电子显示出干涉图样，故C错误，D正确。 3 4 5 6 7 8 1 9 10 2 13 14 15 16 17 11 12 章末过关检测 三、非选择题(本题共5小题，共48分) 13．(4分)如图所示的实验电路，当用黄光照射光电管中的金属涂层时，毫安表的指针发生了偏转。若将电路中的滑动变阻器的滑片P向右移动到某一位置时，毫安表的读数恰好减小到零，此时电压表读数为U。若此时增加黄光照射的强度，则毫安表________(选填“有”或“无”)示数。若改用蓝光照射光电管中的金属涂层，则毫安表________(选填“有”或“无”)示数。 3 4 5 6 7 8 1 9 10 2 12 14 15 16 17 11 13 无 有 章末过关检测 解析：光电效应的原理是当有频率足够大的光照射到金属表面时，将会使金属中的电子获得足够能量而从表面逸出，逸出的光电子向另一极板定向移动而形成电流。当增加黄光照射的强度时，不能增加光电子的最大初动能，故毫安表无示数。当改用蓝光照射时，照射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，光电子能到达A极，形成电流，则毫安表有示数。 3 4 5 6 7 8 1 9 10 2 12 14 15 16 17 11 13 章末过关检测 14．(6分)采用如图甲所示电路可研究光电效应规律，现分别用a、b两束单色光照射光电管，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系图像如图乙所示。 3 4 5 6 7 8 1 9 10 2 12 13 15 16 17 11 14 章末过关检测 (1)实验中当灵敏电流表有示数时将滑片P向右滑动，则电流表示数一定不会________(选填“增大”“不变”或“减小”)。 3 4 5 6 7 8 1 9 10 2 12 13 15 16 17 11 14 解析：当滑片P向右滑动时，正向电压增大，光电子做加速运动，若光电流达到饱和，则电流表示数不变，若没达到饱和，则电流表示数增大。 减小 章末过关检测 (2)照射阴极材料时，________(选填“a光”或“b光”)使其逸出的光电子的最大初动能大。 3 4 5 6 7 8 1 9 10 2 12 13 15 16 17 11 14 解析：由题图乙知b光的遏止电压大，由eUc＝Ek知，b光照射阴极材料时逸出的光电子的最大初动能大。 b光 章末过关检测 (3)若a光的光子能量为5 eV，图乙中Uc2＝－2 V，则光电管的阴极材料的逸出功为________________J。(e＝1.6×10－19 C) 3 4 5 6 7 8 1 9 10 2 12 13 15 16 17 11 14 解析：由光电效应方程Ek＝hν－W，可知光电管的阴极材料的逸出功为5 eV－2 eV＝3 eV＝4.8×10－19 J。 4.8×10－19 章末过关检测 15．(12分)金属晶体中晶格大小的数量级是10－10 m。电子经电场加速，形成一电子束，电子束照射该金属晶体时，获得明显的衍射图样。问这个加速电场的电压约为多少？(已知电子的电荷量e＝1.6×10－19 C，质量m＝0.90×10－30 kg) 3 4 5 6 7 8 1 9 10 2 12 13 14 16 17 11 15 解析：根据波长发生明显衍射的条件可知，当运动电子的德布罗意波波长与晶格大小差不多时，可以得到明显的衍射现象，设加速电场的电压为U，电子经电场加速后获得的速度为v，对加速过程由动能定理得 章末过关检测 答案：153 V 3 4 5 6 7 8 1 9 10 2 12 13 14 16 17 11 15 章末过关检测 16．(12分)如图所示，电源的电动势均为E，内阻不计，光电管的阴极K用极限波长为λ0的材料制成。将开关S拨向1，将波长为λ的激光射向阴极，改变光电管A和阴极K之间的电压，可测得光电流的饱和值为Im，已知普朗克常量h，电子电荷量e。 3 4 5 6 7 8 1 9 10 2 12 13 14 15 17 11 16 章末过关检测 (1)求t时间内由K极发射的光电子数N； 3 4 5 6 7 8 1 9 10 2 12 13 14 15 17 11 16 章末过关检测 (2)当阳极A和阴极K之间的电压为U1时，求电子到达A极时的最大动能Ekm； 3 4 5 6 7 8 1 9 10 2 12 13 14 15 17 11 16 章末过关检测 (3)将开关S拨向2，为能测出对应的遏止电压，求入射激光频率的最大值νm。 3 4 5 6 7 8 1 9 10 2 12 13 14 15 17 11 16 章末过关检测 17．(14分)用波长为4×10－7 m的紫光照射某金属，发出的光电子垂直进入3×10－4 T 的匀强磁场中，光电子所形成的圆轨道的最大半径为1.2 cm(电子电荷量e＝1.6×10－19 C，其质量m＝9.1×10－31 kg，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s)。求： (1)紫光光子的能量； 3 4 5 6 7 8 1 9 10 2 12 13 14 15 16 11 17 答案：4.97×10－19 J　 章末过关检测 (2)光电子的最大初动能； 3 4 5 6 7 8 1 9 10 2 12 13 14 15 16 11 17 答案：1.82×10－19 J 章末过关检测 (3)该金属发生光电效应的极限频率。 3 4 5 6 7 8 1 9 10 2 12 13 14 15 16 11 17 答案：4.75×1014 Hz 章末过关检测 3．下列表述正确的是(　　) A．光的干涉和衍射实验表明，光具有粒子性，光电效应和康普顿效应则表明光在与物体相互作用时，光表现出波动性 B．由ε＝hν和p＝ eq \f(h,λ) 知，普朗克常量h架起了粒子性与波动性之间的桥梁 C．在康普顿效应中，当入射的光子与晶体中的电子碰撞时，要把一部分动量转移给电子，因此，这些光子散射后波长变短 D．光电效应实验中，遏止电压由入射光强度决定，入射光强度越大，遏止电压就越大 解析：光是一种电磁波，既有波动性又有粒子性，光的传播主要表现波动性，如光的干涉和衍射实验，光与物质作用主要表现为粒子性，如光电效应和康普顿效应，故A错误； 由光子的能量ε＝hν和动量p＝ eq \f(h,λ) 知，普朗克常量h架起了粒子性与波动性之间的桥梁，故B正确； 在康普顿效应中，当入射的光子与晶体中的电子碰撞时，要把一部分动量转移给电子，因此，这些光子散射后的动量变小，由p＝ eq \f(h,λ) 可知，波长变长，故C错误； 光电效应实验中，由光电效应方程和动能定理可得eUc＝Ek＝hν－W0，则可知遏止电压由入射光频率决定，入射光的频率越大，遏止电压就越大，故D错误。 解析：根据公式ε＝hν，结合公式c＝λν，可得每个光子能量ε＝h eq \f(c,λ) ，设1 s内激光发出光子数为n，根据能量守恒定律得Pt＝nε，联立并代入数据解得激光器每秒发射的光量子数约为n＝5.73×1016。 解析：根据德布罗意波波长公式λ＝ eq \f(h,p) 可算出中子动量大小，再由p2＝2mEk即可算出热中子的动能。由λ＝ eq \f(h,p) ，p2＝2mEk，得Ek＝ eq \f(h2,2mλ2) ，代入数据，有Ek≈3.97×10－21 J，数量级为10－21 J，故C正确。　 7．利用金属晶格(大小约10－10 m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子束通过电场加速后，照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样。已知电子质量为m，电荷量为e，初速度为0，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法正确的是(　　) A．该实验说明了电子具有粒子性 B．实验中电子束的德布罗意波长λ＝ eq \f(h,\r(2meU)) C．加速电压U越大，电子的衍射现象越明显 D．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显 由动能定理可知，eU＝ eq \f(1,2) mv2－0，经过电场加速后电子的速度v＝ eq \r(\f(2eU,m)) ，电子的德布罗意波长λ＝ eq \f(h,p) ＝ eq \f(h,mv) ＝ eq \f(h,m·\r(\f(2eU,m))) ＝ eq \f(h,\r(2meU)) ，故B正确； 由电子的德布罗意波长公式λ＝ eq \f(h,\r(2meU)) 可知，加速电压越大，电子的德布罗意波长越短，衍射现象越不明显，故C错误； 质子与电子带电荷量相同，但是质子质量大于电子质量，动量与动能间存在关系p＝ eq \r(2mEk) ，所以由λ＝ eq \f(h,p) ＝ eq \f(h,\r(2mEk)) 可知，质子的德布罗意波长小于电子的德布罗意波长，波长越小则衍射现象越不明显，故D错误。 将①②两式联立可得Uc＝ eq \f(h,e) ν－ eq \f(W0,e) ，可知两个光电管的Uc－ν图线的斜率均为 eq \f(h,e) ，D错误。 当其他条件不变，P向右滑动时，加在光电管两端的电压增加，光电子运动更快，由I＝ eq \f(q,t) 得电流表读数变大，但当达到饱和光电流时，电流表示数不变，B错误； 飞秒激光的频率为ν＝ eq \f(c,λ) ＝ eq \f(3×108,1.053×10－6) Hz≈2.85×1014 Hz，故C错误； 飞秒激光的光子能量约为E＝hν＝ eq \f(6.63×10－34×2.85×1014,1.60×10－19) eV≈1.2 eV，故D正确。 解析：根据动量的大小与动能的关系可知发射电子的动能约为Ek＝ eq \f(p2,2m) ＝ eq \f(（1.2×10－23）2,2×9.1×10－31) J≈8.0×10－17 J，故A错误； 发射电子的物质波波长约为λ＝ eq \f(h,p) ＝ eq \f(6.6×10－34,1.2×10－23) m＝5.5×10－11 m，故B正确； eU＝ eq \f(1,2) mv2① 电子的德布罗意波波长 λ＝ eq \f(h,p) ② 其中p＝mv③ 联立①②③式可得U＝ eq \f(h2,2emλ2) ≈153 V。 解析：根据公式Imt＝Ne，解得t时间内由K极发射的光电子数N＝ eq \f(Imt,e) 。 答案： eq \f(Imt,e) 　 解析：根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－hν0＝h eq \f(c,λ) －h eq \f(c,λ0) ，所以当阳极A和阴极K之间的电压为U1时，电子到达A极时的最大动能Ekm＝U1e＋Ek，解得Ekm＝U1e＋hc eq \f(λ0－λ,λλ0) 。 答案：U1e＋hc eq \f(λ0－λ,λλ0) 　 解析：将开关S拨向2时，遏止电压最大值为E，当遏止电压最大时对应的入射激光频率最大，则 Ee＝Ek＝h eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(νm－\f(c,λ0))) 解得νm＝ eq \f(Ee,h) ＋ eq \f(c,λ0) 。 答案： eq \f(Ee,h) ＋ eq \f(c,λ0) 解析：光子的能量ε＝hν＝h eq \f(c,λ) ＝6.63×10－34× eq \f(3×108,4×10－7) J≈4.97×10－19 J。 解析：光电子进入磁场后，受到的洛伦兹力提供做匀速圆周运动的向心力，即evB＝m eq \f(v2,r) ，得v＝ eq \f(eBr,m) ，光电子的最大初动能为Ek＝ eq \f(1,2) mv2＝ eq \f(e2B2r2,2m) ＝ eq \f(1.62×10－38×9×10－8×1.44×10－4,2×9.1×10－31) J≈1.82×10－19 J。 解析：金属的极限频率满足W＝hν0 由爱因斯坦光电效应方程 Ek＝hν－W＝hν－hν0 可得ν0＝ eq \f(hν－Ek,h) ＝ eq \f(4.97×10－19－1.82×10－19,6.63×10－34) Hz≈4.75×1014 Hz。 $