1、综合检测(二)第十七章波粒二象性(分值：100分时间：60分钟)一、选择题(本题共7小题，每小题6分，共42分每小题至少有一个选项是正确的)1根据物质波理论，以下说法中正确的是()A微观粒子有波动性，宏观物体没有波动性B宏观物体和微观粒子都具有波动性C宏观物体的波动性不易被人们观察到，是因为它的波长太长D速度相同的电子和质子相比，电子的波动性更为明显【解析】由物质波理论可知，一切运动的物体都有一种物质波与之相对应，故选项A错、B对；宏观物体的波长很短，所以不易被人们观察到，故选项C错；电子的质量比质子的小，因此，由可知，速度相同的电子和质子，电子的物质波的波长较长，选项D对【答案】BD2当具有
2、5.0 eV能量的光子照射到某金属表面后，从金属表面逸出的电子具有最大的初动能是1.5 eV.为了使这种金属产生光电效应，入射光的最低能量为()A1.5 eVB3.5 eVC5.0 eVD6.5 eV【解析】本题考查光电效应方程及逸出功由EkhW得WhEk5.0 eV1.5 eV3.5 eV则入射光的最低能量为hminW3.5 eV，故正确选项为B.【答案】B3频率为的光子的动量和波长的关系是，能量为，则光的速度为()A/h BpC/pDh2/(p)【解析】由波速公式c，德布罗意波波长，光子能量h，可得c.故选项A、C正确【答案】AC4现代物理学认为，光和实物粒子都具有波粒二象性，下列事实中突
3、出体现波动性的是()A一定频率的光照射到锌板上，光的强度越大，单位时间内锌板上发射的光电子就越多B肥皂液是无色的，吹出的肥皂泡却是彩色的C质量为103kg、速度为102m/s的小球，其德布罗意波长很小，不过我们能清晰地观测到小球运动的轨迹D人们常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距大致相同【解析】从事实中体现出的物理本质上分析判断光子照到锌板上，发生光电效应，说明光有粒子性，A不正确；白光在肥皂泡上发生薄膜干涉时，会出现彩色条纹，光的干涉现象说明了光有波动性，B正确；由于实物的波长很小，波动性不明显，表现为粒子性，C不正确；用热中子研究晶体结构，其实是通过中子的衍
4、射来“观察”晶体，是利用中子的波动性，D正确故选B、D.【答案】BD5如图1所示，一验电器与锌板用导线相连，现用一紫外线灯照射锌板停止照射后，验电器指针保持一定的偏角，进一步实验，下列现象可能发生的是()图1A将一带正电的金属小球与锌板接触，验电器指针偏角增大B将一带负电的金属小球与锌板接触，验电器指针偏角保持不变C改用强度更大的紫外线灯照射锌板，验电器指针偏角增大D改用强度更大的红外线灯照射锌板，验电器指针偏角保持不变【解析】 紫外线照射锌板，锌板表面有电子逸出而带正电，因此当带正电的小球接触锌板时，验电器指针偏角增大，若将带负电的小球接触锌板，验电器指针偏角变小，故选项A正确、B错误；改用
5、强度更大的紫外线照射锌板时，单位时间内从锌板表面飞出的光电子增多，所以验电器指针偏角增大，选项C正确；红外线不能使电子从锌板表面飞出，故验电器指针偏角不变，选项D正确【答案】ACD6如图所示，N为钨板，M为金属网，它们分别与电池两极相连，各电池的电动势E和极性已在图中标出，钨的逸出功为4.5 eV，现分别用能量不同的光子照射钨板(各光子的能量也已在图上标出)，那么下列图中电子能到达金属网的是()【解析】逐项分析如下：选项诊断结论A入射光的能量小于逸出功，不能发生光电效应B入射光的能量大于逸出功，且电压为正向电压，必有光电流C光电子的最大初动能Ek8 eV4.5 eV3.5 eV，大于克服反向电
6、压所做的功WU2 eV，有光电流D光电子的最大初动能Ek3.5 eV，需要克服反向电压做功WU4 eV，电子不能到达金属网【答案】BC图27研究光电效应规律的实验装置如图2所示，以频率为的光照射光电管阴极K时，有光电子产生由于光电管K、A间加的是反向电压，光电子从阴极K发射后将向阳极A做减速运动光电流i由图中电流计G测出，反向电压U由电压表V测出当电流计的示数恰好为零时，电压表的示数称为反向截止电压Uc，在下列表示光电效应实验规律的图象中，错误的是()【解析】当反向电压U与入射光频率一定时，光电流i与光强成正比，所以A图正确；频率为的入射光照射阴极所发射出的光电子的最大初动能为mevhW0，而
7、截止电压Uc与最大初动能的关系为eUcmv所以截止电压Uc与入射光频率的关系是eUchW0，其函数图象不过原点，所以B图错误；当光强与入射光频率一定时，单位时间内单位面积上逸出的光电子数及其最大初动能是一定的，所形成的光电流强度会随反向电压的增大而减少，所以C图正确；根据光电效应的瞬时性规律，不难确定D图是正确的【答案】B二、非选择题(本题共5小题，共58分计算题要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)8(10分)太阳能直接转换的基本原理是利用光电效应，将太阳能转换成电能如图3所示是测定光电流的电路简图，光电管加正向电压图3(1)标出电源和电流表的正负极；(2)入射光应照在_极上
8、(3)电流表读数是10 A，则每秒钟从光电管阴极发射出的光电子至少是_个【解析】(1)加正向电压，应该是在电子管中电子由B向A运动，即电流是由左向右因此电源左端是正极，右端是负极，电流表上端是正极，下端是负极(2)光应照在B极上(3)设电子个数为n，则Ine，所以n6.251013(个)【答案】(1)电源左端是正极，右端是负极；电流表上端是正极，下端是负极(2)B(3)6.2510139(10分)深沉的夜色中，在大海上航行的船舶依靠航标灯指引航道如图4所示是一个航标灯自动控制电路的示意图电路中的光电管阴极K涂有可发生光电效应的金属下表反映的是各种金属发生光电效应的极限频率和极限波长，又知可见光
9、的波长在400 nm770 nm(1 nm109m)图4各种金属发生光电效应的极限频率和极限波长：金属铯钠锌银铂极限频率(Hz)4.54510146.00010148.06510141.15310151.5291015极限波长(m)0.660 00.500 00.372 00.260 00.196 2根据上图和所给出的数据，你认为：(1)光电管阴极K上应涂有金属_；(2)控制电路中的开关S应和_(填“a”和“b”)接触；(3)工人在锻压机、冲床、钻床等机器上劳动时，稍有不慎就会把手压在里面，造成工伤事故如果将上述控制电路中的电灯换成驱动这些机器工作的电机，这时电路中开关S应和_接触，这样，当工
10、人不慎将手伸入危险区域时，由于遮住了光线，光控继电器衔铁立即动作，使机床停止工作，避免事故发生【解析】(1)依题意知，可见光的波长范围为400109m770109m而金属铯的波长为0.660 0106m660109m，因此，光电管阴极K上应涂金属铯(2)深沉的夜色中，线圈中无电流，衔铁与b接触，船舶依靠航标灯指引航道，所以控制电路中的开关S应和b接触(3)若将上述控制电路中的电灯换成电机，在手遮住光线之前，电机应是正常工作的，此时衔铁与a接触，所以电路中的开关S应和a接触【答案】(1)铯(2)b(3)a10(12分)嫦娥二号进入地月转移轨道时的速度约为11 km/s.已知嫦娥二号卫星的质量为2
11、 480 kg，试计算与卫星奔月过程对应的物质波波长【解析】与嫦娥二号卫星奔月过程对应的物质波波长为 m2.431041 m.【答案】2.431041 m11(12分)20世纪20年代，剑桥大学学生G泰勒做了一个实验在一个密闭的箱子里放上小灯泡、用熏黑的玻璃、狭缝、针尖、照相底片组成整个装置如图5所示，小灯泡发出的光通过熏黑的玻璃后变得十分微弱，经过三个月的曝光，在底片上针尖影子周围才出现非常清晰的衍射条纹，泰勒对此照片的平均黑度进行测量，得出每秒到达底片的能量是51013J.图5(1)假设起作用的光波长约为500 nm，计算从上一个光子到达底片到下一个光子到达底片所相隔的平均时间，及光束中两
12、邻近光子之间的平均距离；(2)如果当时实验用的箱子长为1.2 m，根据(1)的计算结果，能否找到支持光是概率波的证据？【解析】(1)500 nm的光子能量为Ehh6.6261034J4.01019J.因此每秒到达底片的光子数为n1.25106(个)如果光子是依次到达底片的，则光束中相邻两光子到达底片的时间间隔是ts8.0107s.两相邻光子间平均距离为sct3.01088.0107m2.4102m.(2)由(1)的计算结果可知，两光子间距为2.4102m，而箱子长只有1.2 m，所以在箱子里一般不可能有两个光子同时在运动这样就排除了光的衍射行为是光子相互作用的可能性，因此，衍射图样的出现是许多
13、光子各自独立行为积累的结果，在衍射条纹的亮区是光子到达可能性较大的区域，而暗区是光子到达可能性较小的区域这个实验支持了光是概率波的观点【答案】(1)8.0107s2.4102m(2)见解析12(14分)(2013景德镇检测)用波长为4107 m的紫光照射某金属，发出的光电子垂直进入3104 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e1.61019 C，其质量m9.11031 kg)求：(1)紫光光子的能量；(2)光电子的最大初动能；(3)该金属发生光电效应的极限频率【解析】(1)光子的能量hh6.631034 J4.981019 J.(2)光电子进入磁场后，受到的洛伦兹力等于做匀速圆周运动的向心力，qvBm，v，光电子的最大初动能：Ekmv2 J1.821019 J.(3)金属的极限频率满足Wh0由爱因斯坦光电效应方程：EkhWhh00 Hz4.771014 Hz.【答案】(1)4.981019 J(2)1.821019 J(3)4.771014 Hz