物理成才之路选修3——5 第十七章限时测试题

自主广场我夯基我达标1.下列哪组现象能说明光具有波粒二象性（）A.光的色散和光的干涉B.光的干涉和光的衍射C.光的反射和光电效应D.泊松亮斑和光电效应思路解析：光的色散、光的反射可从波动性与粒子性两方面分别予以理解，故A、C选项错误.光的干涉、衍射现象只说明了光的波动性，B选项错误.泊松亮斑能说明光具有波动性，光电效应说明具有粒子性，故D选项正确.答案：D2.对光的认识，下列说法正确的是（）A.个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性B.光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的C.光表现出波动性时，就不具有粒子性，光表现出粒子时，就不再具有波动性D.光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现得明显，在另外的某种场合下，光的粒子性表现得明显思路解析：本题考查的是光的波粒二象性，光是一种概率波，少量光子的行为往往易显出粒子性，而大量光子的行为往往显示出其波动性，A选项正确.光的波动性不是由于光子之间的相互作用引起的，而是光的一种属性，这已被弱光照射双缝后在胶片上的感光实验所证实，B选项正确.粒子性和波动性是光同时具备的两种属性，C选项错误，D选项正确.答案：ABD3.下列说法正确的是（）A.光的波粒二象性学说就是牛顿的微粒说加上惠更斯的波动说组成的B.光的波粒二象性彻底推翻了麦克斯韦电磁理论C.光子说并没有否定电磁说，在光子的能量E=hν中，ν（频率）就是波的特征量D.光波不同于宏观观念中的那种连续的波，它是表明大量光子运动规律的一种概率波思路解析：光的波粒二象性认为光是一份一份的光子构成的，光子是一种没有静止质量的能量团，与牛顿的微粒说中的实物粒子有本质区别；光同时还是一种概率波，可以用波动规律来解释，但与惠更斯的波动说中的光是一种机械波有本质区别，因而A错而D对.在光的波粒二象性中，光子能量E=hν中，ν表示了波的特征，因而并没有否定麦克斯韦的电磁说，B 错C对.答案：CD4.对于光的波粒二象性的说法中，正确的是（）A.一束传播的光，有的光是波，有的光是粒子B.光子与电子是同一种粒子，光波与机械波是同样一种波C.光的波动性是由于光子间的相互作用而形成的D.光是一种波，同时也是一种粒子，光子说并未否定电磁说，在光子的能量E=hν中，频率ν仍表示的是波的特性思路解析：根据波粒二象性，光同时具有波动性和粒子性，A选项错误.不同于宏观观念的粒子和波，故B选项错误.光的波动性是光子本身固有的性质，不是光子之间相互作用引起的，C选项错误.光子的能量与其对应的能量成正比，而频率是反映波动特征的物理量，因此E=hν揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系，光子说并未否定电磁说，故D选项正确.答案：D5.关于光的波粒二象性，下列说法正确的是（）A.光的粒子性说明每个光子就像一个极小的球体B.光是波，与橡皮绳上的波相似C.光的波动性是大量光子运动规律的表现，在干涉条纹中，那些光强度大的地方，光子到达的概率大D.在宏观世界中波动性和粒子性是对立的，在微观世界是可以统一的思路解析：由于波动性和粒子性是光同时具有的两种属性，故不同于宏观观念中的波和粒子，故A 、B 选项错误.在干涉实验中，光强度大的地方，即为光子到达概率大的地方，表现为亮纹，光强度小的地方，即为光子到达概率小的地方，表现为暗纹，故C 选项正确.在宏观世界中，牛顿的“微粒说”与惠更斯“波动说”是相互对立的，只有在微观世界中，波动性与粒子性才能统一，故D 选项正确.答案：CD6.用某种单色光照射某种金属表面，发生光电效应，现将该单色光的光强减弱，则（ ）A.光子的最大初动能不变B.光电子的最大初动能减少C.单位时间内产生的光电子数减少D.可能不发生光电效应思路解析：最大初动能E k =hν-W （W 为逸出功）知，E k 仅与单色光频率相关，故A 项正确，B 项错误.照射光光强减弱，即单位时间内光子数减少，因而打出的光子也减少，故C 项正确. 只要照射光频率大于极限频率，就一定发生光电效应，D 项错误.答案：AC7.试估算质量为1 000 kg 的汽车以10 m/s 运动时的德布罗意波.思路解析：汽车运动时的动量p=mv=1 000×10 kg·m/s=104 kg·m/s根据德布罗意波波长计算公式有：λ=434101063.6-⨯=p h m=6.63×10-38 m. 答案：6.63×10-38 m8.在历史上，最早证明了德布罗意波存在的实验是（ ）A.弱光衍射实验B.电子束在晶体上的衍射实验C.弱光干涉实验D.以上都不正确思路解析：根据课本知识，我们知道，最早证明德布罗意波假说的是电子束在晶体上的衍射实验.故B 正确.答案：B9.电子显微镜的最高分辨率高达0.2 nm ，如果有人制造出质子显微镜，在加速到相同速度的情况下，质子显微镜的最高分辨率将（ ）A.小于0.2 nmB.大于0.2 nmC.等于0.2 nmD.以上说法均不正确思路解析：电子显微镜是以利用电子的波动性为工作原理，其分辨率与电子的德布罗意波波长成反比，物质波的波长与实物粒子的动量有关，即λ=ph .在同样速度的情况下，由于质子的质量大，故其物质波波长短，质子显微镜的分辨率要高于电子显微镜的分辨率.答案：A我综合 我发展10.下列叙述正确的是（ ）A.在其他条件相同时，光的频率越高，衍射现象越容易看到B.频率越高的光粒子性越显著，频率越低的光波动性越显著C.大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性D.如果让光子一个一个地通过狭缝，它们将严格按照相同的轨道方向做极有规则的匀速直线运动思路解析：因为光是一种电磁波，光的频率越高.波长越短，发生干涉、衍射的条件越不易满足，故不易看到衍射现象，A 错.频率越高的光，波长越短，其波动性越弱，而粒子性越强；相反，频率越低的光，波长越长，其波动性越强，粒子性越弱，故B 正确.由双缝干涉实验结论知，C 是正确的.若让光子一个一个地通过狭缝，则点的分布是无规则的，说明光子的运动跟我们宏观假设的质点运动不同，没有一定的轨道，所以D 错，故正确选项为B 、C答案：BC11.关于光的波粒二象性，正确的说法是（ ）A.光的频率愈高，光子的能量愈大，粒子性愈显著B.光的波长愈长，光子的能量愈小，波动性愈明显C.频率高的光子不具有波动性，波长较长的光子不具有粒子性D.个别光子产生的效果往往显示粒子性，大量光子产生的效果往往显示波动性思路解析：干涉、衍射现象表明光具有波动性，光电效应现象表明光具有粒子性，因此任何光都具有波粒二象性，但波长越长，频率越低的光波，干涉和衍射愈容易发生，波动性越显著；频率越高，光子的能量越大，愈容易发生光电效应，粒子性愈显著，故选项A 、B 正确，选项C 错误.让光子一个一个地通过双缝，曝光时间短时，底片上呈现不规则分布的点子，当时间长时，底片上呈现清晰的干涉条纹，这个实验表明，个别光子的行为显示粒子性，大量光子产生的效果显示波动性，故选项D 正确.答案：ABD12.金属晶体中晶格大小的数量级为10-10 m ，电子经加速电场加速，形成一电子束，电子束照射该金属晶体时，获得明显的衍射图象，则这个加速电场的电压约为多少？思路解析：当电子运动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图样，由此，可以估算加速电场的电压.设加速电场的电压为U ，则电子加速动能E k =eU ，而电子的动量p=e k m E 2电子的德布罗意波长λ=e k m E h p h 2=加速电压U=311921023422101.9106.1)10(2)1063.6(2----⨯⨯⨯⨯⨯⨯=e em h λ V=1.5×102 V. 答案：1.5×102 V13.爱因斯坦的相对论指出，物体的能量和质量之间存在一个定量关系：E=mc 2，其中c 为光在真空中的速度.计算频率为ν=5×1014Hz?光子具有的动量是多少?若一电子的动量与该光子相同，该电子的运动速度是多少？该电子物质波的波长λe 是多少？思路解析：根据光子说，光子的能量E=hν=mc 2，故得动量 p=mc=814341031051063.6⨯⨯⨯⨯=-c hv kg·m/s=1.1×10-27 kg·m/s. 设电子质量为m e ，速度为v e ，动量为p e ，则p e =m e v e依题p e =p则电子的速度大小为v=3127101.9101.1--⨯⨯==e e e m p m p m/s=1.2×103 m/s. 该电子物质波的波长为λe =m p h e 2734100.11063.6--⨯⨯==6.0×10-7 m. 答案：1.1×10-27 kg·m/s 1.2×103 m/s 6.0×10-7 m14.光具有波粒二象性，光子的能量E=hν，其中频率表征波的特征，在爱因斯坦提出光子说之后，法国物理学家德布罗意提出了光子动量p 与光波波长λ的关系为：p=λh .若某激光管以P W =60 W 的功率发射波长λ=6.63×10-7 m 的光束，试根据上述理论计算：（1）激光管在1 s 内发射出多少个光子？（2）若光束全部被某黑体表面吸收，那么该黑板表面所受到光束对它的作用力F 为多大? 思路解析：(1)设在时间Δt 内发射出的光子数为n ，光子频率为ν，每一个光子的能量E=hν，则P W =t nhv ∆,又ν=λc ，则n=hct P W λ∆，将Δt=1 s 代入上式，得： n=83491031063.61066360⨯⨯⨯⨯⨯=--hc P W λ=2.0×1020 个. （2）在时间Δt 内激光管发射出的光子全部被黑体表面吸收，光子的末动量变为零，据题中信息可知，n 个光子的总动量为p 总=np=λnh 据动量定理可知F Δt=p 总黑体表面对光子束的作用力为F=cP v t nhv t p W =∆=∆λ总=2.0×10-7 N. 又据牛顿第三定律，光子束对黑体表面的作用力为F′=F=2.0×10-7 N.答案：（1）2.0×1020个 （2）2.0×10-7 N。

人教版高中物理选修 3-5 第十七章波粒二象性单元检测一、单项选择题1.对于光的天性，以下说法正确的选项是（）A.光电效应反响光的颠簸性B.光子的能量由光的强度所决定C.光的波粒二象性是将牛顿的颠簸说和惠更斯的粒子说有机地一致同来D.光在空间流传时，是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子2.以下是相关近代物理内容的若干表达，此中正确的选项是（）A.原子核的比联合能越大越稳固B.一束光照耀到某种金属上不可以发生光电效应，可能是由于这束光的光照强度太小C.依照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的势能减小，但原子的能量增大D.原子核发生一次β衰变，该原子外层就失掉一个电子3.以下说法错误的选项是（）A.光电效应实验中，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多B.氢原子辐射一个光子后，氢原子核外电子动能减小C.大批事实表示，原子核衰变时电荷数和质量数都守恒D.比联合能越大，原子核中核子联合得越坚固，原子核越稳固4.如下图，用可见光照耀金属板，发现与该金属板相连的验电器指针张开必定角度，以下说法中不正确的有（）A.验电器指针带正电B.有一部分电子从金属板表面逸出C.假如改用同样强度的红外线照耀，验电器指针也必定会张开必定角度D.假如改用同样强度的紫外线照耀，验电器指针也必定会张开必定角度5.对于光电效应，以下说法正确的选项是（）A.某种频次的光照耀金属发生光电效应，若增添入射光的强度，则单位时间内发射的光电子数增添B.光电子的最大初动能只与入射光的频次相关，与入射光的强弱没关C.一般需要用光照耀金属几分钟才能产生光电效应D.入射光的频次不一样，同一金属的逸出功也会不一样6.放射性物质已经宽泛应用于工农业生产中，对放射性的应用，以下说法不正确的选项是()A.放射线能杀伤癌细胞或阻挡癌细胞分裂，所以人体能够常常照耀B.对放射性的废料，要装入特制的容器并埋入深地层进行办理C.射线探伤仪中的放射源一定寄存在特制容器里，而不可以任意搁置D.对可能产生放射性污染的场所或物件进行检测是很有必需的7.某光源发出的光由不一样波长的光构成，不一样波长的光的强度如下图．表中给出了一些资料的极限波长，用该光源发出的光照耀表中资料（）资料钠铜铂极限波长（ nm） 541 268 196A. 仅钠能产生光电子B. 仅钠、铜能产生光电子C. 仅铜、铂能产生光电子D. 都能产生光电子8.如图，若 x 轴表示时间， y 轴表示地点，则该图象反应了某质点做匀速直线运动时，地点与时间的关系．若令 x 轴和 y 轴分别表示其余的物理量，则该图象又能够反应在某种状况下，相应的物理量之间的关系．下列说法中正确的选项是（）A. 若 x 轴表示时间， y 轴表示动能，则该图象能够反应某物体受恒定合外力作用做直线运动过程中，物体动能与时间的关系B. 若 x 轴表示频次， y 轴表示动能，则该图象能够反应光电效应中，光电子最大初动能与入射光频次之间的关系C. 若 x 轴表示时间， y 轴表示动量，则该图象能够反应某物在沿运动方向的恒定合外力作用下，物体动量与时间的关系D. 若 x 轴表示时间， y 轴表示感觉电动势，则该图象能够反应静置于磁场中的某闭合回路，当磁感觉强度随时间平均增大时，闭合回路的感觉电动势与时间的关系9.以下哪些实验现象能够说明原子核内部有复杂的构造（）A. 粒子散射实验B. 光电效应C. 天然放射现象D. 原子发光10.以下对于光电效应的说法正确的选项是（）A.光电效应实验说明光拥有波粒二象性B.若用某种色光去照耀金属而没能发生光电效应，则说明该色光的波长太长C.若用某种色光去照耀金属而没能发生光电效应，若增添光照时间有可能使该金属发生光电效应D.逸出的光电子的最大初动能与入射光的强度相关二、多项选择题11.（ 2019?海南）三束单色光1、 2 和 3 的波长分别为λ1、λ2和λ3（λ1＞λ2＞λ3）．分别用这三束光照耀同一种金属．已知用光束 2 照耀时，恰能产生光电子．以下说法正确的选项是（）A. 用光束 1 照耀时，不可以产生光电子B. 用光束 3 照耀时，不可以产生光电子C. 用光束 2 照耀时，光越强，单位时间内产生的光电子数量越多D. 用光束 2 照耀时，光越强，产生的光电子的最大初动能越大12.如下图是氢原子的能级图，大批处于n=4 激发态的氢原子向低能级跃迁时，一共能够辐射出 6 种不一样频次的光子，此中巴耳末系是指氢原子由高能级向n=2 能级跃迁时开释的光子，则（）A. 6种光子中波长最长的是n=4 激发态跃迁到基态时产生的B. 6种光子中有 2种属于巴耳末系C. 使 n=4 能级的氢原子电离起码要0.85eV 的能量D. 若从 n=2 能级跃迁到基态开释的光子能使某金属板发生光电效应，则从 n=3 能级跃迁到 n=2 能级开释的光子也必定能使该板发生光电效应E. 在 6 种光子中， n=4 能级跃迁到 n=1 能级开释的光子康普顿效应最显然13.以下说法正确的选项是（）A. 假如用紫光照耀某种金属发生光电效应，改用绿光照耀该金属必定发生光电效应B. α粒子散射实验中少量α粒子发生了较大偏转，这是卢瑟福猜想原子核式构造模型的主要依照之一C.在康普顿效应中，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，所以，光子散射后波长变长 D. 某放射性原子核经过 2 次α衰变和一次β衰变，核内质子数减少 4 个E.依据玻尔理论，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要开释必定频次的光子，同时电子的动能增大，原子的电势能减小14.已知能使某金属产生光电效应的极限频次为v0，则以下说法正确的选项是（）A.当用频次为 v＜ v0的单色光照耀该金属时，只需照耀时间足够长，就能产生光电子B. 当用频次为2v0的单色光照耀该金属时，所产生光电子的最大初动能为hv0C. 当照耀光的频次v＞ v0时，固然v 增大，但逸出功不变D. 当照耀光的频次v＞ v0时，假如v 增大一倍，光电子的最大初动能也增大一倍三、填空题15.用同一束单色光，在同一条件下，分别照耀锌片和银片，都能产生光电效应，对于这两个过程，以下所列四个物理量中必定同样的是：________；可能同样的是： ________．（只选填各物理量的序号）A 、入射光子的能量B、逸出功C、光电子的动能 D 、光电子的最大初动能．16.铝的逸出功是 4.2eV ，此刻将波长 200nm 的光照耀铝的表面，已知普朗克常量﹣34h=6.63 ×10 J?s，光电子的最大初动能是________J，制止电压是 ________V ，铝的截止频次是________Hz ．（结果保存二位有效数学）第3页/共6页17.以下实验中，深入地揭露了光的粒子性一面的有① X 射线被石墨散射后部分波长增大②锌板被紫外线照耀时有电子逸出但被可见光照耀时没有电子逸出③轰击金箔的α粒子中有少量运动方向发生较大偏转④氢原子发射的光经三棱镜分光后，体现线状光谱A. ①②B. ①②③C. ②③D. ②③④四、解答题18.某光源能发出波长为0.61μm 的可见光，用它照耀某金属能发生光电效应，产生光电子的最大初动能为0.25eV ．已知普朗克常量h=6.63 ×10﹣34J． s，光速 c=3 ×108m/s．求：①上述可见光中每个光子的能量；② 该金属的逸出功．五、实验研究题19.如下图的是工业生产中大多数光控制设施用到的光控继电器表示图，它由电源．光电管．放大器．电磁继电器等几部分构成，看图回答以下问题：（1）图中 a 端应是电源 ________极．（2）光控继电器的原理是：当光照耀光电管时，________．（3）当用绿光照耀光电管 K 极时，可发生光电效应，则以下说法中正确的选项是A.增大绿光照耀强度，光电子最大初动能增大B.增大绿光照耀强度，电路中光电流增大C. 改用比绿光波长大的光照耀光电管K 极时，电路中必定有光电流D. 改用比绿光频次大的光照耀光电管K 极时，电路中必定有光电流．六、综合题第4页/共6页20.有一真空中波长为﹣7﹣34J?s求此6×10 m 的单色光，普朗克常量为 6.63 ×10（1）单色光的频次；（2）单色光的的 1 个光子的能量．21.依据所学知识达成填空：（1）钠金属中的电子汲取光子的能量，从金属表面逸出，这就是光电子．光电子从金属表面逸出的过程中，其动量的大小 ________（选填“增大”、“减小”或“不变”），原由是 ________．（2）已知氢原子处在第一、第二激发态的能级分别为﹣ 3.40eV 和﹣ 1.51eV，金属钠的截止频次为 5.53 ×1014 Hz ，普朗克常量 h=6.63 ×10﹣34 J?s．请经过计算判断，氢原子从第二激发态跃迁到第一激发态过程中发出的光照耀金属钠板，可否发生光电效应．答案分析部分一、单项选择题1.【答案】 D2.【答案】 A3.【答案】 B4.【答案】 C5.【答案】 A6.【答案】 A7.【答案】 D8.【答案】 C9.【答案】 C10.【答案】 B二、多项选择题11.【答案】 A,C12.【答案】 B,C,E13.【答案】 B,C,E14.【答案】 B,C三、填空题15.【答案】 A ；C16.【答案】 3.2 ×10﹣19； 2.0； 1.0 ×101517.【答案】 A四、解答题18【.答案】解：① 光子的能量为： E=h=6.63 ×10﹣34×≈2.07eV．② 依据光电效应方程E km=hv﹣ W 0得金属的逸出功为：W 0=hv﹣ E Km=2.07 ﹣ 0.25eV=1.82eV ．答：①可见光中每个光子的能量为 2.07eV ．②金属的逸出功为 1.82eV．五、实验研究题19.【答案】（ 1）正（ 2） K 极发射光电子，电路中产生电流，经放大器放大后的电流产生的磁场使铁芯M 被磁化，将衔铁N 吸住；无光照耀光电管时，电路中无电流，N 自动走开 M（ 3） B,D六、综合题20.【答案】（ 1）光在真空中流传速度为c=3 ×108m/s，而波长与频次的关系是c= λf，由此式可求得频次 f ．光子能量公式E=hf．由c=λf，得f==5×1014Hz答：此单色光的频次为5×1014Hz（2） 1 个光子的能量 E=hf=6.63 ×10﹣34×5×1014J=3.3 ×10﹣19J答： 1 个光子的能量是 3.3 ×10﹣19J．21.【答案】（ 1）减小；光电子遇到金属表面层中力的阻挡作用（或需要战胜逸出功）（ 2）解：氢原子放出的光子能量E=E3﹣ E2，代入数据得： E=1.89 eV ；金属钠的逸出功W 0=hνc，代入数据得： W 0=2.3eV ；由于 E＜W 0，所以不可以发生光电效应答：不可以。

人教版高二物理选修3-5第十七章波粒二象性精选习题（含答案）1.关于光电效应有如下几种叙述，其中叙述不正确的是（）A．对任何一种金属都存在一个“极限频率”，入射光的频率必须大于这个频率，才能产生光电效应B．光电流强度与入射光强度的有关C．用不可见光照射金属一定比可见光照射金属产生的光电子的初动能要大D．光电效应几乎是瞬时发生的2.（多选题）如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线，（直线与横轴的交点坐标4.27，与纵轴交点坐标0.5），由图可知（）A．该金属的截止频率为4.27×1014 HzB．该金属的截止频率为5.5×1014 HzC．该图线的斜率表示普朗克常量D．该金属的逸出功为0.5eV3.通过学习波粒二象性的内容，你认为下列说法符合事实的是（）A．宏观物体的物质波波长非常小，极易观察到它的波动性B．光和电子、质子等实物粒子都具有波粒二象性C．康普顿效应中光子与静止的电子发生相互作用后，光子的波长变小了D．对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须大于这个波长，才能产生光电效应4.氢原子的能级如图所示．氢原子从n=4能级直接向n=1能级跃迁所放出的光子，恰能使某金属产生光电效应，下列判断正确的是（）A．氢原子辐射出光子后，氢原子能量变大B．该金属的逸出功W o=12.75eVC．用一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时所发出的光照射该金属，该金属仍有光电子逸出D．氢原子处于n=1能级时，其核外电子在最靠近原子核的轨道上运动5.用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措施是（）A．改用红光照射 B．改用X射线照射C．改用强度更大的原紫外线照射 D．延长原紫外线的照射时间6.（多选题）一含有光电管的电路如图甲所示，乙图是用a、b、c光照射光电管得到的I﹣U图线，U c1、U c2表示截止电压，下列说法正确的是（）A．甲图中光电管得到的电压为正向电压B．a、b光的波长相等C．a、c光的波长相等D．a、c光的光强相等7.（单选）一束绿光照射某金属发生了光电效应，对此，以下说法中正确的是（）A ． 若增加绿光的照射强度，则单位时间内逸出的光电子数目不变B ． 若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子最大初动能增加C ． 若改用紫光照射，则逸出光电子的最大初动能增加D ． 若改用紫光照射，则单位时间内逸出的光电子数目一定增加8.（多选）在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面，都能发生光电效应，对于这两个过程，一定不同的是（ ） A ．逸出功 B ． 光电子的最大初动能 C ． 遏止电压 D ． 饱和光电流v W 朗克常数为k ，光电子的最大初动能为k E ，下列关于它们之间关系的表达式正确的是A. W k -=hv EB. W k +=hv EC. hv E -=k W C. hv E +=k W10.（多选）如图，直线为光电子最大初动能与光子频率的关系，己知直线的纵、横截距分别为﹣a 、b ，电子电量为e ，下列表达式正确的是（ ）A ． 金属极限频率v 0=bB ． 普朗克常量h=C ． 金属逸出功W 0=aD ． 若入射光频率为2b ，则光电子的初动能一定为a11.（单选）在光电效应实验中，某种单色光照射光电管，发生光电效应，现将该单色光的光强减弱，下列叙述正确的是（ ）A ．光电子的最大初动能不变B ．可能不发生光电效应C ．饱和电流不变D ．遏止电压减小12.（多选）用同一光电管研究a 、b 两种单色光产生的光电效应，得到光电流I 与光电管两极间所加电压U 的关系如图．则下列叙述正确的是（ ）A ． 照射该光电管时a 光使其逸出的光电子最大初动能大B ． b 光光子能量比a 大C ． 极限频率越大的金属材料逸出功越小D ． 光电管是基于光电效应的光电转换器件，可使光信号转换成电信号13.（多选）用如图所示的装置演示光电效应现象．当用某种频率的光照射到光电管上时，电流表G 的读数为i ．下列说法正确的是（ ）A ． 将电池正的极性反转，则光电流减小，甚至可能为零B ． 用较低频率的光来照射，依然有光电流，但电流较小C ． 将变阻器的触点c 向b 移动，光电流减小，但不为零D ． 只要电源的电动势足够大，将变阻器的触点c 向a 端移动，电流表G 的读数必将一直变大14.（单选）用如图所示装置做光电效应实验，下述正确的是（ ）A ． 光电效应现象是由爱因斯坦首先发现的B ． 实验现象揭示了光具有波动性C ． 实验中，光电子从锌板逸出，验电器带正电D ． 实验中，若用可见光照射锌板，也能发生光电效应15.（多选）如图所示，表示发生光电效应的演示实验，那么下列选项中正确的是（ ）A ． 发生光电效应时，光电子是从K 极跑出来的B ． 灵敏电流计不显示读数，可能是因为入射光频率过低C ． 灵敏电流计不显示读数可能是因为它的灵敏度过低D ． 如果把电池接反，肯定不会发生光电效应16.．用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而发生光电效应，可得到光电子最大初动能Ek 随入射光频率v 变化的Ek －v 图象．已知钨的逸出功是3.28 eV ，锌的逸出功是3.34 eV ，若将二者的图线画在同一个k E v 坐标图中，用实线表示钨，虚线表示锌，则能正确反映这一过程的是下图中的( )参考答案1.C2.AC3.B4.BD5.B6.AC7.C．8. ABC9.A10.AC11.A12. BD．13. AC．14. C．15. AB．16.A。

自我小测1单色光从真空射入玻璃时，它的( )A．波长变长，速度变小，光量子能量变小B．波长变短，速度变大，光量子能量变大C．波长变长，速度变大，光量子能量不变D．波长变短，速度变小，光量子能量不变2关于光的传播，下列说法中正确的是( )A．各种色光在真空中传播速度相同，在介质中传播速度不同B．各种色光在真空中频率不同，同一色光在各种介质中频率相同C．同一色光在各种介质中折射率不同，不同色光在同一介质中折射率相同D．各种色光在同一介质中波长不同，同一色光在真空中的波长比在任何介质中波长都长3普朗克常量是自然界的一个基本常数，它的数值是( )A．6.02×10－23 mol B．6.625×10－3mol·sC．6.626×10－34J·s D．1.38×10－16mol·s4某激光器能发射波长为λ的激光，发射功率为P，c表示光速，h为普朗克常量，则激光器每秒发射的光量子数为( )A.λPhcB.hPλcC.cPλhD．λPhc52006年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化。

他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点。

下列与宇宙微波背景辐射黑体谱相关的说法中正确的是 ( ) A．微波是指波长在10－3 m到10 m之间的电磁波B．微波和声波一样都只能在介质中传播C．黑体的热辐射实际上是电磁辐射D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说6红光和紫光相比，有( )A ．红光能量子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较大B ．红光能量子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较大C ．红光能量子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较小D ．红光能量子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较小7人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm 的绿光时，只要每秒钟有6个光量子射入瞳孔，眼睛就能察觉。

子，故B错误；波动性理论，如果入射光较弱，照射的时间要长一些，金属中的电子才能积累住足够的能量，飞出金属表面．可事实是，只要光的频率高于金属的极限频率，光的亮度无论强弱，光子的产生都几乎是瞬时的，不超过10－9秒．光的频率低于极限频率时，无论多强的光，照射的时间多长都无法使电子逸出，故C、D错误．答案：A7.如图所示，光滑水平面上有两个大小相同的钢球A、B，A球的质量大于B球的质量．开始时A球以一定的速度向右运动，B球处于静止状态．两球碰撞后均向右运动．设碰撞前A球的德布罗意波的波长为λ1，碰撞后A、B两球的德布罗意波的波长分别为λ2和λ3，则下列关系正确的是( )A．λ1＝λ2＝λ3 B．λ1＝λ2＋λ3C．λ1＝D．λ1＝λ2λ3λ2＋λ3解析：球A、B碰撞过程中满足动量守恒，得p′B－0＝pA－p′A；由λ＝，可得p＝，所以动量守恒表达式也可写成：＝－，所以λ1＝，故选项D正确．答案：D8．一个质量为m、电荷量为q的带电粒子，由静止开始经加速电场加速后(加速电压为U)，该粒子的德布罗意波长为( )A. B.h 2mqU缝变窄，位置不确定量变小，由Δx·Δp≥，则光子动量的不确定量变大，D正确．答案：BCD12．用两束频率相同，强度不同的紫外线分别照射两种相同金属的表面，均能产生光电效应，那么 ( )A．两束光的光子能量相同B．两种情况下单位时间内逸出的光电子个数相同C．两种情况下逸出的光电子的最大初动能相同D．两种情况下逸出的光电子的最大初动能不同解析：由ε＝hν和Ek＝hν－W0，可知两束光的光子能量相同，照射金属得到的光电子最大初动能相同，故A、C对，D错；由于两束光强度不同，逸出光电子个数不同，故B错．答案：AC13.如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率的关系图象，由图象可知( )A．该金属的逸出功等于EB．该金属的逸出功等于hν0C．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为3E D．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为E解析：根据光电效应方程，有Ek＝hν－W0，其中W0＝hν0为金属的逸出功．所以有Ek＝hν－hν0，由此结合图象可知，该金属的逸出功为E，或者W0＝hν0，当入射光的频率为2ν0时，代入方程可知产生的光电子的最大初动能为E，故A、B、D正确，C错误．答案：ABD14．美国物理学家密立根利用图甲所示的电路研究金属的遏止电压U0与入射光频率ν的关系，描绘出图乙中的图象，由此算出普朗克常量h.电子电量用e表示，下列说法正确的是( )图甲图乙A．入射光的频率增大，为了测遏止电压，则滑动变阻器的滑片P 应向M端移动B．增大入射光的强度，光电子的最大初动能也增大C．由UC ­ν图象可知，这种金属的截止频率为νcD．由UC ­ν图象可求普朗克常量表达式为h＝U1eν1－νc解析：入射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，则遏止电压增大，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片P向N端移动，A错误；根据光电效应方程Ekm＝hν－W0知，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，B错误；根据Ekm＝hν－W0＝eUC，解得UC＝－，则h ＝；当遏止电压为0时，ν＝νc，C、D正确．答案：CD答案：(1)3.1×103 eV(2)1.44×104 eV(3)2.2×10－11 m18．(14分)如图所示装置，阴极K用极限波长λ0＝0.66 μm的金属制成．若闭合开关S，用波长λ＝0.50 μm的绿光照射阴极，调整两个极板电压，使电流表示数最大为0.64 μA，求：(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能；(2)如果将照射阴极的绿光的光强增大为原来的2倍，求每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能．解析：(1)阴极每秒钟发射的光电子个数：n＝＝个＝4.0×1012个．根据光电效应方程，光电子的最大初动能应为：Ek＝hν－W0＝h－h.代入数据可得：Ek＝9.6×10－20 J.(2)如果照射光的频率不变，光强加倍，则每秒钟发射的光电子数也加倍，饱和光电流也增大为原来的2倍．根据光电效应实验规律可得阴极每秒钟发射的光电子个数为n′＝2n＝8.0×1012个．光子子的最大初动能仍然为：Ek＝hν－W0＝9.6×10－20 J.。

高中物理学习材料桑水制作第十七章过关检测(时间:45分钟满分:100分)一、选择题(每小题6分,共48分。

在每小题给出的四个选项中,有的小题只有一个选项正确,有的小题有多个选项正确)1.在下列各组所说的两个现象中,都表现出光具有粒子性的是( )A.光的折射现象、偏振现象B.光的反射现象、干涉现象C.光的衍射现象、色散现象D.光电效应现象、康普顿效应答案:D解析:本题考查光的性质。

干涉、衍射、偏振都是光的波动性的表现,只有光电效应现象和康普顿效应是光的粒子性的表现,D正确。

2.关于黑体辐射的强度与波长的关系,下图正确的是( )答案:B解析:根据黑体辐射的实验规律:随温度升高,各种波长的辐射强度都有增加,故图线不会有交点,选项C、D错误。

另一方面,辐射强度的极大值会向波长较短方向移动,选项A错误,选项B正确。

3.关于光电效应,下列说法正确的是( )A.动能最大的光电子的动能与入射光的频率成正比B.光电子的动能越大,光电子形成的电流强度就越大C.光子本身所具有的能量取决于光子本身的频率D.用紫光照射某金属发生光电效应,用绿光照射该金属一定不发生光电效应答案:C解析:光电子形成的电流强度取决于单位时间从金属表面逸出的光电子数目,它与单位时间入射的光子数成正比,而与光电子的动能无关。

动能最大的光电子的动能可根据光电效应方程确定,其动能与入射光的频率不成正比。

至于能否产生光电效应,要通过比较入射光的频率和截止频率来确定,其正确选项为C。

4.下列关于微观粒子波粒二象性的认识,正确的是( )A.因实物粒子具有波动性,故其轨迹是波浪线B.由概率波的知识可知,因微观粒子落在哪个位置不能确定,所以粒子没有确定的轨迹C.由概率波的知识可知,因微观粒子落在哪个位置不能确定,再由不确定性关系知粒子动量将完全确定D.大量光子表现出波动性,此时光子仍具有粒子性答案:BD解析:实物粒子的波动性指实物粒子是概率波,与经典的波不同,选项A错误;微观粒子落点位置不能确定,与经典粒子有确定轨迹不同,选项B正确;单缝衍射中,微观粒子通过狭缝,其位置的不确定量等于缝宽,其动量也有一定的不确定量,选项C错误;波动性和粒子性是微观粒子的固有特性,无论何时二者都同时存在,选项D正确。

A．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波B．温度越高，物体辐射的电磁波越强C．辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料种类及表面状况无关D．常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色解析：一切物体都不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，A错误，B正确；选项C是黑体辐射的特性，C错误；常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色，D错误。

答案：B2．如图1所示，一验电器与锌板用导线相连，用紫外线光源照射锌板时，验电器指针发生了偏转，下列判断正确的是( ) A．此时锌板带正电B．紫外线越强，验电器的指针偏角越大图1C．改用红外线照射锌板，验电器的指针一定会偏转D．将一不带电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角会减小解析：用紫外线照射锌板，锌板发生了光电效应，即锌板有电子逸出，锌板带正电，A正确；紫外线越强，即单位时间打在锌板上的光子越多，逸出的电子越多，锌板所带的电荷量越多，验电器的指针偏角越大，B正确；由于红外线的频率比紫外线的频率小，因此不一定能发生光电效应，验电器指针不一定会发生偏转，C错误；将一不带电的金属小球与锌板接触，锌板将部分电荷转移给金属小球，验电器指针的偏角将减小，D正确。

答案：ABD3．光子有能量，也有动量，动量p＝，它也遵守有关动量的规律。

如图2所示，真空中，有“∞”字形装置可绕通过横杆中点的竖直轴OO′在水平面内灵活地转动，其中左边是圆形黑纸片(吸收光子)，右边是和左边大小、质量相同的圆形白纸片(反射光子)。

当用图2平行白光垂直照射这两个圆面时，关于装置开始时转动情况(俯视)的下列说法中正确的是( ) A．顺时针方向转动B．逆时针方向转动C．都有可能D．不会转动解析：根据动量定理Ft＝mvt－mv0，由光子的动量变化可知黑纸片和光子之间的作用力小于白纸片和光子之间的作用力，所以装置开始时逆时针方向转动，B选项正确。

答案：B4．分别用波长为λ和λ的单色光照射同一金属板，发出的光电子的最大初动能之比为1∶2。

《波粒二象性》单元检测题一、单选题1. 已知某单色光的波长为λ，在真空中光速为c，普朗克常量为h，则电磁波辐射的能量子?的值为( ) ．A． B ． C ． D ．以上均不正确2. 下列说法正确的是( )A．爱因斯坦在光的粒子性的基础上，建立了光电效应方程B．康普顿效应表明光子只具有能量，不具有动量C．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性D．德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越长3. 如图，当电键S 断开时，用光子能量为 3.1 eV 的一束光照射阴极K，发现电流表读数不为零．合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V 时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60 V 时，电流表读数为零．由此可知阴极材料的逸出功为( )A．1.9 eV B ．0.6 eV C ．2.5 eV D ．3.1 eV4. 如图所示，一验电器与锌板相连，现用一弧光灯照射锌板一段时间，关灯后，指针保持一定偏角( )A．用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将增大第1 页共10 页B．用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将减小C．使验电器指针回到零，改用强度更大的弧光灯照射锌板相同的时间，验电器的指针偏角将增大D．使验电器指针回到零，改用强度更大的红外线灯照射锌板，验电器的指针一定偏转5.下列关于光的本性的说法中正确的是( )A．关于光的本性，牛顿提出了“微粒说”，惠更斯提出了“波动说”，爱因斯坦提出了“光子说”，综合他们的说法圆满地说明了光的本性B．光具有波粒二象性是指既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看成微观概念上的粒子C．光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性D．频率低、波长长的光，粒子性特征显著；频率高、波长短的光，波动性特征显著6.如图所示，某金属板M 在紫外线照射下，不停地向各个方向发射速度大小不同的电子，发射电子的最大初速度为v，在M旁放置一金属网N，如果S闭合，滑片P置于最左端时，电流表的示数不为零，向右调节滑片P，恰好使电流表的示数为零，此时M、N 间的电势差为UMN，已知电子质量为m，电荷量为－e，关于通过电流表的电流方向和UMN，下列说法正确的是( )A．从c 到d，UMN＝ B ．从d 到c，UMN＝C．从c 到d，UMN＝ D ．从d 到c，U MN ＝7.颜色不同的 a 光和 b 光由媒质射向空气时，临界角分别为Ca和Cb，且Ca＞Cb，当用a光照射某种金属时发生了光电效应，现改用 b 光去照射，可以断定( )第2 页共10 页A．不一定能发生光电效应B．光电子数目增大C．光电子的最大初动能增大D．光电子数目减少8.关于物质波，下列说法正确的是( )A．速度相等的电子和质子，电子的波长长B．动能相等的电子和质子，电子的波长短C．动量相等的电子和中子，中子的波长短D．甲电子的速度是乙电子的 3 倍，甲电子的波长也是乙电子的 3 倍9.一束波长为7×10－5cm 的光波，每秒钟有3×1015 个光子通过一个与光线垂直的平面．另有一束光，它传输相同的能量，但波长为4×10－5cm.那么这束光每秒钟通过这垂直平面的光子数目为( )A．0.58×1015 个 B ．3×1015个 C ． 1.71×1015 个 D ． 5.25×1015 个10.波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的是( )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的衍射图样说明中子具有波动性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，它们的德布罗意波长也相等11.如图所示，在研究光电效应的实验中，发现用一定频率的A单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，而用另一频率的 B 单色光照射光电管时不发生光电效应，则( )A．A光的强度大于B光的强度B．B光的频率大于A光的频率C．用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是由 a 流向bD．用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是由 b 流向a第3 页共10 页二、多选题12.黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知( )A．随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加B．随温度降低，各种波长的辐射强度都有增加C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动13.以下关于辐射强度与波长的关系的说法中正确的是( )A．物体在某一温度下只能辐射某一固定波长的电磁波B．当铁块呈现黑色时，说明它的温度不太高C．当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强D．早、晚时分太阳呈现红色，而中午时分呈现白色，说明中午时分太阳温度最高14. 1922 年，美国物理学家康普顿在研究石墨中的电子对X 射线的散射时发现，有些散射波的波长比入射波的波长略大．下列说法中正确的是( )A．有些X射线的能量传给了电子，因此X射线的能量减小了B．有些X射线吸收了电子的能量，因此X射线的能量增大了C．X 射线的光子与电子碰撞时，动量守恒，能量也守恒D．X 射线的光子与电子碰撞时，动量不守恒，能量守恒15.某种金属在单色光照射下发射出光电子，光电子的最大初动能( )A．随照射光强度的增大而增大B．随照射光频率的增大而增大第4 页共10 页C．随照射光波长的增大而增大D．与照射光的照射时间无关16.光通过单缝所发生的现象，用位置和动量的不确定性关系的观点加以解释，正确的是( )A．单缝宽，光是沿直线传播，这是因为单缝宽，位置不确定量Δx 大，动量不确定量Δp 小，可以忽略B．当能发生衍射现象时，动量不确定量Δp 就不能忽略C．单缝越窄，中央亮纹越宽，是因为位置不确定量小，动量不确定量大的缘故D．以上解释都是不对的三、实验题17.如图所示，这是工业生产中大部分光电控制设备用到的光控继电器的示意图，它由电源、光电管、放大器、电磁继电器等几部分组成．(1) 示意图中，a 端应是电源________极．(2) 光控继电器的原理是：当光照射光电管时，________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.(3) 当用绿光照射光电管阴极K时，可以发生光电效应，则________说法正确．A．增大绿光照射强度，光电子的最大初动能增大B．增大绿光照射强度，电路中光电流增大四、计算题18.一个带电荷量为元电荷的粒子，经206 V 的加速电压由静止加速后，它的德布罗意波长为0.002 nm，试求这个粒子的质量．19.为引起人眼的视觉，进入人眼的绿光的能量至少为每秒E＝10－16J．假设在漆黑的夜晚，在距人s＝100 m远处点亮一只绿光小灯泡，为使人看到它的光线，小灯泡的功第5 页共10 页率至少为多大？( 人用一只眼看，瞳孔直径为 4 mm)20.铝的逸出功是 4.2 eV ，现在将波长200 nm的光照射铝的表面．(1) 求光电子的最大初动能．(2) 求遏止电压．(3) 求铝的截止频率．第6 页共10 页答案解析21.【答案】A【解析】由光速、波长的关系可得出光的频率ν＝，从而?＝hν＝，故 A 选项正确．22.【答案】A【解析】23.【答案】C【解析】根据题意，当电压表读数大于或等于0.60 V 时，即为反向电压为0.6 V 时，从金属出来的电子，在电场阻力作用下，不能到达阳极，则电流表示数为零；根据动能定理，则有光电子的初动能为：E k＝eU＝0.6 eV ，根据爱因斯坦光电效应方程有：W ＝hν－E k＝3.1 eV －0.6 eV ＝2.5 eV ，C正确．24.【答案】C【解析】发生光电效应时，锌板失去电子带正电，用一带负电的金属小球与锌板接触，锌板所带的正电变小，所以验电器指针偏角将减小．若金属小球所带的负电较多，验电器指针偏角会先变小后变大，A、B 错误；入射光的强度影响单位时间内发出光电子的数目，所以锌板所带的正电变多，验电器的指针偏角将增大， C 正确；发生光电效应的条件是入射光的频率大于极限频率，红外线照射不一定发生光电效应，所以指针不一定偏转，D错误．25.【答案】C【解析】26.【答案】A【解析】由题意可知，当闭合开关S时，M产生的光电子能到达金属网N，所以电流的方向为从 c 到d；恰好使电流表的示数为零，此时光电子恰好不能到达N，若M、N 间的电势差为UMN，则由动能定理得：2 eUMN＝mv得UMN＝. 故A正确．第7 页共10 页27.【答案】C【解析】根据sin C＝，Ca＞Cb. 知a 光的折射率小于 b 光的折射率，则 a 光的频率小于b 光的频率，用 a 光照射某种金属时发生了光电效应，则 b 光照射一定能发生光电效应，A 错误；光的强度影响单位时间内光电子的数目，而频率的大小与光的强度无关，光的频率与光电子的数目无关，B、D 错误；根据光电效应方程E km＝hν－W0 知，b 光照射产生的光电子最大初动能大，C正确．28.【答案】A【解析】由λ＝可知，动量大的波长短，电子与质子的速度相等时，电子动量小，波长长，A 正确；电子与质子动能相等时，由动量与动能的关系p＝可知，电子的动量小，波长长，B错误；动量相等的电子和中子，其波长应相等，C错误；如果甲、乙两电子的速度远小于光速，甲的速度是乙的 3 倍，甲的动量也是乙的 3 倍，则甲的波长应是乙的，D错误．29.【答案】C【解析】由题意得n1 ＝n2 ，代入数据得n2＝1.71×1015 个，30.【答案】B【解析】光电效应现象揭示了光的粒子性， A 错误；热中子束射到晶体上产生的衍射图样说明中子具有波动性， B 正确；普朗克借助于能量子假说，解释了黑体辐射规律，破除了“能量连续变化”的传统观念， C 错误；根据德布罗意波长公式，若一个电子的德布罗意波长和一个质子的德布罗意波长相等，则动量p 也相等，动能则不相等， D 错误．31.【答案】C【解析】根据产生光电效应的条件可知选项A、B均错误；电流的方向与正电荷定向移动的方向相同，与负电荷定向移动的方向相反，故选项C正确，D错误．32.【答案】ACD【解析】温度升高，各种波长的辐射强度都会增加，随着温度的升高，辐射强度的极大值向较短波长方向移动．33.【答案】BC第8 页共10 页【解析】同一物体在一定温度下辐射不同波长的电磁波，在室温下大多数物体辐射不可见的红外光，当温度加热到500℃左右时，开始发出暗红色的可见光，温度上升到1500℃时变成白炽光， A 错，B、C 对，早晚时分太阳呈现红色与太阳和地球间距离有关．34.【答案】AC【解析】在康普顿效应中，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，则动量减小，能量减小，根据λ＝，知波长增大，碰撞过程系统不受外力，故动量守恒，光子的能量远大于电子的束缚能时，光子与自由电子或束缚较弱的电子发生弹性碰撞，故能量守恒，A、C正确．35.【答案】BD【解析】发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，由公式E k＝hν－W知，W为逸出功不变，所以光电子的最大初动能取决于入射光的频率，与入射光的强度、波长及光照时间无关，故B、D正确，A、C错误．36.【答案】ABC【解析】由不确定性关系可知选项A、B、C正确．37.【答案】(1) 正(2) 阴极K 发射电子，电路中产生电流，经放大器放大的电流产生的磁场使铁芯M 磁化，将衔铁N 吸住．无光照射光电管时，电路中无电流，N 自动离开M(3)B【解析】38.【答案】1.67×10－27kg【解析】粒子加速后获得的动能为E k＝mv2＝eU 粒子的物质波的波长λ＝粒子的动量p＝mv以上各式联立得m＝＝1.67×10－27kg.39.【答案】10－6W第9 页共10 页【解析】设人眼瞳孔直径为d，由题意知E＝×π( )2解得P＝＝W＝10－6W40.【答案】(1)3.3 ×10－19J(2) 遏制电压约为 2.1 V(3)1.01 ×1015Hz动能为【解析】(1) 根据爱因斯坦光电效应方程得：光电子的最大初－19J E k＝－W≈ 3.3×10(2) 根据动能定理得到：遏止电压U c＝＝V≈ 2.1 V(3) 当光电子逸出时的动能为零时，再减小照射光的频率便不能发生光电效应了，截止频率νc＝＝Hz＝1.01×1015Hz.第10页共10 页。

[随堂达标]1．(2016·哈尔滨高二检测)下列各组现象能说明光具有波粒二象性的是( )A ．光的色散和光的干涉B ．光的干涉和光的衍射C ．泊松亮斑和光电效应D ．光的反射和光电效应解析：选C.光的干涉、衍射、泊松亮斑是光的波动性的证据，光电效应说明光具有粒子性，光的反射和色散不能说明光具有波动性或粒子性，故选项C 正确．2．对光的认识，以下说法正确的是( )A ．光波和声波的本质相同，都具有波粒二象性B ．光既具有波动性，又具有粒子性，两种性质是不相容的C ．光表现出波动性时，就不具有粒子性了，光表现出粒子性时，就不具有波动性了D ．光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现明显解析：选D.光波是电磁波，具有波粒二象性，声波是机械波，是振动在介质中的传播，二者本质不同，A 错；光的干涉、衍射现象，这属于波的特征，微粒说无法解释．光电效应现象用波动说无法解释，而用光子说可以完美地进行解释，证实光具有粒子性．因此，光既具有波动性，又具有粒子性，B 错；光的波动性与粒子性都是光的本质属性，只是表现明显与否，不容易观察并不说明不具有，C 错；波动性和粒子性是光在不同情况下的不同表现，是同一客体的两个不同侧面、不同属性，我们无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性，D 对．3．下列说法中正确的是( )A ．物质波属于机械波B ．只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性C ．德布罗意认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都具有一种波和它对应，这种波叫做物质波D ．宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性 解析：选C.物质波是一切运动着的物体所具有的波，与机械波性质不同，宏观物体也具有波动性，只是干涉、衍射现象不明显，只有选项C 正确．4．电子经电势差为U ＝220 V 的电场加速，在v <c 的情况下，求此电子的德布罗意波长．(已知：电子质量为9.11×10－31 kg ，电子电荷量为1.6×10－19 C)解析：在电场作用下12mv 2＝eU ，得v ＝2eU m ，根据德布罗意波长λ＝h p 得λ＝h mv ＝h 2meU＝1.23U nm ，由于电压U ＝220 V ，代入上式得λ＝1.23220nm ＝8.29×10－2 nm ＝8.29×10－11 m. 答案：8.29×10－11 m[课时作业] [学生用书P82(独立成册)]一、单项选择题1．关于光的波动性与粒子性，以下说法正确的是( )A ．爱因斯坦的光子说否定了光的电磁说B ．光电效应现象说明了光的粒子性C ．光的波动性和粒子性是相互矛盾的，无法统一D ．以上说法均错误解析：选B.爱因斯坦的光子说并没有否定电磁说，只是在一定条件下光是体现粒子性的，A 错；光电效应说明光具有粒子性，说明光的能量是一份一份的，B 对；光的波动性和粒子性不是孤立的，而是有机的统一体，C 错．2．下列说法正确的是( )A ．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点B ．光不具有波动性C ．由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性D ．实物粒子和光子一样都具有波粒二象性，所以实物粒子与光子是相同本质的物质 解析：选 C.光的波动性和光的粒子性不同于宏观的机械波和粒子，属于微观世界，A 错误；光既具有波动性又具有粒子性，B 错误；光的波动性和粒子性是光的行为，即光具有波粒二象性，C 正确；实物粒子虽然与光子具有某些相同的现象，但粒子是实物，而光则是传播着的电磁波，其本质不同，D 错误．3．如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等，则它们也相等的是( )A ．速度B ．动能C ．动量D ．总能量解析：选C.根据德布罗意波的波长公式λ＝h p可知，如果电子的德布罗意波长与中子相等，则电子与中子一定具有相同的动量，故C 项正确．4．(2016·昆明高二检测)X 射线是一种高频电磁波，若X 射线在真空中的波长为λ，以h 表示普朗克常量，c 表示真空中的光速，以E 和p 分别表示X 射线每个光子的能量和动量，则( )A ．E ＝h λc，p ＝0 B ．E ＝h λc ，h λc 2 C ．E ＝hc λ，p ＝0 D ．E ＝hc λ，p ＝h λ解析：选D.根据E ＝hν，且λ＝h p ，c ＝λν可得X 射线每个光子的能量为E ＝hc λ，每个光子的动量为p ＝h λ，故选D. 5．影响显微镜分辨率本领的一个因素是衍射，衍射现象越明显，分辨本领越低．使用电子束工作的电子显微镜有较高的分辨本领，它利用高压对电子束加速，最后打在感光胶片上来观察显微图像．以下说法正确的是( )A ．加速电压越高，电子的波长越长，分辨本领越强B ．加速电压越高，电子的波长越短，衍射现象越明显C ．如果加速电压相同，则用质子流工作的显微镜比用电子流工作的显微镜分辨本领强D ．如果加速电压相同，则用质子流工作的显微镜比用电子流工作的显微镜分辨本领弱解析：选C.设加速电压为U ，电子电荷量为e ，质量为m ，则有E k ＝12mv 2＝eU ＝p 22m ，又p ＝h λ，故eU ＝h 22m λ2，可得λ＝h 22emU.对电子来说，加速电压越高，λ越小，衍射现象越不明显，故选项A 、B 错误；电子与质子比较，因质子质量比电子质量大得多，可知质子加速后的波长要小得多，衍射现象不明显，分辨本领强，故选项C 正确，选项D 错误．二、多项选择题6．(2016·山西临汾高二检测)关于光的波粒二象性的理解正确的是( )A ．大量光子的行为往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性B ．光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子C ．高频光是粒子，低频光是波D ．波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著解析：选AD.光的波粒二象性指光有时候表现出的粒子性较明显，有时候表现出的波动性较明显，D 正确；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，A 正确；光在传播时波动性显著，光与物质相互作用时粒子性显著，B 错误；频率高的光粒子性显著，频率低的光波动性显著，C 错误．7．下列说法中正确的是( )A ．光的干涉和衍射说明光具有波动性B ．光的频率越大，波长越长C ．光的波长越长，光子的能量越大D ．光在真空中的传播速度为3.0×108 m/s解析：选AD.干涉和衍射现象是波的特性，说明光具有波动性，选项A 正确；光的频率越大，波长越短，光子能量越大，故选项B 、C 错误；光在真空中的传播速度为3×108 m/s ，故选项D 正确．8．(2015·高考江苏卷)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有( )A ．光电效应现象揭示了光的粒子性B ．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性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，它们的德布罗意波长也相等解析：选AB.光电效应现象、黑体辐射的实验规律都可以用光的粒子性解释，选项A 正确，选项C 错误；热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性，选项B 正确；由德布罗意波长公式λ＝h p和p 2＝2mE k 知动能相等的质子和电子动量不同，德布罗意波长不相等，选项D 错误．9．频率为ν的光子，德布罗意波波长为λ＝h p，能量为E ，则光的速度为( ) A.E λhB ．pE C.E p D.h 2Ep解析：选AC.根据c ＝λν，E ＝h ν，λ＝h p ，即可解得光的速度为E λh 或E p，故选A 、C. 10．根据物质波的理论，下列说法正确的是( )A ．微观粒子有波动性，宏观物体没有波动性B ．微观粒子和宏观物体都具有波动性C ．宏观物体的波动性不易被察觉，因为它的波长太长D ．速度相同的质子和电子，电子的波动性更为明显解析：选BD.一切运动物体都有一种波与它相对应，所以宏观物体也具有波动性，选项A 错误，选项B 正确；物质波的波长与其动量成反比，因宏观物体的动量较大，所以其德布罗意波长非常短，不易观察到其衍射现象，选项C 错误；速度相同的质子和电子，电子的质量较小，动量较小，物质波的波长较长，故波动性明显，选项D 正确．三、非选择题11．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)解析：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eU ＝12mv 2① 据德布罗意物质波理论知，电子的德布罗意波长λ＝h p，② 其中p ＝mv ，③解①②③方程组可得U ＝h 22em λ2＝153 V. 答案：153 V12．科学家设想未来的宇航事业中利用太阳帆来加速星际飞船，设该飞船所在地每秒每单位面积接收到的光子数为n ，光子平均波长为λ，太阳帆面积为S ，反射率100%，设太阳光垂直射到太阳帆上，飞船总质量为m .(1)求飞船加速度的表达式(光子动量p ＝h λ)； (2)若太阳帆是黑色的，飞船的加速度又为多少？解析：(1)光子垂直射到太阳帆上再反射，动量变化量为2p ，设光对太阳帆的压力为F ，单位时间打到太阳帆上的光子数为N ，则N ＝nS ，由动量定理有F Δt ＝N Δt ·2p ，所以F ＝N ·2p ，而光子动量p ＝h λ，所以F ＝2nSh λ. 由牛顿第二定律可得飞船加速度的表达式为a ＝F m ＝2nSh m λ. (2)若太阳帆是黑色的，光子垂直打到太阳帆上不再反射(被太阳帆吸收)，光子动量变化量为p ，故太阳帆上受到的光压力为F ′＝nSh λ，飞船的加速度a ′＝nSh mλ. 答案：(1)2nSh m λ (2)nSh m λ。

学业分层测评(六)(建议用时：45分钟)[学业达标]1．以下关于辐射强度与波长关系的说法中正确的是()A．物体在某一温度下只能辐射某一固定波长的电磁波B．当铁块呈现黑色时，说明它的温度不太高C．当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强D．早、晚时分太阳呈现红色，而中午时分呈现白色，说明中午时分太阳温度最高E．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【解析】由辐射强度随波长变化关系图知，随着温度的升高，各种波长的波的辐射强度都增加，而热辐射不是仅辐射一种波长的电磁波，选项B、C、E正确．【答案】BCE2．频率为ν的光子，具有的能量为hν，动量为hνc，将这个光子打在处于静止状态的电子上，光子将偏离原运动方向，这种现象称为光子的散射，下列关于光子散射的说法正确的是()A．光子改变原来的运动方向，且传播速度变小B．光子改变原来的传播方向，但传播速度不变C．光子由于在与电子碰撞中获得能量，因而频率增大D．由于受到电子碰撞，散射后的光子波长大于入射光子的波长E．由于受到电子碰撞，散射后的光子频率小于入射光子的频率【解析】碰撞后光子改变原来的运动方向，但传播速度不变，A错误，B正确；光子由于在与电子碰撞中损失能量，因而频率减小，即ν＞ν′，再由c＝λ1ν＝λ2ν′，得到λ1<λ2，C错误，D、E正确．【答案】BDE3．如图17-2-9所示是某金属在光的照射下，光电子最大初动能E k与入射光频率ν的关系图象，由图象可知()图17-2-9A．该金属的逸出功等于EB．该金属的逸出功等于hν0C．入射光的频率为ν0时，产生的光电子的最大初动能为ED．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为EE．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为2E【解析】题中图象反映了光电子的最大初动能E k与入射光频率ν的关系，根据爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－W0，知当入射光的频率恰为金属的截止频率ν0时，光电子的最大初动能E k＝0，此时有hν0＝W0，即该金属的逸出功等于hν0，根据图线的物理意义，有W0＝E，故选项A、B、D正确，而选项C、E错误．【答案】ABD4．美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应．关于康普顿效应，以下说法正确的是()A．康普顿效应说明光子具动量B．康普顿效应现象说明光具有波动性C．康普顿效应现象说明光具有粒子性D．当光子与晶体中的电子碰撞后，其能量增加E．当光子与晶体中的电子碰撞后，其能量减少【解析】康普顿效应说明光具有粒子性，B项错误，A、C项正确；光子与晶体中的电子碰撞时满足动量守恒和能量守恒，故二者碰撞后，光子要把部分能量转移给电子，光子的能量会减少，D项错误，E项正确．【答案】ACE5．能正确解释黑体辐射实验规律的是________提出的能量量子化理论．【解析】根据黑体辐射的实验规律，随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，只能用普朗克提出的能量量子化理论才能得到较满意的解释．【答案】普朗克6．如图17-2-10所示为t1、t2温度时的黑体辐射强度与波长的关系，则两温度的关系为________．图17-2-10【解析】根据黑体辐射的实验规律可知，随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．【答案】t1＞t27．医生用红外热像仪监测人的体温，只要被测者从仪器前走过，便可知他的体温是多少，你知道其中的道理吗？【解析】根据热辐射的实验规律可知，人的体温升高，人体辐射的红外线的频率和强度就会增加，通过监测被测者辐射的红外线的频率和强度，就可以知道该人的体温了．【答案】见解析8．在自然界生态系统中，蛇与老鼠和其他生物通过营养关系构成食物链，在维持生态平衡方面发挥着重要作用．蛇是老鼠的天敌，它是通过接收热辐射来发现老鼠的．假设老鼠的体温约37 ℃，它发出的最强的热辐射的波长为λmin.根据热辐射理论，λmin与辐射源的绝对温度T的关系近似为Tλmin＝2.90×10－3m·K.求老鼠发出最强的热辐射的波长．【解析】 由Tλmin ＝2.90×10－3m·K 可得，老鼠发出最强的热辐射的波长为λmin ＝2.90×10－3T m ＝2.90×10－3(273＋37)m ＝9.4×10－6m. 【答案】 9.4×10－6 m[能力提升]9．在光电效应实验中，小明同学用同一实验装置，如图17-2-11(a)所示，在甲、乙、丙三种光的照射下得到了三条电流表与电压表读数之间的关系曲线，如图(b)所示．则正确的是( ) 【导学号：66390019】图17-2-11A ．乙光的频率大于甲光的频率B ．甲光的波长大于丙光的波长C ．丙光的光子能量小于甲光的光子能量D ．乙光对应的光电子最大初动能小于丙光的光电子最大初动能E ．乙、丙两种光对应的光电子的最大初动能相等【解析】 由爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W 0及遏止电压的含义可知，hν－W 0＝eU c ，结合题意与图象可以判断，W 0相同，U 1>U 2，则三种色光的频率为ν乙＝ν丙>ν甲，故丙光子能量大于甲光子能量，C 错误，同时判断乙光对应光电子的最大初动能等于丙光对应光电子的最大初动能，A 、E 正确，D 错误，由ν＝cλ知，λ乙＝λ丙＜λ甲，B 正确．【答案】 ABE10．经测量，人体表面辐射本领的最大值落在波长为940 μm处．根据电磁辐射的理论得出，物体最强辐射的波长与物体的绝对温度的关系近似为Tλm＝2.90×10－1m·K，由此估算人体表面的温度和辐射的能量子的值各是多少？(h＝6.63×10－34 J·s)【解析】人体表面的温度为T＝2.90×10－1 m·Kλm＝2.90×10－1940×10－6K≈309K≈36 ℃.人体辐射的能量子的值为ε＝h cλm＝6.63×10－34×3×108940×10－6J＝2.12×10－22 J.【答案】36 ℃ 2.12×10－22 J11．光电管是应用光电效应实现光信号与电信号之间相互转换的装置，其广泛应用于光功率测量、光信号记录、电影、电视和自动控制等诸多方面．如图17-2-12所示，C为光电管，B极由金属钠制成(钠的极限波长为5.0×10－7 m)．现用波长为4.8×10－7 m的某单色光照射B极．(1)电阻R上电流的方向是向左还是向右？(2)求出从B极发出的光电子的最大初动能．(3)若给予光电管足够大的正向电压时，电路中光电流为10 μA，则每秒射到光电管B极的光子数至少为多少个？【导学号：66390020】图17-2-12【解析】(1)B极板上逸出光电子，相当于电源的正极，A为负极，故流过R 的电流向左．(2)E km＝h cλ－hcλ0＝6.63×10－34×3×108×14.8×10－7－15.0×10－7J＝1.66×10－20 J.(3)每秒电路中流过的电子电荷量q＝It＝10×10－6×1 C＝1×10－5 Cn＝qe＝1×10－51.6×10－19个＝6.25×1013个．【答案】(1)向左(2)1.66×10－20 J(3)6.25×1013个第4节相对论的速度变换定律质量和能量的关系第5节广义相对论点滴1．相对论的速度变换公式：以速度u相对于参考系S运动的参考系S′中，一物体沿与u相同方向以速率v′运动时，在参考系S中，它的速率为________________．2．物体的质量m与其蕴含的能量E之间的关系是：________.由此可见，物体质量________，其蕴含的能量________．质量与能量成________，所以质能方程又可写成________．3．相对论质量：物体以速度v运动时的质量m和它静止时的质量m0之间有如下的关系________________．4．广义相对论的两个基本原理(1)广义相对性原理：在任何参考系中物理规律都是____________．(2)等效原理：一个不受引力作用的加速度系统跟一个受引力作用的惯性系统是等效的．5．广义相对论的几个结论：(1)光在引力场中传播时，将会发生________，而不再是直线传播．(2)引力场使光波发生________．(3)引力场中时间会__________，引力越强，时钟走得越慢．(4)有质量的物质存在加速度时，会向外辐射出____________．6．在高速运动的火车上，设车对地面的速度为v，车上的人以速度u′沿着火车前进的方向相对火车运动，那么他相对地面的速度u与u′＋v的关系是( )A．u＝u′＋v B．u<u′＋vC．u>u′＋v D．以上均不正确7．以下说法中错误的是( )A．矮星表面的引力很强B．在引力场弱的地方比引力场强的地方，时钟走得快些C．引力场越弱的地方，物体的长度越短D．在引力场强的地方，光谱线向绿端偏移概念规律练知识点一相对论速度变换公式的应用1．若一宇宙飞船对地以速度v运动，宇航员在飞船内沿同方向测得光速为c，问在地上观察者看来，光速应为v＋c吗？2．一粒子以0.05c的速率相对实验室参考系运动．此粒子衰变时发射一个电子，电子相对于粒子的速度为0.8c，电子的衰变方向与粒子运动方向相同．求电子相对于实验室参考系的速度．知识点二相对论质量3．人造卫星以第一宇宙速度(约8 km/s)运动，问它的质量和静质量的比值是多少？4．一观察者测出电子质量为2m0，求电子的速度是多少？(m0为电子静止时的质量)知识点三质能方程5．一个运动物体的总能量为E，E中是否考虑了物体的动能？6．一个电子被电压为106 V的电场加速后，其质量为多少？速率为多大？知识点四了解广义相对论的原理7．假如宇宙飞船是全封闭的，航天员与外界没有任何联系．但是航天员观察到，飞船内没有支撑的物体都以某一加速度落向舱底．请分析这些物体运动的原因及由此得到的结论．8．在外层空间的宇宙飞船上，如果你正在一个以加速度g＝9.8 m/s2向头顶方向运动的电梯中，这时，你举起一个小球自由地丢下，请说明小球是做自由落体运动．方法技巧练巧用ΔE＝Δmc2求质量的变化量9．现在有一个静止的电子，被电压为107 V的电场加速后，质量增大了多少？其质量为多少？(m0＝9.1×10－31 kg，c＝3.0×108 m/s)10．已知太阳内部进行激烈的热核反应，每秒钟辐射的能量为 3.8×1026 J，则可算出( )A．太阳的质量约为4.2×106 tB．太阳的质量约为8.4×106 tC．太阳的质量每秒钟减小约为4.2×106 tD．太阳的质量每秒钟减小约为8.4×106 t1．关于广义相对论和狭义相对论之间的关系．下列说法正确的是( )A．它们之间没有任何联系B．有了广义相对论，狭义相对论就没有存在的必要了C．狭义相对论能够解决时空弯曲问题D．为了解决狭义相对论中的参考系问题提出了广义相对论2．下面的说法中正确的是( )A．在不同的参考系中观察，真空中的光速都是相同的B．真空中的光速是速度的极限C．空间和时间与物质的运动状态有关D．牛顿力学是相对论力学在v≪c时的特例3．根据爱因斯坦的质能方程，可以说明( )A．任何核反应，只要伴随能量的产生，则反应前后各物质的质量和一定不相等B．太阳不断地向外辐射能量，因而太阳的总质量一定不断减小C．虽然太阳不断地向外辐射能量，但它的总质量是不会改变的D．若地球从太阳获得的能量大于地球向外辐射的能量，则地球的质量将不断增大4．下列说法中，正确的是( )A．由于太阳引力场的影响，我们有可能看到太阳后面的恒星B．强引力作用可使光谱线向红端偏移C．引力场越强的位置，时间进程越慢D．由于物质的存在，实际的空间是弯曲的5．黑洞是质量非常大的天体，由于质量很大，引起了其周围的时空弯曲，从地球上观察，我们看到漆黑一片，那么关于黑洞，你认为正确的是( )A．内部也是漆黑一片，没有任何光B．内部光由于引力的作用发生弯曲，不能从黑洞中射出C．内部应该是很亮的D．如果有一个小的星体经过黑洞，将会被吸引进去6．在引力可以忽略的空间有一艘宇宙飞船在做匀加速直线运动，一束光垂直于运动方向在飞船内传播，下列说法中正确的是( )A．船外静止的观察者看到这束光是沿直线传播的B．船外静止的观察者看到这束光是沿曲线传播的C．航天员以飞船为参考系看到这束光是沿直线传播的D．航天员以飞船为参考系看到这束光是沿曲线传播的7．下列说法中正确的是( )A．物质的引力使光线弯曲B．光线弯曲的原因是由于介质不均匀而非引力作用C．在强引力的星球附近，时间进程会变慢D．广义相对论可以解释引力红移现象8.地球上一观察者，看见一飞船A以速度2.5×108 m/s从他身边飞过，另一飞船B以速度2.0×108 m/s跟随A飞行．求：(1)A上的乘客看到B的相对速度；(2)B上的乘客看到A的相对速度．9．一物体静止时质量为m ，当分别以v 1＝7.8 km/s 和v 2＝0.8c 的速度飞行时，质量分别是多少？10．你能否根据质能方程推导动能的表达式E k ＝12mv 2?11．广义相对论得出了哪些重要的结论？第4节 相对论的速度变换定律质量和能量的关系 第5节 广义相对论点滴课前预习练1．v ＝u ＋v′1＋uv′c22．E ＝mc 2越大 越多 正比 ΔE ＝Δmc 23．m ＝m 01－v 2c 24．(1)一样的5．(1)偏折 (2)频移 (3)延缓 (4)引力波 6．B [由相对论速度变换公式可知B 正确．] 7．CD [由引力红移可知C 、D 错误．] 课堂探究练1．在地面的观察者看来，光速是c 不是v ＋c.解析 由相对论速度变换公式u ＝u′＋v 1＋u′v c 2，求得光对地速度u ＝v ＋c 1＋vc c 2＝c v ＋c v ＋c ＝c. 点评 若仍然利用经典相对性原理解答此类题目，会导致错误结论．在物体的运动速度与光速可比拟时，要用相对论速度变换公式进行计算．2．0.817c解析 已知v ＝0.05c ，u x ′＝0.8c.由相对论速度叠加公式得u x ＝u x ′＋v 1＋u x ′v c 2＝(u x ′＋v)c 2c 2＋u x ′v u x ＝(0.8c ＋0.05c)c 2c 2＋0.8c×0.05c≈0.817c. 点评 对于微观、高速运动的物体，其速度的叠加不再按照宏观运动规律，而是遵守相对论速度变换公式．3．1.000 000 000 35解析 c ＝3×108 m/s ，v c ＝8×1033×108，v 2c 2≈7.1×10－10. 由m ＝m 01－⎝ ⎛⎭⎪⎫v c 2，得 m m 0＝1.000 000 000 35. 点评 根据m ＝m 01－(v c)2直接计算m m 0不需先算m. 4．0.866c 解析 m ＝2m 0，代入公式m ＝m 01－(v c )2，可得2m 0＝m 01－(v c )2，解得v ＝32c ＝0.866c. 点评 在v c 时，可以认为质量是不变的，但当v 接近光速时，m 的变化一定要考虑．5．总能量E 中已经计入了物体的动能．解析 总能量E ＝E 0＋Ek ，E 0为静质能，实际上包括分子的动能和势能、化学能、电磁能、结合能等．E 0＝m 0c 2，Ek 为动能，Ek ＝m 0c 2⎣⎢⎢⎡⎦⎥⎥⎤1 1－v 2c2 －1，E ＝E 0＋Ek ＝mc 2. 点评 有人根据E ＝mc 2得出结论说“质量可以转化为能量、能量可以转化为质量”这是对相对论的曲解，事实上质量决不会变成能量，能量也决不会变成质量．一个系统能量减少时，其质量也相应减少，另一个系统因接受而增加能量时，其质量也相应增加．对一个封闭的系统，质量是守恒的，能量也是守恒的．6．2.69×10－30 kg 0.94c解析 Ek ＝eU ＝(1.6×10－19×106) J ＝1.6×10－13 J对高速运动的电子，由Ek ＝mc 2－m 0c 2得m ＝Ek c 2＋m 0＝1.6×10－13(3×108)2 kg ＋9.1×10－31 kg ≈2.69×10－30 kg. 由m ＝m 01－v 2c2得，v ＝c 1－m 20m 2＝2.82×108 m·s －1≈0.94c 点评 当v c 时，宏观运动规律仍然适用，物体的动能仍然根据Ek ＝12mv 2来计算．但当v 接近光速时，其动能由Ek ＝mc 2－m 0c 2来计算．7．见解析解析 飞船内没有支撑的物体都以某一加速度落向舱底的原因可能是飞船正在向远离任意天体的空间加速飞行，也可能是由于飞船处于某个星球的引力场中．实际上飞船内部的任何物理过程都不能告诉我们飞船到底是加速运动还是停泊在一个行星的表面．这个事实使我们想到：一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价．点评 把一个做匀加速运动的参考系等效为一个均匀的引力场，从而使物理规律在非惯性系中也成立．8．见解析解析 由广义相对论中的等效原理知，一个均匀的引力场与一个做加速运动的参考系等价．当电梯向头顶方向加速运动时，自由丢下的小球相对于电梯的加速度为g ＝9.8 m/s 2，与在地球引力场中做自由落体运动相同．9．1.78×10－29 kg 1.871×10－29 kg解析 由动能定理，加速后电子增加的动能ΔEk ＝eU ＝1.6×10－19×107 J ＝1.6×10－12 J由ΔE ＝Δmc 2得电子增加的质量Δm ＝ΔEk c 2＝1.6×10－12(3×108)2kg≈1.78×10－29 kg ，此时电子的质量m ＝m 0＋Δm ＝1.871×10－29 kg方法总结 物体的能量变化ΔE 与质量变化Δm 的对应关系为ΔE ＝Δmc 2，即当物体的能量增加时，物体对应的质量也增大；当物体的能量减少时，物体对应的质量也减小． 10．C [由质能方程知太阳每秒钟因辐射能量而失去的质量为Δm ＝ΔE c 2＝4.2×109 kg ＝4.2×106 t ，故C 正确．]课后巩固练1．D [狭义相对论之所以称为狭义相对论，就是只能是对于惯性参考系来讲的，时空弯曲问题是有引力存在的问题，需要用广义相对论进行解决．]2．ABCD3．ABD [据ΔE ＝Δmc 2，当能量变化时，核反应中，物体的质量发生变化，故A 正确；太阳在发生聚变反应，释放出大量能量，质量减小，故B 正确，C 错误；由质能关系知，D 正确．]4．ABCD [由广义相对论我们可知道：物质的引力使光线弯曲，因此选项A 、D 是正确的．在引力场中时间进程变慢，而且引力越强，时间进程越慢，因此我们能观察到引力红移现象，所以选项B 、C 正确．]5．BCD6．AD [由广义相对论基本原理可知A 、D 正确．]7．ACD [由广义相对论的几个结论可知A 、C 、D 正确．]8．(1)－1.125×108 m/s (2)1.125×108 m/s解析 (1)A 上的乘客看地以－2.5×108 m/s 向后．B 在地面看以2.0×108 m/s 向前，则A 上乘客看B 的速度为u ＝u′＋v 1＋u′·v c 2＝－2.5＋2.01＋－2.5×232×108 m/s≈－1.125×108 m/s.(2)B 看A 则相反为1.125×108 m/s.9．见解析解析 速度为7.8 km/s 时，质量为m 1＝m 01－(v c )2＝m 01－(7.8×1033×108)2≈m 0＝m 速度为0.8c 时，质量设为m 2，有m 2＝m 01－(0.8)2＝m 00.6＝53m 0＝53m. 10．见解析解析 质能方程E ＝mc 2表示的是物体质量和能量之间的关系，所以物体运动时的能量和静止时的能量之差就是物体的动能Ek即Ek ＝E －E 0又因为E ＝mc 2＝m 01－(v c)2c 2，E 0＝m 0c 2 所以Ek ＝m 0c 2[11－(v c )2－1]当v 很小时，即v c 1时，根据数学公式有[1－(v c )2]－12≈1＋12(v c)2 所以Ek ＝E －E 0≈12m 0v 2 11．广义相对论得出的结论：(1)物质的引力使光线弯曲．时空几乎在每一点都是弯曲的．只有在没有质量的情况下，时空才没有弯曲，如质量越大，时空弯曲的程度也越大．在引力场存在的条件下，光线是沿弯曲的路径传播的．(2)引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别．例如在强引力的星球附近，时钟要走得慢些．按照广义相对论光在强引力场中传播时，它的频率或波长会发生变化，出现引力红移现象．。