3-5第2章波与粒子章末综合检测
- 格式:doc
- 大小:192.50 KB
- 文档页数:5
新人教版选修3-5《17.1 能量量子化》课时训练物理试卷一、黑体与黑体辐射第十七章波粒二象性第1节能量量子化1. 黑体:是指能够________吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体。
2. 热辐射:周围的一切物体都在辐射________,这种辐射与物体的________有关。
3. 黑体辐射的实验规律(1)一般材料的物体,辐射电磁波的情况除与________有关外,还与材料的种类及表面状况有关。
(2)黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的________有关,如图所示。
①随着温度的升高,各种波长的辐射强度都________;②随着温度的升高,辐射强度的极大值向波长________的方向移动。
二、能量子定义:普朗克认为,带电微粒辐射或者吸收能量时,只能辐射或吸收某个最小能量值ε的________。
即:能的辐射或者吸收只能是________。
这个不可再分的最小能量值ε叫做________。
能量子大小ε=ℎν,其中ν是电滋波的频率,ℎ称为________常量。
ℎ=________J⋅s (一般取ℎ=6.63×10−34J⋅s)。
能量的量子化在微观世界中微观粒子的能量是________的,或者说微观粒子的能量是________的。
这种现象叫能量的量子化。
【概念规律练】关于热辐射,下列说法中正确的是()A.一切物体都在辐射电磁波B.任何物体辐射电磁波的情况只与温度有关C.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D.黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波下列关于黑体辐射的实验规律叙述正确的()A.随着温度的升高,各种波长的辐射强度都有所增加B.随着温度的升高,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动C.黑体热辐射的强度与波长无关D.黑体辐射无任何规律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,则电磁辐射的能量子ε的值为()A.ℎcλB.ℎλC.cℎλD.以上均不正确神光“Ⅱ”装置是我国规模最大,国际上为数不多的高功率固体激光系统,利用它可获得能量为2400J、波长λ为0.35μm的紫外激光,已知普朗克常量ℎ=6.63×10−34J⋅s,则该紫外激光所含光子数为()A.2.1×1021个B.4.2×1021个C.2.1×1015个D.4.2×1015个一、【方法技巧练】利用能量子的关系式求解有关问题氦-氖激光器发出波长为633nm的激光,当激光器的输出功率为1mW时,每秒发出的光子数为()A.2.2×1015B.3.2×1015C.2.2×1014D.3.2×1014小灯泡的功率P=1W,设其发出的光向四周均匀辐射,平均波长λ=10−6m,求在距离d=1.0×104m处,每秒钟落在垂直于光线方向、面积为1cm2的球面上的光子数是多少?(ℎ=6.63×10−34J⋅s)课后巩固练对黑体辐射电磁波的波长分布有影响的是()A.温度B.材料C.表面状况D.质量能正确解释黑体辐射实验规律的是()A.能量的连续经典理论B.普朗克提出的能量量子化理论C.以上两种理论体系任何一种都能解释D.牛顿提出的能量微粒说下列说法正确的是()A.微观粒子的能量变化是跳跃式的B.能量子与电磁波的频率成正比C.红光的能量子比绿光大D.电磁波波长越长,其能量子越大红、橙、黄、绿四种单色光中,光子能量最小的是()A.红光B.橙光C.黄光D.绿光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任何介质中波长都长对于带电微粒的辐射和吸收能量时的特点,以下说法正确的是()A.以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收B.辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍C.吸收的能量可以是连续的D.辐射和吸收的能量是量子化的对一束太阳光进行分析,下列说法正确的是()A.太阳光是由各种单色光组成的复色光B.在组成太阳光的各单色光中,其能量最强的光为红光C.在组成太阳光的各单色光中,其能量最强的光为紫光D.组成太阳光的各单色光的能量都相同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生物链,在维持生态平衡方面发挥重要作用,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∘C,它发出的最强的热辐射的波长为λ(m),根据热辐射理论,λ(m)与辐射源的绝对温度的关系近似为Τλ=2.90×10−3m⋅K.老鼠发出最强的热辐射的波长为()A.7.9×10−5mB.9.4×10−6mC.1.16×10−4mD.9.7×10−8m由能量的量子化假说可知,能量是一份一份的而不是连续的,但我们平时见到的宏观物体的温度升高或降低,为什么不是一段一段的而是连续的,试解释其原因。
单元素养评价(四)(第5章)(90分钟100分)一、选择题(本大题共12小题,每小题5分,共60分,1~9为单选,10~12为多选)1.某单色光照射某金属时不能发生光电效应,则下述措施中可能使该金属发生光电效应的是( )A.延长光照时间B.增大光的强度C.换用波长较短的光照射D.换用频率较低的光照射【解析】选C。
由光电效应规律可知,能不能发生光电效应,是由入射光的频率与极限频率的关系决定的,入射光频率必须大于或等于极限频率。
波长较短的光频率高,当高于或等于极限频率时就能发生光电效应,故C正确,A、B、D错误。
2.在验证光的波粒二象性的实验中,下列说法正确的是 ( )A.使光子一个一个地通过狭缝,如时间足够长,底片上将会显示衍射图样B.单个光子通过狭缝后,底片上会出现完整的衍射图样C.光子通过狭缝的运动路线像水波一样D.光的粒子性是大量光子运动的规律【解析】选A。
在宏观世界里找不到既有粒子性又有波动性的物质,个别或少数光子表现出光的粒子性,大量光子表现出光的波动性,如果时间足够长,通过狭缝的光子数也就足够多,光子的分布遵从波动规律,底片上将会显示出衍射图样,A正确、D错误;单个光子通过狭缝后,路径是随机的,底片上不会出现完整的衍射图样,B、C错误。
3.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.甲电子速度是乙电子的3倍,甲电子的波长也是乙电子的3倍【解析】选A。
质子的质量远大于电子。
由λ===,知选项A正确。
4.关于粒子,下列说法中正确的是( )A.电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子B.强子都是带电的粒子C.夸克模型是探究三大类粒子结构的理论D.夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单元【解析】选D。
由于质子、中子是由不同夸克组成的,它们不是最基本的粒子,不同夸克构成的强子,有的带电,有的不带电,故选项A、B错误;夸克模型是研究强子结构的理论,不同夸克带电不同,说明电子电荷不再是电荷的最小单元,故选项C错误,D正确。
第1节电子的发现与汤姆孙模型1.了解物质结构早期研究的基本历程.2.知道阴极射线的产生及其本质,理解汤姆孙对阴极射线研究的方法及电子发现的意义.(重点)3.了解汤姆孙原子模型.一、物质结构的早期探究1.1661年,玻意耳以化学实验为基础建立了科学的元素论.2.19世纪初,道尔顿提出了原子论,认为原子是元素的最小单元.3.1811年,意大利化学家阿伏伽德罗提出了分子假说,指出分子可以由多个相同的原子组成.1.请你简述我国古代对物质的结构有哪些探究?提示:老子讲“道生一,一生二,二生三,三生万物”.墨子认为物体是由不可分割的最小单元“端”构成的.二、电子的发现1.阴极射线:科学家研究稀薄气体放电时发现,当玻璃管内的气体足够稀薄时,阴极发出一种射线,这种射线能使玻璃管壁发出荧光,这种射线称为阴极射线.2.汤姆孙对阴极射线本质的探究(1)通过实验巧妙利用静电偏转力和磁场偏转力相抵消等方法,确定了阴极射线粒子的速度,并测量出了粒子的比荷,qm=ERB.(2)换用不同材料的阴极和不同的气体,所得粒子的比荷相同.这说明不同物质都能发射这种带电粒子,它是各种物质中共有的成分.3.结论(1)阴极射线是带电粒子流.(2)不同物质都能发射这种带电粒子,它是各种物质中共有的成分,其质量是氢离子的质量的11 800,汤姆孙将这种带电粒子称为电子.(3)电子的发现说明原子具有一定的结构,即原子是由电子和其他物质组成的.4.电子发现的意义:电子的发现揭开了认识原子结构的序幕.5.微观世界的三大发现:19世纪末微观世界有三大发现.(1)1895年伦琴发现了X射线.(2)1896年法国科学家贝克勒尔发现了放射性.(3)1897年英国物理学家汤姆孙发现了电子.(1)英国物理学家汤姆孙认为阴极射线是一种电磁辐射.()(2)组成阴极射线的粒子是电子.()(3)电子是原子的组成部分,电子电荷量可以取任意数值.()提示:(1)×(2)√(3)×三、汤姆孙原子模型汤姆孙认为,原子带正电的部分应充斥整个原子,很小很轻的电子镶嵌在球体的某些固定位置,正像葡萄干嵌在面包中那样,这就是原子的葡萄干面包模型.2.汤姆孙的原子模型成功解决了哪些问题?提示:(1)原子呈电中性:电子带的负电被原子带的正电抵消.(2)原子的平衡状态:电子一方面要受正电荷的吸引,另一方面又要相互排斥,因此必然有一个平衡状态.(3)原子的电离:原子失去电子或得到电子,就会变成离子.(4)发射和吸收特定频率的电磁波:电子在它们的平衡位置附近做简谐振动,可以发射或吸收特定频率的电磁波.阴极射线与电子的发现1.阴极射线气体的电离和导电:通常情况下,气体是不导电的;但在强电场中,气体能够被电离而导电.在研究气体放电时一般都用玻璃管中的稀薄气体.稀薄气体导电时可以看到辉光放电现象.2.确定阴极射线粒子带电性质的方法(1)粒子在电场中运动如图所示.带电粒子在电场中运动,受电场力作用运动方向发生改变(粒子质量忽略不计).带电粒子在不受其他力作用时,若沿电场线方向偏转,则粒子带正电;若逆着电场方向偏转,则粒子带负电.(2)粒子在磁场中运动,如图所示.粒子将受到洛伦兹力作用F =q v B ,速度方向始终与洛伦兹力方向垂直,利用左手定则即可判断粒子的电性.不考虑其他力的作用,如果粒子按图示方向进入磁场,且做顺时针的圆周运动,则粒子带正电;若做逆时针的圆周运动,则粒子带负电.通过上述方法可判定阴极射线是带有负电的粒子. 3.比荷的测定方法(1)让粒子通过正交的电磁场,让其做直线运动,根据二力平衡,即q v B =qE 得到粒子的运动速度v =EB.①(2)在其他条件不变的情况下,撤去电场,保留磁场让粒子在磁场中做圆周运动,洛伦兹力提供向心力,即q v B =m v 2r.②(3)由①②确定比荷的表达式:q m =EB 2r .4.电子的发现(1)汤姆孙测得阴极射线粒子的比荷约为1011 C/kg ,电荷量与氢离子基本相同,质量为氢离子的11 800.(2)最后经定量计算,汤姆孙认定组成阴极射线的粒子为电子.1897年,物理学家汤姆孙正式测定了电子的比荷,打破了原子是不可再分的最小单位的观点.因此,汤姆孙的实验是物理学发展史上最著名的经典实验之一.在汤姆孙测电子比荷的实验中,采用了如图所示的阴极射线管,从电子枪C出来的电子经过A、B间的电场加速后,水平射入长度为L的D、G平行板间,接着在荧光屏中心F 出现荧光斑.若在D、G间加上方向向下,场强为E的匀强电场,电子将向上偏转;如果再利用通电线圈在D、G电场区加上一垂直纸面的、磁感应强度为B的匀强磁场(图中未画),荧光斑恰好回到荧光屏中心,接着再去掉电场,电子向下偏转,偏转角为θ,试解决下列问题:(1)说明图中磁场沿什么方向;(2)根据L、E、B和θ,求出电子的比荷.[思路点拨] 两板间只加电场时电子在电场力作用下做类平抛运动,同时加上电场和磁场后电场力和洛伦兹力大小相等,做匀速直线运动,只加磁场时做匀速圆周运动.[解析] (1)两板D 、G 间只加磁场时,电子向下偏转,说明电子所受洛伦兹力的方向向下,由左手定则可判定磁场方向垂直纸面向里.(2)电子在两板间做匀速直线运动,qE =Bq v ,电子在磁场中偏转时如图所示, Bq v =m v 2r由图可知:L =r ·sin θ 由以上各式得q m =E sin θB 2L.[答案] (1)垂直纸面向里 (2)E sin θB 2L(1)电子在复合场中做匀速直线运动的条件是粒子受到的洛伦兹力和电场力大小相等方向相反即eE=e v B.(2)电子在磁场中偏转要确定运动轨迹,圆心角和偏向角相等.1.如图所示,在阴极射线管正上方平行放一通有强电流的长直导线,则阴极射线将()A.向纸内偏转B.向纸外偏转C.向下偏转D.向上偏转解析:选D.通电直导线的电流方向向左,由安培定则可判断导线下方的磁场垂直于纸面向外,组成阴极射线的粒子是电子,电子向右运动,由左手定则可知电子向上偏转.测定带电粒子比荷的两种方法1.利用磁偏转测比荷,由q v B =m v 2R 得q m =vBR ,只需知道磁感应强度B 、带电粒子的初速度v 和偏转半径R 即可.2.利用电偏转测比荷,偏转量y =12at 2=12qU md ·⎝⎛⎭⎫L v 2,故q m =2yd v 2UL 2.所以在偏转电场U 、d 、L 已知时,只需测量v 和y 即可.如图所示为汤姆孙用来测定电子比荷的装置.当极板P 和P ′间不加偏转电压时,电子束打在荧光屏的中心O 点处,形成一个亮点;加上偏转电压U 后,亮点偏离到O ′点,O ′点到O 点的竖直距离为d ,水平距离可忽略不计;此时在P 与P ′之间的区域里再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场,调节磁感应强度,当其大小为B 时,亮点重新回到O 点.已知极板水平方向长度为L 1,极板间距为b ,极板右端到荧光屏的距离为L 2.(1)求打在荧光屏O 点的电子速度的大小; (2)推导出电子比荷的表达式.[解析] (1)当电子受到的电场力与洛伦兹力平衡时,电子做匀速直线运动,亮点重新回到中心O 点,设电子的速度为v ,则e v B =eE ,得v =E B ,即v =UBb.(2)当极板间仅有偏转电场时,电子以速度v 进入后,竖直方向做匀加速运动,加速度为a =eU mb .电子在水平方向做匀速运动,在电场内的运动时间为t 1=L 1v .这样,电子在电场中,竖直向上偏转的距离为d 1=12at 21=eL 21U2m v 2b .离开电场时竖直向上的分速度为v ⊥=at 1=eL 1U m v b.电子离开电场做匀速直线运动,经t 2时间到达荧光屏,t 2=L 2v .t 2时间内向上运动的距离为d 2=v ⊥t 2=eUL 1L 2m v 2b .这样,电子向上的总偏转距离为d =d 2+d 1=eU m v 2b L 1·⎝⎛⎭⎫L 2+L 12,可解得e m =UdB 2bL 1⎝⎛⎭⎫L 2+L 12.[答案] (1)U Bb (2)UdB 2bL 1⎝⎛⎭⎫L 2+L 122.如图所示,让一束均匀的阴极射线从两极板正中间垂直穿过正交的电磁场,选择合适的磁感应强度B 和两极之间的电压U ,带电粒子不发生偏转,然后撤去电压,粒子做匀速圆周运动,并垂直打到极板上,两极板之间的距离为d ,求阴极射线中带电粒子的比荷.解析:设阴极射线粒子的电荷量为q ,质量为m ,则在电磁场中由平衡条件得,q Ud =q v B撤去电场后,由牛顿第二定律得,q v B =m v 2R又R =d 2解得q m =2U B 2d 2.答案:2UB 2d 2[随堂检测]1.关于阴极射线的本质,下列说法正确的是()A.阴极射线本质是氢原子B.阴极射线本质是电磁波C.阴极射线本质是电子D.阴极射线本质是X射线解析:选C.阴极射线是原子受激发射出的电子,关于阴极射线是电磁波、X射线都是在研究阴极射线过程中的一些假设,是错误的.2.(多选)下列说法中正确的是()A.汤姆孙精确地测出了电子电荷量e=1.602 177 33(49)×10-19 CB.电子电荷量的精确值是密立根通过“油滴实验”测出的C.汤姆孙油滴实验更重要的发现是:电荷量是量子化的,即任何电荷量只能是e的整数倍D.通过实验测得电子的比荷及电子电荷量e的值,就可以确定电子的质量解析:选BD.电子的电荷量是密立根通过“油滴实验”测出的,A、C错误,B正确.测和电子电荷量e的值,可以确定电子的质量,故D正确.出比荷的值em3.对于电子的发现,以下说法中正确的是()A.汤姆孙通过对阴极射线的研究,发现了电子B.汤姆孙通过实验测定了阴极射线的电荷量C.密立根通过油滴实验测定了阴极射线的比荷值D.原子的葡萄干面包模型是道尔顿提出的解析:选A.1897年汤姆孙通过对阴极射线的研究,发现了电子,并测出了电子的比荷,提出了葡萄干面包模型.故选A.4.阴极射线管中的高电压的作用是()A.使管内气体电离B.使管内产生阴极射线C.使管内障碍物的电势升高D.使电子加速解析:选D.在阴极射线管中,阴极射线是由于阴极处于炽热状态而发射出的电子流,通过高电压使电子加速获得能量,与玻璃发生撞击而产生荧光.故选项D正确.5.汤姆孙1897年用阴极射线管测量了电子的比荷(电子电荷量与质量之比),其实验原理如图所示.电子流平行于极板射入,极板P、P′间同时存在匀强电场E和垂直纸面向里的匀强磁场B时,电子流不会发生偏转;极板间只存在垂直纸面向里的匀强磁场B时,电子流穿出平行板电容器时的偏转角θ=115rad.已知极板长L=3.0×10-2m,电场强度大小为E=1.5×104 V/m,磁感应强度大小为B=5.0×10-4 T.求电子比荷.解析:无偏转时,洛伦兹力和电场力平衡,则eE=e v B只存在磁场时,有e v B=m v2r,由几何关系r=Lsin θ偏转角很小时,r≈Lθ联立上述各式并代入数据得电子的比荷 e m =EθB 2L=1.3×1011 C/kg . 答案:1.3×1011 C/kg[课时作业]一、单项选择题1.下列说法正确的是( )A .汤姆孙发现了电子并测出电子的电荷量B .稀薄气体导电可以看到辉光现象C .阴极射线是一种电磁波D .以上说法都不对解析:选B .汤姆孙发现了电子,但电子的电荷量是由密立根油滴实验测出的,A 错.稀薄气体被电离可以导电,产生辉光现象,B 对.阴极射线是带负电的粒子流,即电子,C 错.2.下列说法中错误的是( )A .原子是可以再分的,是由更小的微粒组成的B .通常情况下,气体是导电的C .在强电场中气体能够被电离而导电D .平时我们在空气中看到的放电火花,就是气体电离导电的结果解析:选B .电子的发现说明原子是可以再分的,A 对;通常情况下,气体不导电,但在强电场中被电离后可导电,B 错,C 、D 对.3.下列关于电子的说法正确的是( ) A .只有少数物质中有电子 B .不同的物质中具有不同的电子 C .电子质量是质子质量的1 836倍D .电子是一种粒子,是构成物质的基本单元解析:选D .汤姆孙对不同材料的阴极发出的射线进行研究,均为同一种粒子,即电子,电子是构成物质的基本单元,它的质量远小于质子质量.由此可知D 正确,B 、C 错误.4.英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的实验研究发现( ) A .阴极射线在电场中偏向正极板一侧B .阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同C .不同材料所产生的阴极射线的比荷不同D .汤姆孙已准确得出阴极射线粒子的电荷量解析:选A.汤姆孙利用其设计的阴极射线管,将不同的气体充入管内,用多种不同的金属分别制成阴极,结果证明比荷大体相同,C错.汤姆孙和他的学生通过测量得知阴极射线粒子的电荷量与氢离子的电荷量大小基本相同,D错;阴极射线带负电,A对,B错.5.阴极射线从阴极射线管中的阴极发出,在其间的高电压下加速飞向阳极,如图所示,若要使射线向上偏转,所加磁场的方向应为()A.平行于纸面向左B.平行于纸面向上C.垂直于纸面向外D.垂直于纸面向里解析:选C.阴极射线是高速电子流,由左手定则可判断磁场方向垂直纸面向外.6.如图所示为示波管中电子枪的原理示意图,示波管内被抽成真空,A为发射热电子的阴极,K 为接在高电势点的加速阳极,A 、K 间电压为U ,电子离开阴极时的速度可以忽略,电子经加速后从K 的小孔中射出的速度大小为v ,下面的说法中正确的是( )A .如果A 、K 间距离减半而电压仍为U 不变,则电子离开K 时的速度变为2vB .如果A 、K 间距离减半而电压仍为U 不变,则电子离开K 时的速度变为v2C .如果A 、K 间距离保持不变而电压减半,则电子离开K 时的速度变为v2D .如果A 、K 间距离保持不变而电压减半,则电子离开K 时的速度变为22v 解析:选D .对电子从A 到K 的过程应用动能定理:Ue =12m v 2-0,所以电子离开K时的速度取决于A 、K 之间电压的大小,A 错,B 错;如果电压减半,则v 应变为原来的22,C 错,D 对.二、多项选择题7.关于阴极射线的性质,下列说法正确的是( ) A .阴极射线带负电 B .阴极射线带正电C .阴极射线的比荷比质子的比荷大D .阴极射线的比荷比质子的比荷小解析:选AC .通过对阴极射线在电场、磁场中偏转的研究发现阴极射线带负电,而且比荷比氢离子的比荷大得多,故A 、C 正确.8.如图是密立根油滴实验的示意图.油滴从喷雾器嘴喷出,落到图中的匀强电场中,调节两板间的电压,通过显微镜观察到某一油滴静止在电场中,下列说法正确的是( )A .油滴带负电B .油滴质量可通过天平来测量C .只要测出两板间的距离和电压就能求出油滴所带的电荷量D .该实验测得油滴所带电荷量等于元电荷的整数倍解析:选AD .由图知,电容器板间电场方向向下,油滴所受的电场力向上,则知油滴带负电,故A 正确.油滴的质量很小,不能通过天平测量,故B 错误.根据油滴受力平衡得:mg =qE =q U d ,得q =mgdU ,所以要测出两板间的距离、电压和油滴的质量才能求出油滴的电量,故C 错误.根据密立根油滴实验研究知:该实验测得油滴所带电荷量等于元电荷的整数倍,故D 正确.9.关于电子的发现,下列叙述中正确的是( ) A .电子的发现,说明原子是由电子和原子核组成的 B .电子的发现,说明原子具有一定的结构 C .电子是第一种被人类发现的微观粒子D .电子的发现,比较好地解释了物体的带电现象解析:选BCD .发现电子之前,人们认为原子是不可再分的最小粒子,电子的发现,说明原子有一定的结构,B 正确;电子是人类发现的第一种微观粒子,C 正确;物体带电的过程,就是电子的得失和转移的过程,D 正确.10.如图所示是电子射线管的示意图.接通电源后,电子射线由阴极沿x 轴方向射出,在荧光屏上会看到一条亮线.要使荧光屏上的亮线向下(沿z 轴负方向)偏转,在下列措施中可采用的是( )A .加一磁场,磁场方向沿z 轴负方向B .加一磁场,磁场方向沿y 轴正方向C .加一电场,电场方向沿z 轴正方向D .加一电场,电场方向沿y 轴正方向解析:选BC .由于电子沿x 轴正方向运动,若所受洛伦兹力向下,使电子射线向下偏转,由左手定则可知磁场方向应沿y 轴正方向;若加电场使电子射线向下偏转,所受电场力方向向下,则所加电场方向应沿z 轴正方向,由此可知B 、C 正确.三、非选择题11.为测定带电粒子的比荷qm ,让这个带电粒子垂直飞进平行金属板间,已知匀强电场的场强为E ,在通过长为L 的两金属板间后,测得偏离入射方向的距离为d ,如果在两板间加垂直电场方向的匀强磁场,磁场方向垂直粒子的入射方向,磁感应强度为B ,则离子恰好不偏离原来方向,求比荷qm的值为多少?解析:只加电场时,在垂直电场方向 d =12⎝⎛⎭⎫Eq m ⎝⎛⎭⎫L v 02 加磁场后,粒子做直线运动,则q v 0B =Eq ,即v 0=E B .联立解得:q m =2dEB 2L 2.答案:2dEB 2L 212.如图所示,有一电子束穿过具有匀强电场和匀强磁场的空间区域,该区域的电场强度和磁感应强度分别为E 和B .(1)如果电子束的速度为v 0,要使电子束穿过上述空间区域不发生偏转,电场和磁场应满足什么条件?(2)如果撤去磁场,电场区域的长度为l ,电场强度的方向和电子束初速度方向垂直,电场区域边缘离屏之间的距离为d ,要使电子束在屏上偏移距离为y ,所需加速电压为多大?解析:(1)要使电子不发生偏转则:eE =e v 0B ,E =v 0B . (2)电子在电场中向上偏转量s =12·eE m t 2,且tan θ=v y v 0,其中v y =eEm t . 在加速电场中eU =12m v 20,v 0=l t . 偏移距离y =s +d tan θ,由以上各式可得U =El (l +2d )4y .答案:(1)E =v 0B (2)El (l +2d )4y。
第17章《波粒二象性》检测题一、单选题(每小题只有一个正确答案)1.用蓝光照射一光电管,能产生光电流,则下列一定可以使光电管发生光电效应的有( )A.红光 B.黄光 C.绿光 D.紫光2.当用一束紫外线照射锌板时,产生了光电效应,这时( )A.锌板带负电 B.有正离子从锌板逸出C.有电子从锌板逸出 D.锌板会吸附空气中的正离子3.下列关于光的波粒二象性的说法中正确的是( )A.光的波动性和粒子性是相互矛盾的,不能统一B.在衍射现象中,暗条纹的地方是光子永远不能到达的地方C.大量光子表现出的波动性强,少量光子表现出的粒子性强D.频率低的光子表现出的粒子性强,频率高的光子表现出的波动性强4.关于电子云,下列说法正确的是( )A.电子云是真实存在的实体B.电子云周围的小黑点就是电子的真实位置C.电子云上的小黑点表示的是电子的概率分布D.电子云说明电子在绕原子核运动时有固定轨道5.关于对黑体的认识,下列说法正确的是( )A.黑体只吸收电磁波,不反射电磁波,看上去是黑的B.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外,还与材料的种类及表面状况有关C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关,与材料的种类及表面状况无关D.如果在一个空腔壁上开一个很小的孔,射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收,最终不能从小孔射出,这个空腔就成了一个黑体6.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7.现有a、b、c三束单色光,其波长关系为λa>λb>λc,用b光束照射某种金属时,恰能发生光电效应.若分别用a光束和c光束照射该金属,则可以断定( )A.a光束照射时,不能发生光电效应B.c光束照射时,不能发生光电效应C.a光束照射时,释放出的光电子数目最多D.c光束照射时,释放出的光电子的最大初动能最小8.关于光的本性,下列说法中正确的是( )A.关于光的本性,牛顿提出“微粒说”,惠更斯提出“波动说”,爱因斯坦提出“光子说”,它们都说明了光的本性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.光的波粒二象性是将牛顿的粒子说和惠更斯的波动说真正有机地统一起来9.在做双缝干涉实验时,在观察屏的某处是亮纹,则对某一光子到达观察屏的位置,下列说法正确的是( )A.一定到达亮纹位置 B.一定到达暗纹位置C.该光子可能到达观察屏的任意位置 D.以上说法均不可能10.以下宏观概念中,哪些是“量子化”的 ( )A.物体的长度 B.物体所受的重力 C.物体的动能 D.人的个数11.如图所示,用波长为λ1和λ2的单色光A和B分别照射两种金属C和D的表面.单色光A照射两种金属时都能产生光电效应现象;单色光B照射时,只能使金属C产生光电效应现象,不能使金属D产生光电效应现象.设两种金属的逸出功分别为W C和WD,则下列选项正确的是( )A.λ1>λ2,WC>WD B.λ1>λ2,WC<WDC.λ1<λ2,WC>WD D.λ1<λ2,WC<WD12.研究光电效应时,用不同频率的紫外线照射金属锌,得到光电子最大初动能E k随入射光频率变化的E k-ν图象,应是下列四个图中的( )A.B. C. D.二、多选题(每小题至少有两个正确答案)13.已知能使某金属产生光电效应的极限频率为νc,则( )A.当用频率为2νc的单色光照射该金属时,一定能产生光电子B.当用频率为2νc的单色光照射该金属时,所产生的光电子的最大初动能为hνcC.当入射光的频率ν大于νc时,若ν增大,则逸出功增大D.当入射光的频率ν大于νc时,若ν增大一倍,则光电子的最大初动能也增大一倍14.关于光的本性,下列说法中正确的是( )A.光子的能量由光的强度所决定B.光的本性是:光既具有波动性,又具有粒子性C.光子的能量与光的频率成正比D.光电效应和康普顿效应深入地揭示了光的粒子性的一面15.频率为ν的光照射某金属时,产生光电子的最大初动能为E km,则( )A.若改用频率为2ν的光照射,该金属产生光电子的最大初动能为2E kmB.若改用频率为2ν的光照射,该金属产生光电子的最大初动能为E km+hνC.若改用频率为ν的光照射,该金属产生光电子的最大初动能为E km+hνD.若改用频率为ν的光照射,该金属可能不发生光电效应三、实验题16.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17.如图所示为证实电子波存在的实验装置,从F上漂出来的热电子可认为初速度为零,所加的加速电压U=104V,电子质量为m=9.1×10-31kg.电子被加速后通过小孔K1和K2后入射到薄的金箔上,发生衍射现象,结果在照相底片上形成同心圆明暗条纹.试计算电子的德布罗意波长.18.对应于3.4×10—19J的能量子,其电磁辐射的频率和波长各是多少?它是什么颜色?答案解析1.【答案】D【解析】紫光的频率大于蓝光的频率,一定能够使光电管发生光电效应,红光的频率、黄光的频率、绿光的频率都小于蓝光的频率,不一定能使光电管发生光电效应.2.【答案】C【解析】当用一束紫外线照射锌板时,产生了光电效应,有电子从锌板逸出,锌板带正电,选项C 正确,A、B、D错误.3.【答案】C【解析】光的波粒二象性是指光有时表现为波动性,有时表现为粒子性,二者是统一的,所以A 错误;在衍射现象中,暗条纹是指振动减弱的地方,并非光子不能到达的地方, B错误;光既具有粒子性,又具有波动性,大量的光子波动性比较明显,个别光子粒子性比较明显, C正确;光的粒子性和波动性与光子频率高低无关, D错误.4.【答案】C【解析】由电子云的定义我们知道,电子云不是一种稳定的概率分布,人们常用小黑点表示这种概率,小黑点的密疏代表电子在这一位置出现的概率大小,故只有C正确.5.【答案】C【解析】黑体自身辐射电磁波,不一定是黑的,故A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,故B错,C对;小孔只吸收电磁波,不反射电磁波,因此是小孔成了一个黑体,而不是空腔,故D错误.6.【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.7.【答案】A【解析】由a、b、c三束单色光的波长关系λa>λb>λc,及波长、频率的关系知:三束单色光的频率关系为:νa<νb<νc.故当b光恰能使金属发生光电效应时,a光必然不能使该金属发生光电效应,c 光必然能使该金属发生光电效应,A对,B、C错;光电子的最大初动能与入射光频率有关,频率越高,最大初动能越大,所以c光照射时释放出的光电子的最大初动能最大,D错,故正确答案为A.8.【答案】C【解析】光的波动性指大量光子在空间各点出现的可能性的大小可以用波动规律来描述,不是惠更斯的波动说中宏观意义下的机械波.光的粒子性是指光的能量是一份一份的,每一份是一个光子,不是牛顿微粒说中的经典微粒.某现象说明光具有波动性,是指波动理论能解释这一现象.某现象说明光具有粒子性,是指能用粒子说解释这个现象.要区分题中说法和物理史实与波粒二象性之间的关系.C正确,A、B、D错误.9.【答案】C【解析】光波是一种概率波,大量光子将到达亮纹位置,但也有极少数光子到达暗纹位置,因此对某一光子到达屏上的位置不确定,故A、B、D均错误,C正确.10.【答案】D【解析】所谓量子化是指数据是分立的、不连续的,根据量子的定义可做出选择,人的个数只能取正整数,不能取分数或小数,因而是不连续的,是量子化的.其它三个物理量的数值都可以取小数或分数,甚至取无理数也可以,因而是连续的,非量子化的,故只有D正确.11.【答案】D【解析】单色光A照射两种金属时都能产生光电效应现象,单色光B照射时,只能使金属C产生光电效应现象,根据光电效应条件知,单色光A的频率大于单色光B的频率,则λ1<λ2,单色光B照射时,只能使金属C产生光电效应现象,不能使金属D产生光电效应现象.知金属C的逸出功小于金属D的逸出功,即WC<WD.故D正确,A,B,C错误.12.【答案】C【解析】根据光电效应方程有:E k=hν-W,其中W为金属的逸出功:W=hν0.由此可知E k-ν图象是一条直线,横截距大于零,故C正确.13.【答案】AB【解析】因入射光的频率大于或等于极限频率时会产生光电效应,所以A正确;因为金属的极限频率为νc,所以逸出功W0=hνc,再由E k=hν-W0得,E k=2hνc-hνc=hνc,B正确;因为逸出功是光电子恰好逸出时需要做的功,对于同种金属是恒定的,故C错误;由E k=hν-W0=hν-hνc=h(ν-νc)可得,当ν增大一倍时:=≠2,故D错误.14.【答案】BCD【解析】根据E=hν,可知:光子的能量与光的频率成正比,A错误,C正确;光既具有波动性,又具有粒子性,B正确,光电效应和康普顿效应反映光的粒子性,D正确.15.【答案】BD【解析】频率为ν(频率)的光照射某金属时,产生光电子的最大初动能为E km,根据光电效应方程知,逸出功W0=hν-E km.改用频率为2ν的光照射,则最大初动能E km′=h2ν-W0=hν+E km,即A错误,B正确.若改用频率为ν的光照射,若能发生光电效应,则最大初动能E km′′=h-W0=E km-hν,C 错误.若改用频率为ν的光照射,可能光的频率小于金属的截止频率,不能发生光电效应,D正确.16.【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】17.【答案】1.23×10-11m【解析】将eU=E k=mv2,p=,λ=联立,得λ=,代入数据可得λ≈1.23×10-11m.18.【答案】5.13×10-14Hz 5.85×10-7m 黄色【解析】根据公式ɛ=hν和ν=得ν=5.13×1014Hzλ=5.85×10-7m频率属于黄光的频率范围,它是黄光,其波长为5.85×10-7m。
学 习 目 标知 识 脉 络1.知道实物粒子具有波动性.2.知道光波和物质波都是概率波.3.理解德布罗意波,会解释相关现象.(重点、难点)4.知道电子云,了解“不确定性关系”的具体含义.德布罗意波假说及电子衍射[先填空]1.德布罗意波:任何一个实物粒子都和一个波相对应,这种波后来被称为德布罗意波,也称为物质波.2.波长与动量关系:λ=.3.电子衍射:电子束在晶体上反射可能发生衍射.[再判断]1.电子衍射的发现证明了德布罗意波假说.(√)2.电子不仅会发生衍射,还会发生干涉.(√)3.包括光子在内的一切微观粒子都具有波粒二象性,而实物粒子不具有波粒二象性.(×)[后思考]既然德布罗意提出了物质波的概念,为什么我们生活中却体会不到?【提示】平时所见的宏观物体的质量比微观粒子的质量大得多,运动的动量很大,由λ=可知,它们对应的物质波波长很小,因此,无法观察到它们的波动性.1.任何物体,小到电子、质子,大到行星、太阳都存在波动性,我们之所以观察不到宏观物体的波动性,是因为宏观物体对应的波长太小的缘故.2.德布罗意波是一种概率波,粒子在空间各处出现的概率受波动规律支配,不要以宏观观点中的波来理解德布罗意波.3.德布罗意假说是光子的波粒二象性的一种推广,使之包括了所有的物质粒子,即光子与实物粒子都具有粒子性,又都具有波动性,与光子对应的波是电磁波,与实物粒子对应的波是物质波.1.下列说法中正确的是( )【导学号:55272058】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,都有一种波和它对应,这种波叫物质波D.宏观物体运动时,看不到它的衍射或干涉现象,因此宏观物体运动时不具有波动性【解析】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,A错误;宏观物体也具有波动性,只是干涉、衍射现象不明显,看不出来,B、D错误;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,都有一种波和它对应,这种波叫物质波,C正确.【答案】C2.如果一个中子和一个质量为10 g的子弹都以103 m/s的速度运动,则它们的德布罗意波的波长分别是多长?(中子的质量为1.67×10-27 kg)【解析】中子的动量为p1=m1v,子弹的动量为p2=m2v,据λ=知中子和子弹的德布罗意波的波长分别为λ1=,λ2=hp2联立以上各式解得:λ1=,λ2=hm2v将m1=1.67×10-27 kg,v=1×103 m/s,h=6.63×10-34 J·s,m2=1.0×10-2 kg代入上面两式可解得λ1=4.0×10-10 m,λ2=6.63×10-35 m.【答案】 4.0×10-10 m 6.63×10-35 m宏观物体波动性的三点提醒1.一切运动着的物体都具有波动性,宏观物体观察不到其波动性,但并不否定其波动性.2.要注意大量光子、个别光子、宏观物体、微观粒子等相关概念的区别.3.在宏观世界中,波与粒子是对立的概念;在微观世界中,波与粒子可以统一.电子云和不确定性关系[先填空]1.电子云:原子中的电子在原子核的周围运动,在空间各点出现的概率是不同的,当原子处于稳定状态时,电子会形成一个稳定的概率分布.由于历史上的原因,人们常用一些小圆点来表示这种概率分布,概率大的地方小圆点密一些,概率小的地方小圆点疏一些,这样的概率分布图称为电子云.2.不确定性关系:用Δx表示微观粒子位置的不确定性,用Δp 表示微观粒子动量的不确定性,则两者之间的关系为ΔxΔp≥,即不确定性关系.它意味着微观粒子的坐标和动量不可能同时完全精确地确定.[再判断]1.在讨论微观粒子的运动时,只能给出微观粒子在空间各点出现的概率分布,无法给出微观粒子运行的轨迹.(√)2.微观粒子运动的状态,不能像宏观物体的运动那样通过确定的轨迹来描述,而是只能通过概率波作统计性的描述.(√) 3.改进测量技术,不确定性关系可以确定,微观粒子的坐标和动量可以同时确定.(×)[后思考]对微观粒子的运动分析能不能用“轨迹”来描述?【提示】不能.微观粒子的运动遵循不确定关系,也就是说,要准确确定粒子的位置,动量(或速度)的不确定量就更大;反之,要准确确定粒子的动量(或速度),位置的不确定量就更大,也就是说不可能同时准确地知道粒子的位置和动量.因而不可能用“轨迹”来描述微观粒子的运动.1.粒子位置的不确定性:单缝衍射现象中,入射的粒子有确定的动量,但它们可以处于挡板左侧的任何位置,也就是说,粒子在挡板左侧的位置是完全不确定的.2.粒子动量的不确定性(1)微观粒子具有波动性,会发生衍射.大部分粒子到达狭缝之前沿水平方向运动,而在经过狭缝之后,有些粒子跑到投影位置以外.这些粒子具有与其原来运动方向垂直的动量.(2)由于哪个粒子到达屏上的哪个位置是完全随机的,所以粒子在垂直方向上的动量也具有不确定性,不确定量的大小可以由中央亮条纹的宽度来衡量.3.位置和动量的不确定性关系:ΔxΔp≥h4π由ΔxΔp≥可以知道,在微观领域,要准确地确定粒子的位置,动量的不确定性就更大;反之,要准确地确定粒子的动量,那么位置的不确定性就更大.4.微观粒子的运动没有特定的轨道:由不确定关系ΔxΔp≥可知,微观粒子的位置和动量是不能同时被确定的,这也就决定了不能用“轨迹”的观点来描述粒子的运动.5.经典物理和微观物理的区别(1)在经典物理学中,可以同时用位置和动量精确地描述质点的运动,如果知道质点的加速度,还可以预言质点在以后任意时刻的位置和动量,从而描绘它的运动轨迹.(2)在微观物理学中,不可能同时准确地知道粒子的位置和动量.因而也就不可能用“轨迹”来描述粒子的运动.但是,我们可以准确地知道大量粒子运动时的统计规律.3.对不确定性关系ΔxΔp≥有以下几种理解,其中正确的是( )【导学号:55272059】A.微观粒子的动量不可能确定B.微观粒子的坐标不可能确定C.微观粒子的动量和坐标不可能同时确定D.不确定性关系仅适用于电子和光子等微观粒子,不适用于其他宏观物体【解析】不确定性关系ΔxΔp≥表示确定位置、动量的精确度互相制约,此长彼消,当粒子位置的不确定性变小时,粒子动量的不确定性变大;当粒子位置的不确定性变大时,粒子动量的不确定性变小,故不能同时准确确定粒子的动量和坐标.不确定性关系也适用于其他宏观物体,不过这些不确定量微乎其微.【答案】C4.已知=5.3×10-35 J·s,试求下列情况中速度测定的不确定量.(1)一个球的质量m=1.0 kg,测定其位置的不确定量为10-6 m;(2)电子的质量me=9.0×10-31 kg,测定其位置的不确定量为10-10 m(即在原子的数量级).【解析】(1)m=1.0 kg,Δx1=10-6 m,由ΔxΔp≥,Δp=mΔv知Δv1≥h4πΔx1m=m/s=5.3×10-29 m/s.(2)me=9.0×10-31 kg,Δx2=10-10 mΔv2≥= m/s=5.89×105 m/s.【答案】(1)5.3×10-29 m/s (2)5.89×105 m/s对不确定性关系的两点提醒1.不确定性关系ΔxΔp≥是自然界的普遍规律,对微观世界的影响显著,对宏观世界的影响可忽略不计.也就是说,宏观世界中的物体质量较大,位置和速度的不确定范围较小,可同时较精确测出物体的位置和动量.2.在微观世界中,粒子质量较小,不能同时精确地测出粒子的位置和动量,也就不能准确地把握粒子的运动状态了.。
2022北京重点校高二(下)期末物理汇编原子结构和波粒二象性章节综合一、单选题 1.(2022·北京·清华附中高二期末)真空中有一平行板电容器,两极板分别由铂和钾(其极限波长分别为1λ和2λ)制成,板面积为S ,间距为d 。
现用波长为λ(12λλλ<<)的单色光持续照射两板内表面,则最终电容器的内表面带电量Q 正比于( ) A .11d S λλλλ⎛⎫- ⎪⎝⎭B .12d S λλλλ⎛⎫- ⎪⎝⎭C .11S d λλλλ⎛⎫- ⎪⎝⎭ D .22S d λλλλ⎛⎫- ⎪⎝⎭2.(2022·北京·清华附中高二期末)普朗克在1900年将“能量子”引入物理学,开创了物理学的新纪元。
人们在解释下列哪组实验现象时,都利用了“量子化”的观点( ) A .光电效应现象 氢原子光谱实验 B .光电效应现象 α粒子散射实验 C .光的折射现象 氢原子光谱实验D .光的折射现象 α粒子散射实验3.(2022·北京·清华附中高二期末)根据量子理论:光子既有能量也有动量;光子的能量E 和动量p 之间的关系是E pc =,其中c 为光速。
由于光子有动量,照到物体表面的光子被物体吸收或被反射时都会对物体产生一定的冲量,也就对物体产生了一定的压强。
某激光器发出激光束的功率为0P ,光束的横截面积为S 。
当该激光束垂直照射到某物体表面时,激光被完全反射,则激光束对此物体产生的压强为( ) A .0P cSB .P cSC .02P cSD .2P cS4.(2022·北京·清华附中高二期末)如图所示,图甲和图乙所示的是a 、b 两束单色光分别用同一单缝装置进行实验,在距装置恒定距离的屏上得到的图样,图甲是a 光照射时形成的图样,图乙是b 光照射时形成的图样。
下列说法正确的是( )A .a 光光子的能量较大B .在水中a 光波长较短C .甲、乙图样分别为a 、b 两单色光的干涉图样D .若用a 光照射某金属有光电子逸出,则用b 光照射该金属时也有光电子逸出5.(2022·北京·清华附中高二期末)如图所示,一束复色光由空气斜射到一块平行板玻璃砖的上表面,经折射后分成a 和b 两束单色光,并从玻璃砖的下表面射出。
人教版高中选修3-5-第17章-第4节-概率波同步测试一、单选题(本大题共10小题,共40.0分)1.关于不确定性关系,下列说法中正确的是()A. 不能精确地测定微观粒子的动量B. 不能同时精确地测定微观粒子的位置和动量C. 不能精确地测定宏观物体的动量D. 不能同时精确地测定宏观物体的位置和动量2.下列说法正确的是()A. 光波是概率波,物质波是机械波B. 微观粒子的动量和位置的不确定量同时变大,同时变小C. 普朗克的量子化假设是为了解释光电效应而提出的D. 动量相等的质子和电子,它们的德布罗意波长也相等3.关于光的波粒二象性,下列说法错误的是( )A. 光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性B. 光的波粒二象性应理解为在某种情景下光的波动性表现明显,在另外某种情景下,光的粒子性表现明显C. 光波是一种概率波,光子在空间某处出现的概率可以通过波动规律来确定D. 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4.显微镜观看细微结构时,由于受到衍射现象的影响而观察不清,因此观察越细小的结构,就要求波长越短,波动性越弱.在加速电压值相同的情况下,电子显微镜与质子显微镜的分辨本领,下列判定正确的是( )A. 电子显微镜分辨本领较强B. 质子显微镜分辨本领较强C. 两种显微镜分辨本领相同D. 两种显微镜分辨本领无法比较5.关于电子云,下列说法正确的是( )A. 电子云是真实存在的实体B. 电子云周围的小黑点就是电子的真实位置C. 电子云上的小黑点表示的是电子的概率分布D. 电子云说明电子在绕原子核运动时有固定轨道6.1927年戴维孙和革末完成了电子衍射实验,该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一.如图所示的是该实验装置的简化图.下列说法不正确的是( )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. 该实验说明了光子具有波动性D. 该实验说明实物粒子具有波动性7.下列说法错误的是()A. 光波是一种概率波B. 光波是一种电磁波C. 光具有波粒二象性D. 微观粒子具有波动性,宏观物体没有波动性8.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,式中h为普朗克常量,p为运动物体的动量,人们把这种波叫做德布罗意波.现有一德布罗意波波长为λ1的中子和一德布罗意波波长为λ2的氘核相向对撞后结合成一个氚核,该氚核的德布罗意波波长为A. B. C. D.9.关于物质波,下列说法正确的是()A. 物质波就是光波B. 物质波是一种概率波C. 动量越大的粒子波动性越明显D. 爱因斯坦首先提出了物质波的假说10.1927年戴维逊和革末完成了电子衍射实验,该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一.如图所示的是该实验装置的简化图.下列说法不正确的是()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二、填空题(本大题共2小题,共8.0分)11.概率波(1)光波是一种______,光子的行为服从______规律。
绝密★启用前第十七章 波粒二象性 2. 光的粒子性第Ⅰ部分 选择题一、选择题:本题共8小题。
将正确答案填写在题干后面的括号里。
1.关于光子和光电子,以下说法正确的是( ) A .光子就是光电子B .光电子是金属中电子吸收光子后飞离金属表面产生的C .真空中光子和光电子速度都是cD .光子和光电子都带负电2.光电效应的规律中,经典波动理论不能解释的有( ) A .入射光的频率必须大于被照金属的截止频率B .光电子的最大初动能与入射光的强度无关,只随入射频率的增大而增大C .入射光照到金属上时,光电子的发射几乎是瞬时的,一般不超过10-9 sD .当入射光频率大于截止频率时,光电子的数目与入射光的强度成正比3.利用光电管研究光电效应实验如图所示,用频率为ν的可见光照射阴极K ,电流表中有电流通过,则()A .用紫外线照射,电流表不一定有电流通过B .用红光照射,电流表一定无电流通过C .用频率为ν的可见光照射K ,当滑动变阻器的滑动触头移到A 端时,电流表中一定无电流通过D .用频率为ν的可见光照射K ,当滑动变阻器的滑动触头向B 端滑动时,电流表示数可能不变4.已知一束可见光a 是由m 、n 、p 三种单色光组成的,如图所示.检测发现三种单色光中,n 、p 两种单色光的频率都大于m 色光;n 色光能使某金属发生光电效应,而p 色光不能使该金属发生光电效应.那么,光束a 通过三棱镜的情况是()5.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6.用不同频率的光分别照射钨和锌,产生光电效应,根据实验可画出光电子的最大初动能E k 随入射光频率ν变化的E k -ν图线.已知钨的逸出功是3.28 eV ,锌的逸出功为3.34 eV ,若将二者的图线画在同一个E k -ν坐标系中,则正确的图是( )7. 光子有能量,也有动量,动量p =hλ,它也遵守有关动量的规律.如图所示,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8.分别用波长为λ和23λ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,以h 表示普朗克常量,c 表示真空中的光速,则此金属板的逸出功为( ) A.2hcλ B.32hcλ C.34hcλD.45hcλ第Ⅱ部分 非选择题二、非选择题:本题4个小题。
(时间:90分钟,满分:100分)一、选择题(本题共10小题,每小题4分,共40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,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错或不答的得0分)1.下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中,符合黑体辐射实验规律的是( )解析:选A.随着温度的升高,辐射强度增加,辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动,A 对.2.在做双缝干涉实验时,在观察屏的某处是亮纹,则对光子到达观察屏的位置,下列说法正确的是( )A .到达亮纹处的概率比到达暗纹处的概率大B .到达暗纹处的概率比到达亮纹处的概率大C .该光子可能到达光屏的任何位置D .以上说法均有可能解析:选AC.根据概率波的含义,一个光子到达亮纹处的概率要比到达暗纹处的概率大得多,但并不是一定能够到达亮纹处,故A 、C 正确.3.经150 V 电压加速的电子束,沿同一方向射出,穿过铝箔后射到其后的屏上,则( )A .所有电子的运动轨迹均相同B .所有电子到达屏上的位置坐标均相同C .电子到达屏上的位置坐标可用牛顿运动定律确定D .电子到达屏上的位置受波动规律支配,无法用确定的坐标来描述它的位置解析:选D.电子被加速后其德布罗意波波长λ=h p=1×10-10 m ,穿过铝箔时发生衍射.它是概率波.4.以下说法正确的是( )A .若用红光照射金属时发生光电效应,则用其他可见光照射该金属均能产生光电效应B .一束光照射到某种金属上不能发生光电效应,可能是因为该束光的照射时间太短C .光电效应揭示了光的粒子性,而康普顿效应则反映了光的波动性D .物质波是一种概率波,在微观物理学中可以用“轨迹”来描述粒子的运动解析:选A.其他可见光频率均大于红光频率故均可发生光电效应,所以A 正确;光照射到金属上,不能发生光电效应,说明入射光的频率太低,低于极限频率,所以B 错;光电效应、康普顿效应都反映了光的粒子性,所以C 错;物质波是一种概率波,粒子到达什么位置是随机的,是预先不确定的,因此不能用“轨迹”描述粒子的运动,所以D 错.5.紫外线光子的动量为p =h νc.一个静止的O 3吸收了一个紫外线光子后( )A .仍然静止B .沿着光子原来运动的方向运动C .沿光子运动相反方向运动D .可能向任何方向运动解析:选B.由动量守恒定律知,吸收了紫外线光子的O 3分子与光子原来运动方向相同.故正确选项为B.6.在做双缝干涉实验时,发现100个光子中有96个通过双缝后打到了观察屏上的b 处,则b 处可能是( )A .亮纹B .暗纹C .既有可能是亮纹也有可能是暗纹D .以上各种情况均有可能解析:选A.光子按波的概率分布的特点去判断,由于大部分光子都落在b 点,故b 处一定是亮纹,选项A 正确.7.如图所示的光电管的实验中,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 单色光照射时不发生光电效应,那么( )A .A 光的频率大于B 光的频率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b 流向a解析:选AC.根据光电效应的条件可知,A 光的频率高于极限频率ν0.B 光的频率小于极限频率ν0,故A 光的频率大于B 光的频率.A 项正确.光电管工作时光电子从阴极(右侧)飞向阳极(左侧),由此可知,电路中的电流为a →b ,即C 正确.8.对光电管加反向电压,用光子能量为2.5 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,发现电压表示数小于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 eVB .0.6 eVC .2.5 eVD .3.1 eV解析:选A.由题意可知,该光电管的反向截止电压为U c =0.6 V ,光电子的最大初动能E k =0.6 eV ,由爱因斯坦光电效应方程得:W 0=h ν-E k =2.5 eV -0.6 eV =1.9 eV .9.光电效应的实验结论是:对于某种金属( )A .无论光强多强,只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应B .无论光的频率多低,只要光照时间足够长就能产生光电效应C .超过极限频率的入射光强度越弱,所产生的光电子的最大初动能就越小D .超过极限频率的入射光频率越高,所产生的光电子的最大初动能就越大解析:选AD.根据光电效应规律知,选项A 正确;根据光电效应方程hν=W +12m v 2知,对于某种金属逸出功不变,入射光的频率越大,光电子的最大初动能越大,选项C 错D 对.10.研究光电效应的电路如图所示,用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K),钠极板发射出的光电子被阳极A吸收,在电路中形成光电流.下列光电流I与A、K之间的电压U AK的关系图像中,正确的是()解析:选C.由于光的频率一定,它们的截止电压相同,A、B不正确.光越强,电流越大,C正确.二、填空题(本题共2小题,每小题8分,共16分.把答案填在题中的横线上)11.康普顿效应证实了光子不仅具有能量,也有动量,如图给出了光子与静止电子碰撞后,电子的运动方向,则碰后光子可能沿方向________运动,并且波长________(填“不变”“变小”或“变长”).解析:因光子与电子碰撞过程动量守恒,所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与光子碰前的方向一致,可见碰后光子的方向可能沿1方向,不可能沿2或3方向;通过碰撞,光子将一部分能量转移给电子,能量减少,由E=hν知,频率变小,再根据c=λν知,波长变长.答案:1变长12.钠金属中的电子吸收光子的能量,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”),原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________.解析:由于光电子受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功),光电子的动量变小.答案:减小光电子受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功)三、计算题(本题共4小题,共44分.解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位) 13.(10分)某电视显像管中电子的运动速度为4.0×107 m/s,质量为10 g的一颗子弹的运动速度为200 m/s ,分别计算它们的德布罗意波长.解析:λe =h p e =h m e v e = 6.63× 10-349.1×10-31×4×107 m =1.8×10-11 m(5分) λb =h p b =h m b v b = 6.63×10-3410×10-3×200 m =3.3×10-34 m. (5分)答案:1.8×10-11 m 3.3×10-34 m14.(10分)已知由激光器发出的一细束功率为P =0.15 kW 的激光束,竖直向上照射在一个固态铝球的下部,使其恰好能在空中悬浮.已知铝的密度为ρ=2.7×103 kg/m 3,设激光束的光子全部被铝球吸收,求铝球的直径是多大?(计算中可取π=3,g =10 m/s 2)解析:设每个激光光子的能量为E ,动量为p ,时间t 内射到铝球上的光子数为n ,激光束对铝球的作用力为F ,铝球的直径为d则有:Pt =nE (2分)Ft =np (2分)光子能量和动量间的关系是E =pc (2分)铝球的重力和F 平衡,因此F =16ρg ·πd 3(2分) 由以上各式解得d =0.33 mm.(2分)答案:0.33 mm15.(12分)已知钠发生光电效应的极限波长为λ0=5×10-7 m ,现用波长为4×10-7 m 的光照射用钠作阴极的光电管.求:(1)钠的逸出功W ;(2)为使光电管中的光电流为零,在光电管上所加反向电压至少多大?解析:(1)逸出功W =hν0=hc λ0=3.978×10-19 J. (5分)(2)光电子最大初动能E k =h ν-W =h c λ-W =0.99×10-19 J(5分) E k =eU e ,U e =E k /e =0.62 V .(2分)答案:(1)3.978×10-19 J (2)0.62 V16.(12分)在彩色电视机的显像管中,从电子枪射出的电子在2万伏的高压下被加速,并且形成1 mA 的平均电流.电子束的强弱受图像信号控制,并按一定的规律在荧光屏扫描,形成电视画面.电视机以每秒显现25张画面的速率进行扫描,由于画面更换迅速和视觉暂留,我们便看到了活动的景象.(1)电子以多大的动能轰击荧光屏?(2)平均每幅画面有多少个电子打在屏上?(3)如果轰击屏的能量全部被屏吸收并转化为光能,平均每幅画面射出多少个光子?(以绿光ν=5.5×1014 Hz 为平均频率进行计算.普朗克常量h =6.63×10-34 J ·s)解析:(1)据动能定理:eU =12m v 2,(2分) E k =12m v 2=1.6×10-19×2×104 J =3.2×10-15 J.(2分)(2)因为q =I ·t ,q =n ·e ,(2分)所以n =It e =1×10-3×1251.6×10-19个=2.5×1014个.(2分) (3)电子轰击屏的总能量E ,E =n ·E k .(1分)全部转化为光子,光子数n ′,E =n ′·h ν.(1分) 所以n ′=n ·E kh ν=2.5×1014×3.2×10-156.63×10-34×5.5×1014个=2.2×1018个.(2分)答案:(1)3.2×10-15 J (2)2.5×1014个(3)2.2×1018个。