高中物理 第5章 波與粒子章末綜合測評 魯科版選修3-5

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第5章 波與粒子 (時間：60分鐘　滿分：100分) 一、選擇題(本題共6小題，每小題6分．在每小題給出的五個選項中，有三項是符合題目要求的，選對1個得3分，選對2個得4分，選對3個得6分，每選錯1個扣3分，最低得分為0分．) 1．關于熱輻射，下列說法中正確的是(　　) A．一般物體的熱輻射強度只與物體的溫度有關 B．黑體只吸收可見光，不輻射可見光，所以黑體一定是黑的 C．一定溫度下，黑體輻射強度隨波長的分布有一個極大值 D．溫度升高時，黑體輻射強度的極大值向波長減小的方向移動 E．一般物體的熱輻射強度與物體的溫度、材料、表面狀況均有關 【解析】　一般物體的熱輻射強度除與溫度有關之外，還與材料、表面狀況有關，A錯誤，E正確；黑體可以輻射可見光，不一定是黑的，B錯誤；由黑體輻射的實驗規(guī)律知，C、D均正確． 【答案】　CDE 2．關于光電效應，下列幾種表述正確的是(　　) A．金屬的極限頻率與入射光的頻率成正比 B．光電流的強度與入射光的強度無關 C．用不可見光照射金屬不一定比用可見光照射同種金屬產生的光電子的最大初動能要大 D．對于任何一種金屬都存在一個“最大波長”，入射光的波長必須小于這個波長，才能產生光電效應 E．光電子的最大初動能與入射光的頻率存在線性關系 【解析】　金屬的極限頻率由該金屬決定，與入射光的頻率無關，光電流的大小隨入射光強度增大而增大，選項A、B錯誤；不可見光包括能量比可見光大的紫外線、X射線、γ射線，也包括能量比可見光小的紅外線、無線電波，選項C正確；任何一種金屬都存在一個“最大波長”，入射光波長小于這個波長，才能產生光電效應，選項D正確；由光電效應方程Ek＝hν－W可知，光電子的最大初動能與入射光的頻率存在一次函數關系，E正確． 【答案】　CDE 3．如圖1所示為一真空光電管的應用電路，其陰極金屬材料的極限頻率為4.51014 Hz，則以下判斷正確的是(　　) 圖1 A．發(fā)生光電效應時，電路中光電流的飽和值取決于入射光的頻率 B．發(fā)生光電效應時，電路中光電流的飽和值取決于入射光的強度 C．用λ＝0.5 μm的光照射光電管時，電路中有光電流產生 D．增大電源的電壓，電路中的光電流可能不變 E．光照射時間越長，電路中的光電流越大 【解析】　在光電管中若發(fā)生了光電效應，單位時間內發(fā)射光電子的數目只與入射光的強度有關，光電流的飽和值只與單位時間內發(fā)射光電子的數目有關．據此可判斷A、E錯誤；波長λ＝0.5 μm的光子的頻率ν＝＝ Hz＝61014 Hz>4.51014 Hz，可發(fā)生光電效應，所以選項B、C正確；若電路中的電流已達到飽和光電流，此時增大電源的電壓，電路中的光電流也不再增大，D正確． 【答案】　BCD 4．下列關于微觀粒子波粒二象性的認識，正確的是(　　) A．因實物粒子具有波動性，故其軌跡是波浪線 B．由概率波的知識可知，因微觀粒子落在哪個位置不能確定，所以粒子沒有確定的軌跡 C．由概率波的知識可知，因微觀粒子落在哪個位置不能確定，再由不確定性關系知粒子動量將完全確定 D．大量光子表現出波動性，此時光子仍具有粒子性 E．對于微觀粒子來講，其位置和動量都有一定的不確定性 【解析】　實物粒子的波動性指實物粒子是概率波，與經典的波不同，選項A錯誤；微觀粒子落點位置不能確定，與經典粒子有確定軌跡不同，選項B正確；單縫衍射中，微觀粒子通過狹縫，其位置的不確定量等于縫寬，其動量也有一定的不確定量，選項C錯誤，E正確；波動性和粒子性是微觀粒子的固有特性，無論何時二者都同時存在，選項D正確． 【答案】　BDE 5．用兩束頻率相同、強度不同的紫外線分別照射兩種相同金屬的表面，均能產生光電效應，那么(　　) 【導學號：18850071】 A．兩束光的光子能量相同 B．兩種情況下單位時間內逸出的光電子個數相同 C．兩種情況下逸出的光電子的最大初動能相同 D．強度大的紫外線照射金屬的表面時單位時間內逸出的光電子個數多 E．兩種情況下逸出的光電子的最大初動能不同 【解析】　由ε＝hν和Ek＝hν－W0知兩束光的光子能量相同，照射金屬得到的光電子最大初動能相同，故A、C對，E錯；由于兩束光強度不同，逸出光電子個數不同，強度大的紫外線照射金屬表面時單位時間內逸出的光電子個數多，B錯誤，D正確． 【答案】　ACD 6．(2016安慶一中檢測)關于光電效應現象，下列說法中正確的是(　　) A．在光電效應現象中，入射光的強度越大，光電子的最大初動能越大 B．在光電效應現象中，光電子的最大初動能與照射光的頻率成線性關系 C．對于任何一種金屬都存在一個“最大波長”，入射光的波長必須小于此波長，才能發(fā)生光電效應 D．對于某種金屬，只要入射光的強度足夠大，就會發(fā)生光電效應 E．在光電效應現象中，入射光的強度越大，飽和光電流越大 【解析】　由Ek＝hν－W可知光電子的最大初動能與入射光的頻率、材料的逸出功有關，與入射光的強度無關，Ek只是隨ν線性增大，A錯誤，B正確．要發(fā)生光電效應，光電子的最大初動能Ek>0，則由Ek＝hν－W，hν＝h＝Ek＋W>W有ν>或λ<，與入射光的強度無關，但飽和光電流強度與入射光的強度呈正比關系，C、E正確，D錯誤． 【答案】　BCE 二、非選擇題(本題共5小題，共64分．按題目要求作答) 7．(8分)恒星向外輻射的能量來自于其內部發(fā)生的各種熱核反應，當溫度達到108 K時，可以發(fā)生“氦燃燒”． (1)完成“氦燃燒”的核反應方程：He＋________→Be＋γ. (2)Be是一種不穩(wěn)定的粒子，其半衰期為2.610－16s.一定質量的Be，經7.810－16s后所剩Be占開始時的________． 【解析】　(1)根據電荷數的守恒和質量數守恒有： He＋He→Be＋γ. (2)根據半衰期的意義有m＝ t＝7.810－16 s，T＝2.610－16 s 得＝. 【答案】　(1)He(或α)　(2)(或12.5%) 8．(8分)已知鈉發(fā)生光電效應的極限波長為λ0＝510－7 m，現用波長為410－7m的光照射用鈉作陰極的光電管．則金屬鈉的逸出功W＝________J．為使光電管中的光電流為零，在光電管兩端需加上電壓Uc＝________V的反向電壓． 【解析】　逸出功W＝hν0＝h＝3.97810－19 J. 光電子最大初動能 Ek＝hν－W＝h－W＝0.9910－19 J Ek＝eUc，Uc＝＝0.62 V. 【答案】　3.97810－19 J　0.62 V 9．(12分)已知：功率為100 W燈泡消耗的電能的5%轉化為所發(fā)出的可見光的能量，光速c＝3.0108 m/s，普朗克常量h＝6.6310－34 Js，假定所發(fā)出的可見光的波長都是560 nm，計算燈泡每秒內發(fā)出的光子數． 【解析】　波長為λ的光子能量為： E＝， 設燈泡每秒內發(fā)出的光子數為n，燈泡電功率為P，則n＝， 式中，k＝5%是燈泡的發(fā)光效率． 得：光子數n＝， 代入題給數據得： n＝1.41019(個)． 【答案】　1.41019個 10．(18分)如圖2所示，相距為d的兩平行金屬板A、B足夠大，板間電壓恒為U，有一波長為λ的細激光束照射到B板中央，使B板發(fā)生光電效應，已知普朗克常量為h，金屬板B的逸出功為W，電子質量為m，電荷量為e.求： 圖2 (1)從B板運動到A板所需時間最短的光電子，到達A板時的動能； (2)光電子從B板運動到A板時所需的最長時間． 【解析】　(1)根據愛因斯坦光電效應方程 Ek＝hν－W， 光子的頻率為ν＝. 所以，光電子的最大初動能為Ek＝－W. 能以最短時間到達A板的光電子，是初動能最大且垂直于板面離開B板的電子， 設到達A板的動能為Ek1，由動能定理，得 eU＝Ek1－Ek， 所以Ek1＝eU＋－W. (2)能以最長時間到達A板的光電子，是離開B板時的初速度為零或運動方向平行于B板的光電子． 則d＝at2＝， 得t＝d. 【答案】　(1)eU＋－W　(2)d 11．(18分)如圖所示，有界的勻強磁場磁感應強度為B＝0.05 T，磁場方向垂直于紙面向里，MN是磁場的左邊界，在磁場中A處放一個放射源，內裝Ra(鐳)，Ra放出某種放射線后衰變成Rn(氡)．試寫出Ra衰變的方程．若A距磁場的左邊界MN的距離OA＝1.0 m時，放在MN左側的粒子接收器收到垂直于邊界MN方向射出的質量較小的粒子，此時接收器距過OA的直線1.0 m，則此時可以推斷出一靜止鐳核Ra衰變時放出的能量是多少？(保留兩位有效數字，取1 u＝1.610－27 kg，電子電量e＝1.610－19 C) 圖一 【解析】　Ra―→Rn＋He. 鐳衰變放出α粒子和氡核，在磁場中做勻速圓周運動，α粒子垂直于MN邊界射出被接收器接收，α粒子在磁場中的軌跡為1/4圓周，得圓半徑為R＝1.0 m α粒子的動量mαv＝qBR＝1.610－20 kgm/s α粒子的動能為E1＝mαv2＝＝2.010－14 J 衰變過程中動量守恒，有mαv＝MRnv1 氡核反沖的動能為E2＝MRnv＝ 衰變過程釋放出的能量為 E1＋E2＝E1≈2.0410－14 J 【答案】　Ra―→Rn＋He　2.0410－14 J