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2025粤教版高中物理选择性必修第三册
第四章测评卷
(时间:75分钟　满分:100分)
一、单项选择题(本题共7小题,每小题4分,共28分.在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)
1.关于物质的波粒二象性,下列说法错误的是(　　)
A.光的波长越短,光子的能量越大,光的粒子性越明显
B.实物的运动有特定的轨道,所以实物不具有波粒二象性
C.光电效应现象揭示了光的粒子性
D.不仅光子具有波粒二象性,一切运动的微粒都具有波粒二象性
2.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长λ=1.82×10-10 m的热中子动量的数量级为(　　)
A.10-17 kg·m/s B.10-19 kg·m/s C.10-21 kg·m/s D.10-24 kg·m/s
3.德布罗意认为任何一个运动的物体,小到电子、质子、中子,大到行星、太阳都有一种波与之相对应,这种波叫物质波.下列关于物质波的说法正确的是(　　)
A.物质波和光波都是概率波
B.实物粒子与光子一样都具有波粒二象性,所以实物粒子与光子是本质相同的物体
C.动能相等的电子和质子,电子的波长短
D.动量相等的电子和中子,中子的波长短
4.金属钙的逸出功为4.3×10-19 J,普朗克常量h=6.6×10-34 J·s,光速c=3.0×108 m/s,以下说法正确的是(　　)
A.用波长为500 nm的单色光照射金属钙,能产生光电效应现象
B.若某波长的单色光能使金属钙产生光电效应,则增大光的强度将会使光电子的最大初动能增大
C.用频率为9×1014 Hz的单色光照射金属钙,能产生光电效应
D.若某波长的单色光能使金属钙产生光电效应现象,则一定可以使逸出功为7.3×10-19 J 的金属也发生光电效应现象
5.两束能量相同的色光,都垂直地照射到物体表面,第一束光在某段时间内打在物体上的光子数与第二束光在相同时间内打到物体表面的光子数之比为5∶4,则这两束光的光子能量和波长之比分别为(　　)
A.4∶5　4∶5 B.5∶4　4∶5
C.5∶4　5∶4 D.4∶5　5∶4
6. 美国物理学家密立根通过测量金属的遏止电压Uc与入射光频率ν,算出普朗克常量h,并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较,以验证爱因斯坦方程的正确性.如图是某次实验中得到的两种金属的遏止电压Uc与入射光频率ν关系图像,两金属的逸出功分别为W甲、W乙,如果用ν0频率的光照射两种金属,光电子的最大初动能分别为E甲、E乙,则下列关系正确的是(　　)
A.W甲E乙 B.W甲>W乙,E甲C.W甲>W乙,E甲>E乙 D.W甲7.可见光的波长的大致范围是400~760 nm.下表给出了几种金属发生光电效应的截止波长,下列说法正确的是(　　)
金属 钨 钙 钠 钾
截止波长/nm 274 388 542 551
A.表中所列金属,钾的逸出功最大
B.只要光照时间足够长或强度足够大,所有波长的可见光都可以使钠发生光电效应
C.用波长为760 nm的光照射金属钠、钾,则钠逸出的光电子的最大初动能较大
D.用波长为400 nm的光照射金属钠、钾,则钾逸出的光电子的最大初动能较大
二、多项选择题(本题共3小题,每小题6分,共18分.在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求.全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)
8.物理学家做了一个有趣的实验:在双缝干涉实验中,在光屏处放上照相底片,减弱光的强度,使光子只能一个一个地通过狭缝.实验结果表明,如果曝光时间不太长,底片上只出现一些不规则的亮点;如果曝光时间足够长,底片上就出现了规则的干涉条纹.对这个实验结果,下列认识正确的是(　　)
A.曝光时间不长时,光子的能量太小,底片上的条纹看不清楚,故出现不规则的亮点
B.单个光子的运动表现出波动性
C.干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方
D.只有大量光子的行为才能表现出波动性
9.用图1所示装置研究光电效应现象,三次用同一光电管在不同光照条件下实验,记录微安表的示数I随光电管电压U的变化情况,得到甲、乙、丙三条光电流与电压之间的关系曲线,如图2所示.下列说法正确的是 (　　)
A.甲光的频率大于乙光的频率
B.丙光的波长大于乙光的波长
C.甲光和丙光的强弱程度相同
D.甲光和丙光产生的光电子最大初动能相同
10.用如图所示的装置研究光电效应现象,当用光子能量为2.5 eV的光照射到光电管上时,电流表G的读数为0.2 mA.移动变阻器的触点c,当电压表的示数大于或等于0.7 V时,电流表读数为0,则(　　)
A.光电管阴极的逸出功为2.2 eV
B.电键K断开后,没有电流流过电流表G
C.光电子的最大初动能为0.7 eV
D.改用能量为1.5 eV的光子照射,电流表G没有电流
三、非选择题(本题共5小题,共54分.按题目要求作答.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)
11.(8分)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如图所示,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: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
12.(8分)如图甲所示,一验电器与锌板相连,在A处用一紫外线灯照射锌板,关灯后,验电器指针保持一定偏角.
甲
(1)使验电器指针回到零,再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板,验电器指针无偏转.那么,若改用强度更大的红外线灯照射锌板,可观察到验电器指针　　　　(选填“有”或“无”)偏转.
乙
(2)为了进一步研究光电效应的规律,设计了如图乙所示的电路,图中标有A和K的为光电管,其中K为阴极,A为阳极.现接通电源,用光子能量为10.5 eV的光照射阴极K,电流表中有示数.若将滑动变阻器的滑片缓慢向右滑动,电流表的读数逐渐减小,当滑至某一位置时电流表的读数恰好为零,读出此时电压表的示数为6.0 V,则光电管阴极材料的逸出功为　　　　eV.现保持滑片位置不变,增大入射光的强度,电流表的读数　　　　(选填“为零”或“不为零”).
13.(10分)从1907年起美国物理学家密立根开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量.他的目的是测量金属的遏止电压Uc与入射光的频率ν,由此算出普朗克常量h,以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性.现已知电子的电荷量为e,利用如图所示电路,当分别以频率为ν1和ν2的单色光照射光电管的阴极K时,均能发生光电效应,同时测得遏止电压分别为U1和U2,求普朗克常量h.
14.(12分)钨的逸出功是4.54 eV,现在将波长为150 nm的光照射钨的表面.普朗克常量为6.63×10-34 J·s,光速为3.0×108 m/s,计算结果保留小数点后两位.求:
(1)钨的截止频率;
(2)光电子的最大初动能.
15.(16分)用频率为ν0的光照射某种金属发生光电效应,测出光电流i随电压U的变化图像如图所示.已知普朗克常量为h,电子的质量m、带电量为e,求:
(1)照射在金属表面上的这束光的最小功率P;
(2)逸出光电子的物质波的最短波长.
参考答案
第四章测评卷
1.B　根据ε=可得光的波长越短,光子的能量越大,光的粒子性越明显,故A正确;“物质波”假说,认为和光一样,一切物质都具有波粒二象性,故B错误;光电效应现象揭示了光具有粒子性,故C正确;不仅光子具有波粒二象性,一切运动的微粒都具有波粒二象性,故D正确.
2.D　由德布罗意波公式λ=得p==3.64×10-24 kg·m/s,因此热中子的动量的数量级10-24 kg·m/s,故选D.
3.A　物质波和光波都是概率波,选项A正确;实物粒子与光子一样都具有波粒二象性,但实物粒子与光子不是同一种物质,选项B错误;电子与质子动能相等时,由动量与动能的关系式p=可知,电子的动量小,由λ=可知,动量小的波长长,选项C错误;由λ=可知,动量相等的电子和中子,波长一样长,选项D错误.
4.C　发生光电效应的截止波长为λ= nm=460 nm,则用波长为500 nm的单色光照射金属钙,不能产生光电效应现象,A错误;根据hν-W0=Ekm,若某波长的单色光能使金属钙产生光电效应,则增大光的频率将会使光电子的最大初动能增大,与入射光的强度无关,B错误;发生光电效应的截止频率为ν= Hz=6.5×1014 Hz,所以用频率为9×1014 Hz的单色光照射金属钙,能产生光电效应,C正确;根据h-W0=Ekm,若某波长的单色光能使金属钙产生光电效应现象,则不一定可以使逸出功为7.3×10-19 J 的金属也发生光电效应现象,D错误.
5.D　两束能量相同的色光,都垂直地照射到物体表面,在相同时间内打到物体表面的光子数之比为5∶4,则光子能量之比为4∶5,光子能量E0=hν=h,能量与波长成反比,光子波长之比为5∶4,D选项正确.
6.A　根据光电效应方程得Ekm=hν-W0=hν-hν0,又Ekm=eUc,解得Uc=ν-,知Uc-ν图线,当Uc=0,ν=ν0,由图像可知,金属甲的截止频率小于金属乙,则金属甲的逸出功小于乙的,即W甲E乙,故选A.
7.D　根据W0=hνc=,可知,表中所列金属,钾的截止波长λ0最大,则钾的逸出功W0最小,A错误;能否发生光电效应,与光照的时间和强度无关,只与入射光的频率有关,B错误;用波长为760 nm的光照射金属钠、钾,由于入射光的波长均大于两金属的截止波长,根据光电效应的产生条件可知,钠、钾都不能发生光电效应,C错误;当用波长为400 nm的光照射金属钠、钾时,钠、钾都可以发生光电效应,钾的逸出功最小,根据Ek=hν-W0,钾逸出的光电子的最大初动能较大,故D正确.
8.CD　光是一种概率波,对于一个光子通过单缝落在何处,是不确定的,但概率最大的是中央亮纹处,还可能落到暗纹处,不过落在暗纹处的概率很小(注意暗纹处并非无光子到达).故选C、D.
9.BD　由图可知,甲光的遏止电压小于乙光的遏止电压,由Ekm=hν-W0=eUc,可知甲光的频率小于乙光的频率,故A错误;甲光和丙光的遏止电压相同,频率相同,都小于乙光的频率,根据c=λν可知,丙光的波长大于乙光的波长,故B正确;同一光电管,逸出功W0相同,又甲光、丙光的遏止电压相同,由光电方程Ekm=hν-W0=eUc,由图可知,甲光的饱和光电流大于丙光的饱和光电流,而饱和光电流由光的强弱决定且光照越强,饱和光电流越大,可见甲光较强,故C错误;由图可知,甲光、丙光的遏止电压相同,由Ekm=eUc知甲光和丙光产生的光电子最大初动能相同,故D正确.
10.CD　该装置所加的电压为反向电压,发现当电压表的示数大于或等于0.7 V时,电流表示数为0,知道光电子的最大初动能为0.7 eV,根据光电效应方程Ekm=hν-W0得W0=(2.5-0.7)eV=1.8 eV,故A错误,C正确;键K断开后,用光子能量为2.5 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应,有光电子逸出,则有电流流过电流表,故B错误;改用能量为1.5 eV的光子照射,由于光电子的能量小于逸出功,不能发生光电效应,无光电流,则电流表没有电流流过,故D正确.
11.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 (1)根据阴极K发射电子,阴极接电源的负极,所以示意图中,a端应是电源正极.
(2)光控继电器的原理:当光照射光电管时,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)根据hν-W0=Ekm光电子的最大初动能与入射光的强度无关,A错误;增大绿光照射强度,单位时间内发出的光电子数目增大,则电路中光电流增大,B正确.
12.答案 (1)无　(2)4.5　为零
解析 (1)用钠灯发出的黄光照射锌板,验电器指针无偏转,说明黄光不能使锌板产生光电效应;改用红外线灯照射锌板,红外线的频率小于黄光的频率,红外线也不能使锌板产生光电效应,验电器指针无偏转.
(2)当滑片滑至某一位置时电流表的读数恰好为零,读出此时电压表的示数为6.0 V,说明遏止电压为6 V,即最大初动能Ek=6.0 eV,光电管阴极材料的逸出功为4.5 eV.现保持滑片位置不变,增大入射光的强度,电流表的读数为零.
13.答案 h=
解析 由光电效应方程可得Ek1=hν1-W0
Ek2=hν2-W0
又Ek1=U1e
Ek2=U2e
由以上各式联立可得h=.
14.答案 (1)1.10×1015 Hz　(2)3.75 eV
解析 (1)W0=hνc=4.54 eV
νc==1.10×1015 Hz.
(2)由Ek=hν-W0
ν=
代入数据得Ek=3.75 eV.
15.答案 (1)hν0　(2)
解析 (1)设单位时间内有n个光子照射在金属上,饱和光电流为Im=ne,P=
又因为E=nhν0=hν0
解得P=hν0.
(2)由图可知遏止电压为Uc,根据动能定理eUc=
物质波的波长公式为λ=,p=
逸出光电子的物质波的最短波长为λ=.
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