第二十一章量子论初步.docx
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第二十一章量子论初步
第二十一章量子论初步
年级__________班级_________学号_________姓名__________分数____
总分
一
二
三
四
五
得分
阅卷人
一、填空题(共9题,题分合计9分)
1.假设在NaCl蒸气中存在由钠离子Na
和氯离子Cl
靠静电相互作用构成的单个氯化钠NaCl分子,若取Na
与Cl
相距无限远时其电势能为零,一个NaCl分子的电势能为-6.1eV,已知使一个中性钠原子Na最外层的电子脱离钠原子而形成钠离子Na
所需的能量(电离能)为5.1eV,使一个中性氯原子Cl结合一个电子形成氯离子Cl
所放出的能量(亲和能)为3.8eV。
由此可算出,在将一个NaCl分子分解成彼此远离的中性钠原子Na和中性氯原子Cl的过程中,外界供给的总能等于___________eV。
2.如图所示,一束太阳光通过三棱镜后,在光屏MN上形成彩色光带ad.其中波长较长的区域是____________;若将一小金属块放在b点,恰能产生光电子,则一定能使金属块产生光电子的区域是____________;若逐渐减小入射角i,光屏上可能最先消失的是____________色光.
3.从人类第一次使用光来驱赶自然界的黑暗以来,许多研究物理科学的巨匠都怀着极大的兴趣去研究光,研究光是什么.牛顿认为光具有粒子的性质,惠更斯提出光的波动说,请你按人类对光的认识过程进行排序____________.
A爱因斯坦提出光子说
B托马斯·扬在实验中成功地观察到光的干涉现象
C麦克斯韦根据他的电磁理论提出光是电磁波
光究竟是什么?
今天你的认识是_______________________________.
4.有些动物在夜间几乎什么都看不到,而猫头鹰在夜间有很好的视力.
(1)其原因是猫头鹰的眼睛____________.
A.不需要光线,也能看到目标
B.自身眼睛发光,照亮搜索目标
C.可对红外线产生视觉
D.可对紫外线产生视觉
(2)根据热辐射理论,物体发出光的最大波长λ与物体的绝对温度T的关系满足维恩公式T·λ=2.9×103m·K.如果猫头鹰的猎物--蛇在夜间的体温为27℃,则它发出光的最大波长为____________m,属于____________波段.
5.如图所示,是工业生产中大部分光电控制设备(如夜亮昼熄的路灯)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,则下列____________说法正确.
A.增大绿光照射强度,光电子最大初动能增大
B.增大绿光照射强度,电路中的光电流增大
C.改用波长比绿光波长大的光照射光电管阴极K时,电路中一定有光电流
D.改用频率比绿光频率大的光照射光电管阴极K时,电路中一定有光电流
6.能引起人的眼睛视觉的最小能量为1018J,已知可见光的平均波长约为0.6μm,普朗克常量h=6.63×1034J·s.
(1)进入人眼的光子数至少为____________个.
(2)人的眼睛相当于一个怎样的光学系统____________.
A.焦距不变的凸透镜
B.焦距可变的凸透镜
C.焦距不变的凹透镜
D.焦距可变的凹透镜
(3)由于有些物体太小,人眼看不清,往往走近看或甚至利用仪器如显微镜、放大镜、望远镜,这都是为了____________.
7.家用微波炉是一种利用微波的电磁能加热食物的新型灶具,主要由磁控管、波导管、微波加热器、炉门、直流电源、冷却系统、控制系统、外壳等组成.接通电源后,220V交流电经一变压器,一方面在次级(副线圈)产生3.4V交流电对磁控管加热,同时在次级(副线圈)产生2000V高压经整流加到磁控管的阴、阳两极之间,使磁控管产生频率为2450MHz的微波.微波输送至金属制成的加热器(炉腔),被来回反射,微波的电磁作用使食物内分子高频地运动而使食物内外同时受热,因而加热速度快,效率高,并能最大限度地保存食物中的维生素.
(1)微波输出功率为700W的磁控管每秒钟产生的光子数为____________个.
(2)变压器产生高压的原、副线圈的匝数比为____________.
(3)导体能反射微波,绝缘体可使微波透射,而食物中通常含有的蛋白质、水、脂肪较易吸收微波而转换成热,故在使用微波炉时应____________.
A.用金属容器盛放食物放入炉内后加热
B.用陶瓷容器盛放食物放入炉内加热
C.将微波炉置于磁性材料周围
D.将微波炉远离磁性材料周围
8.已知锌发生光电效应的逸出功等于W=3.3eV,那么锌发生光电效应的的极限波长应该是λ=____m。
若照射锌板的入射光的光子能量为5eV,那么从锌板放出的光电子的最大初动能为_____J。
(取h=6.6×10-34J∙s,答案保留两位有效数字)
9.现在,科学家们正在设法探寻“反物质”。
所谓“反物质”是由“反粒子”构成的,“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电量,但电荷的符号相反,据此,若有反α粒子,它的质量数为,电荷数为。
得分
阅卷人
二、多项选择题(共4题,题分合计4分)
1.两种单色光A、B分别由垂直水平方向从水面射向水底,它们经历的时间
,下列判断正确的是
A.A色光的波长比B色光的波长大B.A色光的波长比B色光的波长小
C.A色光的光子能量比B色光的光子能量大D.A色光的光子能量比B色光的光子能量小
2.光电效应实验的装置如图所示,则下面说法中正确的是
A.用紫外光照射锌板,验电器指针会发生偏转
B.用红色光照射锌板,验电器指针会发生偏转
C.锌板带的是负电荷D.使验电器指针发生偏转的是正电荷
3.光电效应实验的装置如图所示,下面说法正确的是
A.用紫外线照射锌板,验电器指针会发生偏转
B.用红光照射锌板,验电器指针会发生偏转
C.锌板带的是负电荷
D.使验电器指针发生偏转的是正电荷
4.如图所示为氢原子能级图,A、B、C分别表示电子三种不同
能级跃迁时放出的光子,则下面说法正确的是
A.频率最大的是B
B.波长最长的是C
C.频率最大的是A
D.波长最长的是B
得分
阅卷人
三、单项选择题(共25题,题分合计25分)
1.用单色光照射一群原来处于基态的氢原子,用E表示单色光子的能量,En表示氢原子处于量子数为n的能级时的能量,N表示原子受光照射发生跃迁时可能发出的不同波长的光谱线的数目,若E=En―E1,E1为n=1的能级的能量,则
A.当n=1时,N=1B.当n=2时,N=2
C.当n=3时,N=3D.当n=4时,N=4
2.红、橙、黄、绿四种单色光子,光子能量最小的是
A.红光B.橙光C.黄光D.绿光
3.太阳光谱中有许多暗线,它们是对应着某些元素的特征谱线,产生这些暗线是由于
A.太阳表面大气层中缺少相应的元素B.太阳内部缺少相应的元素
C.太阳表面大气层中存在着相应的元素D.太阳内部存在着相应的元素
4.用绿光照射一光电管,能产生光电效应,欲使光电子从阴极射出时的最大初动能增大,应
A.改用红光照射B.增大绿光的强度C.增大光电管的加速电压D.改用紫光照射
5.在演示光电效应的实验中,原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连,用弧光灯照射锌板时,验电器的指针就张开一个角度,如图所示,这时
A.锌板带正电,指针带负电B.锌板带正电,指针带正电
C.锌板带负电,指针带正电D.锌板带负电,指针带负电
6.设
、
是两种单色光1、2在真空中的波长,若
,则这两种单色光线相比
A.单色光1的频率较小B.玻璃对单色光1的折射率较大
C.在玻璃中,单色光1的传播速度较大D.单色光1的光子能量较大
7.用a、b两束单色光分别照射同一双缝干涉装置,在距双缝恒定距离的屏上得到图示的干涉图样,其中图甲是a光照射时形成的,图乙是b光照射时形成的。
则关于a、b两束单色光,下述正确的是
A.a光光子的能量较大
B.在水中a光传播的速度较大
C.若用a照射某金属时不能打出光电子,则用b光照射该金属时打不出光电子
D.若a光是氢原子的核外电子从第四轨道向第二轨道跃迁时产生的,则b光可能是氢原子的核外电子从第三轨道向第二轨道跃迁时产生的
甲乙
8.处于基态的氢原子,能够从相互碰撞中或从入射光子中吸收一定的能量,由基态跃迁到激发态。
已知氢原子从基态跃迁到n=2的激发态需要吸收的能量为10.2eV,如果静止的氢原子受其他运动的氢原子的碰撞跃迁到该激发态,则运动的氢原子具有的动能
A.一定等于10.2eV
B.一定大于10.2eV,且大的足够多
C.只要大于10.2eV,就可以
D.一定等于10.2eV的整数倍
9.爱因斯坦由光电效应的实验规律,猜测光具有粒子性,从而提出光子说,从科学研究的方法来说,这属于
A.等效替代B.控制变量C.科学假说D.数学归纳
10.如图,当电键K断开时,用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极P,发现电流表读数不为零。
合上电键,调节滑线变阻器,发现当电压表读数小于0.60V时,电流表读数仍不为零;当电压表读数大于或等于0.60V时,电流表读数为零。
由此可知阴极材料的逸出功为
A.1.9eVB.0.6eVC.2.5eVD.3.1eV
11.验钞机发出的“光”能使钞票上的荧光物质发光;家用电器上的遥控器发出的“光”用来控制电视机、空调器,对于它们发出的“光”,下列说法中正确的是
①验钞机发出的“光”是红外线
②遥控器发出的“光”是红外线
③红外线是由原子的内层电子受到激发后产生的
④红外线是由原子的外层电子受到激发后产生的
A.①④
B.②③
C.①③
D.②④
12.平行厚玻璃板放在空气中,一束复色光从玻璃板下表面斜向上射出,变成a、b两束单色光,如图所示,比较a、b两束单色光,则
A.玻璃对a光的折射率较小
B.a光在玻璃中的传播速度较大
C.a光的波长较长
D.a光光子的能量较大
13.发生下列有关光现象的各种说法中正确的是
①雨后空中出现的虹和霓、日蚀现象,游乐园的“哈哈镜”使人成像变形这些光现象,仅用光的直线传播、光的反射和光的折射等几何光学知识就完全可以解释清楚.
②水面上的油膜呈现出彩色条纹,小孔成像,光的色散这些光现象,仅用光的直线传播、光的反射和光的折射等几何光学知识就完全可以解释清楚.
③仅仅从光的干涉和光的衍射现象无法说明光具有波粒二象性.
④泊松亮斑和光电效应分别反映出光的波动性和光的粒子性.
A.①②③
B.②③④
C.①③④
D.①②④
14.如图所示,一束平行复色光被玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的红、黄、蓝三色光,分别照射到相同的三块金属板上,已知金属板b恰有光电子逸出,则可知
A.照射到板c上的光是蓝色光
B.照射到板c上的光在棱镜中传播速度最小
C.照射到板a上的光波长最长
D.板a上一定能发生光电效应
15.光子不仅有能量,还有动量,光照射到某个面上就会产生压力,宇宙飞船可以采用光压作为动力.给飞船安上面积很大的薄膜,正对着太阳光,靠太阳光在薄膜上产生压力推动宇宙飞船前进.第一次安装的是反射率极高的薄膜,第二次安装的是吸收率极高的薄膜,那么
A.安装反射率极高的薄膜,飞船的加速度大
B.安装吸收率极高的薄膜,飞船的加速度大
C.两种情况下,由于飞船的质量一样,飞船的加速度大小都一样
D.两种情况下,飞船的加速度不能比较
16.关于光的波动性和粒子性,下列说法中正确的是
A.爱因斯坦的光子说彻底否定了光的波动学说,建立起全新的现代光学理论
B.大量光子表现的效果往往显示粒子性,个别光子表现的效果往往显示出波动性
C.所有电磁波中红外线最容易发生明显衍射现象
D.由于γ射线的波长非常短,要想观察到它的干涉现象非常困难
17.具有天然放射性的90号元素钍的同位素钍232经过一系列α衰变和β衰变之后,变成稳定的82号元素铅208。
下列判断中正确的是
A.钍核比铅核多24个质子
B.钍核比铅核多16个中子
C.这一系列衰变过程中共释放出4个α粒子和6个β粒子
D.这一系列衰变过程中共发生了6次α衰变和6次β衰变
18.如图所示,铅盒内的天然放射性物质能竖直向上放出α、β、γ三种射线粒子,它们都能打到正上方的荧光屏上。
若在放射源上方放一张薄铝箔,并在放射源和荧光屏间加水平方向的匀强电场,结果荧光屏上只剩下两个亮点M、N。
下列说法中正确的是
A.打在M、N的依次是γ和α
B.打在M、N的依次是β和γ
C.匀强电场的方向水平向左
D.匀强电场的方向水平向右
19.关于光的波粒二象性,下面说法中错误的是:
A.大量光子的效果往往显示波动性,个别光子产生的效果往往显示出粒子性
B.光在传播时往往表现波动性,光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性
C.频率大的光粒子性显著,频率小的光波动性显著
D.光既有波动性,又有粒子性,两者相互矛盾,是不能统一的
20.如图所示,用一束光照射光电管,电流表G有一定读数,下面哪种措施能使电流表G示数增加?
A增大入射光的频率
B增大入射光的强度
C减小入射光的频率
D减小入射光的强度
21.关于光子说,下述说法中正确的是
A在空间传播的光是不连续的,而是一份一份的,每一份叫一个光子
B光子是具有质量、能量和动量的物质微粒
C每个光子的能量跟光的周期成正比
D光子说与电磁说是相互对应、互不联系的两种学说
22.有关科学家和涉及的事实,下列说法中正确的是:
A.查德威克用a粒子轰击铝箔时出现了正电子
B.卢瑟福的原子核式结构式说成功地解释了氢原子的发光现象
C.麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在,赫兹用实验方法给予证实
D.玻尔建立了量子理论,成功解释了各种原子发光现象
23.氢原子的核外电子由一个轨道跃迁到另一轨道时,可能发生的情况有
A.放出光子,电子动能减少,原子势能增加
B.放出光子,电子动能增加,原子势能减少
C.吸收光子,电子动能增加,原子势能增加
D.吸收光子,电子动能增加,原子势能减少
24.下表列出几种不同物体在某种速度下的德布罗意波长和频率为1MHz的无线电波的波长,根据表中数据可知:
质量(kg)
速度(m/s)
波长(m)
弹子球
2.0×10-2
1.0×10-2
3.3×10-30
电子(100eV)
9.1×10-31
5.0×106
1.2×10-10
无线电波(1MHz)
3.0×102
A.要检测弹子球的波动性几乎不可能
B.无线电波通常情况下只能表现出粒子性
C.电子照射到金属晶体上一定能观察到它的波动性
D.只有可见光才有波粒二象性
25.在演示光电效应的实验中,原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连,用弧光灯照射锌板时,验电器的指针就张开一个
角度,如图所示,这时
A.锌板带正电,指针带负电
B.锌板带正电,指针带正电
C.锌板带负电,指针带正电
D.锌板带负电,指针带负电
得分
阅卷人
四、作图题(共0题,题分合计0分)
得分
阅卷人
五、实验题(共0题,题分合计0分)
得分
阅卷人
六、计算题(共8题,题分合计8分)
1.有一功率为
的红外线电热器,如果它辐射的红外线的频率为
,求:
(1)每秒发出的光子数;
(2)在距离电热器
远处,垂直于红外线传播方向的
的面积上每分钟能接收到多少个光子?
2.用功率P0=1W的光源,照射离光源3m处的某块金属的薄片,已知光源发出的是波长为589nm的单色光,求:
1s内打到金属1m2面积上的光子数。
3.1996年清华大学和香港大学的学生合作研制了太阳能汽车,该车是以太阳能电池将所接受的太阳光能转化为电能而提供电动机来驱动的。
已知车上太阳能电池接收太阳光能的板面面积为8m2,正对太阳能产生120V的电压,并对车上电动机提供10A的电流,电动机的直流电阻为4Ω,而太阳光照射到地面处时单位面积上的辐射功率为103W/m2。
(1)太阳能的能量实际上是由质子所参与的一系列反应所产生的,即在太阳内部持续不断的进行着热核反应,4个质子聚变为1个氦核。
写出核反应方程。
(2)该车的太阳能电池转化为太阳光能的效率
。
(3)若质子、氦核、正电子的静止质量分别为
kg、
kg、
kg,则m=1kg的质子发生上述热核反应所释放的能量完全转化为驱动该车的有用功,能够维持该车行驶的时间是多少?
(4)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026J,则太阳每秒减小的质量为多少千克?
若太阳质量减少万分之三,热核反应不能继续进行,计算太阳能存在多少年?
4.已知锌板的极限波长λ0=372nm,氢原子的基态能量为-13.6eV.若氢原子的核外电子从量子数n=2跃迁到n=1时所发出的光子照射到该锌板上,此时能否产生光电效应?
若能,光电子的最大初动能是多少电子伏?
(真空中光速c=3×108m/s,普朗克常量h=6.63×10-34J·s,电子电量e=1.6×10-19C)
5.光具有波粒二象性,光子的能量E=hν.其中频率表征波的特性.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=(h/λ).若某激光管以PW=60W的功率发射波长λ=6.63×107m的光束,试根据上述理论计算:
(1)该管在1s内发射出多少个光子;
(2)若光束全部被某黑体表面吸收,那么该黑体表面所受到光束对它的作用力F为多大.
6.阅读如下资料并根据资料中有关信息回答问题.
a.由于两个物体相对位置的变化引起的引力场的能量变化(与某一零势能面相比),称作这一对物体的引力势能.若以无限远处的势能为零,则万有引力势能Ep可用下式进行计算:
Ep=-G(Mm)/r,式中r为相对的小物体m到大物体M的球心的距离,G为万有引力常量.
b.频率为ν的光子的能量为E=hν(式中h为普朗克常量).虽然光子的静止质量为零,但按爱因斯坦相对论中的质能公式,(动)质量为m的物体具有能量E=mc2(式中c为光速),故光子具有动质量m=(hν)/c2.显然,从星体表面发射出的光子也要受到星体的万有引力作用.
c.宇宙中有一个最有趣的天体就是所谓黑洞.它是某些类型的星体的最后演变期,这时星体已收缩成密度非常大、半径相对很小的致密星.这种星体的密度、半径已达到这样的程度:
从这种星体表面发射的光子已没有足够的能量脱开星体的万有引力,因而无法远离它,从远处观察这一星体始终是黑的(因为接收不到从该星体发射出的光子),因此称它为黑洞.确切地描述黑洞需要使用非常复杂的数学工具和爱因斯坦的广义相对论等理论,但对某些问题可以用守恒原理近似地求解(它不会有数量级的错误).
d.以下是太阳的有关物理数据:
半径
R日≈7×105km≈110R地球
质量
M日≈2×1030kg≈333000M地球
平均密度
ρ日≈1.4×103kg/m3≈(1/4)ρ地球
自转周期
赤道附近26天,两极附近长于30天
表面温度
5770K
中心温度
约1.5×107K
在下面的问题中,可把星体(包括黑洞)看做是一个质量分布均匀的球体.
(1)设地球表面附近的重力加速度为g地,太阳表面附近的重力加速度为g日,试估算(g日/g地).
(2)若已知某星体的质量为M,利用所提供的上述资料,导出该星体演变为黑洞时的临界半径R的估算式.
(3)若太阳最后演变为黑洞,则它演变为黑洞时的临界半径约为_______m.(只要求数量级正确)
7.根据量子理论,光子具有动量,光子的动量等于光子的能量除以光速,即p=(E/c),光照射到物体表面并被反射时,会对物体产生压强,这就是“光压”.光压是光的粒子性的典型表现.光压的产生机理如同气体压强:
由大量气体分子与器壁的频繁碰撞产生了持续均匀的压力,器壁在单位面积上受到的压力就是气体的压强.
(1)激光器发出的一束激光的功率为P,光束的横截面积为S.当该激光束垂直照射在物体表面时,试计算单位时间内到达物体表面的光子的总动量.
(2)若该激光束被物体表面完全反射,证明其在物体表面引起的光压是(2P)/(cS).
(3)设想利用太阳的光压将物体送到太阳系以外的空间去,当然这只有当太阳对物体的光压超过了太阳对物体的引力才行.现如果用一种密度为1.0×103kg/m3的物体做成的平板,它的刚性足够大,则当这种平板厚度较小时,它将能被太阳的光压送出太阳系.试估算这种平板的厚度应小于多少?
设平板处于地球绕太阳运动的公转轨道上,且平板表面所受的光压处于最大值,不考虑太阳系内各行星对平板的影响,已知地球公转轨道上的太阳常量为1.4×103J/m2·s(即在单位时间内垂直辐射在单位面积上的太阳光能量),地球绕太阳公转的加速度为5.9×10-3m/s2.
8.光子有动量,已知其动量的计算公式为p=h/λ,式中h是普朗克常量,λ是光子的波长。
既然光子有动量,那么光照射到物体表面被吸收或被反射时就会对物体有压力,叫做“光压”。
有人设想在遥远的宇宙探测中利用光压为动力推动航天器加速,这样可以大大减少航天器发射时自身的体积和重量。
在某个设计方案中,计划给探测器安上面积极大,反射率极高的薄膜,并设法让它始终正对太阳。
⑴已知在地球绕日轨道上,每平方米面积上得到的太阳光的功率为P0=1.35kW,探测器本身的质量为M=100kg,薄膜面积为S=4×104m2,那么探测器由地球发射到太空后,由太阳光的光压而得到的加速度的最大可能值将为多大?
⑵若探测器仅靠光压加速,那么每一天内增加的速度将是多大?
得分
阅卷人
七、论述分析题(共0题,题分合计0分)
试卷答案
一、填空题(共9题,题分合计9分)
1.答案(134463):
4.8eV
2.答案(136574):
a点上侧bd及d点下侧紫
3.答案(131009):
BCA光既具有波动性又具有粒子性,光具有波粒二象性
4.答案(131051):
(1)C
(2)9.7×10-6红外线
5.答案(135353):
(1)正
(2)阴极K发射电子,电路中产生电流,经放大器放大后的电流使电磁铁M磁化,将衔铁N吸住,无光照射光电管时,电路中无电流,衔铁N在弹簧弹力作用下,离开电磁铁M(3)BD
6.答案(137504):
(1)3
(2)B(3)增大视角
7.答案(132253):
(1)4.31×1026
(2)11∶100
(3)BD
8.答案(138228):
3.8×10-7,
2.7×10-19
9.答案(131707):
4,-2
二、多项选择题(共4题,
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- 第二十一章 量子论初步 第二十一 量子论 初步