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1、山东省乐陵市2018年高考物理三轮冲刺专题能力提升相对论和量子物理（含解析）相对论和量子物理一、单选题（本大题共5小题，共20.0分）1. 下列关于物质结构的叙述中不正确的是A. 天然放射性现象的发现表明了原子核内部是有复杂结构的B. 质子的发现表明了原子核是由质子和中子组成的C. 电子的发现表明了原子内部是有复杂结构的D. 粒子散射实验是原子核式结构模型的实验基础【答案】B【解析】解：A、天然放射现象说明原子核内部有复杂结构故A正确B、质子的发现与原子核是由质子和中子组成的没有关联故B错误C、汤姆生发现电子，知道原子还可以再分，表明了原子内部是有复杂结构的故C正确D、粒子散射实验说明原子的核
2、式结构模型，故D正确；本题选择错误的，故选：B天然放射现象说明原子核内部有复杂结构；粒子散射实验说明了原子的核式结构模型，汤姆生发现电子知原子内部有复杂结构解决本题的关键熟悉教材，了解物理学史，不能混淆，注意原子核复杂结构与原子的核式结构的区别，及理解粒子散射实验内容与意义2. 根据爱因斯坦的“光子说”可知A. “光子说”本质就是牛顿的“微粒说”B. 只有光子数很多时，光才具有粒子性C. 一束单色光的能量可以连续变化D. 光的波长越长，光子的能量越小【答案】D【解析】解：A、“光子说”提出光子即有波长又有动量，是波动说和粒子说的统一，不同于牛顿的“微粒说”，故A错误；B、当光子数很少时，显示粒
3、子性；大量光子显示波动性，故B错误；C、爱因斯坦的“光子说”提出在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，每个光子的能量为，故光的能量是不连续的，故C错误；D、光的波长越大，根据，频率越小，故能量越小，故D正确故选：D爱因斯坦的“光子说”提出在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量与频率成正比，即J .爱因斯坦的“光子说”很好地将光的粒子性和波动性统一起来，即单个光子显示粒子性，大量光子显示波动性3. 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. 改用强度更大的紫外线照射B. 延长原紫外线的照射时间C. 改用
4、X射线照射D. 改用红外线照射【答案】C【解析】解：用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，知紫外线的频率小于金属的极限频率，要能发生光电效应，需改用频率更大的光照射如X射线能否发生光电效应与入射光的强度和照射时间无关故C正确，A、B、D错误故选：C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结合光电效应的条件分析判断解决本题的关键知道光电效应的条件，知道能否发生光电效应与入射光的强度和照射时间无关4. 在粒子散射实验中，我们并没有考虑到粒子跟电子碰撞，这是因为A. 电子体积非常小，以至于粒子碰不到它B. 电子质量远比粒子的小，所以它对粒子运动的影响极其微小C. 粒子跟各个电子碰撞的效
5、果相互抵消D. 电子在核外均匀分布，所以粒子受到电子作用的合外力为零【答案】B【解析】解：粒子碰到电子，像子弹碰到灰尘，损失的能量极少，不改变运动的轨迹故B正确，A、C、D错误故选：B在粒子散射实验中，由于电子的质量较小，粒子与电子相碰，就像子弹碰到灰尘一样解决本题的关键知道粒子散射实验，粒子偏转的原因是由于原子核的库仑斥力，与电子无关5. 如图所示，四个示意图所表示的实验中，能说明光具有粒子性的是A. B. C. D. 【答案】C【解析】解：A、粒子散射实验说明了原子的核式结构说明了原子核的核式结构，故A错误；B、单缝干涉实验说明光具有波动性，故B错误；C、光电效应说明光具有粒子性，故C正确
6、；D、放射线在电场中偏转是根据带点粒子的偏转方向确定放射线的电性，故D错误故选C粒子散射实验说明了原子的核式结构；单缝干涉实验说明光具有波动性；光电效应说明光具有粒子性；放射线在电场中偏转说明了放射线的电性本题主要考查了各种物体实验的现象说明的结论，要求同学们能知道各种实验的目的和结论二、多选题（本大题共4小题，共16.0分）6. 光电效应实验中，下列表述正确的是A. 发生光电效应时，光照越强光电流越大B. 入射光足够强就可以有光电流C. 遏止电压与入射光的频率有关D. 入射光频率大于极限频率才能产生光电子【答案】ACD【解析】解：A、光电流的大小与光电子的多少有关，增大光的强度，可以增大光电
7、流，光照越强光电流越大故A正确；B、无论光强多强，光照时间多长，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应，故B错误；C、根据爱因斯坦光电效应方程可知，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，对应的遏止电压越大，故C正确；D、无论光强多强，光照时间多长，只有光的频率大于极限频率就才能产生光电效应，故D正确；故选：ACD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，与入射光的强度无关，入射光的强度只影响单位时间内发出光电子的数目根据光电效应方程，判断最大初动能与什么因素有关解决本题关键掌握光电效应的条件和规律知道光电流的大小在发生光电效应的前提下，与入射光的强度有关
8、7. 现代物理学认为，光和实物粒子都具偶波粒二象性，下列事实中突出体现波动性的是A. 一定频率的光照射到锌板上，光的强度越大，单位时间内锌板上发射的光电子的数目就越多B. 在白光下观察竖直放置的肥皂膜，呈现彩色条纹的干涉现象C. 阳光通过三棱镜形成彩色光带D. 人们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大致相同【答案】BD【解析】解：A、只有当入射光的频率大于金属的极限频率时才能发生光电效应，故如果入射光的频率小于金属的极限频率，无论怎样增大光的强度，也不会有光电子逸出，如能发生光电效应，则证明了光的粒子性，故A错误B、肥皂液是无色的，吹出的肥皂泡却是彩色的，是由
9、于光线在肥皂膜的表面发生干涉造成的，而干涉是波特有的性质，故证明了光具有波动性，故B正确C、阳光通过三棱镜形成彩色光带，是光的色散现象，不是波动性的特征，故C错误D、晶体中相邻原子之间的距离大致与德布罗意波长相同故能发生明显的衍射现象而衍射是波特有的性质，故D正确故选：BD光电效应证明了光的粒子性，肥皂泡是彩色的，是由于光线在肥皂膜的表面发生干涉造成的证明了光具有波动性；相邻原子之间的距离大致与德布罗意波长相同故能发生明显的衍射现象，证明了光的波动性明确各种物理现象的实质和原理才能顺利解决此类题目，故平时学习时要“知其然，更要知其所以然”8. 如图所示，在研究光电效应的实验中，发现用一定频率的
10、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单色光照射时电流表指针会不发生偏转A. A光的频率大于B光的频率B. A光的光照强度大于B光的光照强度C. 如果B光照射的时间足够长，也可使电流表指针发生偏转D. 用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是a流向b【答案】AD【解析】解：A、用一定频率的A单色照射光电管时，电流表指针会发生偏转，知，用另一频率的B单色光照射时不发生光电效应，知，所以A光的频率大于B光的频率故A正确B、能否产生光电效应，是看入射光的频率，与光的强度无关故B错误，C也错误D、发生光电效应时，电子从光电管右端运动到左端，而电流的方向与电子定向移动的方向相反，
11、所以流过电流表G的电流方向是a流向故D正确故选：AD通过光电效应的条件：入射光的频率大于金属的极限频率，即，可知道A光、B光的频率大小再通过电子的流向判断出电流的方向解决本题的关键是掌握光电效应的条件以及光电流方向的确定，知道折射率与频率的关系9. 一群处于激发态的氢原子向基态跃迁，发出的光以相同的入射角照射到一块平行玻璃砖A上，经玻璃砖A后又照射到一块金属板B上，如图所示，则下列说法正确的是A. 入射光经玻璃砖A后会分成相互平行的三束光线，从直接跃迁到基态发出的光经玻璃砖A后的出射光线与入射光线间的距离最大B. 在同一双缝干涉装置上，从直接跃迁到基态发出的光形成的干涉条纹最窄C. 经玻璃砖A
12、后有些光子的能量将减小，有些光在玻璃砖的下表面会发生全反射D. 若从能级跃迁到能级放出的光子刚好能使金属板B发生光电效应，则从能级跃迁到基态放出的光子一定能使金属板B发生光电效应【答案】BD【解析】解：A、一群处于激发态的氢原子向基态跃迁，发出三种不同频率的光子，光线经过平行玻璃砖折射后，出射光线与入射光线平行从直接跃迁到基态发出的光频率最大，则折射率最大，偏折最厉害，根据几何关系知，出射光线与入射光线间的距离最小故A错误B、根据，频率最大的光，波长最短，所以条纹间距最小故B正确C、经玻璃砖A后，光子的频率不变，所以能量不变，在玻璃砖的下表面，根据光的可逆性，知不可能发生全反射故C错误D、从能
13、级跃迁到能级放出的光子频率最小，该光子若能发生光电效应，则其它光子也能发生光电效应故D正确故选：BD通过光子频率的大小得出折射率的大小、波长的大小、临界角的大小，从而判断出出射光线与入射光线间的距离、条纹间距大小，以及是否发生全反射和是否能产生光电效应本题将能级的跃迁与光电效应、光的干涉和折射、全反射等知识联系起来，关键通过频率的大小得出折射率、波长等大小三、填空题（本大题共1小题，共4.0分）10. 美国物理学家密立根利用光电管对光电效应现象进行研究，得到金属的遏止电压与入射光频率的关系如图，由此可计算出普朗克常量电子电量用e表示，由图象中的数据可知，这种金属的截止频率为_，计算出普朗克常量
14、表达式为_【答案】；【解析】解：根据，解得：，可知，当时，对应的频率为截止频率，所以截止频率为； 图线的斜率，则：故答案为：入射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，遏止电压增大根据光电效应方程得出的关系式，通过关系式得出斜率、截距表示的含义该题通过图象的方法考查光电效应，解决本题的关键掌握光电效应方程以及最大初动能与遏止电压的关系四、实验题探究题（本大题共2小题，共18.0分）11. 如图用弧光灯照射锌板做光电效应实验，有光电子从锌板逸出，验电器带_电以下关于该实验的说法中正确的是_A.实验中，若用射线照射锌板，不能发生光电效应B.实验中，若用可见光照射锌板，也能发生光电效应C.发生光电效应
15、时，入射光越强，单位时间产生的光电子数越多D.发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大【答案】正；C【解析】解：锌板在弧光灯照射下，发生光电效应，有光电子逸出，锌板失去电子带正电，验电器与锌板相连，导致验电器带正电、射线频率最大，一定大于极限频率，一定能发生光电效应，故A错误；B、光电效应中应该用紫外线照射锌板，当用可见光照射锌板时，频率小于极限频率，不能发生光电效应，故B错误；C、发生光电效应时，入射光越强，单位时间内发射的光子越多，逸出的光电子数越多，故C正确；D、发生光电效应时，入射光的频率越大，光子的能量就越大，故D错误；故答案为：正 发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的截止
16、频率，要使金属产生光电效应，可以增大入射光的频率，光的强度在发生光电效应时只会影响单位时间内发出的光电子数目，饱和光电流与入射光的强度成正比用弧光灯照射锌板，发生光电效应，有光电子逸出，锌板失去电子，从而可以得出锌板和指针的电性解决本题的关键知道光电效应的条件，以及掌握光电效应方程，知道遏止电压与最大初动能的关系，难度不大12. 某研究性学习小组用如图a所示装置验证机械能守恒定律让一个摆球由静止开始从A位置摆到B位置，若不考虑空气阻力，小球的机械能应该守恒，即，但直接测量摆球到达B点的速度v比较困难，现利用平抛的特性来间接的测出如图a中，在悬点正下方一竖直立柱上放置一个与摆球完全相同的小球等于
17、摆线长，当悬线摆至B处，摆球与小球发生完全弹性碰撞速度互换，被碰小球由于惯性向前飞出作平抛运动在地面上放上白纸，上面覆盖着复写纸，小球落在复写纸上，会在下面白纸上留下痕迹用重锤线确定出A、B点的投影点N、重复实验10次小球每一次都从同一点由静止释放，球的落点痕迹如图b所示，图中米尺水平放置，零刻度线与M点对齐用米尺量出AN的高度、BM的高度，算出A、B两点的竖直距离，再量出M、C之间的距离x，即可验证机械能守恒定律已知重力加速度为g，两球的质量均为 根据图b可以确定小球平抛时的水平射程为_ 用题中所给字母表示出小球平抛时的初速度 _ 此实验中，小球从A到B过程重力势能的减少量 _ ，动能的增加
18、量 _ ，若要验证此过程中摆球的机械能守恒，实验数据应满足一个怎样的关系_ 用题中的符号表示 【答案】；【解析】解：根据刻度尺的读数原则，可知其读数为：物体从B点平抛，所以有： 联立解得： 重力势能的减小量等于重力做功： 动能增量为：故答案为： 注意读数时要进行估读根据平抛运动规律可以求出初速度的大小根据重力做功和重力势能的关系可求出重力势能的减小量，根据水平速度的大小可以求出动能的增量本题借助平抛运动来验证机械能守恒，思路新颖，能够比较全面考查学生掌握知识情况五、计算题（本大题共4小题，共40.0分）13. 光电效应是光具有粒子性的有力证据如图所示，是测定最大初动能和阴极材料的逸出功的实验装
19、置当开关S断开时，用光子能量为的一束光照射阴极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时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于时，电流表读数为零从上述实验数据可知，此时光电子的最大初动能为_eV，该阴极材料的逸出功为_eV【答案】；【解析】解：由题意可知，遏止电压，则光电子的最大初动能根据光电效应方程得，解得逸出功故答案为：根据遏止电压，结合动能定理求出光电子的最大初动能，结合光电效应方程求出阴极材料的逸出功解决本题的关键知道最大初动能与遏止电压的关系，掌握光电效应方程，并能灵活运用，基础题14. 光电效应和康普顿效应深入地揭示了光的粒子性的一面前者表明光子
20、具有能量，后者表明光子除了具有能量之外还具有动量由狭义相对论可知，一定的质量m与一定的能量E相对应：，其中c为真空中光速已知某单色光的频率为，波长为，该单色光光子的能量，其中h为普朗克常量试借用质子、电子等粒子动量的定义：动量质量速度，推导该单色光光子的动量光照射到物体表面时，如同大量气体分子与器壁的频繁碰撞一样，将产生持续均匀的压力，这种压力会对物体表面产生压强，这就是“光压”，用I表示一台发光功率为的激光器发出一束某频率的激光，光束的横截面积为当该激光束垂直照射到某物体表面时，假设光全部被吸收，试写出其在物体表面引起的光压的表达式设想利用太阳光的“光压”为探测器提供动力，将太阳系中的探测器
21、送到太阳系以外，这就需要为探测器制作一个很大的光帆，以使太阳光对光帆的压力超过太阳对探测器的引力，不考虑行星对探测器的引力一个质量为m的探测器，正在朝远离太阳的方向运动已知引力常量为G，太阳的质量为M，太阳单位时间辐射的总能量为设帆面始终与太阳光垂直，且光帆能将太阳光一半反射，一半吸收试估算该探测器光帆的面积应满足的条件【答案】解：光子的能量：光子的动量：可得：一小段时间内激光器发射的光子数：光照射物体表面，由动量定理：产生的光压：解得：由同理可知，当光一半被反射一半被吸收时，产生的光压：距太阳为r处光帆受到的光压：太阳光对光帆的压力需超过太阳对探测器的引力：解得：；答：推导过程如上所示；在物
22、体表面引起的光压的表达式；该探测器光帆的面积应满足的条件【解析】根据光子的能量与动量表达式相结合，从而即可求解；根据在内激光器发射的光子数，结合动量定理，即可求解；结合上问的光压表达式，及球表面积，从而即可求解考查光子的能量与动量区别与联系，掌握动量定理的应用，注意建立正确的模型是解题的关键15. 某金属在光的照射下发生光电效应，光电子的最大初动能与入射光频率v的关系如图所示，试求：普朗克常量用图中字母表示；入射光的频率为时，产生的光电子的最大处动能【答案】解：由光电效应方程，结合图象可知金属的逸出功，而极限频率为，所以，解得：由光电效应方程：答：普朗克常量为；入射光的频率为时，产生的光电子的
23、最大处动能2E【解析】根据光电效应方程得出最大初动能与入射光频率的关系，结合图线的斜率和截距进行分析解决本题的关键掌握光电效应方程，知道最大初动能与入射光频率的关系16. 光电效应和康普顿效应深入地揭示了光的粒子性的一面前者表明光子具有能量，后者表明光子除了具有能量之外还具有动量由狭义相对论可知，一定的质量m与一定的能量E相对应：，其中c为真空中光速已知某单色光的频率为，波长为，该单色光光子的能量，其中h为普朗克常量试借用质子、电子等粒子动量的定义：动量质量速度，推导该单色光光子的动量光照射到物体表面时，如同大量气体分子与器壁的频繁碰撞一样，将产生持续均匀的压力，这种压力会对物体表面产生压强，
24、这就是“光压”，用I表示一台发光功率为的激光器发出一束某频率的激光，光束的横截面积为当该激光束垂直照射到某物体表面时，假设光全部被吸收，试写出其在物体表面引起的光压的表达式设想利用太阳光的“光压”为探测器提供动力，将太阳系中的探测器送到太阳系以外，这就需要为探测器制作一个很大的光帆，以使太阳光对光帆的压力超过太阳对探测器的引力，不考虑行星对探测器的引力一个质量为m的探测器，正在朝远离太阳的方向运动已知引力常量为G，太阳的质量为M，太阳单位时间辐射的总能量为设帆面始终与太阳光垂直，且光帆能将太阳光一半反射，一半吸收试估算该探测器光帆的面积应满足的条件【答案】解：光子的能量 光子的动量可得 一小段
25、时间内激光器发射的光子数 光照射物体表面，由动量定理 产生的光压解得 由同理可知，当光一半被反射一半被吸收时，产生的光压 距太阳为r处光帆受到的光压 太阳光对光帆的压力需超过太阳对探测器的引力 解得答：推导过程如上所示；在物体表面引起的光压的表达式；该探测器光帆的面积应满足的条件【解析】根据能量与质量的关系，结合光子能量与频率的关系以及动量的表达式推导单色光光子的动量根据一小段时间内激光器发射的光子数，结合动量定理求出其在物体表面引起的光压的表达式当光一半被反射一半被吸收时，求出产生的光压，得出距太阳为r处光帆受到的光压，抓住太阳光对光帆的压力需超过太阳对探测器的引力求出探测器光帆的面积应满足的条件考查光子的能量与动量区别与联系，掌握动量定理的应用，注意建立正确的模型是解题的关键12
山东省乐陵市2021年高考物理三轮冲刺专题能力提升相对论和量子物理（含解析）
