2024-2025學(xué)年高中物理第十七章波粒二象性1-2能量量子化光的粒子性課時作業(yè)含解析新人教版選修3-5

PAGE8-能量量子化光的粒子性(40分鐘100分)一、選擇題(本題共8小題，每題6分，共48分)1.入射光照耀到某金屬表面上發(fā)生了光電效應(yīng)，若入射光的強度減弱，而頻率保持不變，則下列說法中正確的是 ()A.從光照耀到金屬表面上到放射出光電子之間的時間間隔將明顯增加B.逸出的光電子的最大初動能將減小C.單位時間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將削減D.有可能不發(fā)生光電效應(yīng)【解析】選C。入射光的強度取決于入射光子數(shù)和入射光的頻率，入射光的頻率保持不變，強度減弱，單位時間入射光子數(shù)將削減，但光子的能量不變，可見仍能發(fā)生光電效應(yīng)，發(fā)生光電效應(yīng)時，光電子的產(chǎn)生幾乎都是瞬時的，與入射光強度無關(guān)，故A、D錯誤。依據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程，逸出光電子的最大初動能與入射光的頻率有關(guān)，跟入射光的強度無關(guān)，所以B也是錯誤的。由于逸出電子與入射光子的一對一的關(guān)系，當(dāng)光的強度減弱時，單位時間入射光子數(shù)削減，因此單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)也將削減。2.當(dāng)用一束紫外線照耀鋅板時，產(chǎn)生了光電效應(yīng)，這時()A.鋅板帶負(fù)電B.有正離子從鋅板逸出C.有電子從鋅板逸出D.鋅板會吸附空氣中的正離子【解析】選C。當(dāng)用一束紫外線照耀鋅板時，產(chǎn)生了光電效應(yīng)，有電子從鋅板逸出，鋅板帶正電，選項C正確，A、B、D錯誤。3.某同學(xué)設(shè)計了如圖所示的電路來探討光電效應(yīng)現(xiàn)象，結(jié)點Q位于滑動變阻器的中點，初始狀態(tài)時，滑動觸頭P也恰好位于滑動變阻器的中點。試驗過程中，當(dāng)該同學(xué)用綠光照耀光電管時，靈敏電流計有示數(shù)，下列說法正確的是()A.若換用紫光照耀光電管，則電流計的示數(shù)肯定增大B.若增大綠光的光照強度，則電流計的示數(shù)肯定增大C.若將滑動觸頭P向右滑動，則電流計的示數(shù)肯定不斷增大D.若將滑動觸頭P向左滑動，則電流計的示數(shù)肯定能減小為0【解析】選B。光的強弱才影響單位時間內(nèi)發(fā)出光電子的數(shù)目，所以換用紫光照耀光電管，則電流計的示數(shù)不肯定增大，故A錯誤；增大入射光強度，則單位時間內(nèi)產(chǎn)生的光電子增加，所以發(fā)生了光電效應(yīng)，保持滑動變阻器觸頭位置不變，若增大綠光的光照強度，則電流計的示數(shù)肯定增大，故B正確；將滑動觸頭P向右滑動，光電管兩側(cè)接入的是正向電壓，若電路中的光電子已經(jīng)達(dá)到了最大飽和光電流，則滑動變阻器的觸頭從圖示位置向右滑動，電流計的示數(shù)可能不發(fā)生變更，故C錯誤；將滑動觸頭P向左滑動，光電管兩側(cè)接入的是反向電壓，則電流計的示數(shù)肯定減小，但只有當(dāng)反向電壓大于遏止電壓時，電流才能減小到0，故D錯誤。【補償訓(xùn)練】利用光電管探究光電效應(yīng)的試驗電路如圖所示，用頻率為ν0的可見光照耀陰極K，電流表中有電流通過，則 ()A.只用紫外線照耀陰極K，電流表中不肯定有電流通過B.只用紅外線照耀陰極K，電流表中肯定有電流通過C.頻率為ν0的可見光照耀陰極K，變阻器的滑片移到A端，電流表中肯定無電流通過D.頻率為ν0的可見光照耀陰極K，變阻器的滑片向B端滑動時，電流表示數(shù)可能不變【解析】選D。用頻率為ν0的可見光照耀陰極K，電流表中有電流通過，說明產(chǎn)生光電效應(yīng)，當(dāng)用紫外線照耀時，由于紫外線比可見光的頻率高，因此電流表中必定有電流通過，A選項錯誤；雖然用頻率為ν0的可見光照耀時有光電流產(chǎn)生，但不能確定光電管的極限頻率有多大，因此當(dāng)用紅外線照耀時，不肯定有光電流產(chǎn)生，B選項錯誤；變阻器的滑片移到A端時，雖然光電管兩端電壓為零，但光電子有初動能，故電流表中仍有電流通過，C錯誤；若原來電流已飽和，則滑片向B端移動，電流表示數(shù)將不變，D選項正確。4.在光電效應(yīng)試驗中，某同學(xué)用同一光電管在不同試驗條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線(甲光、乙光、丙光)，如圖所示。則可推斷出()A.甲光的頻率大于乙光的頻率B.乙光的波長大于丙光的波長C.乙光對應(yīng)的截止頻率大于丙光的截止頻率D.甲光對應(yīng)的光電子最大初動能大于丙光的光電子最大初動能【解析】選B。該題考查了光電效應(yīng)問題，應(yīng)依據(jù)遏止電壓推斷頻率。由eUc=mv2=hν-W可知ν丙>ν甲=ν乙，λ甲=λ乙>λ丙，所以A、D錯，B對。由于hν0=W，所以C錯。5.(多選)在某次光電效應(yīng)試驗中，得到的遏止電壓Uc與入射光的頻率ν的關(guān)系如圖所示，若該直線的斜率和截距分別為k和b，電子電荷量的肯定值為e，以下說法正確的是 ()A.普朗克常量可表示為ekB.普朗克常量可表示為C.所用材料的逸出功可表示為-ebD.所用材料的逸出功可表示為-【解析】選A、C。由題意可得eUc=mv2=hν-W，變形為Uc=ν-，結(jié)合圖象可知=k，=-b，所以h=ek，W=-eb。6.“約瑟夫森結(jié)”由超導(dǎo)體和絕緣體制成。若在結(jié)兩端加恒定電壓U，則它會輻射頻率為ν的電磁波，且ν與U成正比，即ν=kU。已知比例系數(shù)k僅與元電荷e的2倍和普朗克常量h有關(guān)。你可能不了解此現(xiàn)象的機理，但仍可運用物理學(xué)中常用的方法，在下列選項中，推理推斷比例系數(shù)k的值可能為()A.B.C.2heD.【解析】選B。電磁波的頻率ν、普朗克常量h、能量E之間的關(guān)系E=hν，因為ν=kU，所以E=hkU；電壓U、電量q與能量E的關(guān)系是E=qU，由題意知q=2e，所以k=?！狙a償訓(xùn)練】(多選)某光源放出波長在500～600nm之間的各種光子，若已知該光源的發(fā)光功率為1mW，則它每秒鐘放射的光子數(shù)可能是()A.2.0×1015 B.3.0×1015C.2.6×1015 D.1.5×1015【解析】選B、C。每秒發(fā)出的光子數(shù)與發(fā)光功率和波長之間的關(guān)系為n=，故光子數(shù)的范圍在2.5×1015～3.0×1015個之間。7.依據(jù)愛因斯坦的“光子說”可知 ()A.“光子說”本質(zhì)就是牛頓的“微粒說”B.光的波長越大，光子的能量越小C.一束單色光的能量可以連續(xù)變更D.只有光子數(shù)許多時，光才具有粒子性【解析】選B?！肮庾诱f”并不否認(rèn)光的波動性，從本質(zhì)上有別于“微粒說”，A錯；光的波長越大，依據(jù)ν=可知，其頻率越低，由ε=hν得，光子的能量越小，B對；依據(jù)“光子說”，光的能量是不連續(xù)的，C錯；光子數(shù)越多，光的波動性越明顯，光的粒子性越不明顯，D錯。8.從1907年起，密立根就起先測量金屬的遏止電壓Uc(即圖1所示的電路中電流表G的讀數(shù)減小到零時加在電極K、A之間的反向電壓)與入射光的頻率ν，由此算出普朗克常量h，并與普朗克依據(jù)黑體輻射得出的h相比較，以檢驗愛因斯坦光電效應(yīng)方程的正確性。依據(jù)密立根的方法我們利用圖示裝置進(jìn)行試驗，得到了某金屬的Uc-ν圖象如圖2所示。下列說法正確的是()A.該金屬的截止頻率約為4.30×1014HzB.該金屬的截止頻率約為5.50×1014HzC.該圖線的斜率為普朗克常量D.該圖線的斜率為這種金屬的逸出功【解析】選A。本題的易錯之處是沒有真正理解Uc-ν圖象的物理意義。設(shè)金屬的逸出功為W0，截止頻率為νc，則W0=hνc。光電子的最大初動能Ek與遏止電壓Uc的關(guān)系是Ek=eUc，光電效應(yīng)方程為Ek=hν-W0；聯(lián)立兩式可得：Uc=ν-，故Uc-ν圖象的斜率為，故C、D錯誤。當(dāng)Uc=0時，可解得ν==νc，由圖2知，ν≈4.30×1014Hz，即金屬的截止頻率約為4.30×1014Hz，A正確，B錯誤。二、計算題(本題共2小題，共30分。要有必要的文字說明和解題步驟，有數(shù)值計算的要注明單位)9.(15分)對應(yīng)于3.4×10-19J的能量子，其電磁輻射的頻率和波長各是多少？(普朗克常量取6.63×10-34J·s)【解析】依據(jù)公式ε=hν和ν=cλ得ν==Hz=5.13×1014Hz，λ==m=5.85×10-7m。答案：5.13×1014Hz5.85×10-710.(15分)幾種金屬的逸出功W0見下表：金屬鎢鈣鈉鉀銣W0(×10-19J)7.265.123.663.603.41用一束可見光照耀上述金屬的表面，請通過計算說明哪些能發(fā)生光電效應(yīng)。已知該可見光的波長范圍為4.0×10-7～7.6×10-7m，普朗克常量h=6.63×10-34J·【解析】光子的能量E=，取λ=4.0×10-7m，則E≈5.0×10-19J，依據(jù)E>W0推斷，鈉、鉀、銣能發(fā)生光電效應(yīng)。答案：鈉、鉀、銣能發(fā)生光電效應(yīng)【總結(jié)提升】光電效應(yīng)能否發(fā)生的條件(1)電子從金屬表面逸出，必需克服原子核庫侖力做功，即逸出功W0。(2)求解極限頻率對應(yīng)的計算式ν=。(3)若要求對應(yīng)波長，則λ==。【實力挑戰(zhàn)區(qū)】11.(6分)現(xiàn)有a、b、c三束單色光，其波長關(guān)系為λa>λb>λc。用b光束照耀某種金屬時，恰能發(fā)生光電效應(yīng)。若分別用a光束和c光束照耀該金屬，則可以斷定 ()A.a光束照耀時，不能發(fā)生光電效應(yīng)B.c光束照耀時，不能發(fā)生光電效應(yīng)C.a光束照耀時，釋放出的光電子數(shù)目最多D.c光束照耀時，釋放出的光電子的最大初動能最小【解析】選A。由a、b、c三束單色光的波長關(guān)系λa>λb>λc及波長、頻率的關(guān)系ν=知：三束單色光的頻率關(guān)系為：νa<νb<νc。故當(dāng)b光束恰能使金屬發(fā)生光電效應(yīng)時，a光束必定不能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，c光束必定能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，A對，B錯；又因為發(fā)生光電效應(yīng)時釋放的光電子數(shù)目與光照強度有關(guān)，光照越強，光電子數(shù)目越多，由于光照強度未知，所以光電子數(shù)目無法推斷，C錯；光電子的最大初動能與入射光頻率有關(guān)，頻率越高，最大初動能越大，所以c光束照耀時釋放出的光電子的最大初動能最大，D錯。故正確選項為A。12.(16分)在光電效應(yīng)試驗中，某金屬的截止頻率所對應(yīng)的波長為λ0，若用波長為λ(λ<λ0)的單色光做試驗，那么該金屬的逸出功和該單色光的遏止電壓分別為多少？(已知電子的電荷量、真空中的光速和普朗克常量分別為e、c和h)【解析】逸出功W=hνc=h，又eUc=Ek，且Ek=hν-W，ν=，所以遏止電壓Uc=(-)=。答案：h【補償訓(xùn)練】用波