高考物理總復習 第十五章 第3講 光的粒子性精練（含解析）-人教版高三物理試題

第3講光的粒子性A組基礎鞏固1.(2018豐臺一模)光照在某金屬表面上發(fā)生了光電效應。若只減弱光的強度,而保持頻率不變,則()A.有可能不發(fā)生光電效應B.逸出的光電子的最大初動能將減小C.單位時間內從金屬表面逸出的光電子數將減少D.從光照射到金屬表面到有光電子逸出的時間明顯增加答案C光的強度即單位時間內發(fā)出的光子總能量:P=Nhν,N為單位時間內發(fā)出的光子總個數。減小光強,即減小N,但光的頻率ν不變,因此仍能發(fā)生光電效應,A項錯。由光電效應方程:Ek=hν-W0知,光電子的最大初動能Ek不變,B項錯。電子吸收入射光子能量從而飛出原子表面時間極短,約為10-9s,不受光強影響,D項錯。因為入射光子數減少,所以有更少的電子吸收入射光子能量而逸出,C項正確。2.(2018石景山一模)關于光子和光電子,下列說法中正確的是()A.光子就是光電子B.光電子是光電效應中吸收光子后飛離金屬表面的電子C.真空中光子和光電子的速度都是光速cD.光電子和光子都帶負電荷答案B光子是一份能量,光電子是光電效應中產生的電子,兩者完全不同,A錯誤,B正確;真空中的光子速度是光速c,光電子的速度大小與入射光的頻率和金屬材料的逸出功有關,C錯誤;光子不帶電,D錯誤。3.(2018朝陽二模)1900年,普朗克在研究黑體輻射時,認為其輻射的能量是不連續(xù)的,而是一份一份的,由此引入了一個常量h(普朗克常量),普朗克常量的引入開創(chuàng)了量子論。物理學家金斯曾說過這樣一句話:“雖然h的數值很小,但是我們應當承認,它是關系到保證宇宙存在的。如果說h嚴格等于0,那么宇宙的物質,宇宙的物質能量,將在十億萬分之一秒的時間內全部變?yōu)檩椛洹！标P于h的單位,用國際單位制中的基本單位表示,正確的是()A.J·s B.J/sC.kg·m2/s D.kg·m2·s3答案C由Ek=hν,可知h=Ekν,又Ek=12mv2,則可知h的單位為:1JHz=1J·s=1kg·ms2·s=1kg·m24.(2018海淀一模)用圖甲所示的電路研究光電效應中電子發(fā)射的情況與照射光的強弱、光的頻率等物理量間的關系。電流計G測得的光電流I隨光電管兩端電壓U的變化如圖乙所示,則()A.通過電流計G的電流方向由d到cB.電壓U增大,光電流I一定增大C.用同頻率的光照射K極,光電子的最大初動能與光的強弱無關D.光電管兩端電壓U為零時一定不發(fā)生光電效應答案C光電子從K極逸出向A極運動,所以通過電流計G的電流方向由c→d,A錯誤。由乙圖可知U增大到某一數值后,I不再變大,B錯誤。由光電效應方程及遏止電壓可知,hν=W+eUc,同頻率的光遏止電壓Uc相同,光電子最大初動能相同,C正確。由圖乙可知U=0時,I≠0,光電效應照樣發(fā)生,D錯誤。5.(2018房山二模)用電子做雙縫干涉實驗,下面三幅圖分別為100個、3000個、7000個左右的電子通過雙縫后,在膠片上出現的干涉圖樣。該實驗表明()A.電子具有波動性,不具有粒子性B.電子具有粒子性,不具有波動性C.電子既有波動性,又有粒子性D.電子到達膠片上不同位置的概率相同答案C這個實驗說明,電子到達膠片上不同位置的概率不同,個別電子呈現出粒子性,大量的電子呈現出波動性,所以電子既有波動性,又有粒子性。6.分別用波長為λ和23λ的單色光照射同一金屬板,發(fā)出的光電子的最大初動能之比為1∶2,以h表示普朗克常量,c表示真空中的光速,則此金屬板的逸出功為(A.hc2λ B.3h答案A根據光電效應方程得Ek1=hcλ-WEk2=hc23又Ek2=2Ek1聯立解得W0=hc27.(2018西城一模)2016年9月25日,被譽為“中國天眼”的世界最大單口徑射電望遠鏡(簡稱FAST)在貴州省平塘縣落成啟用,開始接收來自宇宙深處的電磁波。中國天眼的存在,使得深空通訊能力延伸至太陽系外緣行星,對探索宇宙的起源和地外文明具有重要意義。如果為天眼配備一部發(fā)射功率為百萬瓦級(106W)的發(fā)射機,其發(fā)射的無線電波波長為126厘米。那么該發(fā)射機每秒鐘發(fā)射的光子數量的數量級約為(取真空光速c=3×108m/s,普朗克常量h=6.6×10-34J?s)(A.1023 B.1027 C.1031 D.1035答案C設每秒發(fā)射的光子數為n,發(fā)射機每秒發(fā)射的總能量為:Pt=nhcλ,將題中數據代入得:n=6.36×1030,數量級更接近選項C8.人眼對綠光最為敏感,正常人的眼睛接收到波長為530nm的綠光時,只要每秒有6個綠光的光子射入瞳孔,眼睛就能察覺。普朗克常量為3.63×10-34J·s,光速為3.0×108m/s,則人眼能察覺到綠光時所接收到的最小功率是()A.2.3×10-18W B.3.8×10-19WC.7.0×10-10W D.1.2×10-18W答案A因每秒有6個綠光的光子射入瞳孔,所以察覺到綠光所接收的最小功率P=Et,式中E=6ε,又ε=hν=hcλ,可解得P=6×6.63×19.如圖所示,當開關S斷開時,用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極K,發(fā)現電流表讀數不為零。合上開關,調節(jié)滑動變阻器,發(fā)現當電壓表讀數小于0.60V時,電流表讀數仍不為零;當電壓表讀數大于或等于0.60V時,電流表讀數為零。求:(1)此時光電子的最大初動能的大小;(2)該陰極材料的逸出功。答案(1)0.6eV(2)1.9eV解析(1)由題意可知,遏止電壓為0.60V,由動能定理得光電子的最大初動能Ek=eU=0.6eV。(2)由光電效應方程Ek=hν-W0得該陰極材料的逸出功W0=hν-Ek=2.5eV-0.6eV=1.9eV。B組綜合提能1.(2017順義二模)二氧化碳對波長較長的電磁輻射(如紅外線)有較強的吸收作用,而對波長較短的電磁輻射(如可見光)的吸收作用較弱。陽光中多種波長的電磁輻射透過大氣照到地球表面,使地面升溫,而地面的熱輻射是波長較長的電磁輻射,它不容易透過大氣中的二氧化碳,于是大氣溫度上升。大氣中二氧化碳的作用像暖房的玻璃一樣:太陽的熱輻射容易進來,地面的熱輻射卻不易出去。這種效應叫“溫室效應”。二氧化碳是一種重要的“溫室氣體”。溫室效應使得大氣的溫度不致太低,晝夜溫差不致太大,各種生物能夠繁衍生息。然而,近年來由于人類的活動,大氣中的二氧化碳增加,溫室效應加劇,這是全球變暖的重要原因。根據上述觀點及你所掌握的其他信息,判斷下列說法正確的是()A.紅外線具有明顯的熱效應是因為其光子能量大于可見光的光子能量B.溫室效應是指二氧化碳對可見光吸收較弱,大量的可見光照射到地面,導致地球溫度升高C.在地球形成的早期,火山活動頻繁,排出大量的二氧化碳,溫室效應顯著,當時地球的氣溫很高D.由于現代工業(yè)大量燃燒煤炭、石油等燃料,燃燒過程放出大量的熱,導致地球溫度升高,氣候變暖答案C光子能量E=hν=hcλ,紅外線的波長比可見光的長,光子能量小,A項錯。B項對溫室效應的原因解釋不完整?，F代工業(yè)大量燃燒煤炭、石油等燃料,產生大量二氧化碳,使溫室效應加劇,D2.(2017海淀一模)如圖所示,兩束單色光a、b同時從空氣中斜射入平行玻璃磚的上表面,進入玻璃磚中形成復合光束c,則下列說法中正確的是()A.若用a光照射某金屬的表面能發(fā)生光電效應,則用b光照射也能發(fā)生B.在相同條件下進行雙縫干涉實驗,a光的干涉條紋間距較小C.在玻璃磚中a光的速度較小D.從水中射向空氣發(fā)生全反射時,a光的臨界角較小答案A由圖可知na<nb,則由色散規(guī)律知νa<νb,A正確。由c=λν可知,λa>λb,由條紋間距公式Δx=Ldλ,可知在相同條件下進行雙縫干涉實驗時,a光的干涉條紋間距較大,B錯。又n=cv,則va>vb,C錯。由n=1sinC知,Ca>3.(2017海淀一模)實驗表明:光子與速度不太大的電子碰撞發(fā)生散射時,光的波長會變長或者不變,這種現象叫康普頓散射,該過程遵循能量守恒定律和動量守恒定律。如果電子具有足夠大的初速度,以至于在散射過程中有能量從電子轉移到光子,則該散射被稱為逆康普頓散射,這一現象已被實驗證實。關于上述逆康普頓散射,下列說法中正確的是()A.該過程不遵循能量守恒定律B.該過程不遵循動量守恒定律C.散射光中存在波長變長的成分D.散射光中存在頻率變大的成分答案D光子獲得能量,由E光=hν可知,散射光中存在頻率變大的成分,即波長變短的成分。該過程仍遵循動量守恒定律和能量守恒定律。4.(多選)物理學家做了一個有趣的實驗:在雙縫干涉實驗中,在光屏處放上照相底片,若減弱光的強度,使光子只能一個一個地通過狹縫,實驗結果表明,如果曝光時間不太長,底片上只出現一些不規(guī)則的點;如果曝光時間足夠長,底片上就出現了規(guī)則的干涉條紋,對這個實驗結果下列認識正確的是()A.曝光時間不長時,光子的能量太小,底片上的條紋看不清楚,故出現不規(guī)則的點B.單個光子的運動表現出波動性C.干涉條紋中明亮的部分是光子到達機會較多的地方D.只有大量光子的行為才能表現出波動性答案CD光是一種概率波,對于一個光子通過單縫落在何處,是不確定的,但概率最大的是中央亮紋處,可達95%以上,還可能落到暗紋處,不過落在暗紋處的概率最小(注意暗紋處并非無光子到達),故C、D選項正確。5.一個手電筒在3V的電壓下,通過0.25A的電流,燈泡所發(fā)出的光會聚后形成一個面積為10cm2的平行光束。如果燈泡所消耗的能量中有1%轉化為波長6000A°的可見光,求(1)沿光傳播方向上長1m的光束內有多少光子;(2)在光束垂直照射的物體表面上,平均每秒鐘每平方厘米的表面上接收到多少光子。答案(1)7.54×107個(2)2.26×1015個解析根據光子說,手電筒發(fā)光的能量是由光子組成的,λ=6×10-7m,S=10-3m2(1)P=IU,E=hcλ,每秒鐘發(fā)出的光子數n=P設長1m的光柱中光子個數為x,則xn=Lc(其中c為3×10x=Lcn=LIUλ100hc2(2)n'為每秒鐘每平方厘米的表面上接收的光子數由nSc=n'S'所以n'=S'Sn=S'P×1%SE=6.光具有波粒二象性,光子的能量E=hν,其中頻率ν表征波的特征。在愛因斯坦提出光子說之后,法國物理學家德布羅意提出了光子動量p與光波波長λ的關系λ=hp。若某激光管以