2024-2025學(xué)年新教材高中物理第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性1-2普朗克黑體輻射理論光電效應(yīng)課時(shí)練習(xí)含解析新人教版選擇性必修3

PAGE7-普朗克黑體輻射理論光電效應(yīng)(25分鐘·60分)一、選擇題(本題共6小題,每題6分,共36分)1.能正確說(shuō)明黑體輻射試驗(yàn)規(guī)律的是 ()A.能量的連續(xù)經(jīng)典理論B.普朗克提出的能量量子化理論C.牛頓提出的能量微粒說(shuō)D.以上說(shuō)法均不正確【解析】選B。依據(jù)黑體輻射的試驗(yàn)規(guī)律,隨著溫度的上升,一方面各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有所增加;另一方面,輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng),只有用普朗克提出的能量量子化理論才能得到較滿足的說(shuō)明,選項(xiàng)B正確。2.能引起人的眼睛視覺(jué)效應(yīng)的最小能量為10-18J,已知可見(jiàn)光的平均波長(zhǎng)約為60μm,普朗克常量為6.63×10-34J·s,則進(jìn)入人眼的光子數(shù)至少為 ()A.1個(gè) B.3個(gè)C.30個(gè) D.300個(gè)【解析】選D。n===≈3×102(個(gè))。3.(2024·吉林省東北師大附中高二月考)下列關(guān)于光電效應(yīng)現(xiàn)象的表述中,錯(cuò)誤的是 ()A.光電效應(yīng)是指照耀到金屬表面的光,能使金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象B.光電效應(yīng)存在截止頻率C.照耀光光強(qiáng)太弱時(shí)不行能發(fā)生光電效應(yīng)D.光電效應(yīng)幾乎是瞬時(shí)發(fā)生的【解析】選C。光電效應(yīng)是指照耀到金屬表面的光,能使金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象,選項(xiàng)A正確,不符合題意;光電效應(yīng)存在截止頻率,當(dāng)入射光的頻率大于截止頻率時(shí)才能發(fā)生光電效應(yīng),選項(xiàng)B正確,不符合題意;能否發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān),只與光的頻率有關(guān),選項(xiàng)C錯(cuò)誤,符合題意;光電效應(yīng)幾乎是瞬時(shí)發(fā)生的,不須要時(shí)間積累,選項(xiàng)D正確,不符合題意。故選C。4.如圖所示,當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí),用光子能量為2.5eV的一束光照耀陰極,發(fā)覺(jué)電流表讀數(shù)不為零。合上開(kāi)關(guān),調(diào)整滑動(dòng)變阻器,發(fā)覺(jué)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.60V時(shí),電流表讀數(shù)仍不為零。當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V時(shí),電流表讀數(shù)為零。由此可知陰極材料的逸出功為 ()A.1.9eV B.0.6eVC.2.5eV D.3.1eV【解析】選A。設(shè)能量為2.5eV光子照耀時(shí),光電子的最大初動(dòng)能為mv2=hν-W。題圖中光電管上加的是反向電壓,據(jù)題意,當(dāng)反向電壓達(dá)到U=0.6V以后,具有最大初動(dòng)能的光電子也不能到達(dá)陽(yáng)極,因此eU=mv2。得W=hν-eU=1.9eV,選項(xiàng)A正確。5.(多選)頻率為ν的光子,具有的能量為hν,動(dòng)量為,將這個(gè)光子打在處于靜止?fàn)顟B(tài)的電子上,光子將偏離原運(yùn)動(dòng)方向,這種現(xiàn)象稱為光子的散射,下列關(guān)于光子散射的說(shuō)法正確的是 ()A.光子變更原來(lái)的運(yùn)動(dòng)方向,且傳播速度變小B.光子由于在與電子碰撞中獲得能量,因而頻率增大C.由于受到電子碰撞,散射后的光子波長(zhǎng)大于入射光子的波長(zhǎng)D.由于受到電子碰撞,散射后的光子頻率小于入射光子的頻率【解析】選C、D。碰撞后光子變更原來(lái)的運(yùn)動(dòng)方向,但傳播速度不變,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;光子由于在與電子碰撞中損失能量,因而頻率減小,即ν1>ν2,再由c=λ1ν1=λ2ν2,得到λ1<λ2,選項(xiàng)B錯(cuò)誤,C、D正確。6.有關(guān)光的本性,下列說(shuō)法正確的是 ()A.光既具有波動(dòng)性,又具有粒子性,這是相互沖突和對(duì)立的B.光的波動(dòng)性類似于機(jī)械波,光的粒子性類似于質(zhì)點(diǎn)C.光不具有波動(dòng)性D.由于光既具有波動(dòng)性,又具有粒子性,無(wú)法只用其中一種去說(shuō)明光的一切行為,只能認(rèn)為光具有波粒二象性【解析】選D。19世紀(jì)初,人們勝利地在試驗(yàn)室中視察到了光的干涉、衍射現(xiàn)象,這些屬于波的特征,微粒說(shuō)無(wú)法說(shuō)明這些現(xiàn)象;但19世紀(jì)末又發(fā)覺(jué)了光電效應(yīng),這種現(xiàn)象波動(dòng)說(shuō)不能說(shuō)明,證明光具有粒子性,因此,光既具有波動(dòng)性,又具有粒子性,但光不同于宏觀的機(jī)械波和粒子,波動(dòng)性與粒子性是光在不同狀況下的不同表現(xiàn),是同一客體的不同側(cè)面、不同屬性,我們無(wú)法用其中一種去說(shuō)明光的一切行為,只能認(rèn)為光具有波粒二象性,選項(xiàng)D正確。二、非選擇題(本題共2小題,共24分。要有必要的文字說(shuō)明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要標(biāo)明單位)7.(12分)深厚的夜色中,在大海上航行的船舶依靠航標(biāo)燈指引航道,如圖所示是一個(gè)航標(biāo)燈自動(dòng)限制電路的示意圖。電路中的光電管陰極K涂有可發(fā)生光電效應(yīng)的金屬。如表反映的是各種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率和極限波長(zhǎng),又知可見(jiàn)光的波長(zhǎng)在400～770nm的范圍內(nèi)(1nm=10-9m各種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率和極限波長(zhǎng):金屬銫鈉鋅銀鉑極限頻率/Hz4.545×10146.000×10148.065×10141.153×10151.529×1015極限波長(zhǎng)/μm0.66000.50000.37200.26000.1962依據(jù)圖和表所給出的數(shù)據(jù),你認(rèn)為:(1)光電管陰極K上應(yīng)涂有金屬____________。

(2)限制電路中的開(kāi)關(guān)S應(yīng)和________(選填“a”或“b”)接觸。

(3)工人在鍛壓機(jī)、沖床、鉆床等機(jī)器上勞動(dòng)時(shí),稍有不慎就會(huì)把手壓在里面,造成工傷事故。假如將上述限制電路中的電燈換成驅(qū)動(dòng)這些機(jī)器工作的電機(jī),這時(shí)電路中開(kāi)關(guān)S應(yīng)和________(選填“a”或“b”)接觸,這樣,當(dāng)工人不慎將手伸入危急區(qū)域時(shí),由于遮住了光線,光控繼電器銜鐵馬上動(dòng)作,使機(jī)床停止工作,避開(kāi)事故發(fā)生。

【解析】(1)依題意知,可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍為400～770nm,即0.4000～0.7700μm,因此,光電管陰極K上應(yīng)涂金屬銫或鈉。(2)深厚的夜色中,線圈中無(wú)電流,銜鐵與b接觸,船舶依靠航標(biāo)燈指引航道,所以限制電路中的開(kāi)關(guān)S應(yīng)和b接觸。(3)若將上述限制電路中的電燈換成電機(jī),在手遮住光線之前,電機(jī)應(yīng)是正常工作的,此時(shí)銜鐵與a接觸,所以電路中的開(kāi)關(guān)S應(yīng)和a接觸。答案:(1)銫或鈉(2)b(3)a8.(12分)鋁的逸出功為4.2eV,現(xiàn)用波長(zhǎng)為200nm的光照耀鋁的表面。已知h=6.63×10-34J·s,求:(1)光電子的最大初動(dòng)能;(2)遏止電壓;(3)鋁的截止頻率?！窘馕觥?1)依據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0有Ek=-W0=J-4.2×1.6×10-19J=3.225×10-19J(2)由Ek=eUc可得Uc==V=2.016V。(3)hνc=W0知νc==Hz=1.014×1015Hz。答案:(1)3.225×10-19J(2)2.016V(3)1.014×1015Hz(15分鐘·40分)9.(7分)(多選)下列說(shuō)法中正確的是 ()A.光的波粒二象性學(xué)說(shuō)就是牛頓的微粒說(shuō)加上惠更斯的波動(dòng)說(shuō)B.光的波粒二象性徹底推翻了麥克斯韋的電磁理論C.光子說(shuō)并沒(méi)有否定電磁說(shuō),光子的能量E=hν,ν表示波的特性,E表示粒子的特性D.個(gè)別光子的行為表現(xiàn)為粒子性,大量光子的行為表現(xiàn)為波動(dòng)性【解析】選C、D。愛(ài)因斯坦的“光子說(shuō)”與惠更斯的波動(dòng)說(shuō)揭示了光具有波粒二象性,故A錯(cuò)誤;麥克斯韋依據(jù)電磁理論,認(rèn)為光是一種電磁波,光子說(shuō)并沒(méi)有否定光的電磁說(shuō),在光子能量公式E=hν中,頻率ν表示波的特征,E表示粒子的特征,故B錯(cuò)誤,C正確;大量光子的效果往往表現(xiàn)出波動(dòng)性,個(gè)別光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性,故D正確。10.(7分)“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(huì)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(jī)理,但仍可運(yùn)用物理學(xué)中常用的方法,在下列選項(xiàng)中,推理推斷比例系數(shù)k的值可能為 ()A. B.C.2he D. 【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)系有E=hν,因?yàn)棣?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=。11.(7分)(多選)探討光電效應(yīng)規(guī)律的試驗(yàn)裝置如圖所示,以頻率為ν的光照耀光電管陰極K時(shí),有光電子產(chǎn)生。由于光電管K、A間加的是反向電壓,光電子從陰極K放射后將向陽(yáng)極A做減速運(yùn)動(dòng)。光電流i由圖中電流計(jì)G測(cè)出,反向電壓U由電壓表V測(cè)出。當(dāng)電流計(jì)的示數(shù)恰好為零時(shí),電壓表的示數(shù)稱為遏止電壓Uc,在下列表示光電效應(yīng)試驗(yàn)規(guī)律的圖像中,正確的是 ()【解析】選A、C、D。反向電壓U和頻率肯定時(shí),發(fā)生光電效應(yīng)產(chǎn)生的光電子數(shù)與光強(qiáng)成正比,則單位時(shí)間到達(dá)陽(yáng)極A的光電子數(shù)與光強(qiáng)也成正比,故光電流i與光強(qiáng)I成正比,A正確;由動(dòng)能定理,-qU0=0-Ekm,又因Ekm=hν-W,所以U0=-,可知遏止電壓UC與頻率ν是線性關(guān)系,不是正比關(guān)系,B錯(cuò)誤;光強(qiáng)I與頻率ν肯定時(shí),光電流i隨反向電壓的增大而減小,又據(jù)光電子動(dòng)能大小的分布概率及發(fā)出后的方向性可知,C正確;由光電效應(yīng)知金屬中的電子對(duì)光子的汲取是非?？焖俚?時(shí)間小于10-9s,10-9s后,光強(qiáng)I和頻率ν肯定時(shí),光電流恒定,故D正確。12.(19分)我國(guó)北方城市在冬季易遭遇霧霾侵襲,嚴(yán)峻霧霾不僅對(duì)人類健康造成損害,也影響地面接收太陽(yáng)光的能量的效率。假設(shè)太陽(yáng)光垂直射到地面上時(shí),地面上1m2(1)假設(shè)認(rèn)為可見(jiàn)光的波長(zhǎng)約為0.55μm,日地間距離R=1.5×1011m,普朗克常量取h=6.6×10(2)若已知地球的半徑為6.4×106【解析】設(shè)想一個(gè)以太陽(yáng)為球心,以日、地距離為半徑的大球面包圍著太陽(yáng),大球面接收的光子數(shù)等于太陽(yáng)輻射的全部光子數(shù);地球背著陽(yáng)光的半個(gè)球面沒(méi)有接收太陽(yáng)光,地球向陽(yáng)的半個(gè)球面也不到處都與太陽(yáng)光垂直,接收太陽(yáng)光輻射且與陽(yáng)光垂直的有效面積是以地球半徑為半徑的圓面面積。(1