2024-2025學(xué)年高中物理第十七章波粒二象性12能量量子化光的粒子性課后作業(yè)含解析新人教版選修3-5

PAGEPAGE5能量量子化光的粒子性時(shí)間：45分鐘一、選擇題(1～7題為單選，8～10題為多選)1．對黑體輻射電磁波的波長分布的影響因素是(A)A．溫度 B．材料C．表面狀況 D．以上都正確解析：影響黑體輻射電磁波的波長分布的因素是溫度，故選項(xiàng)A正確．2．在演示光電效應(yīng)的試驗(yàn)中，原來不帶電的一塊鋅板與靈敏驗(yàn)電器相連，用弧光燈照耀鋅板時(shí)，驗(yàn)電器的指針張開了一個(gè)角度，如圖所示，這時(shí)(B)A．鋅板帶正電，指針帶負(fù)電 B．鋅板帶正電，指針帶正電C．鋅板帶負(fù)電，指針帶負(fù)電 D．鋅板帶負(fù)電，指針帶正電解析：弧光燈發(fā)出的紫外線照耀鋅板，發(fā)生光電效應(yīng)，有電子從鋅板飛出，鋅板由于失去電子而帶正電，驗(yàn)電器與鋅板相連接，也帶正電，故B選項(xiàng)正確．3.如圖所示為一光電管電路，滑動變阻器滑動觸頭P位于AB上某點(diǎn)，用光照耀光電管陰極，電表無偏轉(zhuǎn)，要使電表指針偏轉(zhuǎn)，可實(shí)行的措施有(B)A．加大照耀光強(qiáng)度B．換用波長短的光照耀C．將P向B滑動D．將電源正負(fù)極對調(diào)解析：由光電管電路圖可知陰極K電勢低，陽極A電勢高，假如K極有電子飛出，則它受到的電場力必向左，即將向左加速，然而現(xiàn)在G中電表指針無偏轉(zhuǎn)，說明沒有發(fā)生光電效應(yīng)，這僅能說明照耀光頻率太低，這與光強(qiáng)和外加電壓的大小及方向均無關(guān)．可見要使指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)需增大照耀光頻率，即縮短照耀光的波長．4．用光照耀某種金屬，有光電子從金屬表面逸出，假如光的頻率不變，而減弱光的強(qiáng)度，則(A)A．逸出的光電子數(shù)削減，光電子的最大初動能不變B．逸出的光電子數(shù)削減，光電子的最大初動能減小C．逸出的光電子數(shù)不變，光電子的最大初動能減小D．光的強(qiáng)度減弱到某一數(shù)值，就沒有光電子逸出了解析：光的頻率不變，表示光子能量不變，仍會有光電子從該金屬表面逸出，逸出的光電子的最大初動能也不變；若再減弱光的強(qiáng)度，逸出的光電子數(shù)就會削減．綜上可知，A正確．5．康普頓效應(yīng)證明了光子不僅具有能量，也有動量．如圖給出了光子與靜止電子碰撞后，電子的運(yùn)動方向，則碰后光子(C)A．可能沿1方向，且波長變短B．可能沿2方向，且波長變短C．可能沿1方向，且波長變長D．可能沿3方向，且波長變長解析：因光子與電子碰撞過程動量守恒，所以碰撞之后光子和電子的總動量的方向與光子碰前的方向一樣，可見碰后光子的方向可能沿1方向，不行能沿2或3方向；通過碰撞，光子將一部分動量轉(zhuǎn)移給電子，光子的動量減小，由p＝eq\f(h,λ)知，波長變長．6．某種單色光的頻率為ν，用它照耀某種金屬時(shí)，在逸出的光電子中動能最大值為Ek，則這種金屬的逸出功和極限頻率分別是(A)A．hν－Ek，ν－eq\f(Ek,h) B．Ek－h(huán)ν，ν＋eq\f(Ek,h)C．hν＋Ek，ν－eq\f(h,Ek) D．Ek＋hν，ν＋eq\f(h,Ek)解析：依據(jù)光電效應(yīng)方程得，W0＝hν－Ek.依據(jù)W0＝hνc知極限頻率νc＝eq\f(W0,h)＝ν－eq\f(Ek,h).7.光子有能量，也有動量，動量p＝eq\f(h,λ)，它也遵守有關(guān)動量的規(guī)律．如圖所示，真空中，有“∞”形裝置可繞通過橫桿中點(diǎn)的豎直軸OO′在水平面內(nèi)敏捷地轉(zhuǎn)動，其中左邊是圓形黑紙片(汲取光子)，右邊是和左邊大小、質(zhì)量相同的圓形白紙片(反射光子)．當(dāng)用平行白光垂直照耀這兩個(gè)圓面時(shí)，關(guān)于裝置起先時(shí)的轉(zhuǎn)動狀況(俯視)，下列說法中正確的是(B)A．順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動 B．逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動C．都有可能 D．不會轉(zhuǎn)動解析：依據(jù)動量定理Ft＝mvt－mv0，由光子的動量改變可知黑紙片和光子之間的作用力小于白紙片和光子之間的作用力，所以裝置起先時(shí)逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動，B選項(xiàng)正確．8．對光電效應(yīng)的理解正確的是(BD)A．金屬鈉的每個(gè)電子可以汲取一個(gè)或一個(gè)以上的光子，當(dāng)它積累的動能足夠大時(shí)，就能逸出金屬B．假如入射光子的能量小于金屬表面的電子克服原子核的引力而逸出時(shí)所需做的最小功，便不能發(fā)生光電效應(yīng)C．發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，入射光越強(qiáng)，光子的能量就越大，光電子的最大初動能就越大D．由于不同金屬的逸出功是不相同的，因此使不同金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，入射光的最低頻率也不同解析：依據(jù)愛因斯坦的光子說，光子的能量由光的頻率確定，與光強(qiáng)無關(guān)，入射光的頻率越大，發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的光電子的最大初動能越大；但要使電子離開金屬，電子必需具有足夠的動能，而電子增加的動能只能來源于照耀光的光子能量，且一個(gè)電子只能汲取一個(gè)光子，不能同時(shí)汲取多個(gè)光子，所以光子的能量小于某一數(shù)值時(shí)便不能產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象；電子從金屬逸出時(shí)只有從金屬表面對外逸出的電子克服原子核的引力所做的功最?。C上所述，選項(xiàng)B、D正確．9．一激光器發(fā)光功率為P，發(fā)出的激光在折射率為n的介質(zhì)中波長為λ，若在真空中的速度為c，普朗克常量為h，則下列說法中正確的是(AC)A．該光在真空中的波長為nλB．該光的頻率為eq\f(c,λ)C．該激光器在時(shí)間t內(nèi)輻射光子數(shù)為eq\f(Ptnλ,hc)D．該激光器在時(shí)間t內(nèi)輻射光子數(shù)為eq\f(Ptn,hc)解析：由n＝eq\f(c,v)知在介質(zhì)中速度v＝eq\f(c,n).在真空中波長為λ真＝eq\f(c,ν)＝eq\f(nv,ν)＝nλ，故A正確；頻率ν＝eq\f(v,λ)＝eq\f(c,nλ)，故B錯(cuò)誤；在時(shí)間t內(nèi)輻射能量E＝Pt，每個(gè)能量子ε＝hν＝heq\f(c,λn)，故在時(shí)間t內(nèi)輻射的能量子數(shù)為eq\f(E,ε)＝eq\f(Ptnλ,hc)，故C正確，D錯(cuò)誤．10.如圖所示為一真空光電管的應(yīng)用電路，其陰極金屬材料的極限頻率為4.5×1014Hz，則以下推斷正確的是(BC)A．發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，電路中光電流的飽和值取決于入射光的頻率B．發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，電路中光電流的飽和值取決于入射光的強(qiáng)度C．用λ＝0.5μm的光照耀光電管時(shí)，電路中有光電流產(chǎn)生D．光照耀時(shí)間越長，電路中的光電流越大解析：在光電管中若發(fā)生了光電效應(yīng)，單位時(shí)間內(nèi)放射光電子的數(shù)目只與入射光的強(qiáng)度有關(guān)，光電流的飽和值只與單位時(shí)間內(nèi)放射光電子的數(shù)目有關(guān)．據(jù)此可推斷A、D錯(cuò)誤，B正確；波長λ＝0.5μm的光子的頻率ν＝eq\f(c,λ)＝eq\f(3×108,0.5×10－6)Hz＝6×1014Hz>4.5×1014Hz，可發(fā)生光電效應(yīng)．所以選項(xiàng)C正確．二、非選擇題11.如圖所示，陰極K是用極限波長λ0＝0.66μm的金屬銫制成的，用波長λ＝0.50μm的綠光照耀陰極K，調(diào)整兩個(gè)極板電壓，當(dāng)A板電壓比陰極高出2.5V時(shí)，光電流達(dá)到飽和，電流表示數(shù)為0.64μA，求：(1)每秒鐘陰極放射的光電子數(shù)和光電子飛出陰極時(shí)的最大初動能；(2)假如把照耀陰極的綠光的光強(qiáng)增大為原來的2倍，每秒鐘陰極放射的光電子數(shù)和光電子飛出陰極的最大初動能．答案：(1)4.0×1012個(gè)9.64×10－20J(2)8.0×1012個(gè)9.64×10－20J解析：飽和電流的值I與每秒內(nèi)陰極放射的電子數(shù)的關(guān)系是I＝ne.電子從陰極K飛出的最大初動能Ek＝hν－W0.電子從陰極K飛向陽極A時(shí)，還會被電場加速，使其動能進(jìn)一步增大．(1)當(dāng)陰極放射的光電子全部達(dá)到陽極A時(shí)，光電流達(dá)到飽和，由電流可知每秒到達(dá)陽極的電子數(shù)，即每秒放射的電子數(shù)n＝eq\f(Im,e)＝eq\f(0.64×10－6,1.6×10－19)＝4.0×1012個(gè)．依據(jù)愛因斯坦光電方程，光電子的最大初動能為Ek＝hν－W0＝heq\f(c,λ)－h(huán)eq\f(c,λ0)＝6.63×10－34×3×108×(eq\f(1,0.50×10－6)－eq\f(1,0.66×10－6))J≈9.64×10－20J.(2)假如照耀光的頻率不變，光強(qiáng)加倍，依據(jù)光電效應(yīng)試驗(yàn)規(guī)律，陰極每秒放射的光電子數(shù)為n′＝2n＝8.0×1012個(gè)．光電子的最大初動能仍舊是Ek＝9.64×10－20J.12．某廣播電臺放射功率為10kW、在空氣中波長為187.5m的電磁波，則：(1)該電臺每秒鐘從天線放射多少個(gè)光子？(2)若放射的能量子四面八方視為勻稱的，試求在離天線2.5km處直徑為2m的環(huán)狀天線每秒鐘接收的光子個(gè)數(shù)以及接收功率．答案：(1)1031個(gè)(2)4×1023個(gè)4×10－4W解析：(1)每個(gè)能量子的能量ε＝hν＝heq\f(c,λ)＝eq\f(6.63×10－34×3×108,187.5)J≈1.06×10－27J，則每秒鐘電臺放射上述波長的光子數(shù)N＝eq\f(P·t,ε)＝eq\f(104×