2024-2025學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，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【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，發(fā)生光電效應時，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.當用一束紫外線照耀鋅板時，產(chǎn)生了光電效應，這時()A.鋅板帶負電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。當用一束紫外線照耀鋅板時，產(chǎn)生了光電效應，有電子從鋅板逸出，鋅板帶正電，選項C正確，A、B、D錯誤。3.某同學設計了如圖所示的電路來探討光電效應現(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，當該同學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，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。【補償訓練】利用光電管探究光電效應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，當用紫外線照耀時，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.在光電效應試驗中，某同學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.乙光對應的截止頻率大于丙光的截止頻率D.甲光對應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問題，應依據(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。“光子說”并不否認光的波動性，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方程的正確性。依據(jù)密立根的方法我們利用圖示裝置進行試驗，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。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。答案：鈉、鉀、銣能發(fā)生光電效應【總結(jié)提升】光電效應能否發(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)求解極限頻率對應的計算式ν=。(3)若要求對應波長，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。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B.c光束照耀時，不能發(fā)生光電效應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b光束恰能使金屬發(fā)生光電效應時，a光束必定不能使該金屬發(fā)生光電效應，c光束必定能使該金屬發(fā)生光電效應，A對，B錯；又因為發(fā)生光電效應時釋放的光電子數(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)在光電效應試驗中，某金屬的截止頻率所對應的波長為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【補償訓練】用波