2024-2025學(xué)年高中物理課時分層作業(yè)13量子概念的誕生光電效應(yīng)與光的量子說含解析教科版選修3-5

PAGE7-課時分層作業(yè)(十三)量子概念的誕生光電效應(yīng)與光的量子說(時間：40分鐘分值：100分)[基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)練]一、選擇題(本題共6小題，每小題6分，共36分)1．(多選)以下關(guān)于輻射強(qiáng)度與波長關(guān)系的說法中正確的是()A．物體在某一溫度下只能輻射某一固定波長的電磁波B．當(dāng)鐵塊呈現(xiàn)黑色時，說明它的溫度不太高C．當(dāng)鐵塊的溫度較高時會呈現(xiàn)赤紅色，說明此時輻射的電磁波中該顏色的光強(qiáng)度最強(qiáng)D．早、晚時分太陽呈現(xiàn)紅色，而中午時分呈現(xiàn)白色，說明中午時分太陽溫度最高BC[由輻射強(qiáng)度隨波長改變關(guān)系圖知，隨著溫度的上升，各種波長的波的輻射強(qiáng)度都增加，而熱輻射不是僅輻射一種波長的電磁波，選項B、C正確．]2．(多選)在光電效應(yīng)試驗中，用頻率為ν的光照耀光電管陰極，發(fā)生了光電效應(yīng)，下列說法正確的是()A．增大入射光的強(qiáng)度，光電流增大B．減小入射光的強(qiáng)度，光電效應(yīng)現(xiàn)象消逝C．改用頻率小于ν的光照耀，仍可能發(fā)生光電效應(yīng)D．改用頻率為2ν的光照耀，光電子的最大初動能變?yōu)樵瓉淼?倍AC[增大入射光的強(qiáng)度，單位時間內(nèi)照耀到單位面積上的光子數(shù)增加，光電流增大，A項正確．減小入射光的強(qiáng)度，只是光電流減小，光電效應(yīng)現(xiàn)象是否消逝與光的頻率有關(guān)，而與光的強(qiáng)度無關(guān)，B項錯誤．改用頻率小于ν的光照耀，但只要光的頻率大于極限頻率ν0仍舊可以發(fā)生光電效應(yīng)，C項正確．由愛因斯坦光電效應(yīng)方程hν－W逸＝eq\f(1,2)mv2得：光頻率ν增大，而W逸不變，故光電子的最大初動能變大，但ν與eq\f(1,2)mv2不成正比，故D錯誤．]3．產(chǎn)生光電效應(yīng)時，關(guān)于逸出光電子的最大初動能Ek，下列說法正確的是()A．對于同種金屬，Ek與照耀光的強(qiáng)度無關(guān)B．對于同種金屬，Ek與照耀光的波長成反比C．對于同種金屬，Ek與照耀光的時間成正比D．對于同種金屬，Ek與照耀光的頻率成正比A[Ek＝hν－W＝heq\f(c,λ)－W，同種金屬逸出功相同，最大初動能與照耀光強(qiáng)度無關(guān)，與照耀光的波長有關(guān)但不是反比例函數(shù)關(guān)系，最大初動能與入射光的頻率成線性關(guān)系，但不是正比關(guān)系．]4.(多選)如圖所示是某金屬在光的照耀下，光電子最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖像，由圖像可知()A．該金屬的逸出功等于EB．該金屬的逸出功等于hν0C．入射光的頻率為ν0時，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為ED．入射光的頻率為2ν0時，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為EABD[題中圖像反映了光電子的最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系，依據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0知，當(dāng)入射光的頻率恰為金屬的截止頻率ν0時，光電子的最大初動能Ek＝0，此時有hν0＝W0，即該金屬的逸出功等于hν0，依據(jù)圖線的物理意義，有W0＝E，故選項A、B、D正確，選項C錯誤．]5．(多選)在光電效應(yīng)試驗中，分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照耀到同種金屬上，測得相應(yīng)的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子的最大初動能分別為Eka和Ekb.h為普朗克常量．下列說法正確的是()A．若νa>νb，則肯定有Ua<UbB．若νa>νb，則肯定有Eka>EkbC．若Ua<Ub，則肯定有Eka<EkbD．若νa>νb，則肯定有hνa－Eka>hνb－EkbBC[設(shè)該金屬的逸出功為W，依據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程有Ek＝hν－W，同種金屬的W不變，則逸出光電子的最大初動能隨ν的增大而增大，B項正確；又Ek＝eU，則最大初動能與遏止電壓成正比，C項正確；依據(jù)上述有eU＝hν－W，遏止電壓U隨ν增大而增大，A項錯誤；又有hν－Ek＝W，W相同，則D項錯誤．]6．(多選)如圖所示，電路中全部元件完好，光照耀到光電管上，靈敏電流計中沒有電流通過．其緣由可能是()A．入射光太弱 B．入射光波長太長C．光照時間太短 D．電源正、負(fù)極接反BD[金屬存在截止頻率，超過截止頻率的光照耀金屬才會有光電子射出．放射的光電子的動能隨頻率的增大而增大，動能小時不能克服反向電壓，也不能有光電流．入射光的頻率低于截止頻率，不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，與光照強(qiáng)弱無關(guān)，選項B正確，A錯誤；電路中電源正負(fù)極接反，對光電管加了反向電壓，若該電壓超過了遏止電壓，也沒有光電流產(chǎn)生，D正確；光電效應(yīng)的產(chǎn)生與光照時間無關(guān)，C錯誤．]二、非選擇題(14分)7．紫光在真空中的波長為4.5×10－7m，問：(1)紫光光子的能量是多少？(2)用它照耀極限頻率為ν0＝4.62×1014Hz的金屬鉀時能否產(chǎn)生光電效應(yīng)？(3)若能產(chǎn)生，則光電子的最大初動能為多少？(h＝6.63×10－34J·s)[解析](1)紫光光子的能量E＝hν＝heq\f(c,λ)＝4.42×10－19J.(2)紫光頻率ν＝eq\f(c,λ)＝6.67×1014Hz因為ν>ν0，所以能產(chǎn)生光電效應(yīng)．(3)光電子的最大初動能為Ekm＝hν－W＝h(ν－ν0)＝1.36×10－19J.[答案](1)4.42×10－19J(2)能(3)1.36×10－19J[實力提升練]一、選擇題(本題共4小題，每小題6分，共24分)1．(多選)紫外光電管是利用光電效應(yīng)原理對油庫等重要場所進(jìn)行火災(zāi)報警的裝置，其工作電路如圖所示，其中A為陽極，K為陰極，只有當(dāng)明火中的紫外線照耀到K極時，c、d端才會有信號輸出．已知地球表面太陽光中紫外線的波長主要在315～400nm之間，而明火中的紫外線的波長主要在200～280nm之間．在光電效應(yīng)中，某種金屬的極限頻率所對應(yīng)的波長叫金屬的極限波長．下列說法正確的是()A．要實現(xiàn)有效報警，陰極所用材料的極限波長應(yīng)大于280nmB．明火照耀到K極的時間要足夠長，c、d端才有信號輸出C．僅有太陽光照耀光電管時，c、d端輸出的信號為零D．火災(zāi)報警時，照耀光電管的紫外線波長越大，逸出的光電子的最大初動能越大AC[只有入射光的頻率大于金屬的極限頻率，即入射光的波長應(yīng)小于金屬的極限波長，才能發(fā)生光電效應(yīng)．要實現(xiàn)有效報警，光電管陰極的極限波長應(yīng)大于明火中的紫外線的波長，并小于太陽光中的紫外線的波長，A正確；c、d端有信號輸出，與明火照耀到K極的時間無關(guān)，與紫外線的頻率有關(guān)，B錯誤；僅有太陽光照耀光電管時，入射光的頻率小于金屬的截止頻率，不會發(fā)生光電效應(yīng)，c、d端輸出的信號為零，C正確；火災(zāi)報警時，依據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0知，照耀光電管的紫外線的波長越短，其頻率越大，逸出的光電子的最大初動能越大，D錯誤．]2．在光電效應(yīng)試驗中，小明同學(xué)用同一試驗裝置，如圖(a)所示，在甲、乙、丙三種光的照耀下得到了三條電流表與電壓表讀數(shù)之間的關(guān)系曲線，如圖(b)所示．則正確的是()A．乙光的頻率大于甲光的頻率B．甲光的波長小于丙光的波長C．丙光的光子能量小于甲光的光子能量D．乙光對應(yīng)的光電子最大初動能小于丙光的光電子最大初動能A[由愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0及遏止電壓的含義可知，hν－W0＝eUc，結(jié)合題意與圖像可以推斷，W0相同，U1>U2，則三種色光的頻率為ν乙＝ν丙>ν甲，故丙光子能量大于甲光子能量，C錯誤，同時推斷乙光對應(yīng)光電子的最大初動能等于丙光對應(yīng)光電子的最大初動能，A正確，D錯誤，由ν＝eq\f(c,λ)知，λ乙＝λ丙＜λ甲，B錯誤．]3．(多選)以往我們相識的光電效應(yīng)是單光子光電效應(yīng)，即一個電子在極短時間內(nèi)只能汲取到一個光子而從金屬表面逸出．強(qiáng)激光的出現(xiàn)豐富了人們對于光電效應(yīng)的相識，用強(qiáng)激光照耀金屬，由于其光子密度極大，一個電子在極短時間內(nèi)汲取多個光子成為可能，從而形成多光子光電效應(yīng)，這已被試驗證明．光電效應(yīng)試驗裝置示意如圖所示．用頻率為ν的一般光源照耀陰極K，沒有發(fā)生光電效應(yīng)．換用同樣頻率ν的強(qiáng)激光照耀陰極K，則發(fā)生了光電效應(yīng)；此時，若加上反向電壓U，即將陰極K接電源正極，陽極A接電源負(fù)極，在K、A之間就形成了使光電子減速的電場．漸漸增大U，光電流會漸漸減小；當(dāng)光電流恰好減小到零時，所加反向電壓U可能是(其中W為逸出功，h為普朗克常量，e為電子電荷量)()A．U＝eq\f(hν,e)－eq\f(W,e) B．U＝eq\f(2hν,e)－eq\f(W,e)C．U＝2hν－W D．U＝eq\f(3hν,e)－eq\f(W,e)BD[由題意知，一個電子汲取一個光子不能發(fā)生光電效應(yīng)，換用同樣頻率為ν的強(qiáng)激光照耀，則發(fā)生光電效應(yīng)，即汲取的光子能量為nhν，n＝2,3,4，….則由光電效應(yīng)方程可知：nhν＝W＋eq\f(1,2)mv2(n＝2,3,4，…) ①在減速電場中由動能定理得－eU＝0－eq\f(1,2)mv2 ②聯(lián)立①②得：U＝eq\f(nhν,e)－eq\f(W,e)(n＝2,3,4，…)，選項B、D正確．]4．(多選)美國物理學(xué)家密立根利用圖所示的電路探討金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系，描繪出圖中的圖像，由此算出普朗克常量h.電子電荷量用e表示，下列說法正確的是()A．入射光的頻率增大，為了測遏止電壓，則滑動變阻器的滑片P應(yīng)向M端移動B．由圖像可知，這種金屬的截止頻率為νBC．增大入射光的強(qiáng)度，光電子的最大初動能也增大D．由圖像可得普朗克常量表達(dá)式為h＝eq\f(U1e,νA－νB)BD[入射光的頻率增大，光電子的最大初動能增大，則遏止電壓增大，測遏止電壓時，應(yīng)使滑動變阻器的滑片P向N端移動，故A錯誤；依據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0知，光電子的最大初動能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，故C錯誤；依據(jù)Ekm＝hν－W0＝eUc，解得Uc＝eq\f(hν,e)－eq\f(hνB,e)，圖線的斜率k＝eq\f(h,e)＝eq\f(U1,νA－νB)，則h＝eq\f(U1e,νA－νB)，當(dāng)遏止電壓為零時，ν＝νB.故B、D正確．]二、非選擇題(本大題共2小題，共26分)5．(12分)經(jīng)測量，人體表面輻射本事的最大值落在波長為940μm處．依據(jù)電磁輻射的理論得出，物體最強(qiáng)輻射的波長與物體的肯定溫度的關(guān)系近似為Tλm＝2.90×10－1m·K，由此估算人體表面的溫度和輻射的能量子的值各是多少？(h＝6.63×10－34J·s)[解析]人體表面的溫度為T＝eq\f(2.90×10－1m·K,λm)＝eq\f(2.90×10－1,940×10－6)K≈309K≈36℃.人體輻射的能量子的值為ε＝heq\f(c,λm)＝6.63×10－34×eq\f(3×108,940×10－6)J＝2.12×10－22J.[答案]36℃2.12×10－22J6．(14分)光電管是應(yīng)用光電效應(yīng)實現(xiàn)光信號與電信號之間相互轉(zhuǎn)換的裝置，其廣泛應(yīng)用于光功率測量、光信號記錄、電影、電視和自動限制等諸多方面．如圖所示，C為光電管，B極由金屬鈉制成(鈉的極限波長為5.0×10－7m)．現(xiàn)用波長為4.8×10－7m的某單色光照耀B極．(1)電阻R上電流的方向是向左還是向右？(2)求出從B極發(fā)出的光電子的最大初動能．(3)若賜予光電管足夠大的正向電壓時，電路中光電流為10μA，則每秒射到光電管B極的光子數(shù)至少為多少個？[解析](1)B極板上逸出光電子，相當(dāng)于電源的正極，A