2018-2019學年高中物理 第十七章 波粒二象性 17.1-17.2 能量量子化 光的粒子性課后提升作業(yè)新人教版選修3-5.doc

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17.1-17.2 能量量子化 光的粒子性 課后提升作業(yè) 【基礎達標練】 1.關于對黑體的認識,下列說法正確的是　(　　) A.黑體只吸收電磁波,不反射電磁波,看上去是黑的 B.黑體輻射電磁波的強度按波長的分布除與溫度有關外,還與材料的種類及表面狀況有關 C.黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度有關,與材料的種類及表面狀況無關 D.如果在一個空腔壁上開一個很小的孔,射入小孔的電磁波在空腔內表面經(jīng)多次反射和吸收,最終不能從小孔射出,這個空腔就成了一個黑體 【解析】選C。黑體自身輻射電磁波,不一定是黑的,故A錯誤;黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關,故B錯、C對;小孔只吸收電磁波,不反射電磁波,因此是小孔成了一個黑體,而不是空腔,故D錯誤。 2.(多選)黑體輻射的實驗規(guī)律如圖所示,由圖可知　(　　) A.隨溫度升高,各種波長的輻射強度都有增加 B.隨溫度降低,各種波長的輻射強度都有增加 C.隨溫度升高,輻射強度的極大值向波長較短的方向移動 D.隨溫度降低,輻射強度的極大值向波長較長的方向移動 【解析】選A、C、D。由題圖可知,隨溫度升高,各種波長的輻射強度都有增加,且輻射強度的極大值向波長較短的方向移動,當溫度降低時,上述變化都將反過來。故A、C、D正確,B錯誤。 【補償訓練】 下列描繪兩種溫度下黑體輻射強度與波長關系的圖中,符合黑體輻射規(guī)律的 是　(　　) 【解析】選A。黑體輻射規(guī)律:隨著溫度的升高,一方面,各種波長的輻射強度都有所增加,另一方面,輻射強度的極大值向波長較短的方向移動,A圖正確。 3.(多選)(2018廈門高二檢測)光電效應實驗的裝置如圖所示,則下列說法中正確的是　(　　) A.用紫外線照射鋅板,驗電器指針會發(fā)生偏轉 B.用紅色光照射鋅板,驗電器指針會發(fā)生偏轉 C.鋅板帶的是負電荷 D.使驗電器指針發(fā)生偏轉的是正電荷 【解析】選A、D。將擦得很亮的鋅板連接驗電器,用弧光燈照射鋅板(弧光燈發(fā)出紫外線),驗電器指針張開一個角度,說明鋅板帶了電。進一步研究表明鋅板帶正電,這說明在紫外線的照射下,鋅板中有一部分自由電子從表面飛出來,鋅板中缺少電子,于是帶正電,A、D選項正確。紅光不能使鋅板發(fā)生光電效應。 【補償訓練】 (多選)如圖所示,鋅板與驗電器相連,用紫外線燈照射鋅板,發(fā)現(xiàn)驗電器指針張開一個角度,則　(　　) A.鋅板帶正電,驗電器帶負電 B.鋅板帶正電,驗電器帶正電 C.若改用紅外線照射,驗電器指針仍張開 D.若改用紅外線照射,驗電器指針不會張開 【解析】選B、D。用紫外線照射鋅板,發(fā)生光電效應,鋅板發(fā)射光電子,故鋅板帶正電,鋅板上的正電荷將驗電器上的負電荷吸引過來,驗電器帶正電,A錯誤,B正確;若改用紅外線照射,紅外線的頻率低于鋅的截止頻率,不會發(fā)生光電效應,C錯誤,D正確。 4.(2018海寧高二檢測)白天的天空各處都是亮的,是大氣分子對太陽光散射的結果。假設一個運動的光子和一個靜止的自由電子碰撞以后,電子向某一個方向運動,光子沿另一方向散射出去,則這個散射光子跟原來的光子相比　(　　) A.頻率變大　　　B.頻率不變 C.光子能量變大 D.波長變長 【解析】選D。運動的光子和一個靜止的自由電子碰撞時,既遵守能量守恒,又遵守動量守恒。碰撞中光子將能量hν的一部分傳遞給了電子,光子的能量減少,波長變長,頻率減小,D選項正確。 5.(2018唐山高二檢測)對愛因斯坦光電效應方程Ekm=hν-W,下面各種理解中正確的是　(　　) A.用同種頻率的光照射同一種金屬,從金屬中逸出的所有光電子都會具有同樣的初動能Ekm B.式中的W表示每個光電子從金屬中飛出過程中克服金屬中正電荷引力所做的功 C.逸出功W和極限頻率ν0之間應滿足關系式W=hν0 D.光電子的最大初動能和入射光的頻率成正比 【解析】選C。愛因斯坦光電效應方程Ekm=hν-W中的W表示從金屬表面直接逸出的光電子克服金屬中正電荷引力做的功,因此是所有逸出的光電子中克服引力做功的最小值,對應的光電子的初動能是所有光電子中最大的,其他光電子的初動能都小于這個值,故A、B錯誤。若入射光的頻率恰好是極限頻率,即剛好能有光電子逸出,可理解為逸出的光電子的最大初動能是0,因此有W=hν0,C對。由Ekm=hν-W可知Ekm和ν之間是一次函數(shù)關系,但不是成正比關系,D錯誤。 6.入射光照射到某金屬表面上發(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.從光照射到金屬表面上到發(fā)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.單位時間內從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將減少 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)將減少,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,故A、D錯誤。根據(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,跟入射光的強度無關,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系,當光的強度減弱時,單位時間入射光子數(shù)減少,因此單位時間內逸出的光電子數(shù)也將減少。 7.(2018濱州高二檢測)在光電效應實驗中,飛飛同學用同一光電管在不同實驗條件下得到了三條光電流與電壓之間的關系曲線(甲光、乙光、丙光),如圖所示。則可判斷出　(　　) 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,應根據(jù)遏止電壓判斷頻率。由eUc=12mv2= 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。 8.用不同頻率的紫外線分別照射鎢和鋅的表面而產(chǎn)生光電效應,可得到光電子最大初動能Ek隨入射光頻率ν變化的Ek-ν圖象。已知鎢的逸出功是3.28eV,鋅的逸出功是3.24eV,若將二者的圖線畫在同一個Ek-ν坐標圖中,用實線表示鎢,虛線表示鋅,則正確反映這一過程的圖是圖中的　(　　) 【解析】選B。依據(jù)光電效應方程Ek=hν-W0可知,Ek-ν圖線的斜率代表了普朗克常量h,因此鎢和鋅的Ek-ν圖線應該平行。圖線的橫截距代表了極限頻率νc,而νc=W0h,因此鎢的νc大些。故正確答案為B。 9.(2018龍巖高二檢測)如圖所示,當電鍵S斷開時,用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極P,發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零。合上電鍵,調節(jié)滑動變阻器,發(fā)現(xiàn)當電壓表讀數(shù)小于0.60V時,電流表讀數(shù)仍不為零;當電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V時,電流表讀數(shù)為零。 (1)求此時光電子的最大初動能的大小。 (2)求該陰極材料的逸出功。 【解析】設用光子能量為2.5eV的光照射時,光電子的最大初動能為Ek,陰極材料逸出功為W0。 當反向電壓達到U=0.60V以后,具有最大初動能的光電子達不到陽極,因此eU=Ek 由光電效應方程:Ek=hν-W0 由以上二式:Ek=0.6eV,W0=1.9eV。 答案:(1)0.6eV　(2)1.9 eV 【能力提升練】 1.(多選)(2018泉州高二檢測)在圖甲所示的裝置中,K為一金屬板,A為金屬電極,都密封在真空的玻璃管中,W為由石英片封蓋的窗口,單色光可通過石英片射到金屬板K上,E為輸出電壓可調的直流電源,其負極與電極A相連,A是電流表,實驗發(fā)現(xiàn),當用某種頻率的單色光照射K時,K會發(fā)出電子(光電效應),這時,即使A、K之間的電壓等于零,回路中也有電流。當A的電勢低于K時,而且當A比K的電勢低到某一值Uc時,電流消失,Uc稱為遏止電壓,當改變照射光的頻率ν,遏止電壓Uc也將隨之改變,其關系如圖乙所示,如果某次實驗我們測出了畫出這條圖線所需的一系列數(shù)據(jù),又知道了電子電量,則　(　　) A.可得該金屬的極限頻率 B.可求得該金屬的逸出功 C.可求得普朗克常量 D.可求得電子的質量 E.電源按圖示極性連接時,陰極K和陽極A之間所加的電壓為正向電壓 【解析】選A、B、C。由題意結合光電效應方程可知圖象乙中當遏止電壓Uc=0時,入射光頻率即極限頻率,故選項A正確;當遏止電壓Uc=0時,入射光子的能量即等于逸出功,故選項B正確;圖乙的斜率即普朗克常量與電子電量的比值,故選項C正確;電子質量不可求得,故選項D錯誤;電源按圖示極性連接時,陰極K和陽極A之間所加的電壓為反向電壓,E錯誤。 2.(2018紹興高二檢測)用紅光照射光電管陰極發(fā)生光電效應時,光電子最大初動能為Ek,飽和光電流為I,若改用強度相同的綠光照射同一光電管,產(chǎn)生的光電子最大初動能和飽和電流分別為Ek′和I′,則下面說法正確的是　(　　) A.Ek′I　　　　 B.Ek′>Ek,I′>I C.Ek′Ek,I′n′,即單位時間內入射的紅光的光子數(shù)多,逸出的光電子數(shù)也多,飽和光電流也大,I>I′,D項正確。 【補償訓練】 某種單色光的頻率為ν,用它照射某種金屬時,在逸出的光電子中動能最大值為Ek,則這種金屬逸出功和極限頻率分別是　(　　) A.hν-Ek,ν-Ekh　　　　 B.Ek-hν,ν+Ekh C.hν+Ek,ν-hEk D.Ek+hν,ν+hEk 【解析】選A。由光電效應方程Ek=hν-W得W=hν-Ek,而W=hν0,則ν0=Wh=hν-Ekh=ν-Ekh,故A正確。 3.A、B兩種光子的能量之比為2∶1,它們都能使某種金屬發(fā)生光電效應。且所產(chǎn)生的光電子最大初動能分別為EA、EB,求A、B兩種光子的動量之比和該金屬的逸出功。 【解析】光子能量ε=hν,動量p=hλ, 且ν=cλ,得p=εc, 則pA∶pB=2∶1, A照射時,光電子的最大初動能EA=εA-W0, 同理EB=εB-W0。 又εA=2εB,解得W0=EA-2EB。 答案:2∶1　EA-2EB 4.某廣播電臺發(fā)射功率為10kW在空氣中波長為187.5 m的電磁波。 (1)該電臺每秒鐘從天線發(fā)射多少個光子? (2)若發(fā)射的光子四面八方視為均勻的,求在離天線2.5 km處,直徑為2 m的環(huán)狀天線每秒接收的光子個數(shù)以及接收功率。 【解析】(1)每個光子的能量 E=hν=hcλ=6.6310-343108187.5J=1.0610-27J。 則每秒鐘電臺發(fā)射上述波長光子數(shù) n0=PtE=1031個。 (2)設環(huán)狀天線每秒接收光子數(shù)為n個,以電臺發(fā)射天線為球心,則半徑為R的球面積S=4πR2, 而環(huán)狀天線的面積S′=πr2, 所以,n=πr24πR2n0=4.01023; 接收功率P收=nn0P總=410-4W。 答案:(1)1031個　(2)4.01023個　410-4W 5.(2018嘉興高二檢測)用波長為λ的光照射金屬的表面,當遏止電壓取某個值Uc時,光電流便被截止;當光的波長改變?yōu)樵ㄩL的1n后,已查明使電流截止的遏止電壓必須增大到原值的η倍,試計算原入射光的波長λ。(已知該金屬的逸出功為W0) 【解析】由愛因斯坦光電效應方程得 光電子的初動能 Ek=hν-W0?、? 又Ek=eUc ② 聯(lián)立①②得eUc=hν-W0?、? ηeUc=nhν-W0?、? 聯(lián)立得(η-1)eUc=hν(n-1)?、? 又c=λν 得λ=hc(n-1)(η-1)eUc。 答案:hc(n-1)(η-1)eUc