2019-2020学年高中物理第十七章波粒二象性第12节能量量子化光的粒子性课时分层训练含解析 人教版选修3-5 0

2019-2020学年高中物理第十七章波粒二象性第12节能量量子化光的粒子性课时分层训练含解析 人教版选修3-5 0

能量量子化 光的粒子性 ‎「基础达标练」‎ ‎1．关于光电效应，下列几种表述正确的是(　　)‎ A．金属的极限频率与入射光的频率成正比 B．光电流的强度与入射光的强度无关 C．用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的最大初动能要大 D．对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于这个波长，才能产生光电效应 解析：选D　金属的极限频率由该金属决定，与入射光的频率无关，光电流的大小随入射光强度增大而增大，选项A、B错误；不可见光包括能量比可见光大的紫外线、X射线、γ射线，也包括能量比可见光小的红外线、无线电波，选项C错误；任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光波长小于这个波长，才能产生光电效应，选项D正确．‎ ‎2．下列说法错误的是(　　)‎ A．爱因斯坦为了解释光电效应的规律，提出了光子说 B．用某种频率的光不能使某金属发生光电效应，即使增大入射光光照强度也不能发生光电效应 C．光电效应揭示了光具有波动性 D．用一束绿光照射某金属，能发生光电效应，若改用紫光照射该金属，也一定能发生光电效应 解析：选C　根据物理学史可知，爱因斯坦为了解释光电效应的规律，提出了光子说，故A正确；根据光电效应发生的条件可知，光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，能否发生光电效应，与入射光的强度无关，故B正确；光电效应揭示了光具有粒子性，故C错误；用一束绿光照射某金属，能发生光电效应，若换成紫光来照射该金属，由于紫色光的频率大于绿色光的频率，所以也一定能发生光电效应，故D正确．‎ ‎3．美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，用X光对静止的电子进行照射，照射后电子获得速度的同时，X光的运动方向也会发生相应的改变．如图是X射线的散射示意图，下列说法中正确的是(　　)‎ A．X光散射后与散射前相比，频率将会变小 B．X光散射后与散射前相比，波长将会变短 C．X光散射后与散射前相比，速度将会变小 7‎ D．散射实验为光的波动学说提供了有力证明 解析：选A　用X光照射石墨，出射的X光中除了有原波长的X光外，还有比原波长的X光波长要长的光，根据光子的能量λ＝，可知频率ν变小，但是光速c不变，康普顿效应说明光不但具有能量而且具有动量，证明了光的粒子性，故A正确，B、C、D错误．‎ ‎4．用不同频率的紫外线分别照射钨板和锌板而产生光电效应，可得到光电子的最大初动能Ek随入射光的频率ν变化的Ekν图象，已知钨元素的逸出功为3.28 eV.锌元素的逸出功为3.34 eV.若将两者的图象分别用实线与虚线画在同一个Ekν图上．则下图中正确的是(　　)‎ 解析：选A　根据光电效应方程Ek＝hν－W0可知Ekν图象的斜率为普朗克常量h，因此图中两图线应平行，C、D错；横轴的截距表示恰能发生光电效应(光电子最大初动能为零)时的入射光的频率即截止频率．由光电效应方程可知，逸出功越大的金属对应的截止频率越大，则知能使金属锌发生光电效应的截止频率较大，A对，B错．‎ ‎5．(2018·河北邢台高三期末)若能量为E0的光子射到某金属表面时，从金属表面逸出的光电子的最大初动能为E，则能量为2E0的光子射到该金属表面时，逸出的光电子的最大初动能为(　　)‎ A．E0＋E　　　　　　　 B．E0－E C．2E D．2E0－E 解析：选A　设该金属的逸出功为W0，若用能量为E0的光子射到该金属表面时，产生光电子的最大初动能为E，根据光电效应方程知：E＝E0－W0；改用能量为2E0的光子射到该金属表面时，金属的逸出功不变，逸出的光电子的最大初动能为Ek＝2E0－W0＝E0＋E，故A正确．‎ ‎6．某同学设计了如图所示的电路来研究光电效应现象，结点Q位于滑动变阻器的中点，初始状态时，滑动触头P也恰好位于滑动变阻器的中点．实验过程中，当该同学用绿光照射光电管时，灵敏电流计有示数，下列说法正确的是(　　)‎ 7‎ A．若换用紫光照射光电管，则电流计的示数一定增大 B．若增大绿光的光照强度，则电流计的示数一定增大 C．若将滑动触头P向右滑动，则电流计的示数一定不断增大 D．若将滑动触头P向左滑动，则电流计的示数一定能减小为0‎ 解析：选B　光的强弱才影响单位时间内发出光电子的数目，所以换用紫光照射光电管，则电流计的示数不一定增大，故A错误；增大入射光强度则单位时间内产生的光电子增加，所以发生了光电效应时，保持滑动变阻器触头位置不变，若增大绿光的光照强度，则电流计的示数一定增大，故B正确；将滑动触头P向右滑动，光电管两侧接入的是正向电压，若电路中的光电子已经达到了最大饱和光电流，则滑动变阻器的触头从图示位置向右滑动，电流表的示数可能不发生变化，故C错误；将滑动触头P向左滑动，光电管两侧接入的是反向电压，则电流计的示数一定能减小，但只有当反向电压大于截止电压时，电流才能减小到0，故D错误．‎ ‎7．在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub，光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb，h为普朗克常量．下列说法正确的是(　　)‎ A．若νa>νb，则一定有Uaνb，则一定有Eka>Ek C．若UaEkb D．若νa>νb，则一定有hνa－Eka>hνb－Ekb 解析：选B　根据光电效应方程Ekm＝hν－W0知，νa>νb，逸出功相同，则Eka>Ekb，又Ekm＝eUc，则Ua>Ub，故A错误，B正确；根据Ekm＝eUc知，若Uaν1，由上式知：乙光对应的遏止电压大于甲光所对应的遏止电压．‎ 由于甲光和乙光的功率相同，即在单位时间单位面积上甲光的能量等于乙光的能量，设甲光的光子个数为n1，乙光的光子个数为n2，则有n1hν1＝n2hν2.‎ 由于ν1<ν2，故n1>n2，即甲光光子个数大于乙光光子个数，甲光照射光电管单位时间内产生的光电子个数大于乙光单位时间内产生的光电子个数，故甲光对应的饱和光电流大于乙光对应的饱和光电流．满足此特征的只有C.‎ ‎12．用波长为λ0的单色光照射逸出功为W的金属，刚好能发生光电效应，若改为波长为λ(λ＜λ0)的单色光照射该金属，则从金属打出的电子的动能(　　)‎ A．等于W B．小于或等于W ‎ C．大于W D．大于或等于W 解析：选B　用波长为λ0的单色光照射某种金属，刚好发生光电效应，则该金属的逸出功W＝h，改为波长为λ(λ＜λ0)的单色光照射该金属，根据光电效应方程可得Ekm＝h－W，可得Ekm＝W，可知从金属打出的电子的动能应小于或等于W 7‎ ‎，故B正确，A、C、D错误．‎ ‎13．几种金属的逸出功W0见下表：‎ 金属 钨 钙 钠 钾 铷 W0(×10－19 J)‎ ‎7.26‎ ‎5.12‎ ‎3.66‎ ‎3.60‎ ‎3.41‎ 用一束可见光照射上述金属的表面，已知该可见光的波长的范围为4.0×10－7～7.6×10－‎7 m，普朗克常数h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3×‎108 m·s－1.‎ ‎(1)请通过计算说明哪些金属能发生光电效应？‎ ‎(2)照射哪种金属时逸出的光电子最大初动能最大？最大值是多少？‎ 解析：(1)波长越小，光子频率越大，根据最小波长求出最大的光子能量．‎ E＝hν，ν＝，‎ 联立解得E＝h，‎ 将λ＝4.0×10－‎7 m代入，解得E＝4.97×10－19 J.‎ 根据光电效应规律可知，入射光的频率大于金属的极限频率可发生光电效应，则可见光能使钠、钾、铷发生光电效应．‎ ‎(2)根据光电效应方程可知，Ekm＝E－W0，入射光的光子能量E越大，金属的逸出功W0越小，则逸出的光电子初动能越大．照射金属铷时，逸出的光电子最大初动能最大．‎ 将E＝4.97×10－19 J和W0＝3.41×10－19 J代入，解得Ekm＝1.56×10－19 J.‎ 答案：(1)能使钠、钾、铷发生光电效应 ‎(2)铷　1.56×10－19 J ‎14．光具有波粒二象性，光子的能量E＝hν，其中频率ν表示波的特性．在爱因斯坦提出光子说之后，法国物理学家德布罗意提出了光子动量p与光波波长λ的关系：p＝.某激光管以Pω＝60 W的功率发射波长λ＝663 nm的光束，试根据上述理论计算：‎ ‎(1)该管在1 s内发射出多少光子？‎ ‎(2)若光束全部被黑体表面吸收，那么该黑体表面所受到的光束对它的作用力F为多大？‎ 解析：(1)设在Δt时间内发射出的光子数为n，光子频率为ν，每一个光子的能量E＝hν，Pω＝，而ν＝，将Δt＝1 s，代入上式得 n＝＝ 个＝2×1020个．‎ ‎(2)在Δt时间内激光管发射出的光子数全部被黑体表面吸收，光子的末动量变为0，根据题意中信息可知，n个光子的总动量p总＝np＝n 据动量定理可知－F·Δt＝0－p总，‎ 7‎ 黑体表面对光子束的作用力F＝＝＝＝＝ N＝2×10－7 N 又根据牛顿第三定律可知，光子束对黑体表面的作用力大小为F′＝F＝2×10－7 N.‎ 答案：(1)2×1020 个　(2)2×10－7 N 7‎