2016-2017学年高二物理人教版选修3-5（第17-2 光的粒子性） Word版含解析

2016-2017学年高二物理人教版选修3-5（第17-2 光的粒子性） Word版含解析

绝密★启用前 第十七章 波粒二象性 ‎2. 光的粒子性 第Ⅰ部分 选择题 一、选择题：本题共8小题。将正确答案填写在题干后面的括号里。‎ ‎1．关于光子和光电子，以下说法正确的是(　　)‎ A．光子就是光电子 B．光电子是金属中电子吸收光子后飞离金属表面产生的 C．真空中光子和光电子速度都是c D．光子和光电子都带负电 ‎2．光电效应的规律中，经典波动理论不能解释的有(　　)‎ A．入射光的频率必须大于被照金属的截止频率 B．光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射频率的增大而增大 C．入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s D．当入射光频率大于截止频率时，光电子的数目与入射光的强度成正比 ‎3.利用光电管研究光电效应实验如图所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则(　　)‎ A．用紫外线照射，电流表不一定有电流通过 B．用红光照射，电流表一定无电流通过 C．用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头移到A端时，电流表中一定无电流通过 D．用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头向B端滑动时，电流表示数可能不变 ‎4．已知一束可见光a是由m、n、p三种单色光组成的，如图所示．检测发现三种单色光中，n、p两种单色光的频率都大于m色光；n色光能使某金属发生光电效应，而p色光不能使该金属发生光电效应．那么，光束a通过三棱镜的情况是(　　)‎ ‎5.用两束频率相同，强度不同的紫外线分别照射两种相同金属的表面，均能产生 光电效应，那么（　　）‎ A．两束光的光子能量相同 B．两种情况下单位时间内逸出的光电子个数相同 C．两种情况下逸出的光电子的最大初动能相同 D．两种情况下逸出的光电子的最大初动能不同 ‎6．用不同频率的光分别照射钨和锌，产生光电效应，根据实验可画出光电子的最大初动能Ek随入射光频率ν变化的Ekν图线．已知钨的逸出功是3.28 eV，锌的逸出功为3.34 eV，若将二者的图线画在同一个Ekν坐标系中，则正确的图是(　　)‎ ‎7. 光子有能量，也有动量，动量p＝，它也遵守有关动量的规律．如图所示，真空中有“∞”字形装置可绕通过横杆中点的竖直轴OO′在水平面内灵活地转动，其中左边是圆形黑纸片(吸收光子)，右边是和左边大小、质量相同的圆形白纸片(反射光子)．当用平行白光垂直照射这两个圆面时，关于装置开始时转动情况(俯 视)的下列说法中正确的是(　　)‎ ‎ ‎ A．顺时针方向转动 B．逆时针方向转动 C．都有可能 D．不会转动 ‎8．分别用波长为λ和λ的单色光照射同一金属板，发出的光电子的最大初动能之比为1 :2，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则此金属板的逸出功为(　　)‎ A.　　　　　　　 B.‎ C. D.‎ 第Ⅱ部分 非选择题 二、非选择题：本题4个小题。将符合题意的内容填写在题目中的横线上，或按题目要求作答。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分；有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。（考试研究中心)‎ ‎9．光电效应实验和康普顿实验都证明了光具有________(填“粒子性”或“波动性”)．甲图中金属片张开是因为验电器带________(填“正”或“负”)电，若改用强度较弱的紫外线照射锌板________(填“能”或“不能”)使金属片张开；乙图中 ν1________ν(填“>”“<”或“＝”)．‎ ‎10.小明用金属铷为阴极的光电管观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示。已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s。‎ ‎(1)图甲中电极A为光电管的　　　　(选填“阴极”或“阳极”); ‎ ‎(2)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc=　　　Hz，逸出功W0=　　　J; ‎ ‎(3)如果实验中入射光的频率ν=7.00×1014 Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek=‎ ‎　　　J。 ‎ ‎11．如图所示，当开关S断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零。合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零。‎ ‎(1)求此时光电子的最大初动能的大小。‎ ‎(2)求该阴极材料的逸出功。‎ ‎12．如图所示，阴极K用极限波长λ0＝0.66μm的金属铯制成，用波长λ ‎＝0.50μm的绿光照射阴极K，调整两个极板电压，当A板电压比阴极高出2.5V时，光电流达到饱和，电流表示数为0.64μA，求：‎ ‎(1)每秒阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能。‎ ‎(2)如果把照射阴极绿光的光强增大为原来的2倍，每秒阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极的最大初动能。‎ 第十七章 波粒二象性 ‎2. 光的粒子性 参考答案及解析 ‎1. 【答案】B ‎【解析】光子和光电子是有区别的，光电子是金属中电子吸收光子后飞离金属表面产生的，A错误，B正确，光子不带电，而光电子带负电，C错误，真空中光子的速度为c，而光电子速度不等于c ，D错误。‎ ‎2. 【答案】ABC ‎【解析】经典波动理论认为，光的能量随强度的增加而增大，与频率无关，所以对选项A、B、C的规律、用经典波动学说不能解释．‎ ‎3. 【答案】D ‎【解析】因紫外线的频率比可见光的频率高，所以用紫外线照射时，电流表中一定有电流通过，选项A错误．因不知阴极K的截止频率，所以用红光照射时，也可能发生光电效应，所以选项B错误．即使UAK＝0，电流表中也可能有电流通过，所以选项C错误．当滑动触头向B端滑动时，UAK增大，阳极A吸收光电子的能力增强，光电流会增大，当所有光电子都到达阳极A时，电流达到最大，即饱和电流．若在滑动前，电流已经达到饱和电流，那么即使增大UAK，光电流也不会增大，所以选项D正确．‎ ‎4. 【答案】A ‎【解析】n色光能使金属发生光电效应，p色光不能使金属发生光电效应，所以n色光的频率大于p色光的频率，由于n、p两种色光的频率都大于m色光．因此，νn＞νp＞νm，所以n色光的折射率最大，m色光的折射率最小，故A选项正确．‎ ‎5. 【答案】AC ‎【解析】根据E=hv知，两束光的频率相同，则光子能量相同，故A正确．由于两束光的强度不同，则产生光电效应，单位时间内逸出的光电子数目不同，故B错误．根据光电效应方程Ekm=hv-W0，入射光的频率相同，金属的逸出功相同，则逸出的光电子的最大初动能相同，故C正确，D错误．‎ ‎6. 【答案】A ‎【解析】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，因此图中两线应平行，故C、D错误；图线与横轴的交点表示恰能发生光电效应(光电子动能为零)时的入射光频率即极限频率．由光电效应方程可知，逸出功越大的金属对应的入射光的频率越高，所以能使金属锌发生光电效应的极限频率越高，所以A正确、B错误．‎ ‎7. 【答案】B ‎【解析】根据动量定理Ft＝mvt－mv0，由光子的动量变化可知黑纸片和光子之间的作用力小于白纸片和光子之间的作用力，所以装置开始时逆时针方向转动，B选项正确．‎ ‎8. 【答案】A ‎【解析】由光电效应方程Ek1＝－W0.‎ Ek2＝－W0，又因为Ek2＝2Ek1.‎ 联立解得W＝.‎ ‎9. 【答案】粒子性　正　能　>‎ ‎【解析】光电效应实验和康普顿实验都证明了光具有粒子性；图甲中金属片张开是因为验电器带正电；若改用强度较弱的紫外线照射锌板一定能使验电器张开；图乙中hν1>hν，所以ν1>ν.‎ ‎10. 【答案】(1)阳极　(2)5.15×1014　3.41×10-19　(3)1.23×10-19‎ ‎【解析】(1)在光电效应中，电子向A极运动，故电极A为光电管的阳极。‎ ‎(2)由题图可知，铷的截止频率νc为5.15×1014 Hz，逸出功W0=hνc=6.63×10-34×5.15×1014 J≈3.41×10-19 J。‎ ‎(3)当入射光的频率为ν=7.00×1014 Hz时，由Ekm=hν-hνc得，光电子的最大初动能为Ekm=6.63×10-34×(7.00-5.15)×1014 J≈1.23×10-19 J。‎ ‎11. 【答案】(1)0.6 eV　(2)1.9 eV ‎【解析】设用光子能量为2.5 eV的光照射时，光电子的最大初动能为Ek，阴极材料逸出功为W0。‎ 当反向电压达到U＝0.60 V以后，具有最大初动能的光电子达不到阳极，因此eU＝Ek 由光电效应方程：Ek＝hν－W0‎ 由以上二式：Ek＝0.6 eV，W0＝1.9 eV。‎ ‎12. 【答案】(1)4.0×1012个　9.6×10－20J　(2)8×1012个 9.6×10－20J ‎【解析】饱和电流的值I与每秒内阴极发射的电子数的关系是I＝ne。‎ 电子从阴极K飞出的最大初动能Ek＝hν－W，电子从阴极K飞向阳极A时，还会被电场加速，使其动能进一步增大。‎ ‎(1)当阴极发射的光电子全部达到阳极A时，光电流达到饱和，由电流可知每秒到达阴极的电子数，即每秒发射的电子数。‎ n＝＝＝4.0×1012(个)‎ 根据爱因斯坦光电方程，光电子的最大初动能为 Ek＝hν－W＝－＝6.63×10－34×3×108×J＝9.6×10－20J ‎(2)如果照射光的频率不变，光强加倍，根据光电效应实验规律，阴极每秒发射的光电子数为n′＝2n＝8×1012个。‎ 光电子的最大初动能仍然是mv2＝9.6×10－20J。‎