2024-2025學(xué)年新教材高中物理第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性1-2普朗克黑體輻射理論光電效應(yīng)課時練習含解析新人教版選擇性必修3

PAGE7-普朗克黑體輻射理論光電效應(yīng)(25分鐘·60分)一、選擇題(本題共6小題,每題6分,共36分)1.能正確說明黑體輻射試驗規(guī)律的是 ()A.能量的連續(xù)經(jīng)典理論B.普朗克提出的能量量子化理論C.牛頓提出的能量微粒說D.以上說法均不正確【解析】選B。依據(jù)黑體輻射的試驗規(guī)律,隨著溫度的上升,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,只有用普朗克提出的能量量子化理論才能得到較滿足的說明,選項B正確。2.能引起人的眼睛視覺效應(yīng)的最小能量為10-18J,已知可見光的平均波長約為60μm,普朗克常量為6.63×10-34J·s,則進入人眼的光子數(shù)至少為 ()A.1個 B.3個C.30個 D.300個【解析】選D。n===≈3×102(個)。3.(2024·吉林省東北師大附中高二月考)下列關(guān)于光電效應(yīng)現(xiàn)象的表述中,錯誤的是 ()A.光電效應(yīng)是指照耀到金屬表面的光,能使金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象B.光電效應(yīng)存在截止頻率C.照耀光光強太弱時不行能發(fā)生光電效應(yīng)D.光電效應(yīng)幾乎是瞬時發(fā)生的【解析】選C。光電效應(yīng)是指照耀到金屬表面的光,能使金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象,選項A正確,不符合題意;光電效應(yīng)存在截止頻率,當入射光的頻率大于截止頻率時才能發(fā)生光電效應(yīng),選項B正確,不符合題意;能否發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的強度無關(guān),只與光的頻率有關(guān),選項C錯誤,符合題意;光電效應(yīng)幾乎是瞬時發(fā)生的,不須要時間積累,選項D正確,不符合題意。故選C。4.如圖所示,當開關(guān)S斷開時,用光子能量為2.5eV的一束光照耀陰極,發(fā)覺電流表讀數(shù)不為零。合上開關(guān),調(diào)整滑動變阻器,發(fā)覺當電壓表讀數(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。由此可知陰極材料的逸出功為 ()A.1.9eV B.0.6eVC.2.5eV D.3.1eV【解析】選A。設(shè)能量為2.5eV光子照耀時,光電子的最大初動能為mv2=hν-W。題圖中光電管上加的是反向電壓,據(jù)題意,當反向電壓達到U=0.6V以后,具有最大初動能的光電子也不能到達陽極,因此eU=mv2。得W=hν-eU=1.9eV,選項A正確。5.(多選)頻率為ν的光子,具有的能量為hν,動量為,將這個光子打在處于靜止狀態(tài)的電子上,光子將偏離原運動方向,這種現(xiàn)象稱為光子的散射,下列關(guān)于光子散射的說法正確的是 ()A.光子變更原來的運動方向,且傳播速度變小B.光子由于在與電子碰撞中獲得能量,因而頻率增大C.由于受到電子碰撞,散射后的光子波長大于入射光子的波長D.由于受到電子碰撞,散射后的光子頻率小于入射光子的頻率【解析】選C、D。碰撞后光子變更原來的運動方向,但傳播速度不變,選項A錯誤;光子由于在與電子碰撞中損失能量,因而頻率減小,即ν1>ν2,再由c=λ1ν1=λ2ν2,得到λ1<λ2,選項B錯誤,C、D正確。6.有關(guān)光的本性,下列說法正確的是 ()A.光既具有波動性,又具有粒子性,這是相互沖突和對立的B.光的波動性類似于機械波,光的粒子性類似于質(zhì)點C.光不具有波動性D.由于光既具有波動性,又具有粒子性,無法只用其中一種去說明光的一切行為,只能認為光具有波粒二象性【解析】選D。19世紀初,人們勝利地在試驗室中視察到了光的干涉、衍射現(xiàn)象,這些屬于波的特征,微粒說無法說明這些現(xiàn)象;但19世紀末又發(fā)覺了光電效應(yīng),這種現(xiàn)象波動說不能說明,證明光具有粒子性,因此,光既具有波動性,又具有粒子性,但光不同于宏觀的機械波和粒子,波動性與粒子性是光在不同狀況下的不同表現(xiàn),是同一客體的不同側(cè)面、不同屬性,我們無法用其中一種去說明光的一切行為,只能認為光具有波粒二象性,選項D正確。二、非選擇題(本題共2小題,共24分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計算的要標明單位)7.(12分)深厚的夜色中,在大海上航行的船舶依靠航標燈指引航道,如圖所示是一個航標燈自動限制電路的示意圖。電路中的光電管陰極K涂有可發(fā)生光電效應(yīng)的金屬。如表反映的是各種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率和極限波長,又知可見光的波長在400～770nm的范圍內(nèi)(1nm=10-9m各種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率和極限波長:金屬銫鈉鋅銀鉑極限頻率/Hz4.545×10146.000×10148.065×10141.153×10151.529×1015極限波長/μm0.66000.50000.37200.26000.1962依據(jù)圖和表所給出的數(shù)據(jù),你認為:(1)光電管陰極K上應(yīng)涂有金屬____________。

(2)限制電路中的開關(guān)S應(yīng)和________(選填“a”或“b”)接觸。

(3)工人在鍛壓機、沖床、鉆床等機器上勞動時,稍有不慎就會把手壓在里面,造成工傷事故。假如將上述限制電路中的電燈換成驅(qū)動這些機器工作的電機,這時電路中開關(guān)S應(yīng)和________(選填“a”或“b”)接觸,這樣,當工人不慎將手伸入危急區(qū)域時,由于遮住了光線,光控繼電器銜鐵馬上動作,使機床停止工作,避開事故發(fā)生。

【解析】(1)依題意知,可見光的波長范圍為400～770nm,即0.4000～0.7700μm,因此,光電管陰極K上應(yīng)涂金屬銫或鈉。(2)深厚的夜色中,線圈中無電流,銜鐵與b接觸,船舶依靠航標燈指引航道,所以限制電路中的開關(guān)S應(yīng)和b接觸。(3)若將上述限制電路中的電燈換成電機,在手遮住光線之前,電機應(yīng)是正常工作的,此時銜鐵與a接觸,所以電路中的開關(guān)S應(yīng)和a接觸。答案:(1)銫或鈉(2)b(3)a8.(12分)鋁的逸出功為4.2eV,現(xiàn)用波長為200nm的光照耀鋁的表面。已知h=6.63×10-34J·s,求:(1)光電子的最大初動能;(2)遏止電壓;(3)鋁的截止頻率。【解析】(1)依據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0有Ek=-W0=J-4.2×1.6×10-19J=3.225×10-19J(2)由Ek=eUc可得Uc==V=2.016V。(3)hνc=W0知νc==Hz=1.014×1015Hz。答案:(1)3.225×10-19J(2)2.016V(3)1.014×1015Hz(15分鐘·40分)9.(7分)(多選)下列說法中正確的是 ()A.光的波粒二象性學(xué)說就是牛頓的微粒說加上惠更斯的波動說B.光的波粒二象性徹底推翻了麥克斯韋的電磁理論C.光子說并沒有否定電磁說,光子的能量E=hν,ν表示波的特性,E表示粒子的特性D.個別光子的行為表現(xiàn)為粒子性,大量光子的行為表現(xiàn)為波動性【解析】選C、D。愛因斯坦的“光子說”與惠更斯的波動說揭示了光具有波粒二象性,故A錯誤;麥克斯韋依據(jù)電磁理論,認為光是一種電磁波,光子說并沒有否定光的電磁說,在光子能量公式E=hν中,頻率ν表示波的特征,E表示粒子的特征,故B錯誤,C正確;大量光子的效果往往表現(xiàn)出波動性,個別光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性,故D正確。10.(7分)“約瑟夫森結(jié)”由超導(dǎo)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(xué)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.2he D. 【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)系有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=。11.(7分)(多選)探討光電效應(yīng)規(guī)律的試驗裝置如圖所示,以頻率為ν的光照耀光電管陰極K時,有光電子產(chǎn)生。由于光電管K、A間加的是反向電壓,光電子從陰極K放射后將向陽極A做減速運動。光電流i由圖中電流計G測出,反向電壓U由電壓表V測出。當電流計的示數(shù)恰好為零時,電壓表的示數(shù)稱為遏止電壓Uc,在下列表示光電效應(yīng)試驗規(guī)律的圖像中,正確的是 ()【解析】選A、C、D。反向電壓U和頻率肯定時,發(fā)生光電效應(yīng)產(chǎn)生的光電子數(shù)與光強成正比,則單位時間到達陽極A的光電子數(shù)與光強也成正比,故光電流i與光強I成正比,A正確;由動能定理,-qU0=0-Ekm,又因Ekm=hν-W,所以U0=-,可知遏止電壓UC與頻率ν是線性關(guān)系,不是正比關(guān)系,B錯誤;光強I與頻率ν肯定時,光電流i隨反向電壓的增大而減小,又據(jù)光電子動能大小的分布概率及發(fā)出后的方向性可知,C正確;由光電效應(yīng)知金屬中的電子對光子的汲取是非常快速的,時間小于10-9s,10-9s后,光強I和頻率ν肯定時,光電流恒定,故D正確。12.(19分)我國北方城市在冬季易遭遇霧霾侵襲,嚴峻霧霾不僅對人類健康造成損害,也影響地面接收太陽光的能量的效率。假設(shè)太陽光垂直射到地面上時,地面上1m2(1)假設(shè)認為可見光的波長約為0.55μm,日地間距離R=1.5×1011m,普朗克常量取h=6.6×10(2)若已知地球的半徑為6.4×106【解析】設(shè)想一個以太陽為球心,以日、地距離為半徑的大球面包圍著太陽,大球面接收的光子數(shù)等于太陽輻射的全部光子數(shù);地球背著陽光的半個球面沒有接收太陽光,地球向陽的半個球面也不到處都與太陽光垂直,接收太陽光輻射且與陽光垂直的有效面積是以地球半徑為半徑的圓面面積。(1