2024-2025學(xué)年高中物理第十七章波粒二象性1-2能量量子化光的粒子性課時(shí)作業(yè)含解析新人教版選修3-5_第1頁(yè)
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PAGE8-能量量子化光的粒子性(40分鐘100分)一、選擇題(本題共8小題,每題6分,共48分)1.入射光照耀到某金屬表面上發(fā)生了光電效應(yīng),若入射光的強(qiáng)度減弱,而頻率保持不變,則下列說(shuō)法中正確的是 ()A.從光照耀到金屬表面上到放射出光電子之間的時(shí)間間隔將明顯增加B.逸出的光電子的最大初動(dòng)能將減小C.單位時(shí)間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將削減D.有可能不發(fā)生光電效應(yīng)【解析】選C。入射光的強(qiáng)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(qiáng)度減弱,單位時(shí)間入射光子數(shù)將削減,但光子的能量不變,可見(jiàn)仍能發(fā)生光電效應(yīng),發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),光電子的產(chǎn)生幾乎都是瞬時(shí)的,與入射光強(qiáng)度無(wú)關(guān),故A、D錯(cuò)誤。依據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程,逸出光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率有關(guān),跟入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān),所以B也是錯(cuò)誤的。由于逸出電子與入射光子的一對(duì)一的關(guān)系,當(dāng)光的強(qiáng)度減弱時(shí),單位時(shí)間入射光子數(shù)削減,因此單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)也將削減。2.當(dāng)用一束紫外線(xiàn)照耀鋅板時(shí),產(chǎn)生了光電效應(yīng),這時(shí)()A.鋅板帶負(fù)電B.有正離子從鋅板逸出C.有電子從鋅板逸出D.鋅板會(huì)吸附空氣中的正離子【解析】選C。當(dāng)用一束紫外線(xiàn)照耀鋅板時(shí),產(chǎn)生了光電效應(yīng),有電子從鋅板逸出,鋅板帶正電,選項(xiàng)C正確,A、B、D錯(cuò)誤。3.某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的電路來(lái)探討光電效應(yīng)現(xiàn)象,結(jié)點(diǎn)Q位于滑動(dòng)變阻器的中點(diǎn),初始狀態(tài)時(shí),滑動(dòng)觸頭P也恰好位于滑動(dòng)變阻器的中點(diǎn)。試驗(yàn)過(guò)程中,當(dāng)該同學(xué)用綠光照耀光電管時(shí),靈敏電流計(jì)有示數(shù),下列說(shuō)法正確的是()A.若換用紫光照耀光電管,則電流計(jì)的示數(shù)肯定增大B.若增大綠光的光照強(qiáng)度,則電流計(jì)的示數(shù)肯定增大C.若將滑動(dòng)觸頭P向右滑動(dòng),則電流計(jì)的示數(shù)肯定不斷增大D.若將滑動(dòng)觸頭P向左滑動(dòng),則電流計(jì)的示數(shù)肯定能減小為0【解析】選B。光的強(qiáng)弱才影響單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出光電子的數(shù)目,所以換用紫光照耀光電管,則電流計(jì)的示數(shù)不肯定增大,故A錯(cuò)誤;增大入射光強(qiáng)度,則單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子增加,所以發(fā)生了光電效應(yīng),保持滑動(dòng)變阻器觸頭位置不變,若增大綠光的光照強(qiáng)度,則電流計(jì)的示數(shù)肯定增大,故B正確;將滑動(dòng)觸頭P向右滑動(dòng),光電管兩側(cè)接入的是正向電壓,若電路中的光電子已經(jīng)達(dá)到了最大飽和光電流,則滑動(dòng)變阻器的觸頭從圖示位置向右滑動(dòng),電流計(jì)的示數(shù)可能不發(fā)生變更,故C錯(cuò)誤;將滑動(dòng)觸頭P向左滑動(dòng),光電管兩側(cè)接入的是反向電壓,則電流計(jì)的示數(shù)肯定減小,但只有當(dāng)反向電壓大于遏止電壓時(shí),電流才能減小到0,故D錯(cuò)誤。【補(bǔ)償訓(xùn)練】利用光電管探究光電效應(yīng)的試驗(yàn)電路如圖所示,用頻率為ν0的可見(jiàn)光照耀陰極K,電流表中有電流通過(guò),則 ()A.只用紫外線(xiàn)照耀陰極K,電流表中不肯定有電流通過(guò)B.只用紅外線(xiàn)照耀陰極K,電流表中肯定有電流通過(guò)C.頻率為ν0的可見(jiàn)光照耀陰極K,變阻器的滑片移到A端,電流表中肯定無(wú)電流通過(guò)D.頻率為ν0的可見(jiàn)光照耀陰極K,變阻器的滑片向B端滑動(dòng)時(shí),電流表示數(shù)可能不變【解析】選D。用頻率為ν0的可見(jiàn)光照耀陰極K,電流表中有電流通過(guò),說(shuō)明產(chǎn)生光電效應(yīng),當(dāng)用紫外線(xiàn)照耀時(shí),由于紫外線(xiàn)比可見(jiàn)光的頻率高,因此電流表中必定有電流通過(guò),A選項(xiàng)錯(cuò)誤;雖然用頻率為ν0的可見(jiàn)光照耀時(shí)有光電流產(chǎn)生,但不能確定光電管的極限頻率有多大,因此當(dāng)用紅外線(xiàn)照耀時(shí),不肯定有光電流產(chǎn)生,B選項(xiàng)錯(cuò)誤;變阻器的滑片移到A端時(shí),雖然光電管兩端電壓為零,但光電子有初動(dòng)能,故電流表中仍有電流通過(guò),C錯(cuò)誤;若原來(lái)電流已飽和,則滑片向B端移動(dòng),電流表示數(shù)將不變,D選項(xiàng)正確。4.在光電效應(yīng)試驗(yàn)中,某同學(xué)用同一光電管在不同試驗(yàn)條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線(xiàn)(甲光、乙光、丙光),如圖所示。則可推斷出()A.甲光的頻率大于乙光的頻率B.乙光的波長(zhǎng)大于丙光的波長(zhǎng)C.乙光對(duì)應(yīng)的截止頻率大于丙光的截止頻率D.甲光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能大于丙光的光電子最大初動(dòng)能【解析】選B。該題考查了光電效應(yīng)問(wèn)題,應(yīng)依據(jù)遏止電壓推斷頻率。由eUc=mv2=hν-W可知ν丙>ν甲=ν乙,λ甲=λ乙>λ丙,所以A、D錯(cuò),B對(duì)。由于hν0=W,所以C錯(cuò)。5.(多選)在某次光電效應(yīng)試驗(yàn)中,得到的遏止電壓Uc與入射光的頻率ν的關(guān)系如圖所示,若該直線(xiàn)的斜率和截距分別為k和b,電子電荷量的肯定值為e,以下說(shuō)法正確的是 ()A.普朗克常量可表示為ekB.普朗克常量可表示為C.所用材料的逸出功可表示為-ebD.所用材料的逸出功可表示為-【解析】選A、C。由題意可得eUc=mv2=hν-W,變形為Uc=ν-,結(jié)合圖象可知=k,=-b,所以h=ek,W=-eb。6.“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(huì)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(jī)理,但仍可運(yùn)用物理學(xué)中常用的方法,在下列選項(xiàng)中,推理推斷比例系數(shù)k的值可能為()A.B.C.2heD.【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E=hν,因?yàn)棣?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=?!狙a(bǔ)償訓(xùn)練】(多選)某光源放出波長(zhǎng)在500~600nm之間的各種光子,若已知該光源的發(fā)光功率為1mW,則它每秒鐘放射的光子數(shù)可能是()A.2.0×1015 B.3.0×1015C.2.6×1015 D.1.5×1015【解析】選B、C。每秒發(fā)出的光子數(shù)與發(fā)光功率和波長(zhǎng)之間的關(guān)系為n=,故光子數(shù)的范圍在2.5×1015~3.0×1015個(gè)之間。7.依據(jù)愛(ài)因斯坦的“光子說(shuō)”可知 ()A.“光子說(shuō)”本質(zhì)就是牛頓的“微粒說(shuō)”B.光的波長(zhǎng)越大,光子的能量越小C.一束單色光的能量可以連續(xù)變更D.只有光子數(shù)許多時(shí),光才具有粒子性【解析】選B?!肮庾诱f(shuō)”并不否認(rèn)光的波動(dòng)性,從本質(zhì)上有別于“微粒說(shuō)”,A錯(cuò);光的波長(zhǎng)越大,依據(jù)ν=可知,其頻率越低,由ε=hν得,光子的能量越小,B對(duì);依據(jù)“光子說(shuō)”,光的能量是不連續(xù)的,C錯(cuò);光子數(shù)越多,光的波動(dòng)性越明顯,光的粒子性越不明顯,D錯(cuò)。8.從1907年起,密立根就起先測(cè)量金屬的遏止電壓Uc(即圖1所示的電路中電流表G的讀數(shù)減小到零時(shí)加在電極K、A之間的反向電壓)與入射光的頻率ν,由此算出普朗克常量h,并與普朗克依據(jù)黑體輻射得出的h相比較,以檢驗(yàn)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程的正確性。依據(jù)密立根的方法我們利用圖示裝置進(jìn)行試驗(yàn),得到了某金屬的Uc-ν圖象如圖2所示。下列說(shuō)法正確的是()A.該金屬的截止頻率約為4.30×1014HzB.該金屬的截止頻率約為5.50×1014HzC.該圖線(xiàn)的斜率為普朗克常量D.該圖線(xiàn)的斜率為這種金屬的逸出功【解析】選A。本題的易錯(cuò)之處是沒(méi)有真正理解Uc-ν圖象的物理意義。設(shè)金屬的逸出功為W0,截止頻率為νc,則W0=hνc。光電子的最大初動(dòng)能Ek與遏止電壓Uc的關(guān)系是Ek=eUc,光電效應(yīng)方程為Ek=hν-W0;聯(lián)立兩式可得:Uc=ν-,故Uc-ν圖象的斜率為,故C、D錯(cuò)誤。當(dāng)Uc=0時(shí),可解得ν==νc,由圖2知,ν≈4.30×1014Hz,即金屬的截止頻率約為4.30×1014Hz,A正確,B錯(cuò)誤。二、計(jì)算題(本題共2小題,共30分。要有必要的文字說(shuō)明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要注明單位)9.(15分)對(duì)應(yīng)于3.4×10-19J的能量子,其電磁輻射的頻率和波長(zhǎng)各是多少?(普朗克常量取6.63×10-34J·s)【解析】依據(jù)公式ε=hν和ν=cλ得ν==Hz=5.13×1014Hz,λ==m=5.85×10-7m。答案:5.13×1014Hz5.85×10-710.(15分)幾種金屬的逸出功W0見(jiàn)下表:金屬鎢鈣鈉鉀銣W0(×10-19J)7.265.123.663.603.41用一束可見(jiàn)光照耀上述金屬的表面,請(qǐng)通過(guò)計(jì)算說(shuō)明哪些能發(fā)生光電效應(yīng)。已知該可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍為4.0×10-7~7.6×10-7m,普朗克常量h=6.63×10-34J·【解析】光子的能量E=,取λ=4.0×10-7m,則E≈5.0×10-19J,依據(jù)E>W0推斷,鈉、鉀、銣能發(fā)生光電效應(yīng)。答案:鈉、鉀、銣能發(fā)生光電效應(yīng)【總結(jié)提升】光電效應(yīng)能否發(fā)生的條件(1)電子從金屬表面逸出,必需克服原子核庫(kù)侖力做功,即逸出功W0。(2)求解極限頻率對(duì)應(yīng)的計(jì)算式ν=。(3)若要求對(duì)應(yīng)波長(zhǎng),則λ==?!緦?shí)力挑戰(zhàn)區(qū)】11.(6分)現(xiàn)有a、b、c三束單色光,其波長(zhǎng)關(guān)系為λa>λb>λc。用b光束照耀某種金屬時(shí),恰能發(fā)生光電效應(yīng)。若分別用a光束和c光束照耀該金屬,則可以斷定 ()A.a光束照耀時(shí),不能發(fā)生光電效應(yīng)B.c光束照耀時(shí),不能發(fā)生光電效應(yīng)C.a光束照耀時(shí),釋放出的光電子數(shù)目最多D.c光束照耀時(shí),釋放出的光電子的最大初動(dòng)能最小【解析】選A。由a、b、c三束單色光的波長(zhǎng)關(guān)系λa>λb>λc及波長(zhǎng)、頻率的關(guān)系ν=知:三束單色光的頻率關(guān)系為:νa<νb<νc。故當(dāng)b光束恰能使金屬發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),a光束必定不能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng),c光束必定能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng),A對(duì),B錯(cuò);又因?yàn)榘l(fā)生光電效應(yīng)時(shí)釋放的光電子數(shù)目與光照強(qiáng)度有關(guān),光照越強(qiáng),光電子數(shù)目越多,由于光照強(qiáng)度未知,所以光電子數(shù)目無(wú)法推斷,C錯(cuò);光電子的最大初動(dòng)能與入射光頻率有關(guān),頻率越高,最大初動(dòng)能越大,所以c光束照耀時(shí)釋放出的光電子的最大初動(dòng)能最大,D錯(cuò)。故正確選項(xiàng)為A。12.(16分)在光電效應(yīng)試驗(yàn)中,某金屬的截止頻率所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為λ0,若用波長(zhǎng)為λ(λ<λ0)的單色光做試驗(yàn),那么該金屬的逸出功和該單色光的遏止電壓分別為多少?(已知電子的電荷量、真空中的光速和普朗克常量分別為e、c和h)【解析】逸出功W=hνc=h,又eUc=Ek,且Ek=hν-W,ν=,所以遏止電壓Uc=(-)=。答案:h【補(bǔ)償訓(xùn)練】用波

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