2024-2025學(xué)年高中物理第十七章波粒二象性第一二節(jié)能量量子化光的粒子性課時作業(yè)含解析新人教版選修3-5

PAGE6-第一、二節(jié)能量量子化光的粒子性請同學(xué)們仔細(xì)完成[練案5]基礎(chǔ)夯實一、選擇題(1～5題為單選題，6、7題為多選題)1．(2024·北京市昌平區(qū)高二下學(xué)期期末)以下宏觀概念中，屬于“量子化”的是(D)A．物體的長度 B．物體所受的重力C．物體的動能 D．人的個數(shù)解析：人數(shù)的數(shù)值只能取正整數(shù)，不能取分?jǐn)?shù)或小數(shù)，因而是不連續(xù)的，是量子化的。其他三個物理量的數(shù)值都可以取小數(shù)或分?jǐn)?shù)，甚至取無理數(shù)也可以，因而是連續(xù)的，非量子化的。故只有D正確。2．(2024·云南省云天化中學(xué)高二春季開學(xué)試題)關(guān)于對熱輻射相識，下列說法中正確的是(B)A．熱的物體向外輻射電磁波，冷的物體只汲取電磁波B．溫度越高，物體輻射的電磁波越強C．輻射電磁波的狀況只與物體的溫度有關(guān)，與材料種類及表面狀況無關(guān)D．常溫下我們看到的物體的顏色就是物體輻射電磁波的顏色解析：一切物體都不停地向外輻射電磁波，且溫度越高，輻射的電磁波越強，A錯誤，B正確；輻射電磁波的狀況與物體的溫度有關(guān)，與材料種類及表面狀況也有關(guān)，C錯誤；常溫下看到的物體的顏色是反射光的顏色，D錯誤。3．(2024·黑龍江省哈爾濱六中高二下學(xué)期期中)某光源發(fā)出的光由不同波長的光組成，不同波長的光的強度如圖所示。表中給出了一些材料的極限波長，用該光源發(fā)出的光照耀表中材料(D)材料鈉銅鉑極限波長(nm)541268196A．僅鈉能產(chǎn)生光電子 B．僅鈉、銅能產(chǎn)生光電子C．僅銅、鉑能產(chǎn)生光電子 D．都能產(chǎn)生光電子解析：由題圖可知，該光源發(fā)出的光的波長大約在25nm到440nm之間，而三種材料中，極限波長最小的鉑的極限波長是196nm，大于25nm，所以該光源能使三種材料都產(chǎn)生光電效應(yīng)。故選D。4．白天的天空各處都是亮的，是大氣分子對太陽光散射的結(jié)果。假設(shè)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(D)A．頻率變大 B．頻率不變C．光子能量變大 D．波長變長解析：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，光子的能量削減，波長變長，頻率減小，D選項正確。5．愛因斯坦提出了光量子概念并勝利地說明光電效應(yīng)的規(guī)律而獲得1921年的諾貝爾物理學(xué)獎。某種金屬逸出光電子的最大初動能Ekm與入射光頻率ν的關(guān)系如圖所示，其中ν0為極限頻率。從圖中可以確定的是(D)A．逸出功與ν有關(guān) B．Ekm與入射光強度成正比C．ν＜ν0時，會逸出光電子 D．圖中直線的斜率與普朗克常量有關(guān)解析：金屬的逸出功是由金屬自身確定的，與入射光頻率無關(guān)，其大小W＝hν0，故A錯誤；依據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W，可知光電子的最大初動能Ekm與入射光的強度無關(guān)，但入射光越強，光電流越大，只要入射光的頻率不變，則光電子的最大初動能不變，故B錯誤；要有光電子逸出，則光電子的最大初動能Ekm＞0，即只有入射光的頻率大于金屬的極限頻率即ν＞ν0時才會有光電子逸出。故C錯誤；依據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W，可知eq\f(ΔEkm,Δν)＝h，故D正確。6．在試驗室或工廠的高溫爐子上開一個小孔，小孔可看做黑體，由小孔的熱輻射特征，就可以確定爐內(nèi)的溫度，如圖所示，這是黑體的輻射強度與其輻射光波波長的關(guān)系圖像，則下列說法正確的是(AD)A．T1>T2B．T1<T2C．隨著溫度的上升，黑體的輻射強度都有所降低D．隨著溫度的上升，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動解析：一般材料的物體輻射能的多少確定于物體的溫度(T)、輻射波的波長、時間的長短和放射的面積，而黑體是指在任何溫度下，全部汲取任何波長的輻射的物體，黑體輻射的強度按波長的分布只與溫度有關(guān)。試驗表明，隨著溫度的上升，各種波長的輻射強度都有所增加，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。從題圖中可看出，λ1<λ2，則T1>T2。本題正確選項為A、D。7．(2024·山西省忻州市第一中學(xué)高二下學(xué)期期中)如圖所示，是探討光電效應(yīng)的電路圖，對于某金屬用綠光照耀時，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。則以下說法正確的是(AD)A．將滑動變阻器滑動片向右移動，電流表的示數(shù)不肯定增大B．假如改用紫光照耀該金屬時，電流表無示數(shù)C．將K極換成逸出功小的金屬板，仍用相同的綠光照耀時，電流表的示數(shù)肯定增大D．將電源的正負(fù)極調(diào)換，仍用相同的綠光照耀時，將滑動變阻器滑動片向右移動一些，電流表的讀數(shù)可能不為零解析：滑動變阻器滑片向右移動，電壓雖然增大，但若已達(dá)到飽和電流，則電流表的示數(shù)可能不變，故A正確；假如改用紫光照耀該金屬時，因頻率的增加，導(dǎo)致光電子最大初動能增加，則電流表肯定有示數(shù)，故B錯誤；將K極換成逸出功小的金屬板，仍用相同的綠光照耀時，則光電子的最大初動能增加，但單位時間里通過金屬表面的光子數(shù)沒有變更，因而單位時間里從金屬表面逸出的光電子也不變，飽和電流不會變更，則電流表的示數(shù)不肯定增大，故C錯誤；電源的正負(fù)極調(diào)換，仍用相同的綠光照耀時，將滑動變阻器滑片向右移一些，此時的電壓可能小于反向截止電壓，則電流表仍可能有示數(shù)，故D正確。二、非選擇題8．有一個成語叫做“爐火純青”，原意說的是道士煉丹時候的溫度限制，溫度凹凸主要是靠看火焰的顏色，溫度低的時候，是偏紅的，溫度最高的時候，才呈現(xiàn)青色，所以爐火純青表示溫度已經(jīng)足夠高了。怎樣用熱輻射來說明溫度與顏色的關(guān)系？解析：黑體輻射與溫度之間有著親密的關(guān)系，熱輻射的光譜是連續(xù)光譜，輻射光譜的性質(zhì)與溫度有關(guān)，在室溫下，大多數(shù)物體輻射不行見的紅外光。但當(dāng)物體被加熱到500℃左右時，起先發(fā)出暗紅色的可見光，隨著溫度的不斷上升，輝光漸漸亮起來，而且波長較短的輻射越來越多，大約在1500℃時就會變成光明的白熾光。這說明同一物體在肯定溫度下所輻射的能量，在不同光譜區(qū)域的分布是不勻稱的，而且溫度越高，光譜中與能量最大的輻射相對應(yīng)的頻率也越高。因此，火焰顏色也隨之而變更。實力提升一、選擇題(1～4題為單選題，5題為多選題)1．(2024·北京101中學(xué)高二下學(xué)期期末)2024年年初，我國研制的“大連光源”——極紫外自由電子激光裝置，發(fā)出了波長在100nm(1nm＝10－9m)旁邊連續(xù)可調(diào)的世界上最強的極紫外激光脈沖。大連光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技術(shù)、霧霾治理等領(lǐng)域的探討中發(fā)揮重要作用。一個處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個分子，但又不會把分子打碎。據(jù)此推斷，能夠電離一個分子的能量約為(取普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，真空光速c＝3×108m/s)(B)A．10－21J B．10－18JC．10－15J D．10－12J解析：一個處于極紫外波段的光子的能量約為E＝eq\f(hc,λ)＝2×10－18J，由題意可知，光子的能量應(yīng)比電離一個分子的能量稍大，因此數(shù)量級應(yīng)相同，故選B。2．在自然界生態(tài)系統(tǒng)中，蛇與老鼠和其他生物通過養(yǎng)分關(guān)系構(gòu)成食物鏈，在維持生態(tài)平衡方面發(fā)揮重要的作用。蛇是老鼠的天敵，它是通過接收熱輻射來發(fā)覺老鼠的。假設(shè)老鼠的體溫約37℃，它發(fā)出的最強的熱輻射的波長為λm。依據(jù)熱輻射理論，λm與輻射源的肯定溫度T的關(guān)系近似為Tλm＝2.90×10－3m·K。(1)老鼠發(fā)出最強的熱輻射的波長為(B)A．7.8×10－5m B．9.4×10－6mC．1.16×10－4m D．9.7×10－8m(2)老鼠發(fā)生的最強的熱輻射屬于(C)A．可見光波段 B．紫外波段C．紅外波段 D．X射線波段解析：(1)老鼠的體溫T＝(273＋37)K＝310K由題設(shè)條件λm與T的近似關(guān)系式：λmT＝2.90×10－3m·K得λm＝eq\f(2.90×10－3,T)＝eq\f(2.90×10－3,310)m≈9.4×10－6m，B正確。(2)可見光的波長范圍4.0×10－7～7.0×10－7m，λm大于此范圍，所以屬于紅外線，C正確。也可依據(jù)老鼠的體溫不高，不能輻射可見光進(jìn)行推斷。3．(2024·福建省福州市八縣(市)一中高二下學(xué)期期末聯(lián)考)在光電效應(yīng)試驗中，某同學(xué)按如圖a方式連接電路，利用該裝置在不同試驗條件下得到了三條光電流與A、K兩極之間電壓UAK的關(guān)系曲線(甲光、乙光、丙光)如圖b所示，則下列說法正確的是(B)A．甲、乙兩光的光照強度相同B．甲、乙兩光的頻率相同C．丙光照耀陰極時，極板的逸出功最小D．乙光的波長小于丙光的波長解析：依據(jù)eUc＝Ek＝hν－W0，入射光的頻率越高，對應(yīng)的遏止電壓Uc越大。甲光、乙光的遏止電壓相等，所以甲光、乙光的頻率相等，故B正確；甲光、乙光的頻率相等，由圖可知，甲光飽和光電流大于乙光，因此甲光的光強大于乙光的光強，故A錯誤；極板的逸出功只與極板金屬的材料有關(guān)，與入射光無關(guān)，選項C錯誤；丙光的遏止電壓大于乙光的遏止電壓，所以丙光的頻率大于乙光的頻率，則乙光的波長大于丙光的波長，故D錯誤。4．(2024·安徽省安慶市桐城市高三模擬)從1907年起，密立根就起先測量金屬的遏止電壓UC(即圖1所示的電路中電流表G的讀數(shù)減小到零時加在電極K、A之間的反向電壓)與入射光的頻率υ，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，以檢驗愛因斯坦光電效應(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，得到了某金屬的UC－υ圖像如圖2所示。下列說法正確的是(A)A．該金屬的截止頻率約為4.3×1014HzB．該金屬的截止頻率約為5.50×1014HzC．該圖線的斜率為普朗克常量D．該圖線的斜率為這種金屬的逸出功解析：設(shè)金屬的逸出功為W0，截止頻率為vC，因此W0＝hυ；光電子的最大初動能Ek與遏止電壓UC的關(guān)系是Ek＝eUC，光電效應(yīng)方程為Ek＝hυ－W0；聯(lián)立兩式可得：UC＝eq\f(h,e)υ－eq\f(W0,e)，因此圖像的斜率為eq\f(h,e)，CD錯誤；當(dāng)UC＝0可得υ＝υC＝4.3×1014Hz，即金屬的截止頻率約為4.3×1014Hz，在誤差允許范圍內(nèi)，可以認(rèn)為A正確；B錯誤。5．用如圖所示的裝置探討光電效應(yīng)現(xiàn)象。當(dāng)用光子能量為2.75eV的光照耀到光電管上時發(fā)生了光電效應(yīng)，電流表G的示數(shù)不為零；移動變阻器的觸頭c，發(fā)覺當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于1.7V時，電流表示數(shù)為0，則下列說法正確的是(BD)A．光電子的最大初動能始終為1.05eVB．光電管陰極的逸出功為1.05eVC．當(dāng)滑動觸頭向a端滑動時，反向電壓增大，電流增大D．改用能量為2.5eV的光子照耀，移動變阻器的觸頭c，電流表G中也可能有電流解析：由愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，同種金屬的逸出功相同，所以光電子逸出后的最大初動能取決于獲得的能量，A錯誤；當(dāng)電壓表示數(shù)大于或等于1.7V時，電流表無示數(shù)，說明遏止電壓為1.7V，由eU＝Ek，Ek＝hν－W0，可求得光電管的逸出功為1.05eV，B正確；若光的頻率不變，反向電壓大于遏止電壓后電路中就不再有電流，C錯誤；當(dāng)入射光頻率超過截止頻率，且反向電壓小于遏止電壓，電路中就會有電流，D正確。二、非選擇題6．納米技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用到社會生產(chǎn)、生活的各個方面。將激光束的寬度聚光到納米級范圍內(nèi)，可以精確地修復(fù)人體損壞的器官。糖尿病引起視網(wǎng)膜病變是導(dǎo)致成年人失明的一個重要緣由，利用聚光到納米級的激光束進(jìn)行治療，90%的患者都可以避開失明的嚴(yán)峻后果。一臺功率為10W氬激光器，能發(fā)出波長λ＝500nm的激光，用它“點焊”視網(wǎng)膜，每次“點焊”須要2×10－3J的能量，則(1)每次“點焊”視網(wǎng)膜的時間是多少？(2)在這段時間內(nèi)發(fā)出的激光光子的數(shù)量是多