2024-2025學(xué)年高中物理第十七章波粒二象性2光的粒子性課時(shí)作業(yè)含解析新人教版選修3-5

PAGEPAGE5光的粒子性時(shí)間：45分鐘一、選擇題(1～6為單選，7～9為多選)1．光電效應(yīng)中，從同一金屬逸出的電子的動(dòng)能的最大值(A)A．只跟入射光的頻率有關(guān)B．只跟入射光的強(qiáng)度有關(guān)C．跟入射光的頻率和強(qiáng)度都有關(guān)D．除跟入射光的頻率和強(qiáng)度有關(guān)外，還和光照時(shí)間有關(guān)解析：依據(jù)光電效應(yīng)的規(guī)律知，光電子的最大初動(dòng)能Ek只取決于入射光的頻率ν，故A正確．2．關(guān)于光電效應(yīng)的規(guī)律，下列說(shuō)法中正確的是(D)A．只有入射光的波長(zhǎng)大于該金屬的極限波長(zhǎng)，光電效應(yīng)才能發(fā)生B．光電子的最大初動(dòng)能跟入射光的強(qiáng)度成正比C．發(fā)生光電效應(yīng)的時(shí)間一般都大于10－7sD．發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)從金屬內(nèi)逸出的光電子數(shù)與入射光的強(qiáng)度成正比解析：由ε＝hν＝heq\f(c,λ)知，當(dāng)入射光波長(zhǎng)大于極限波長(zhǎng)時(shí)，不能發(fā)生光電效應(yīng)，故A錯(cuò)．由Ek＝hν－W0知，最大初動(dòng)能由入射光頻率確定，與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，故B錯(cuò)．發(fā)生光電效應(yīng)的時(shí)間一般不超過(guò)10－9s，故C錯(cuò)．3．對(duì)于任何一種金屬，能發(fā)生光電效應(yīng)的條件是(D)A．入射光的強(qiáng)度大于某一極限強(qiáng)度B．入射光的波長(zhǎng)大于某一極限波長(zhǎng)C．入射光照耀時(shí)間大于某一極限時(shí)間D．入射光的頻率不低于某一極限頻率4．關(guān)于光電效應(yīng)現(xiàn)象，下列說(shuō)法正確的是(D)A．只有入射光的波長(zhǎng)大于使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)的極限波長(zhǎng)，才能發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象B．在光電效應(yīng)現(xiàn)象中，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能跟入射光的頻率成正比C．產(chǎn)生的光電子最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度成正比D．在入射光頻率肯定時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)從金屬中逸出的光電子個(gè)數(shù)與入射光的強(qiáng)度成正比解析：當(dāng)入射光頻率不低于極限頻率時(shí)才能發(fā)生光電效應(yīng)，設(shè)此時(shí)波長(zhǎng)為λ0，極限頻率為νc，則光速c＝λ0νc，可知當(dāng)入射光的波長(zhǎng)大于極限波長(zhǎng)λ0時(shí)，其頻率將小于極限頻率νc，所以大于極限波長(zhǎng)的光不能使金屬發(fā)生光電效應(yīng)，因此選項(xiàng)A錯(cuò)誤．由光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的增大而增大，但并不與入射光頻率成正比，因此選項(xiàng)B錯(cuò)誤．由于光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，明顯選項(xiàng)C錯(cuò)誤．若入射光強(qiáng)度增大到原來(lái)的n倍，則單位時(shí)間內(nèi)入射光的能量就增大到原來(lái)的n倍．在入射光頻率肯定時(shí)，單個(gè)光子的能量不變，則單位時(shí)間內(nèi)入射的光子數(shù)將增大到原來(lái)的n倍，因此選項(xiàng)D正確．5．2024年年初，我國(guó)研制的“大連光源”——極紫外自由電子激光裝置，發(fā)出了波長(zhǎng)在100nm(1nm＝10－9m)旁邊連續(xù)可調(diào)的世界上最強(qiáng)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(gè)處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個(gè)分子，但又不會(huì)把分子打碎．據(jù)此推斷，能夠電離一個(gè)分子的能量約為(取普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，真空光速c＝3×10A．10－21J B．10－18JC．10－15J D．10－12J解析：本題考查光子能量．由題意知，電離一個(gè)分子的能量等于照耀分子的光子能量，E＝hν＝heq\f(c,λ)＝2×10－18J，故選項(xiàng)B正確．6．下表是依據(jù)密立根的方法進(jìn)行光電效應(yīng)試驗(yàn)時(shí)得到的某金屬的遏止電壓Uc和入射光的頻率ν的幾組數(shù)據(jù)：Uc/V0.5410.6370.7140.8090.878ν/1014Hz5.6445.8886.0986.3036.501由以上數(shù)據(jù)應(yīng)用Excel描點(diǎn)連線，可得直線方程，如圖所示：則這種金屬的截止頻率約為(B)A．3.5×1014Hz B．4.3×1014HzC．5.5×1014Hz D．6.0×1014Hz解析：遏止電壓為零時(shí)，入射光的頻率等于截止頻率，依據(jù)方程Uc＝0.3973eq\f(ν,1014)－1.7024可知，當(dāng)Uc＝0時(shí)，解得ν≈4.3×1014Hz，B正確．7．如圖為一真空光電管的應(yīng)用電路，其陰極金屬材料的極限頻率為4.5×1014Hz，則以下推斷中正確的是(BC)A．發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，電路中光電流的飽和值取決于入射光的頻率B．發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，電路中光電流的飽和值取決于入射光的強(qiáng)度C．用λ＝0.5μm的光照耀光電管時(shí)，電路中有光電流產(chǎn)生D．光照耀時(shí)間越長(zhǎng)，電路中的電流越大解析：在光電管中若發(fā)生了光電效應(yīng)，單位時(shí)間內(nèi)放射光電子的數(shù)目只與入射光的強(qiáng)度有關(guān)，光電流的飽和值只與單位時(shí)間內(nèi)放射光電子的數(shù)目有關(guān)．據(jù)此可推斷A、D錯(cuò)誤．波長(zhǎng)λ＝0.5μm的光子的頻率ν＝eq\f(c,λ)＝eq\f(3×108,0.5×10－6)Hz＝6×1014Hz>4.5×1014Hz，可發(fā)生光電效應(yīng)，所以B、C正確．8．在光電效應(yīng)試驗(yàn)中，兩個(gè)試驗(yàn)小組分別在各自的試驗(yàn)室，約定用相同頻率的單色光分別照耀鋅和銀的表面，結(jié)果都能發(fā)生光電效應(yīng)，如圖甲所示，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)如圖乙所示．對(duì)于這兩組試驗(yàn)，下列推斷正確的是(BCD)A．飽和光電流肯定不同B．因?yàn)椴牧喜煌莩龉Σ煌?，所以遏止電壓Uc不同C．光電子的最大初動(dòng)能不同D．因?yàn)楣鈴?qiáng)不確定，所以單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)可能相同解析：雖然光的頻率相同，但光強(qiáng)不確定，因此單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)可能相同，而飽和光電流不肯定相同，故A錯(cuò)誤，D正確；依據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0和eUc＝Ek可知，在頻率相同、逸出功不同的狀況下，遏止電壓不相同，光電子的最大初動(dòng)能也不同，故B，C正確．9．已知能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的極限頻率為νc，則(AB)A．當(dāng)用頻率為2νc的單色光照耀該金屬時(shí)，肯定能產(chǎn)生光電子B．當(dāng)用頻率為2νc的單色光照耀該金屬時(shí)，所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為hνcC．當(dāng)入射光的頻率ν大于νc時(shí)，若ν增大，則逸出功增大D．當(dāng)入射光的頻率ν大于νc時(shí)，若ν增大一倍，則光電子的最大初動(dòng)能也增大一倍解析：因入射光的頻率大于極限頻率時(shí)會(huì)產(chǎn)生光電效應(yīng)，所以A正確；因?yàn)榻饘俚臉O限頻率為νc，所以逸出功W0＝hνc，再由Ek＝hν－W0得，Ek＝2hνc－h(huán)νc＝hνc，B正確；因?yàn)橐莩龉κ枪怆娮忧『靡莩鰰r(shí)須要做的功，對(duì)于同種金屬是恒定的，故C錯(cuò)誤；由Ek＝hν－W0＝hν－h(huán)νc＝h(ν－νc)可得，當(dāng)ν增大一倍時(shí)：eq\f(Ek′,Ek)＝eq\f(2ν－νc,ν－νc)≠2，故D錯(cuò)誤．二、非選擇題10．用波長(zhǎng)為λ的光照耀金屬的表面，當(dāng)遏止電壓取某個(gè)值時(shí)，光電流被截止．當(dāng)光的波長(zhǎng)變更為原波長(zhǎng)的eq\f(1,n)后，已查明使電流截止的遏止電壓必需增大到原值的η倍．已知該金屬的逸出功為W0，試計(jì)算原入射光的波長(zhǎng)λ.答案：eq\f(hcη－n,W0η－1)解析：利用eUc＝hν－W0，按題意可寫出兩個(gè)方程：eUc＝heq\f(c,λ)－W0，以及eηUc＝heq\f(nc,λ)－W0，兩式相減得(η－1)eUc＝heq\f(c,λ)(n－1)．再將上述第一式代入，便有(η－1)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(h\f(c,λ)－W0))＝heq\f(c,λ)(n－1)，λ＝eq\f(hcη－n,W0η－1)，式中W0是金屬的逸出功．11．用功率P0＝1W的點(diǎn)光源照耀離光源r＝3m處的一塊金屬薄片，已知光源發(fā)出的是波長(zhǎng)為λ＝589nm的單色光，試計(jì)算：(1)1s內(nèi)打到金屬薄片1cm2面積上的光子數(shù)．(2)若取該金屬薄片原子半徑r1＝0.5×10－10m答案：(1)2.61×1012個(gè)(2)4878.0s解析：(1)離光源r＝3m處的金屬板每1s內(nèi)單位面積上接收的光的能量為E＝eq\f(P0t,4πr2)＝eq\f(1×1,4×3.14×32)J≈8.8×10－3J＝5.5×1016eV，所以1s內(nèi)傳到金屬板1cm2面積上的光能E0＝ES＝5.5×1012eV.又因?yàn)檫@種單色光一個(gè)光子的能量E0′＝hν＝eq\f(hc,λ)＝eq\f(6.626×10－34×3×108,5.89×10－7)J≈3.375×10－19J，即E0′≈2.11eV，所以1s內(nèi)打到金屬板1cm2面積上的光子數(shù)n＝eq\f(E0,E0′)＝eq\f(5.5×1012,2.11)≈2.61×1012個(gè)．(2)金屬板可以看成由金屬原子密集排列組成的，每個(gè)金屬原子的最大截面積為S1＝πreq\o\al(2,1)＝3.14×(0.5×10－10)2m2＝7.85×10－21m2，則每個(gè)原子每秒內(nèi)接收到的光子數(shù)為n1＝nS1×104＝2.61×1012×7.85×10－21×104個(gè)≈2.05×10－4個(gè)，每?jī)蓚€(gè)光子落在同一個(gè)原子上的時(shí)間間隔Δt＝eq\f(1,n1)＝eq\f(1,2.05×10－4)s≈4878.0s，說(shuō)明光電效應(yīng)中光子與原子之間的作用是一對(duì)一的．12．在綠色植物光合作用下，每放出1mol的O2，植物儲(chǔ)存451.5kJ能量，綠色植物能量轉(zhuǎn)化效率(即植物儲(chǔ)存的能量與植物汲取光的能量之比)約為50%，求綠色植物每放出1個(gè)氧分子要汲取多少個(gè)波長(zhǎng)為6.63×10－7m的光．(普朗