2024-2025學(xué)年高中物理課時(shí)作業(yè)1516量子概念的誕生光電效應(yīng)與光的量子說含解析教科版選修3-5

PAGEPAGE6課時(shí)作業(yè)15量子概念的誕生課時(shí)作業(yè)16光電效應(yīng)與光的量子說時(shí)間：45分鐘一、選擇題(1～6為單選，7～9為多選)1．紅、黃、綠、紫四種單色光中，能量最小的是(B)A．紫光光子 B．紅光光子C．綠光光子 D．黃光光子解析：光子能量ε＝hν，由光的頻率ν紅<ν黃<ν綠<ν紫知，紅光光子能量最小，B正確．2．關(guān)于對(duì)熱輻射的相識(shí)，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(qiáng)C．輻射強(qiáng)度按波長的分布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(qiáng)，A錯(cuò)誤，B正確；選項(xiàng)C是黑體輻射的特征，C錯(cuò)誤；常溫下看到的物體的顏色是反射光的顏色，D錯(cuò)誤．3．許多地方用紅外線熱像儀監(jiān)測(cè)人的體溫，只要被測(cè)者從儀器前走，便可知道他的體溫是多少，關(guān)于其原理，下列說法正確的是(C)A．人的體溫會(huì)影響四周空氣溫度，儀器通過測(cè)量空氣溫度便可知道人的體溫B．儀器發(fā)出的紅外線遇人反射，反射狀況與被測(cè)者的溫度有關(guān)C．被測(cè)者會(huì)輻射紅外線，輻射強(qiáng)度以及按波長的分布狀況與溫度有關(guān)，溫度高時(shí)輻射強(qiáng)且較短波長的成分強(qiáng)D．被測(cè)者會(huì)輻射紅外線，輻射強(qiáng)度以及按波長的分布狀況與溫度有關(guān)，溫度高時(shí)輻射強(qiáng)且較長波長的成分強(qiáng)解析：依據(jù)輻射規(guī)律可知，隨著溫度的上升，各種波長的輻射強(qiáng)度都增加，隨著溫度的上升，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動(dòng)，人的體溫的凹凸，干脆確定了輻射的紅外線的頻率和強(qiáng)度，通過監(jiān)測(cè)被測(cè)者輻射的紅外線的狀況，就可知道這個(gè)人的體溫，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤．4．關(guān)于光電效應(yīng)現(xiàn)象，下列說法正確的是(D)A．只有入射光的波長大于使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)的極限波長，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)波長為λ0，極限頻率為νc，則光速c＝λ0νc，可知當(dāng)入射光的波長大于極限波長λ0時(shí)，其頻率將小于極限頻率νc，所以大于極限波長的光不能使金屬發(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)度無關(guān)，明顯選項(xiàng)C錯(cuò)誤．若入射光強(qiáng)度增大到原來的n倍，則單位時(shí)間內(nèi)入射光的能量就增大到原來的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)將增大到原來的n倍，因此選項(xiàng)D正確．5．2024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(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＝3×108m/s)(B)A．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，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．9．一激光器發(fā)光功率為P，發(fā)出的激光在折射率為n的介質(zhì)中波長為λ，若在真空中速度為c，普朗克常量為h，則下列敘述正確的是(AC)A．該激光在真空中的波長為nλB．該波的頻率為eq\f(c,λ)C．該激光器在ts內(nèi)輻射的能量子數(shù)為eq\f(Ptnλ,hc)D．該激光器在ts內(nèi)輻射的能量子數(shù)為eq\f(Ptλ,hc)解析：由n＝eq\f(c,v)知在介質(zhì)中速度v＝eq\f(c,n).在真空中波長λ真＝eq\f(c,ν)＝eq\f(nv,ν)＝nλ，故A正確；頻率ν＝eq\f(v,λ)＝eq\f(c,nλ)，故B錯(cuò)誤；在ts內(nèi)輻射能量E＝Pt，每個(gè)能量子能量ε＝hν＝heq\f(c,nλ)，故在ts內(nèi)輻射的能量子數(shù)為eq\f(E,ε)＝eq\f(Ptnλ,hc)，故C正確，D錯(cuò)誤．二、非選擇題10．激光器是一個(gè)特別的光源，它發(fā)出的光便是激光．紅寶石激光器放射的激光是不連續(xù)的一道一道的閃光，每道閃光稱為一個(gè)光脈沖．現(xiàn)有一紅寶石激光器，放射功率為P＝1.0×1010W，所放射的每個(gè)光脈沖持續(xù)的時(shí)間為Δt＝1.0×10－11s，波長為793.4nm，則每列光脈沖的長度l是3×10－3_m，其中含有的能量子數(shù)N是4.0×1017個(gè)．解析：每列光脈沖的長度l＝cΔt＝3×108×1.0×10－11m＝3×10－3m.由光速公式c＝λν，能量子公式ε＝hν及能量關(guān)系PΔt＝Nε得N＝eq\f(λPΔt,hc)＝eq\f(7.934×10－7×1.0×1010×1.0×10－11,6.626×10－34×3×108)≈4.0×1017個(gè)．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，則金屬薄片表面上每個(gè)原子平均需隔多長時(shí)間才能接收到一個(gè)光子？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)，每兩個(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)波長為6.63×