学年高中物理第十七章波粒二象性能量量子化光的粒子性课后检测含解析新人教版选修-.doc

1能量量子化 2光的粒子性记一记能量量子化、光的粒子性知识体系2个物理模型黑体、能量子2个实验规律黑体辐射实验规律光电效应实验规律2种实验现象光电效应、康普顿效应辨一辨1.只有高温的物体才会热辐射(×)2热辐射的辐射强度按波长的分布情况随温度的变化而有所不同()3黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关()4微观粒子的能量是连续变化的，不是分立的，可以取任何值(×)5任何频率的光照射到金属外表都可以发生光电效应(×)6金属外表是否发生光电效应与入射光的强弱有关(×)7入射光照射到金属外表上时，光电子几乎是瞬时发射的()想一想1.某单色光照射到金属外表上结果没有光电子逸出，请思考：我们应如何操作才能使该金属发生光电效应呢？增大入射光频率还是增大入射光强度？提示：增大入射光频率，使其高于该金属的极限频率2光电流的强度与入射光的强度一定成正比吗？提示：不一定光电流未到达饱和值之前其大小不仅与入射光的强度有关，还与光电管两极间的电压有关，只有饱和光电流才与入射光的强度成正比3入射光越强，产生的光电子数一定越多吗？提示：不一定入射光强度指的是单位时间内入射到金属单位面积上的光子的总能量，是由入射的光子数和入射光子的频率决定的，可用Enh表示，其中n为单位时间内的光子数在入射光频率不变的情况下，光强度与光子数成正比换用不同频率的光，即使光强度相同，光子数目也不同，因而逸出的光电子数目也不同思考感悟：练一练1.2022·河南安阳月考以下说法正确的选项是()A一般物体的热辐射强度只与物体的温度有关B黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，所以黑体看上去一定是黑的C在黑体辐射的实验规律图中，一定温度下，黑体辐射强度有一个极大值D在黑体辐射的实验规律图中，温度升高时，黑体辐射强度的极大值向波长增大的方向移动解析：一般物体的热辐射强度除与温度有关之外，还与材料、外表状况等因素有关，A错误；黑体可以完全吸收电磁波而不发生反射，同时自身可以有较强的辐射，所以看上去不一定是黑的，B错误；根据黑体辐射实验规律可得，一定温度下黑体辐射强度有一个极大值，C正确；根据黑体辐射实验规律可知，黑体热辐射强度的极大值随温度的升高向波长较小的方向移动，D错误答案：C2(多项选择)黑体辐射的实验规律如下图，由图可知()A随温度升高，各种波长的辐射强度都有所增加B随温度降低，各种波长的辐射强度都有所增加C随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动D随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动解析：由题图可知，随温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，当温度降低时，上述变化相反故正确选项为A、C、D.答案：ACD3(多项选择)以下说法中正确的选项是()A光子射到金属外表时，可能有电子发出B光子射到金属外表时，一定有电子发出C电子轰击金属外表时，可能有光子发出D电子轰击金属外表时，一定没有光子发出解析：光的频率需到达一定值时照射到金属外表才会有电子发出；电子如果能量不够大，轰击金属外表就不会有光子发出因此，选A、C.答案：AC4某小灯泡的功率P1 W，设其发光时光子向四周均匀辐射，平均波长106 m，求在距离d1.0×104 m处，每秒钟落在垂直于光线方向且面积为1 cm2的球面(以小灯泡为球心)上的光子数是多少？(取h6.63×1034 J·s)解析：每秒内小灯泡发出的能力为EPt1 J1个光子的能量h J1.989×1019 J小灯泡每秒钟辐射的光子数n个5×1018个距离小灯泡d的球面面积为S4d24×(1.0×104)2m21.256×109 m21.256×1013 cm2每秒钟内射到1 cm2的球面上的光子数为N个4×105个答案：4×105个要点一 黑体与黑体辐射规律1.关于热辐射的认识，以下说法中正确的选项是()A热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波B温度越高，物体辐射的电磁波越强C辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料种类及外表状况无关D常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色解析：一切物体都不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，A错误，B正确；选项C是黑体辐射的特性，C错误；常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色，D错误答案：B2如下图为t1、t2温度时的黑体辐射强度与波长的关系，那么两温度的关系为()At1t2Bt1>t2Ct1<t2 D无法确定解析：根据黑体辐射的实验规律可知，随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动应选项B正确答案：B 要点二 光电效应中的常用概念3.某激光器能发射波长为的激光，发射功率为P，c表示光速，h表示普朗克常量，那么激光器每秒发射的能量子数为()A. B.C. D.解析：每个激光光子的能量为h，那么激光器的发射功率为Pn.其中n为激光器每秒钟发射的能量子数，所以n，即C选项正确答案：C4.2022·杭州检测(多项选择)光电效应实验的装置如下图，用弧光灯照射锌板，验电器指针张开一个角度，那么下面说法中正确的选项是()A用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转B用绿色光照射锌板，验电器指针会发生偏转C锌板带的是负电荷D使验电器指针发生偏转的是正电荷解析：将擦得很亮的锌板连接验电器，用弧光灯照射锌板(弧光灯发出紫外线)，验电器指针张开一个角度，说明锌板带了电进一步研究说明锌板带正电，这说明在紫外线的照射下，锌板中有一局部自由电子从外表飞出来，锌板中缺少电子，于是带正电，A、D选项正确绿光不一定能使锌板发生光电效应答案：AD5金属铯的逸出功为1.9 eV，在光电效应实验中，要使铯外表发出的光电子的最大动能为1.0 eV，求入射光的波长(h6.7×1034 J·s)解析：根据光电效应方程hEkW0和得 m4.3×107 m答案：4.3×107 m要点三 光电效应方程及其规律6.在某次光电效应实验中，得到的遏止电压Uc与入射光的频率的关系如下图，假设该直线的斜率和截距分别为k和b，电子电荷量的绝对值为e，那么普朗克常量可表示为_，所用材料的逸出功可表示为_解析：由题意可得eUcmvhW，变形为Uc，结合图象可知k，b，所以hek，Web.答案：ekeb72022·贵州检测在光电效应实验中，某金属的截止频率相应的波长为0，该金属的逸出功为_假设用波长为(<0)的单色光做该实验，那么其遏止电压为_电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h.解析：由W0h0h，又eUcEk，且EkhW0，所以Uc().答案：h8几种金属的逸出功W0见下表：金属钨钙钠钾铷W0(×1019 J)7.265.123.663.603.41用一束可见光照射上述金属的外表，请通过计算说明哪些能发生光电效应该可见光的波长范围为4.0×107 m7.6×107 m，普朗克常数h6.63×1034 J·s.解析：光子的能量E，取4.0×107 m，那么E5.0×1019 J，根据E>W0判断，钠、钾、铷能发生光电效应答案：钠、钾、铷能发生光电效应要点四 光子说与康普顿效应9.白天的天空各处都是亮的，是大气分子对太阳光散射的结果假设一个运动的光子和一个静止的自由电子碰撞以后，电子向某一个方向运动，光子沿另一方向散射出去，那么这个散射光子跟原来的光子相比()A频率变大 B频率不变C光子能量变大 D波长变长解析：运动的光子和一个静止的自由电子碰撞时，既遵守能量守恒，又遵守动量守恒碰撞中光子将能量h的一局部传递给了电子，光子的能量减少，波长变长，频率减小，D选项正确答案：D10(多项选择)频率为的光子，具有的能量为h，动量为，将这个光子打在处于静止状态的电子上，光子将偏离原运动方向，这种现象称为光子的散射，以下关于光子散射的说法正确的选项是()A光子改变原来的运动方向，且传播速度变小B光子由于在与电子碰撞中获得能量，因而频率增大C由于受到电子碰撞，散射后的光子波长大于入射光子的波长D由于受到电子碰撞，散射后的光子频率小于入射光子的频率解析：碰撞后光子改变原来的运动方向，但传播速度不变，A错误；光子由于在与电子碰撞中损失能量，因而频率减小，即>，再由c12，得到1<2，B错误，C、D正确答案：CD根底达标1.关于对黑体的认识，以下说法正确的选项是()A黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的B黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及外表状况有关C黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及外表状况无关D如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内外表经屡次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体解析：黑体自身辐射电磁波，不一定是黑的，A错误黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，B错误，C正确小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此小孔成了一个黑体，而不是空腔，D错误答案：C22022·江苏苏州月考(多项选择)根据黑体辐射的实验规律，以下判断正确的选项是()A在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度越大B在同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长不是最大的，也不是最小的，而是处在最大波长与最小波长之间C温度越高，辐射强度的极大值就越大D温度越高，辐射强度最大的电磁波的波长越短解析：在同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长不是最大的，也不是最小的，而是处在最大波长与最小波长之间，A错误，B正确；黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大，那么辐射强度的极大值也就越大，所以C正确；随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，D正确答案：BCD32022·广东汕头模拟当光照射在某种金属外表时，金属外表有电子逸出如果该入射光的强度减弱，那么()A可能不再有电子逸出金属外表B单位时间内逸出金属外表的电子数减少C逸出金属外表的电子的最大初动能减小D从光入射到光电子逸出的时间间隔延长解析：入射光的频率不变，那么仍然能发生光电效应，A错误；入射光的强度减弱，单位时间内从金属外表逸出的光电子数目将减少，光电流减弱，B正确；入射光的频率不变，那么光电子的最大初动能不变，C错误；光的强弱影响的是单位时间内发出光电子的数目，并不影响单个光电子的逸出时间，D错误答案：B42022·河北名校模拟有a、b、c三束单色光，其波长关系为a:b:c1:2:3.当用a光束照射某种金属板时能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为Ek，假设改用b光束照射该金属板，飞出的光电子最大动能为Ek，当改用c光束照射该金属板时()A能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为EkB能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为EkC能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为EkD由于c光束光子能量较小，该金属板不会发生光电效应解析：对a、b、c三束光由光电效应方程有：WEk，WEk，由以上两式得Ek，WEk.当改用c光束照射该金属板时WEkEkEk，B正确答案：B5研究光电效应规律的实验装置如下图，以频率为的光照射光电管阴极K时，有光电子产生由于光电管K、A间加的是反向电压，光电子从阴极K发射后将向阳极A做减速运动光电流i由图中电流计G测出，反向电压U由电压表V测出当电流计的示数恰好为零时，电压表的示数称为遏止电压Uc.在以下表示光电效应实验规律的图象中，错误的选项是()解析：当反向电压U与频率一定时，光电流与入射光强度成正比，A正确遏止电压Uc与入射光频率的关系图象应为一条不过坐标原点的倾斜直线，B错误当光强I和频率一定时，反向电压增大，光电流减小，假设反向电压超过遏止电压Uc，那么光电流为零，C正确光电效应发生所需的时间小于109 s，D正确答案：B62022·河北邢台月考美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，用X光对静止的电子进行照射，照射后电子获得速度的同时，X光光子的运动方向也会发生相应的改变以下说法正确的选项是()A当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把局部动量转移给电子，因此光子散射后频率变大B康普顿效应揭示了光的粒子性，说明光子除了具有能量之外还具有动量CX光散射后与散射前相比，速度变小D散射后的光子虽然改变原来的运动方向，但频率保持不变解析：在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一局部动量转移给电子，那么光子动量减小，但速度仍为光速c，根据p知光子频率减小，康普顿效应说明光不但具有能量而且具有动量，证明了光的粒子性故A、C、D错误，B正确答案：B72022·广东佛山期中(多项选择)如下图是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点横坐标值为4.27，与纵轴的交点纵坐标值为0.5)由图可知()A该金属的截止频率为4.27×1014 HzB该金属的截止频率为5.5×1014 HzC该图线的斜率表示普朗克常量D该金属的逸出功为0.5 eV解析：根据光电效应方程EkhW0可知，图线的斜率表示普朗克常量，图线与轴的交点对应的频率表示截止频率；Ek图象中0时对应的Ek的值表示逸出功的负值，易知该金属的逸出功不等于0.5 eV，所以选项A、C正确答案：AC8.2022·天津卷如图为a、b、c三种光在同一光电效应装置中测得的光电流和电压的关系由a、b、c组成的复色光通过三棱镜时，下述光路图中正确的选项是()解析：根据光电效应方程可知，eUEkhW，那么遏止电压大时，入射光的频率大，再结合光电流和电压的关系图象，可知b>c>a，同一介质对频率大的光的折射率大，折射率大的光通过三棱镜时，光线偏转得厉害，故b光偏转得最厉害，选项C正确答案：C9.2022·广西南宁期中如下图是研究光电管产生的电流的电路图，A、K是光电管的两个电极，该光电管阴极的极限频率为0，元电荷为e，普朗克常量为h.现将频率为(大于0)的光照射在阴极上，那么以下方法一定能够增加饱和光电流的是()A照射光强度不变，增加光的频率B照射光频率不变，增加照射光强度C增加A、K电极间的电压D减小A、K电极间的电压解析：照射光强度不变，增加光的频率，那么入射光的光子数目不变，光电流的饱和值不变，A错误；照射光频率不变，增加光强，那么入射光的光子数目增多，使光电流的饱和值增大，B正确；当已经到达饱和光电流后，增减A、K电极间的电压，饱和光电流可能不变，C、D错误答案：B10研究光电效应的电路如下图用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流以下光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图象中，正确的选项是()解析：频率相同的光照射同一金属时，发射出的光电子的最大初动能相同，所以遏止电压相同；饱和电流与光的强度有关，光的强度越大，饱和电流越大，应选项C正确答案：C能力达标11.如下图是使用光电管的原理图，当频率为的可见光照射到阴极K上时，电流表中有电流通过(1)当变阻器的滑动端P向_(选填“左或“右)滑动时，通过电流表的电流将会增大(2)当电流表电流刚减小到零时，电压表的读数为U，那么光电子的最大初动能为_(电子电荷量为e)(3)如果不改变入射光的频率，而增参加射光的强度，那么光电子的最大初动能将_(选填“增加、“减小或“不变)解析：(1)当变阻器的滑动端P向左移动，反向电压减小，光电子到达右端的速度变大，那么通过电流表的电流变大(2)当电流表电流刚减小到零时，电压表的读数为U，根据动能定理得，eUmv，那么光电子的最大初动能为eU.(3)根据光电效应方程知，EkmhW0，入射光的频率不变，那么光电子的最大初动能不变答案：(1)左(2)eU(3)不变12从1907年起，美国物理学家密立根开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量他通过如图甲所示的实验装置测量某金属的遏止电压Uc与入射光频率，作出Uc的图象，由此算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射测出的h相比拟以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性图乙中频率1、2，遏止电压Uc1、Uc2及电子的电荷量e均为，求：(1)普朗克常量h；(2)该金属的截止频率0.解析：根据爱因斯坦光电效应方程EkhW0及动能定理eUcEk得Uc0结合题图乙有k解得普朗克常量h，0答案：(1)(2)13在图甲所示的装置中，K为一个金属板，A为一个金属电极，都密封在真空玻璃管中，单色光可通过玻璃壳照在K上，E为可调直流电源实验发现，当用某种频率的单色光照射K时，K会发出电子(光电效应)，这时，即使A、K间的电压等于零，回路中也有电流，当A的电势低于K时，电流仍不为零，A的电势比K低得越多，电流越小，当A比K的电势低到某一值Uc(遏止电压)时，电流消失当改变照射光的频率时，遏止电压Uc也将随之改变如果某次实验我们测出的一系列数据如图乙所示，假设知道电子的电荷量e，那么根据图象可求出该金属的极限频率为多少？该金属的逸出功W0为多少？普朗克常量h为多少？解析：由题图可知，数据对应的点几乎落在一条直线上，直线与轴的交点0即为该金属的极限频率因此当照射光的频率为0时，遏止电压Uc0，说明在此频率下，金属板刚好发生光电效应设光电子的最大初动能为Ek，根据光电效应方程有hW0Ek当A比K的电势低到某一值Uc时，电流消失，光电子的最大初动能全部用来克服电场力做功，由动能定理有eUcEk联立以上两式可得Uc由上式可知，Uc ­ 图象斜率k，在Uc轴上的截距为.而由图可得，截距为Uc.故有，Uc解得h，W0eUc.答案：0eUc