2015_2016学年高中物理17.1_17.2能量量子化光的粒子性课时提升训练含解析新人教版选修3_5

1、17.1-17.2能量量子化 光的粒子性1.关于对黑体的认识,下列说法正确的是()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,还与材料的种类及表面状况有关c.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关,与材料的种类及表面状况无关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表面经多次反射和吸收,最终不能从小孔射出,这个空腔就成了一个黑体【解析】选c。黑体自身辐射电磁波,不一定是黑的,故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,故b错、c对;小孔只吸收电磁波,不反射电磁波,因此是小孔成了一个黑体,而不是空

2、腔,故d错误。2.(多选)对普朗克能量子假说的认识,下列说法正确的是()a.振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值b.带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍c.能量子与电磁波的频率成正比d.这一假说与现实世界相矛盾,因而是错误的【解析】选b、c。根据普朗克能量子假说知,振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍,a错误,b正确;=h,是电磁波的频率,c正确;普朗克能量子假说反映的是微观世界的特征,不同于宏观世界,d错误。3.在演示光电效应的实验中,原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连。用弧光灯照射锌板时,验电器的指针就张开一个角度,如图所示,这时()a.锌板带正电,指针带

3、负电b.锌板带正电,指针带正电c.锌板带负电,指针带正电d.锌板带负电,指针带负电【解析】选b。锌板原来不带电,后来验电器的指针发生了偏转,说明锌板在弧光灯的照射下发生了光电效应,发生光电效应时,锌板向空气中发射电子,所以锌板带正电,验电器的指针亦带正电。故b正确。4.(2013·桂林高二检测)下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中,符合黑体辐射规律的是()【解析】选a。黑体辐射规律:随着温度的升高,一方面,各种波长的辐射强度都有所增加,另一方面,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,a图正确。5.(2014·三明高二检测)关于光电效应的规律,下列说法中正确的是()

4、a.只有入射光的波长大于该金属的极限波长,光电效应才能产生b.光电子的最大初动能跟入射光强度成正比c.发生光电效应的反应时间一般都大于10-7sd.发生光电效应时,单位时间内从金属内逸出的光电子数目与入射光强度成正比【解析】选d。由=h=hc知,当入射光波长小于金属的极限波长时,发生光电效应,故a错;由ek=h-w0知,最大初动能由入射光频率决定,与入射光强度无关,故b错;发生光电效应的反应时间一般不超过10-9s,故c错;若发生光电效应,单位时间内逸出的光电子数目与入射光强度成正比,d正确。【补偿训练】入射光照射到某金属表面上发生了光电效应,若入射光的强度减弱,而频率保持不变,则下列说法中正

5、确的是()a.从光照射到金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加b.逸出的光电子的最大初动能将减小c.单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少d.有可能不发生光电效应【解析】选c。入射光的强度取决于入射光子数和入射光的频率,入射光的频率保持不变,强度减弱,单位时间内入射光子数将减少,但光子的能量不变,可见仍能发生光电效应,发生光电效应时,光电子的产生几乎都是瞬时的,与入射光强度无关,故a、d错误。根据爱因斯坦光电效应方程,逸出光电子的最大初动能与入射光的频率有关,跟入射光的强度无关,所以b也是错误的。由于逸出电子与入射光子的一对一的关系,当光的强度减弱时,单位时间入射光子数减少,因此

6、单位时间内逸出的光电子数也将减少。6.(2013·上海高考)当用一束紫外线照射锌板时,产生了光电效应,这时()a.锌板带负电b.有正离子从锌板逸出c.有电子从锌板逸出d.锌板会吸附空气中的正离子【解题指南】电子吸收光子能量后,克服原子核引力做功,从表面逸出,产生光电效应。【解析】选c。当用一束紫外线照射锌板时,产生了光电效应,有电子从锌板逸出,锌板带正电,选项c正确,a、b、d错误。7.下表给出了一些金属材料的逸出功。材料铯钙镁铍钛逸出功(10-19)j3.04.35.96.26.6现用波长为400 nm的单色光照射上述材料,能产生光电效应的材料最多有几种(普朗克常量h=6.63&#

7、215;10-34j·s,光速c=3.0×108m/s)()a.2种b.3种c.4种d.5种【解析】选a。据光子说可知,波长为=400 nm的单色光子的能量为e=h=hc=6.63×10-34×3.0×108400×10-9j=5.0×10-19j。根据光电效应方程ek=h-w可知,当入射光子的能量e=h大于金属的逸出功w时,光电子最大初动能ek>0,即能发生光电效应。由题中表格可知,入射光子的能量大于铯和钙的逸出功,而小于镁、铍、钛的逸出功。故发生光电效应的金属只有铯和钙两种。8.康普顿效应证实了光子不仅具有能量,也

8、有动量,图中给出了光子与静止电子碰撞后,电子的运动方向,则碰后光子可能沿方向_(从“1”“2”“3”中选择)运动,并且波长_(选填“不变”“变小”或“变长”)。【解析】因光子与电子碰撞过程动量守恒,所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与光子碰撞前的方向一致,可见碰撞后光子的方向可能沿1方向,不可能沿2或3方向;通过碰撞,光子将一部分能量转移给电子,能量减少,由e=h知,频率变小,再根据c=知,波长变长。答案:1变长9.已知金属铯的极限波长为0.66m,用波长为0.05m的光照射金属铯表面,金属铯的逸出功为多少?发射光电子的最大初动能为多少?【解析】铯的逸出功w0=hc0=3.01×1

9、0-19j当用波长为=0.05m的光照射金属铯时,光电子最大初动能为ek=h-w0=hc-w0,代入数值得ek=3.68×10-18j。答案:3.01×10-19j3.68×10-18j1.用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应,可得到光电子最大初动能ek随入射光频率变化的ek-图像。已知钨的逸出功是3.28ev,锌的逸出功是3.24ev,若将二者的图线画在同一个ek-坐标图中,用实线表示钨,虚线表示锌,则正确反映这一过程的图是下图中的()【解析】选b。依据光电效应方程ek=h-w0可知,ek-图线的斜率代表了普朗克常量h,因此钨和锌的ek-图线应该

10、平行。图线的横截距代表了极限频率c,而c=w0h,因此钨的c大些。故正确答案为b。2.(2012·北京高考)“约瑟夫森结”由超导体和绝缘体制成。若在结两端加恒定电压u,则它会辐射频率为的电磁波,且与u成正比,即=ku。已知比例系数k仅与元电荷e的2倍和普朗克常量h有关。你可能不了解此现象的机理,但仍可运用物理学中常用的方法,在下列选项中,推理判断比例系数k的值可能为()a.h2eb.2ehc.2hed.12he【解题指南】本题需要把握以下两点:(1)电磁波的频率、普朗克常量、能量之间的关系。(2)电压、电量与能量的关系。【解析】选b。电磁波的频率、普朗克常量h、能量e之间的关系e=h

11、,因为=ku,所以e=hku;电压u、电量q与能量e的关系是e=qu,由题意知q=2e,所以k=2eh。3.(多选)如图所示为一真空光电管的应用电路,其阴极金属材料的极限频率为4.5×1014hz,则以下判断正确的是()a.发生光电效应时,电路中光电流的饱和值取决于入射光的频率b.发生光电效应时,电路中光电流的饱和值取决于入射光的强度c.用=0.5m的光照射光电管时,电路中有光电流产生d.光照射时间越长,电路中的光电流越大【解析】选b、c。在光电管中若发生了光电效应,单位时间内发射光电子的数目只与入射光的强度有关,光电流的饱和值只与单位时间内发射光电子的数目有关,据此可判断a、d错误

12、,b正确;波长=0.5m的光子的频率=c=3×1080.5×10-6hz=6×1014hz>4.5×1014hz,可发生光电效应,c正确。4.(2014·阳江高二检测)小明用金属铷为阴极的光电管观测光电效应现象,实验装置示意图如图甲所示。已知普朗克常量h=6.63×10-34j·s,结果保留三位有效数字。(1)图甲中电极a为光电管的_(选填“阴极”或“阳极”);(2)实验中测得铷的遏止电压uc与入射光频率之间的关系如图乙所示,则铷的截止频率c=_hz,逸出功w0=_j;(3)如果实验中入射光的频率=7.00×

13、1014hz,则产生的光电子的最大初动能ek=_j。【解析】(1)由光电管的结构知,a为阳极;(2)uc-图像中横轴的截距表示截止频率c,逸出功w0=hc;(3)由爱因斯坦的光电效应方程ek=h-w0,可求结果。答案:(1)阳极(2)5.15×1014(5.10×10145.20×1014均可)3.41×10-19(3.38×10-193.45×10-19均可)(3)1.23×10-19(1.19×10-191.26×10-19均可)5.(2013·开封高二检测)用波长为2.0×10-

14、7m的紫外线照射钨的表面,释放出来的光电子中最大的动能是4.7×10-19j。求钨的极限频率是多少?(普朗克常量h=6.63×10-34j·s,光速c=3.0×108m/s,结果取两位有效数字)【解析】由光电效应方程得hc=ekm+w0和w0=hc知c=7.9×1014hz。答案:7.9×1014hz6.(2012·江苏高考)a、b两种光子的能量之比为21,它们都能使某种金属发生光电效应,且所产生的光电子最大初动能分别为ea、eb。求a、b两种光子的动量之比和该金属的逸出功。【解析】光子能量=h,动量p=h,且=c得p=c,则papb=21a照射时,光电子的最大初动能ea=a-w