2020高中物理 第17章 波粒二象性 第1、2节 能量量子化 光的粒子性练习（含解析）-5

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精PAGE13-学必求其心得，业必贵于专精能量量子化光的粒子性基础夯实一、选择题(1～5题为单选题,6、7题为多选题)1．（2019·北京市昌平区高二下学期期末）以下宏观概念中，属于“量子化”的是(D)A．物体的长度 B．物体所受的重力C．物体的动能 D．人的个数解析：人数的数值只能取正整数，不能取分数或小数，因而是不连续的,是量子化的。其它三个物理量的数值都可以取小数或分数，甚至取无理数也可以，因而是连续的，非量子化的。故只有D正确.2．近年来军事行动中，士兵都配带“红外夜视仪”，在夜间也能清楚地看清目标，主要是因为（B)A．“红外夜视仪”发射出强大的红外线，照射被视物体B．一切物体均在不停地辐射红外线C．一切高温物体均在不停地辐射红外线D．“红外夜视仪”发射出X射线，被照射物体受到激发而发出红外线解析：一切物体都在不停地向外辐射红外线，不同物体辐射出来的红外线不同，采用“红外夜视仪”可以清楚地分辨出物体的形状、大小和位置，不受白天和夜晚的影响，即可确认出目标从而采取有效的行动。故只有B项正确。3．(2019·黑龙江省哈尔滨六中高二下学期期中）某光源发出的光由不同波长的光组成，不同波长的光的强度如图所示。表中给出了一些材料的极限波长,用该光源发出的光照射表中材料(D）材料钠铜铂极限波长(nm)541268196A．仅钠能产生光电子 B．仅钠、铜能产生光电子C．仅铜、铂能产生光电子 D．都能产生光电子解析：由题图可知，该光源发出的光的波长大约在25nm到440nm之间,而三种材料中，极限波长最小的铂的极限波长是196nm，大于25nm，所以该光源能使三种材料都产生光电效应.故选D.4．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,则这个散射光子跟原来的光子相比（D)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hν的一部分传递给了电子，光子的能量减少，波长变长，频率减小,D选项正确。5．爱因斯坦提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年的诺贝尔物理学奖.某种金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率ν的关系如图所示,其中ν0为极限频率.从图中可以确定的是（D）A．逸出功与ν有关B．Ekm与入射光强度成正比C．ν＜ν0时，会逸出光电子D．图中直线的斜率与普朗克常量有关解析:金属的逸出功是由金属自身决定的，与入射光频率无关,其大小W＝hν0,故A错误；根据爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W，可知光电子的最大初动能Ekm与入射光的强度无关,但入射光越强,光电流越大，只要入射光的频率不变，则光电子的最大初动能不变，故B错误；要有光电子逸出，则光电子的最大初动能Ekm＞0，即只有入射光的频率大于金属的极限频率即ν＞ν0时才会有光电子逸出。故C错误；根据爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W，可知eq\f（ΔEkm，Δν）＝h,故D正确.6．在实验室或工厂的高温炉子上开一个小孔，小孔可看做黑体,由小孔的热辐射特征，就可以确定炉内的温度，如图所示,这是黑体的辐射强度与其辐射光波波长的关系图象，则下列说法正确的是（AD）A．T1>T2B．T1<T2C．随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低D．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动解析：一般材料的物体辐射能的多少决定于物体的温度（T）、辐射波的波长、时间的长短和发射的面积,而黑体是指在任何温度下，全部吸收任何波长的辐射的物体，黑体辐射的强度按波长的分布只与温度有关.实验表明，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。从题图中可看出,λ1<λ2，则T1〉T2。本题正确选项为A、D。7．(2018·宁波诺丁汉大学附属中学高二下学期期中)如图所示，两平行金属板A、B板间电压恒为U,一束波长为λ的入射光射到金属板B上，使B板发生了光电效应，已知该金属板的逸出功为W，电子的质量为m，电荷量为e，已知普朗克常量为h,真空中光速为c，下列说法中正确的是(ABD）A．入射光子的能量为heq\f（c,λ）B．到达A板的光电子的最大动能为heq\f(c,λ）－W＋eUC．若增大两板间电压，B板没有光电子逸出D．若减小入射光的波长一定会有光电子逸出解析:根据E＝hν,而ν＝eq\f（c，λ)，则光子的能量为heq\f（c，λ)，故A正确;光电子的逸出最大动能Ekm＝heq\f(c,λ）－W，根据动能定理,Ekm′－Ekm＝eU，则到达A板的光电子的最大动能为heq\f（c,λ）－W＋eU，故B正确;若减小入射光的波长,那么频率增大,一定会有光电子逸出，故D正确；金属板的逸出功与极限频率有关，与板间电压无关，故C错误。二、非选择题8．有一个成语叫做“炉火纯青”，原意说的是道士炼丹时候的温度控制，温度高低主要是靠看火焰的颜色，温度低的时候,是偏红的，温度最高的时候，才呈现青色，所以炉火纯青表示温度已经足够高了。怎样用热辐射来解释温度与颜色的关系？解析：黑体辐射与温度之间有着密切的关系，热辐射的光谱是连续光谱，辐射光谱的性质与温度有关，在室温下,大多数物体辐射不可见的红外光.但当物体被加热到500℃左右时，开始发出暗红色的可见光，随着温度的不断上升，辉光逐渐亮起来，而且波长较短的辐射越来越多,大约在1500℃时就会变成明亮的白炽光。这说明同一物体在一定温度下所辐射的能量，在不同光谱区域的分布是不均匀的，而且温度越高，光谱中与能量最大的辐射相对应的频率也越高。因此,火焰颜色也随之而改变。能力提升一、选择题(1～3题为单选题，4、5题为多选题）1．(2019·北京101中学高二下学期期末）2017年年初,我国研制的“大连光源”—-极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100nm(1nm＝10－9m）附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲.大连光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子,但又不会把分子打碎。据此判断,能够电离一个分子的能量约为（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:一个处于极紫外波段的光子的能量约为E＝eq\f(hc,λ)＝2×10－18J，由题意可知,光子的能量应比电离一个分子的能量稍大，因此数量级应相同，故选B。2．在自然界生态系统中，蛇与老鼠和其他生物通过营养关系构成食物链，在维持生态平衡方面发挥重要的作用。蛇是老鼠的天敌，它是通过接收热辐射来发现老鼠的。假设老鼠的体温约37℃，它发出的最强的热辐射的波长为λm。根据热辐射理论，λm与辐射源的绝对温度T的关系近似为Tλm＝2。90×10－3m·K。（1)老鼠发出最强的热辐射的波长为(B）A．7。8×10－5m B．9.4×10－6mC．1。16×10－4m D．9.7×10－8m(2）老鼠发生的最强的热辐射属于(C)A．可见光波段 B．紫外波段C．红外波段 D．X射线波段解析：（1)老鼠的体温T＝(273＋37）K＝310K由题设条件λm与T的近似关系式: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正确。(2）可见光的波长范围4。0×10－7～7.0×10－7m，λm大于此范围，所以属于红外线，C正确。也可根据老鼠的体温不高，不能辐射可见光进行判断。3．(2019·福建省福州市八县（市）一中高二下学期期末联考）在光电效应实验中，某同学按如图a方式连接电路，利用该装置在不同实验条件下得到了三条光电流与A、K两极之间电压UAK的关系曲线(甲光、乙光、丙光）如图b所示,则下列说法正确的是(B)A．甲、乙两光的光照强度相同B．甲、乙两光的频率相同C．丙光照射阴极时,极板的逸出功最小D．乙光的波长小于丙光的波长解析：根据eUc＝Ek＝hν－W0,入射光的频率越高,对应的遏止电压Uc越大。甲光、乙光的遏止电压相等,所以甲光、乙光的频率相等，故B正确；甲光、乙光的频率相等，由图可知,甲光饱和光电流大于乙光,因此甲光的光强大于乙光的光强，故A错误;极板的逸出功只与极板金属的材料有关,与入射光无关，选项C错误；丙光的遏止电压大于乙光的遏止电压，所以丙光的频率大于乙光的频率，则乙光的波长大于丙光的波长,故D错误。4．如图所示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，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，由图可知（AC）A．该金属的极限频率为4.3×1014HzB．该金属的极限频率为5。5×1014HzC．该图线的斜率表示普朗克常量D．该金属的逸出功为0.5eV解析：由光电效应方程Ekm＝hν－W知图线与横轴交点为金属的极限频率,即ν0＝4。3×1014Hz，A正确，B错误；该图线的斜率为普朗克常量,C正确;金属的逸出功W＝hν0＝6.63×10－34×4。3×1014/1.6×10－19eV≈1.8eV,D错误.5．用如图所示的装置研究光电效应现象。当用光子能量为2。75eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，电流表G的示数不为零；移动变阻器的触头c，发现当电压表的示数大于或等于1。7V时，电流表示数为0，则下列说法正确的是（BD）A．光电子的最大初动能始终为1.05eVB．光电管阴极的逸出功为1。05eVC．当滑动触头向a端滑动时，反向电压增大，电流增大D．改用能量为2。5eV的光子照射，移动变阻器的触头c,电流表G中也可能有电流解析:由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，同种金属的逸出功相同，所以光电子逸出后的初动能取决于获得的能量，A错误；当电压表示数大于或等于1。7V时，电流表无示数，说明遏止电压为1.7V，由eU＝eq\f（1，2)mv2，可求得光电管的逸出功为1.05eV，B正确；若光的频率不变，反向电压大于遏止电压后电路中就不再有电流，C错误；当入射光频率超过截止频率,且反向电压小于遏止电压，电路中就会有电流，D正确.二、非选择题6．(2019·北京市昌平区高二下学期期末)对于同一物理问题，常常可以从宏观与微观两个不同角度进行研究,找出其内在联系，从而更加深刻地理解其物理本质。光电效应和康普顿效应深入地揭示了光的粒子性的一面。前者表明光子具有能量，后者表明光子除了具有能量之外还具有动量.我们知道光子的能量E＝hν，动量p＝eq\f(h,λ)，其中ν为光的频率，h为普朗克常量，λ为光的波长.由于光子具有动量，当光照射到物体表面时,会对物体表面产生持续均匀的压力，这种压力会对物体表面产生压强，这就是“光压"，用I表示。一台发光功率为P0的激光器发出一束频率为ν0的激光，光束的横截面积为S.当该激光束垂直照射到某物体表面时，假设光全部被吸收(即光子的末动量变为0).求：（1)该激光器在单位时间