高考物理总复习 第十五章 第3讲 光的粒子性精练（含解析）-人教版高三物理试题

第3讲光的粒子性A组基础巩固1.(2018丰台一模)光照在某金属表面上发生了光电效应。若只减弱光的强度,而保持频率不变,则()A.有可能不发生光电效应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将减少D.从光照射到金属表面到有光电子逸出的时间明显增加答案C光的强度即单位时间内发出的光子总能量:P=Nhν,N为单位时间内发出的光子总个数。减小光强,即减小N,但光的频率ν不变,因此仍能发生光电效应,A项错。由光电效应方程:Ek=hν-W0知,光电子的最大初动能Ek不变,B项错。电子吸收入射光子能量从而飞出原子表面时间极短,约为10-9s,不受光强影响,D项错。因为入射光子数减少,所以有更少的电子吸收入射光子能量而逸出,C项正确。2.(2018石景山一模)关于光子和光电子,下列说法中正确的是()A.光子就是光电子B.光电子是光电效应中吸收光子后飞离金属表面的电子C.真空中光子和光电子的速度都是光速cD.光电子和光子都带负电荷答案B光子是一份能量,光电子是光电效应中产生的电子,两者完全不同,A错误,B正确;真空中的光子速度是光速c,光电子的速度大小与入射光的频率和金属材料的逸出功有关,C错误;光子不带电,D错误。3.(2018朝阳二模)1900年,普朗克在研究黑体辐射时,认为其辐射的能量是不连续的,而是一份一份的,由此引入了一个常量h(普朗克常量),普朗克常量的引入开创了量子论。物理学家金斯曾说过这样一句话:“虽然h的数值很小,但是我们应当承认,它是关系到保证宇宙存在的。如果说h严格等于0,那么宇宙的物质,宇宙的物质能量,将在十亿万分之一秒的时间内全部变为辐射。”关于h的单位,用国际单位制中的基本单位表示,正确的是()A.J·s B.J/sC.kg·m2/s D.kg·m2·s3答案C由Ek=hν,可知h=Ekν,又Ek=12mv2,则可知h的单位为:1JHz=1J·s=1kg·ms2·s=1kg·m24.(2018海淀一模)用图甲所示的电路研究光电效应中电子发射的情况与照射光的强弱、光的频率等物理量间的关系。电流计G测得的光电流I随光电管两端电压U的变化如图乙所示,则()A.通过电流计G的电流方向由d到cB.电压U增大,光电流I一定增大C.用同频率的光照射K极,光电子的最大初动能与光的强弱无关D.光电管两端电压U为零时一定不发生光电效应答案C光电子从K极逸出向A极运动,所以通过电流计G的电流方向由c→d,A错误。由乙图可知U增大到某一数值后,I不再变大,B错误。由光电效应方程及遏止电压可知,hν=W+eUc,同频率的光遏止电压Uc相同,光电子最大初动能相同,C正确。由图乙可知U=0时,I≠0,光电效应照样发生,D错误。5.(2018房山二模)用电子做双缝干涉实验,下面三幅图分别为100个、3000个、7000个左右的电子通过双缝后,在胶片上出现的干涉图样。该实验表明()A.电子具有波动性,不具有粒子性B.电子具有粒子性,不具有波动性C.电子既有波动性,又有粒子性D.电子到达胶片上不同位置的概率相同答案C这个实验说明,电子到达胶片上不同位置的概率不同,个别电子呈现出粒子性,大量的电子呈现出波动性,所以电子既有波动性,又有粒子性。6.分别用波长为λ和23λ的单色光照射同一金属板,发出的光电子的最大初动能之比为1∶2,以h表示普朗克常量,c表示真空中的光速,则此金属板的逸出功为(A.hc2λ B.3h答案A根据光电效应方程得Ek1=hcλ-WEk2=hc23又Ek2=2Ek1联立解得W0=hc27.(2018西城一模)2016年9月25日,被誉为“中国天眼”的世界最大单口径射电望远镜(简称FAST)在贵州省平塘县落成启用,开始接收来自宇宙深处的电磁波。中国天眼的存在,使得深空通讯能力延伸至太阳系外缘行星,对探索宇宙的起源和地外文明具有重要意义。如果为天眼配备一部发射功率为百万瓦级(106W)的发射机,其发射的无线电波波长为126厘米。那么该发射机每秒钟发射的光子数量的数量级约为(取真空光速c=3×108m/s,普朗克常量h=6.6×10-34J∙s)(A.1023 B.1027 C.1031 D.1035答案C设每秒发射的光子数为n,发射机每秒发射的总能量为:Pt=nhcλ,将题中数据代入得:n=6.36×1030,数量级更接近选项C8.人眼对绿光最为敏感,正常人的眼睛接收到波长为530nm的绿光时,只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔,眼睛就能察觉。普朗克常量为3.63×10-34J·s,光速为3.0×108m/s,则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是()A.2.3×10-18W B.3.8×10-19WC.7.0×10-10W D.1.2×10-18W答案A因每秒有6个绿光的光子射入瞳孔,所以察觉到绿光所接收的最小功率P=Et,式中E=6ε,又ε=hν=hcλ,可解得P=6×6.63×19.如图所示,当开关S断开时,用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极K,发现电流表读数不为零。合上开关,调节滑动变阻器,发现当电压表读数小于0.60V时,电流表读数仍不为零;当电压表读数大于或等于0.60V时,电流表读数为零。求:(1)此时光电子的最大初动能的大小;(2)该阴极材料的逸出功。答案(1)0.6eV(2)1.9eV解析(1)由题意可知,遏止电压为0.60V,由动能定理得光电子的最大初动能Ek=eU=0.6eV。(2)由光电效应方程Ek=hν-W0得该阴极材料的逸出功W0=hν-Ek=2.5eV-0.6eV=1.9eV。B组综合提能1.(2017顺义二模)二氧化碳对波长较长的电磁辐射(如红外线)有较强的吸收作用,而对波长较短的电磁辐射(如可见光)的吸收作用较弱。阳光中多种波长的电磁辐射透过大气照到地球表面,使地面升温,而地面的热辐射是波长较长的电磁辐射,它不容易透过大气中的二氧化碳,于是大气温度上升。大气中二氧化碳的作用像暖房的玻璃一样:太阳的热辐射容易进来,地面的热辐射却不易出去。这种效应叫“温室效应”。二氧化碳是一种重要的“温室气体”。温室效应使得大气的温度不致太低,昼夜温差不致太大,各种生物能够繁衍生息。然而,近年来由于人类的活动,大气中的二氧化碳增加,温室效应加剧,这是全球变暖的重要原因。根据上述观点及你所掌握的其他信息,判断下列说法正确的是()A.红外线具有明显的热效应是因为其光子能量大于可见光的光子能量B.温室效应是指二氧化碳对可见光吸收较弱,大量的可见光照射到地面,导致地球温度升高C.在地球形成的早期,火山活动频繁,排出大量的二氧化碳,温室效应显著,当时地球的气温很高D.由于现代工业大量燃烧煤炭、石油等燃料,燃烧过程放出大量的热,导致地球温度升高,气候变暖答案C光子能量E=hν=hcλ,红外线的波长比可见光的长,光子能量小,A项错。B项对温室效应的原因解释不完整。现代工业大量燃烧煤炭、石油等燃料,产生大量二氧化碳,使温室效应加剧,D2.(2017海淀一模)如图所示,两束单色光a、b同时从空气中斜射入平行玻璃砖的上表面,进入玻璃砖中形成复合光束c,则下列说法中正确的是()A.若用a光照射某金属的表面能发生光电效应,则用b光照射也能发生B.在相同条件下进行双缝干涉实验,a光的干涉条纹间距较小C.在玻璃砖中a光的速度较小D.从水中射向空气发生全反射时,a光的临界角较小答案A由图可知na<nb,则由色散规律知νa<νb,A正确。由c=λν可知,λa>λb,由条纹间距公式Δx=Ldλ,可知在相同条件下进行双缝干涉实验时,a光的干涉条纹间距较大,B错。又n=cv,则va>vb,C错。由n=1sinC知,Ca>3.(2017海淀一模)实验表明:光子与速度不太大的电子碰撞发生散射时,光的波长会变长或者不变,这种现象叫康普顿散射,该过程遵循能量守恒定律和动量守恒定律。如果电子具有足够大的初速度,以至于在散射过程中有能量从电子转移到光子,则该散射被称为逆康普顿散射,这一现象已被实验证实。关于上述逆康普顿散射,下列说法中正确的是()A.该过程不遵循能量守恒定律B.该过程不遵循动量守恒定律C.散射光中存在波长变长的成分D.散射光中存在频率变大的成分答案D光子获得能量,由E光=hν可知,散射光中存在频率变大的成分,即波长变短的成分。该过程仍遵循动量守恒定律和能量守恒定律。4.(多选)物理学家做了一个有趣的实验:在双缝干涉实验中,在光屏处放上照相底片,若减弱光的强度,使光子只能一个一个地通过狭缝,实验结果表明,如果曝光时间不太长,底片上只出现一些不规则的点;如果曝光时间足够长,底片上就出现了规则的干涉条纹,对这个实验结果下列认识正确的是()A.曝光时间不长时,光子的能量太小,底片上的条纹看不清楚,故出现不规则的点B.单个光子的运动表现出波动性C.干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方D.只有大量光子的行为才能表现出波动性答案CD光是一种概率波,对于一个光子通过单缝落在何处,是不确定的,但概率最大的是中央亮纹处,可达95%以上,还可能落到暗纹处,不过落在暗纹处的概率最小(注意暗纹处并非无光子到达),故C、D选项正确。5.一个手电筒在3V的电压下,通过0.25A的电流,灯泡所发出的光会聚后形成一个面积为10cm2的平行光束。如果灯泡所消耗的能量中有1%转化为波长6000A°的可见光,求(1)沿光传播方向上长1m的光束内有多少光子;(2)在光束垂直照射的物体表面上,平均每秒钟每平方厘米的表面上接收到多少光子。答案(1)7.54×107个(2)2.26×1015个解析根据光子说,手电筒发光的能量是由光子组成的,λ=6×10-7m,S=10-3m2(1)P=IU,E=hcλ,每秒钟发出的光子数n=P设长1m的光柱中光子个数为x,则xn=Lc(其中c为3×10x=Lcn=LIUλ100hc2(2)n'为每秒钟每平方厘米的表面上接收的光子数由nSc=n'S'所以n'=S'Sn=S'P×1%SE=6.光具有波粒二象性,光子的能量E=hν,其中频率ν表征波的特征。在爱因斯坦提出光子说之后,法国物理学家德布罗意提出了光子动量p与光波波长λ的关系λ=hp。若某激光管以