高中物理 第十七章 第1.2节能量量子化 光的粒子性课下作业综合提升 新人教版选修3-5

【创新方案】高中物理第十七章第1.2节能量量子化光的粒子性课下作业综合提升新人教版选修3-51．关于对热辐射的认识，下列说法中正确的是()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，与材料种类及表面状况无关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．如图1所示，一验电器与锌板用导线相连，用紫外线光源照射锌板时，验电器指针发生了偏转，下列判断正确的是()A．此时锌板带正电B．紫外线越强，验电器的指针偏角越大 图1C．改用红外线照射锌板，验电器的指针一定会偏转D．将一不带电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角会减小解析：用紫外线照射锌板，锌板发生了光电效应，即锌板有电子逸出，锌板带正电，A正确；紫外线越强，即单位时间打在锌板上的光子越多，逸出的电子越多，锌板所带的电荷量越多，验电器的指针偏角越大，B正确；由于红外线的频率比紫外线的频率小，因此不一定能发生光电效应，验电器指针不一定会发生偏转，C错误；将一不带电的金属小球与锌板接触，锌板将部分电荷转移给金属小球，验电器指针的偏角将减小，D正确。答案：ABD3．光子有能量，也有动量，动量p＝eq\f(h,λ)，它也遵守有关动量的规律。如图2所示，真空中，有“∞”字形装置可绕通过横杆中点的竖直轴OO′在水平面内灵活地转动，其中左边是圆形黑纸片(吸收光子)，右边是和左边大小、质量相同的圆形白纸片(反射光子)。当用 图2平行白光垂直照射这两个圆面时，关于装置开始时转动情况(俯视)的下列说法中正确的是()A．顺时针方向转动 B．逆时针方向转动C．都有可能 D．不会转动解析：根据动量定理Ft＝mvt－mv0，由光子的动量变化可知黑纸片和光子之间的作用力小于白纸片和光子之间的作用力，所以装置开始时逆时针方向转动，B选项正确。答案：B4．分别用波长为λ和eq\f(2,3)λ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.eq\f(hc,2λ) B.eq\f(3hc,2λ)C.eq\f(3hc,4λ) D.eq\f(4hc,5λ)解析：由光电效应方程得Ek1＝heq\f(c,λ)－W0 ①Ek2＝heq\f(c,\f(2,3)λ)－W0 ②又Ek2＝2Ek1 ③联立①②③得W0＝eq\f(hc,2λ)，故选A。答案：A5．在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图3所示。则可判断出()A．甲光的频率大于乙光的频率B．乙光的波长大于丙光的波长C．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率 图D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能解析：由题图可知，丙光的最大电流小于甲光和乙光，说明逸出的电子数目最少，即丙光的强度最小。由题图说明丙光对应的光电子的初动能最大，即丙光的频率最高(波长最小)，B项正确，D项错误；甲光和乙光的频率相同，A项错误。由于是同一光电管，所以乙光、丙光截止频率是一样的，C项错误。答案：B6．(·新课标全国卷)在光电效应实验中，某金属的截止频率相应的波长为λ0，该金属的逸出功为________。若用波长为λ(λ<λ0)的单色光做该实验，则其遏止电压为________。已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h。解析：设金属的截止频率为ν0，则该金属的逸出功W0＝hν0＝heq\f(c,λ0)；对光电子，由动能定理得eU0＝heq\f(c,λ)－W0，解得U0＝eq\f(hc,e)·eq\f(λ0－λ,λλ0)。答案：eq\f(hc,λ0)eq\f(hc,e)·eq\f(λ0－λ,λ0λ)7．光本身是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν，这些能量子被称为光子。频率为ν的光子的动量为eq\f(hν,c)(c为真空中的光速)，假定在单位时间内垂直射到平面镜单位面积上的光子数为N，并且这些光子全部被平面镜反射，则光子对平面镜发生的压强为________。解析：设平面镜对光子的作用力为F，以光子被反射后的方向为正方向，则由动量定理可得：Nteq\f(hν,c)－(－Nteq\f(hν,c))＝Ft，故在时间t内，F＝eq\f(2Nhν,c)(此力为作用在单位面积上的力)，根据牛顿第三定律，光子对平面镜的作用力大小F′＝F＝eq\f(2Nhν,c)，由压强公式p＝eq\f(F′,S)＝eq\f(\f(2Nhν,c),1)＝eq\f(2Nhν,c)。答案：eq\f(2Nhν,c)8．深沉的夜色中，在大海上航行的船舶依靠航标灯指引航道，如图4所示是一个航标灯自动控制电路的示意图。电路中的光电管阴极K涂有可发生光电效应的金属。下表反映的是各种金属发生光电效应的极限频率和极限波长，又知可见光的波长在400～770nm(1nm＝10－9m图4各种金属发生光电效应的极限频率和极限波长：金属铯钠锌银铂极限频率(Hz)4.545×10146.000×10148.065×10141.153×10151.529×1015极限波长(μm)0.66000.50000.37200.26000.1962根据上图和所给出的数据，你认为：(1)光电管阴极K上应涂有金属________；(2)控制电路中的开关S应和________(填“a”和“b”)接触；(3)工人在锻压机、冲床、钻床等机器上劳动时，稍有不慎就会把手压在里面，造成工伤事故。如果将上述控制电路中的电灯换成驱动这些机器工作的电机，这时电路中开关S应和________接触，这样，当工人不慎将手伸入危险区域时，由于遮住了光线，光控继电器衔铁立即动作，使机床停止工作，避免事故发生。解析：(1)依题意知，可见光的波长范围为400×10－9～770×10－9m。而金属铯的波长为λ＝0.6600×10－6m＝660nm，钠的波长为λ1＝0.5000×10－6m＝500nm，因此，光电管阴极K(2)深沉的夜色中，线圈中无电流，衔铁与b接触，船舶依靠航标灯指引航道，所以控制电路中的开关S应和b接触。(3)若将上述控制电路中的电灯换成电机，在手遮住光线之前，电机应是正常工作的，此时衔铁与a接触，所以电路中的开关S应和a接触。答案：(1)铯或钠(2)b(3)a9．如图5所示，阴极K用极限波长是λ0＝0.66μm的金属铯制成，用波长λ＝0.50μm的绿光照射阴极K，调整两个极板电压。当A极电压比阴极高出2.5V时，光电流达到饱和，电流表G的示数为0.64μA。求： 图5(1)每秒钟内阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极K时的最大初动能；(2)若把入射到阴极的绿光的光强增大到原来的二倍，求每秒钟阴极发射的光电子数和光电子到达A极的最大动能；(3)G中电流为零的条件即遏止电压UAK。解析：(1)光电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部到达阳极A，所以阴极每秒钟发射的光电子的个数n＝eq\f(Im,e)＝eq\f(0.64×10－6,1.6×10－19)个＝4.0×1012个。根据光电效应方程：Ek＝hν－W0，W0＝eq\f(hc,λ0)，代入可求得Ek＝9.6×10－20J。(2)若入射光的频率不变，光的强度加倍，则阴极每秒发射的光电子数也加倍，即n′＝2n＝8.0×1012个。根据Ek＝hν－W0可知，光电子的最大初动能不变，由于A、K之间电势差是2.5V，所以电子到达A极时的最大动能为：E