2024-2025学年高中物理第十七章波粒二象性12能量量子化光的粒子性课后作业含解析新人教版选修3-5

PAGEPAGE5能量量子化光的粒子性时间：45分钟一、选择题(1～7题为单选，8～10题为多选)1．对黑体辐射电磁波的波长分布的影响因素是(A)A．温度 B．材料C．表面状况 D．以上都正确解析：影响黑体辐射电磁波的波长分布的因素是温度，故选项A正确．2．在演示光电效应的试验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照耀锌板时，验电器的指针张开了一个角度，如图所示，这时(B)A．锌板带正电，指针带负电 B．锌板带正电，指针带正电C．锌板带负电，指针带负电 D．锌板带负电，指针带正电解析：弧光灯发出的紫外线照耀锌板，发生光电效应，有电子从锌板飞出，锌板由于失去电子而带正电，验电器与锌板相连接，也带正电，故B选项正确．3.如图所示为一光电管电路，滑动变阻器滑动触头P位于AB上某点，用光照耀光电管阴极，电表无偏转，要使电表指针偏转，可实行的措施有(B)A．加大照耀光强度B．换用波长短的光照耀C．将P向B滑动D．将电源正负极对调解析：由光电管电路图可知阴极K电势低，阳极A电势高，假如K极有电子飞出，则它受到的电场力必向左，即将向左加速，然而现在G中电表指针无偏转，说明没有发生光电效应，这仅能说明照耀光频率太低，这与光强和外加电压的大小及方向均无关．可见要使指针发生偏转需增大照耀光频率，即缩短照耀光的波长．4．用光照耀某种金属，有光电子从金属表面逸出，假如光的频率不变，而减弱光的强度，则(A)A．逸出的光电子数削减，光电子的最大初动能不变B．逸出的光电子数削减，光电子的最大初动能减小C．逸出的光电子数不变，光电子的最大初动能减小D．光的强度减弱到某一数值，就没有光电子逸出了解析：光的频率不变，表示光子能量不变，仍会有光电子从该金属表面逸出，逸出的光电子的最大初动能也不变；若再减弱光的强度，逸出的光电子数就会削减．综上可知，A正确．5．康普顿效应证明了光子不仅具有能量，也有动量．如图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(C)A．可能沿1方向，且波长变短B．可能沿2方向，且波长变短C．可能沿1方向，且波长变长D．可能沿3方向，且波长变长解析：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前的方向一样，可见碰后光子的方向可能沿1方向，不行能沿2或3方向；通过碰撞，光子将一部分动量转移给电子，光子的动量减小，由p＝eq\f(h,λ)知，波长变长．6．某种单色光的频率为ν，用它照耀某种金属时，在逸出的光电子中动能最大值为Ek，则这种金属的逸出功和极限频率分别是(A)A．hν－Ek，ν－eq\f(Ek,h) B．Ek－hν，ν＋eq\f(Ek,h)C．hν＋Ek，ν－eq\f(h,Ek) D．Ek＋hν，ν＋eq\f(h,Ek)解析：依据光电效应方程得，W0＝hν－Ek.依据W0＝hνc知极限频率νc＝eq\f(W0,h)＝ν－eq\f(Ek,h).7.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．如图所示，真空中，有“∞”形装置可绕通过横杆中点的竖直轴OO′在水平面内敏捷地转动，其中左边是圆形黑纸片(汲取光子)，右边是和左边大小、质量相同的圆形白纸片(反射光子)．当用平行白光垂直照耀这两个圆面时，关于装置起先时的转动状况(俯视)，下列说法中正确的是(B)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：依据动量定理Ft＝mvt－mv0，由光子的动量改变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，所以装置起先时逆时针方向转动，B选项正确．8．对光电效应的理解正确的是(BD)A．金属钠的每个电子可以汲取一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属B．假如入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大D．由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应，入射光的最低频率也不同解析：依据爱因斯坦的光子说，光子的能量由光的频率确定，与光强无关，入射光的频率越大，发生光电效应时产生的光电子的最大初动能越大；但要使电子离开金属，电子必需具有足够的动能，而电子增加的动能只能来源于照耀光的光子能量，且一个电子只能汲取一个光子，不能同时汲取多个光子，所以光子的能量小于某一数值时便不能产生光电效应现象；电子从金属逸出时只有从金属表面对外逸出的电子克服原子核的引力所做的功最小．综上所述，选项B、D正确．9．一激光器发光功率为P，发出的激光在折射率为n的介质中波长为λ，若在真空中的速度为c，普朗克常量为h，则下列说法中正确的是(AC)A．该光在真空中的波长为nλB．该光的频率为eq\f(c,λ)C．该激光器在时间t内辐射光子数为eq\f(Ptnλ,hc)D．该激光器在时间t内辐射光子数为eq\f(Ptn,hc)解析：由n＝eq\f(c,v)知在介质中速度v＝eq\f(c,n).在真空中波长为λ真＝eq\f(c,ν)＝eq\f(nv,ν)＝nλ，故A正确；频率ν＝eq\f(v,λ)＝eq\f(c,nλ)，故B错误；在时间t内辐射能量E＝Pt，每个能量子ε＝hν＝heq\f(c,λn)，故在时间t内辐射的能量子数为eq\f(E,ε)＝eq\f(Ptnλ,hc)，故C正确，D错误．10.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，则以下推断正确的是(BC)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λ＝0.5μm的光照耀光电管时，电路中有光电流产生D．光照耀时间越长，电路中的光电流越大解析：在光电管中若发生了光电效应，单位时间内放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放射光电子的数目有关．据此可推断A、D错误，B正确；波长λ＝0.5μm的光子的频率ν＝eq\f(c,λ)＝eq\f(3×108,0.5×10－6)Hz＝6×1014Hz>4.5×1014Hz，可发生光电效应．所以选项C正确．二、非选择题11.如图所示，阴极K是用极限波长λ0＝0.66μm的金属铯制成的，用波长λ＝0.50μm的绿光照耀阴极K，调整两个极板电压，当A板电压比阴极高出2.5V时，光电流达到饱和，电流表示数为0.64μA，求：(1)每秒钟阴极放射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能；(2)假如把照耀阴极的绿光的光强增大为原来的2倍，每秒钟阴极放射的光电子数和光电子飞出阴极的最大初动能．答案：(1)4.0×1012个9.64×10－20J(2)8.0×1012个9.64×10－20J解析：饱和电流的值I与每秒内阴极放射的电子数的关系是I＝ne.电子从阴极K飞出的最大初动能Ek＝hν－W0.电子从阴极K飞向阳极A时，还会被电场加速，使其动能进一步增大．(1)当阴极放射的光电子全部达到阳极A时，光电流达到饱和，由电流可知每秒到达阳极的电子数，即每秒放射的电子数n＝eq\f(Im,e)＝eq\f(0.64×10－6,1.6×10－19)＝4.0×1012个．依据爱因斯坦光电方程，光电子的最大初动能为Ek＝hν－W0＝heq\f(c,λ)－heq\f(c,λ0)＝6.63×10－34×3×108×(eq\f(1,0.50×10－6)－eq\f(1,0.66×10－6))J≈9.64×10－20J.(2)假如照耀光的频率不变，光强加倍，依据光电效应试验规律，阴极每秒放射的光电子数为n′＝2n＝8.0×1012个．光电子的最大初动能仍旧是Ek＝9.64×10－20J.12．某广播电台放射功率为10kW、在空气中波长为187.5m的电磁波，则：(1)该电台每秒钟从天线放射多少个光子？(2)若放射的能量子四面八方视为匀称的，试求在离天线2.5km处直径为2m的环状天线每秒钟接收的光子个数以及接收功率．答案：(1)1031个(2)4×1023个4×10－4W解析：(1)每个能量子的能量ε＝hν＝heq\f(c,λ)＝eq\f(6.63×10－34×3×108,187.5)J≈1.06×10－27J，则每秒钟电台放射上述波长的光子数N＝eq\f(P·t,ε)＝eq\f(104×