2024-2025学年高中物理第十七章波粒二象性第一二节能量量子化光的粒子性课时作业含解析新人教版选修3-5

PAGE6-第一、二节能量量子化光的粒子性请同学们仔细完成[练案5]基础夯实一、选择题(1～5题为单选题，6、7题为多选题)1．(2024·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。其他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．(2024·云南省云天化中学高二春季开学试题)关于对热辐射相识，下列说法中正确的是(B)A．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只汲取电磁波B．温度越高，物体辐射的电磁波越强C．辐射电磁波的状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；辐射电磁波的状况与物体的温度有关，与材料种类及表面状况也有关，C错误；常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色，D错误。3．(2024·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耀表中材料(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，光子的能量削减，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胜利地说明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确定的，与入射光频率无关，其大小W＝hν0，故A错误；依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；依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．在试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像，则下列说法正确的是(AD)A．T1>T2B．T1<T2C．随着温度的上升，黑体的辐射强度都有所降低D．随着温度的上升，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确定于物体的温度(T)、辐射波的波长、时间的长短和放射的面积，而黑体是指在任何温度下，全部汲取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。试验表明，随着温度的上升，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．(2024·山西省忻州市第一中学高二下学期期中)如图所示，是探讨光电效应的电路图，对于某金属用绿光照耀时，电流表指针发生偏转。则以下说法正确的是(AD)A．将滑动变阻器滑动片向右移动，电流表的示数不肯定增大B．假如改用紫光照耀该金属时，电流表无示数C．将K极换成逸出功小的金属板，仍用相同的绿光照耀时，电流表的示数肯定增大D．将电源的正负极调换，仍用相同的绿光照耀时，将滑动变阻器滑动片向右移动一些，电流表的读数可能不为零解析：滑动变阻器滑片向右移动，电压虽然增大，但若已达到饱和电流，则电流表的示数可能不变，故A正确；假如改用紫光照耀该金属时，因频率的增加，导致光电子最大初动能增加，则电流表肯定有示数，故B错误；将K极换成逸出功小的金属板，仍用相同的绿光照耀时，则光电子的最大初动能增加，但单位时间里通过金属表面的光子数没有变更，因而单位时间里从金属表面逸出的光电子也不变，饱和电流不会变更，则电流表的示数不肯定增大，故C错误；电源的正负极调换，仍用相同的绿光照耀时，将滑动变阻器滑片向右移一些，此时的电压可能小于反向截止电压，则电流表仍可能有示数，故D正确。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限制，温度凹凸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。怎样用热辐射来说明温度与颜色的关系？解析：黑体辐射与温度之间有着亲密的关系，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，大多数物体辐射不行见的红外光。但当物体被加热到500℃左右时，起先发出暗红色的可见光，随着温度的不断上升，辉光渐渐亮起来，而且波长较短的辐射越来越多，大约在1500℃时就会变成光明的白炽光。这说明同一物体在肯定温度下所辐射的能量，在不同光谱区域的分布是不匀称的，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，火焰颜色也随之而变更。实力提升一、选择题(1～4题为单选题，5题为多选题)1．(2024·北京101中学高二下学期期末)2024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)旁边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、雾霾治理等领域的探讨中发挥重要作用。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。据此推断，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养分关系构成食物链，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觉老鼠的。假设老鼠的体温约37℃，它发出的最强的热辐射的波长为λm。依据热辐射理论，λm与辐射源的肯定温度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。也可依据老鼠的体温不高，不能辐射可见光进行推断。3．(2024·福建省福州市八县(市)一中高二下学期期末联考)在光电效应试验中，某同学按如图a方式连接电路，利用该装置在不同试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．丙光照耀阴极时，极板的逸出功最小D．乙光的波长小于丙光的波长解析：依据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．(2024·安徽省安庆市桐城市高三模拟)从1907年起，密立根就起先测量金属的遏止电压UC(即图1所示的电路中电流表G的读数减小到零时加在电极K、A之间的反向电压)与入射光的频率υ，由此算出普朗克常量h，并与普朗克依据黑体辐射得出的h相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性。依据密立根的方法我们利用图示装置进行试验，得到了某金属的UC－υ图像如图2所示。下列说法正确的是(A)A．该金属的截止频率约为4.3×1014HzB．该金属的截止频率约为5.50×1014HzC．该图线的斜率为普朗克常量D．该图线的斜率为这种金属的逸出功解析：设金属的逸出功为W0，截止频率为vC，因此W0＝hυ；光电子的最大初动能Ek与遏止电压UC的关系是Ek＝eUC，光电效应方程为Ek＝hυ－W0；联立两式可得：UC＝eq\f(h,e)υ－eq\f(W0,e)，因此图像的斜率为eq\f(h,e)，CD错误；当UC＝0可得υ＝υC＝4.3×1014Hz，即金属的截止频率约为4.3×1014Hz，在误差允许范围内，可以认为A正确；B错误。5．用如图所示的装置探讨光电效应现象。当用光子能量为2.75eV的光照耀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，发觉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的光子照耀，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最大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＝Ek，Ek＝hν－W0，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．纳米技术现在已经广泛应用到社会生产、生活的各个方面。将激光束的宽度聚光到纳米级范围内，可以精确地修复人体损坏的器官。糖尿病引起视网膜病变是导致成年人失明的一个重要缘由，利用聚光到纳米级的激光束进行治疗，90%的患者都可以避开失明的严峻后果。一台功率为10W氩激光器，能发出波长λ＝500nm的激光，用它“点焊”视网膜，每次“点焊”须要2×10－3J的能量，则(1)每次“点焊”视网膜的时间是多少？(2)在这段时间内发出的激光光子的数量是多