2019-2020年高中物理 17.1-17.2能量量子化 光的粒子性课时训练（含解析）新人教版选修3-5.doc

2019-2020年高中物理 17.1-17.2能量量子化 光的粒子性课时训练（含解析）新人教版选修3-5一、选择题1.(xx宁波高二检测)对黑体辐射电磁波的波长分布的影响因素是()A.温度 B.材料C.表面状况 D.以上都正确【解析】选A。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。【补偿训练】能正确解释黑体辐射实验规律的是()A.能量的连续经典理论B.普朗克提出的能量量子化理论C.以上两种理论体系任何一种都能解释D.牛顿提出的能量微粒说【解析】选B。根据黑体辐射的实验规律,随着温度的升高,一方面各种波长的辐射强度都有增加;另一方面,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,只能用普朗克提出的能量量子化理论才能得到较满意的解释,故B正确。2.关于光电效应,下列几种表述正确的是()A.金属的极限频率与入射光的频率成正比B.光电流的强度与入射光的强度无关C.用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的最大初动能要大D.对于任何一种金属都存在一个“最大波长”,入射光的波长必须小于这个波长,才能产生光电效应【解析】选D。金属的极限频率由该金属决定,与入射光的频率无关,光电流的大小随入射光强度增大而增大,选项A、B错误;不可见光包括能量比可见光大的紫外线、X射线、射线,也包括能量比可见光小的红外线、无线电波,选项C错误;任何一种金属都存在一个“最大波长”,入射光波长小于这个波长,才能产生光电效应,故正确选项为D。【补偿训练】(多选)用紫光照射某金属恰可发生光电效应,现改用较弱的太阳光照射该金属,则()A.可能不发生光电效应B.逸出光电子的时间明显变长C.逸出光电子的最大初动能不变D.单位时间逸出光电子的数目变少【解析】选C、D。由于太阳光含有紫光,所以照射金属时发生光电效应且逸出光电子的最大初动能不变,又因为光强变弱,所以单位时间逸出光电子的数目变少,C、D正确,A错误;产生光电效应的时间几乎是瞬时的,B错误。3.(多选)(xx南京高二检测)黑体辐射的实验规律如图所示,以下判断正确的是()A.在同一温度下,波长越短的电磁波辐射强度越大B.在同一温度下,辐射强度最大的电磁波波长不是最大的,也不是最小的,而是处在最大与最小波长之间C.温度越高,辐射强度的极大值就越大D.温度越高,辐射强度最大的电磁波的波长越短【解析】选B、C、D。根据题图中黑体辐射强度与波长的关系知选项B、C、D正确。【易错提醒】热辐射不一定需要高温,任何温度的物体都发出一定的热辐射,任何物体都在不停地向外辐射红外线,这就是一种热辐射,即使是冰块,也在向外辐射红外线,只是温度低时辐射弱,温度高时辐射强。4.光子有能量,也有动量,动量p=,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)。当用平行白光垂直照射这两个圆面时,关于装置开始时的转动情况(俯视),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】选B。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。5.(多选)(xx承德高二检测)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4.51014Hz,则以下判断正确的是()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=0.5m的光照射光电管时,电路中有光电流产生D.光照射时间越长,电路中的光电流越大【解析】选B、C。在光电管中若发生了光电效应,单位时间内发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发射光电子的数目有关。据此可判断A、D错误;波长=0.5m的光子的频率=Hz=61014Hz4.51014Hz,可发生光电效应。所以选项B、C正确。6.(xx东城区高二检测)实验得到金属钙的光电子的最大初动能Ekm与入射光频率的关系如图所示。下表中列出了几种金属的截止频率和逸出功,参照下表可以确定的是()金属钨钙钠截止频率0/1014Hz10.957.735.53逸出功W/eV4.543.202.29A.如用金属钨做实验得到的Ekm-图线也是一条直线,其斜率比图中直线的斜率大B.如用金属钠做实验得到的Ekm-图线也是一条直线,其斜率比图中直线的斜率大C.如用金属钠做实验得到的Ekm-图线也是一条直线,设其延长线与纵轴交点的坐标为(0,-Ek2),则Ek2Ek1D.如用金属钨做实验,当入射光的频率1时,可能会有光电子逸出【解析】选C。由光电效应方程Ekm=h-W可知Ekm-图线是直线,且斜率相同,A、B项错;由表中所列的截止频率和逸出功数据可知C项正确,D项错误。7.研究光电效应的电路如图所示。用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K),钠极板发射出的光电子被阳极A吸收,在电路中形成光电流。下列光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图像中,正确的是()【解析】选C。频率相同的光照射同一金属时,发射出的光电子的最大初动能相同,所以遏止电压相同;饱和电流与光的强度有关,光的强度越大,饱和电流越大,故选项C正确。【总结提升】光电管中的I-U曲线(1)图甲所示是光电流I随光电管两极板间电压U的变化曲线,图中Im为饱和光电流,Uc为截止电压。(2)在用相同频率不同强度的光去照射阴极K时,得到I-U曲线如图乙所示,它显示出对于不同强度的光,Uc是相同的。这说明同频率不同强度的光所产生的光电子的最大初动能是相同的。(3)如果用不同频率同强度的光去照射阴极K时,实验结果如图丙所示,频率越高,遏止电压Uc越大。二、非选择题8.(xx崇明高二检测)“神光”装置是我国规模最大,国际上为数不多的高功率固体激光系统,利用它可获得能量为2 400J、波长为0.35m的紫外激光,已知普朗克常量h=6.6310-34Js,则该紫外激光所含光子数为多少个?【解析】根据E=N=Nh和=得N=4.21021(个)。答案:4.21021【补偿训练】(xx东城高二检测)氦氖激光器发出波长为633nm的激光,当激光器的输出功率为1mW时,每秒发出的光子数为多少个?【解析】根据P=nh,=,得n3.21015(个)。答案:3.21015【大题提升练】1.(1)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(2)A、B两种光子的能量之比为21,它们都能使某种金属发生光电效应,且所产生的光电子最大初动能分别为EA、EB。求A、B两种光子的动量之比和该金属的逸出功。【解析】(1)选B。由题图说明丙光对应的光电子的最大初动能最大,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、丙光的截止频率是一样的,C项错误。(2)光子能量=h,动量p=,且=得p=,则pApB=21A照射时,光电子的最大初动能EA=A-W0。同理,EB=B-W0,解得W0=EA-2EB答案:(1)B(2)21EA-2EB2.(1)(多选)(xx保定高二检测)已知能使某金属产生光电效应的极限频率为0,则()A.当用频率为20的单色光照射该金属时,一定能产生光电子B.当用频率为20的单色光照射该金属时,所产生的光电子的最大初动能为h0C.当照射光的频率大于0时,若增大,则逸出功增大D.当照射光的频率大于0时,若增大一倍,则光电子的最大初动能也增大一倍E.当照射光的频率=40时,光电子的最大初动能为3h0(2)小明用金属铷为阴极的光电管,观测光电效应现象,实验装置示意图如图甲所示。已知普朗克常量h=6.6310-34Js。图甲中电极A为光电管的(选填“阴极”或“阳极”)。实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率之间的关系如图乙所示,则铷的截止频率c=Hz,逸出功W0=J。如果实验中入射光的频率=7.001014Hz,则产生的光电子的最大初动能Ek=J。【解析】(1)选A、B、E。当入射光的频率大于金属的极限频率时,就会发生光电效应,A正确;由于金属材料一定,极限频率一定,逸出功W逸=h0一定,0为极限频率,增大,逸出功不变,C错误;由爱因斯坦光电效应方程Ekm=h-W逸,得=20时,Ekm=h-W逸=2h0-h0=h0,B正确;光电子的最大初动能等于入射光子的能量h减去逸出功,所以光电子的最大初动能与照射光的频率不成正比关系,D错误;当=40时,Ekm=h-W逸=4h0-h0=3h0,E正确。(2)在光电效应中,电子向A极运动,故电极A为光电管的阳极。由题图可知,铷的截止频率c为5.151014Hz,逸出功W0=hc=6.6310-345.151014J3.4110-19J。当入射光的频率为=7.001014Hz时,由Ekm=h-hc得,光电子的最大初动能为Ekm=6.6310-34(7.00-5.15)1014J1.2310-19J。答案:(1)A、B、E(2)阳极5.1510143.4110-191.2310-19【补偿训练】(xx襄阳高二检测)如图所示是使用光电管的原理图,当频率为的可见光照射到阴极K上时,电流表中有电流通过。(1)当变阻器的滑动端P向(选填“左”或“右”)滑动时,通过电流表的电流将会增大。(2)当电流表电流刚减小到零时,电压表的读数为U,则光电子的最大初动能为(已知电子电荷量为e)。(3)如果不改变入射光的频率,而增加入射光的强度,则光电子的最大初动能将(选填“增加”“减小”或“不变”)。【解析】(1)当变阻器的滑动端P向左移动,反向电压减小,光电子到达右端的速度变大,则通过电流表的电流变大。(2)当电流表电流刚减小到零时,电压表的读数为U,根据动能定理得,eU=m,则光电子的最大初动能为eU。(3)根据光电效应方程知,Ekm=h-W0,入射光的频率不变,则光电子的最大初动能不变。答案:(1)左(2)eU(3)不变