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课时提升作业 五 能量量子化光的粒子性(15分钟50分)一、选择题(本题共5小题,每小题7分,共35分)1.(多选)(2018大庆高二检测)下列说法正确的是()A.爱因斯坦在光的粒子性的基础上,建立了光电效应方程B.康普顿效应表明光子只具有能量,不具有动量C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关D.光电效应现象说明光具有粒子性而康普顿效应现象说明光具有波动性【解析】选A、C。爱因斯坦提出了光子假说,建立了光电效应方程,故A正确;康普顿效应表明光不仅具有能量,还具有动量,故B错误;根据黑体辐射规律:黑体辐射电磁波的强度,按波长的分布,只与黑体的温度有关,故C正确;光电效应与康普顿效应,揭示了光的粒子性的一面,故D错误。2. (多选)(2018周口高二检测)如图所示,电路中所有元件完好,当光照射到光电管上时,灵敏电流计中没有电流通过,可能的原因是()A.入射光强度较弱B.入射光波长太长C.电源正负极接反D.光照射时间太短【解析】选B、C。光电管能否产生光电效应与入射光的强度没有关系,故A错误;若入射光波长太长,大于金属的极限波长时,金属不能产生光电效应,灵敏电流计中没有电流通过,故B正确;电源正负极接反时,光电管加上反向电压,光电子做减速运动,可能不能到达阳极,电路中不能形成电流,故C正确;光电管能否产生光电效应与光照时间没有关系,故D错误。故选B、C。3.(2018南阳高二检测)两束能量相同的色光,都垂直地照射到物体表面,第一束光在某段时间内打在物体上的光子数与第二束光在相同时间内打到物体表面的光子数之比为54,则这两束光的光子能量和波长之比分别为()A.4545B.5445C.5454D.4554【解析】选D。两束能量相同的色光,都垂直地照射到物体表面,在相同时间内打到物体表面的光子数之比为54,根据E=NE0可得光子能量之比为45,再根据E0=h=hc,光子能量与波长成反比,故光子波长之比为54。故选D。4. (多选)(2018武汉高二检测)在某次光电效应实验中,得到的遏止电压Uc与入射光的频率的关系如图所示,若该直线的斜率和纵截距分别为k和-b,电子电荷量的绝对值为e,则()A.普朗克常量可表示为keB.若更换材料再实验,得到的图线的k不改变,b改变C.所用材料的逸出功可表示为ebD.b由入射光决定,与所用材料无关【解析】选B、C。根据光电效应方程Ekm=h-W0,以及Ekm=eUc得:Uc=he-W0e,图线的斜率k=he,解得普朗克常量h=ke,故A错误;纵轴截距的绝对值b=W0e,解得逸出功W0=eb,故C正确;b等于逸出功与电荷电量的比值,而逸出功与材料有关,则b与材料有关,故D错误;更换材料再实验,由于逸出功变化,可知图线的斜率不变,纵轴截距改变,故B正确。故选B、C。5. (2018泰州高二检测)在光电效应实验中,李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.甲光的光照强度小于乙光的光照强度【解析】选B。根据eUc=Ek=h-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A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B正确;同一种金属,截止频率是相同的,故C错误;甲的光电流比乙光大,因此甲光的光照强度大于乙光的光照强度,故D错误。故选B。二、非选择题(15分。需写出规范的解题步骤)6. (2018石家庄高二检测)如图所示,一光电管的阴极用极限波长0=500nm的钠制成。用波长=300nm的紫外线照射阴极,光电管阳极A和阴极K之间的电势差U=2.1V,饱和光电流的值(当阴极K发射的电子全部到达阳极A时,电路中的电流达到最大值,称为饱和光电流)I=0.56A。(1)求每秒钟内由K极发射的光电子数目。(2)求电子到达A极时的最大动能。(3)如果电势差U不变,而照射光的强度增到原值的三倍,此时电子到达A极的最大动能是多大?(普朗克常量h=6.6310-34Js,结果均保留2位有效数字)【解析】(1)设每秒内发射的电子数为n,则:n=Ite=0.5610-611.610-19=3.51012(个)。(2)由光电效应方程可知:Ekm=h-W0=hc-hc0=hc1-10在A、K间加电压U时,电子到达阳极时的动能为Ek,Ek=Ekm+eU=hc1-10+eU。代入数值得:Ek=6.010-19J。(3)根据光电效应规律,光电子的最大初动能与入射光的强度无关。如果电压U不变,则电子到达A极的最大动能不会变,仍为6.010-19J。答案:(1)3.51012个(2)6.010-19J(3)6.010-19J(25分钟50分)一、选择题(本题共4小题,每小题7分,共28分)1.(2018石家庄高二检测)下列宏观概念中,是量子化的有()A.物体的质量B.弹簧振子的能量C.汽车的个数D.卫星绕地球运行的轨道【解析】选C。汽车的个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。故选C。2.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。3.(多选)(2018衡水高二检测)美国物理学家密立根利用图示的电路研究金属的遏止电压Uc与入射光频率的关系,描绘出图乙中的图象,由此算出普朗克常量h,电子电量用e表示,下列说法正确的是()A.入射光的频率增大,测遏止电压时,应使滑动变阻器的滑片P向M端移动B.增大入射光的强度,光电子的最大初动能也增大C.由Uc-图象可知,这种金属截止频率为cD.由Uc-图象可求普朗克常量表达式为h=U1e1-c【解析】选C、D。入射光的频率增大,光电子的最大初动能增大,则遏止电压增大,测遏止电压时,应使滑动变阻器的滑片P向N端移动,故A错误;根据光电效应方程Ekm=h-W0知,光电子的最大初动能与入射光的强度无关,故B错误;根据Ekm=h-W0=eUc,解得Uc=he-hce,图线的斜率k=he=U11-c,则h=U1e1-c,当遏止电压为零时,=c,故C、D正确。故选C、D。【总结提升】理解光电效应方程的两点注意(1)入射光的频率增大,光电子的最大初动能增大,遏止电压增大。(2)根据光电效应方程得出Uc-的关系式,通过关系式得出斜率、截距表示的含义。4.(多选)(2018太原高二检测)如图所示,两平行金属板A、B板间电压恒为U,一束波长为的入射光射到金属板B上,使B板发生了光电效应,已知该金属板的逸出功为W,电子的质量为m,电荷量为e,已知普朗克常量为h,真空中光速为c,下列说法中正确的是()A.入射光子的能量为hcB.到达A板的光电子的最大动能为hc-W+eUC.若增大两板间电压,B板没有光电子逸出D.若减小入射光的波长一定会有光电子逸出【解析】选A、B、D。根据E=h,而=c,则光子的能量为hc,故A正确;光电子逸出的最大动能Ekm=hc-W,根据动能定理,Ekm-Ekm=eU,则到达A板的光电子的最大动能为Ekm=hc-W+eU,故B正确;若增大两板间电压,不会影响光电效应现象,仍有光电子逸出,故C错误;若减小入射光的波长,那么频率增大,一定会有光电子逸出,故D正确。故选A、B、D。【补偿训练】(2018玉溪高二检测)关于光电效应的说法正确的是()A.光电子的最大初动能与入射光频率成正比B.逸出功与入射光的频率有关C.某金属在一束紫外光照射下发生光电效应,若改用一束强度更弱的紫外光照射,也一定会产生光电效应D.在光电效应实验中,若加大正向电压,则饱和光电流也增大【解析】选C。根据光电效应方程Ekm=h-W0知,光电子最大初动能与入射光的频率成一次函数关系,不是成正比关系,故A不正确;逸出功由金属本身决定,与入射光的频率无关,故B不正确;能否发生光电效应与入射光的强度无关,由入射光的频率决定,当入射光的频率大于金属的极限频率,会发生光电效应,故C正确;加上正向电压,光电流增大,但是饱和电流的大小与入射光的强度有关,与正向电压无关。故选C。二、非选择题(本题共2小题,共22分。需写出规范的解题步骤)5.(10分)(2017南昌高二检测)如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线,普朗克常量h=6.6310-34Js(直线与横轴的交点坐标为4.31,与纵轴交点坐标为0.5)。由图可知,斜率表示_。该金属的极限频率为_Hz,该金属的逸出功为_J,(结果保留三位有效数字)若用频率为5.51014Hz的光照射该种金属时,则对应的遏止电压应为_V。【解题指南】解答本题时应理解以下两点:(1)根据光电效应方程,初动能等于零时逸出功与极限频率的关系W0=h0。(2)根据爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0,Ek-图象的斜率等于h。(3)横轴的截距大小等于截止频率,逸出功W0=h0,根据数学知识进行求解。【解析】根据爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0,Ek-图象的横轴的截距大小等于截止频率,由图知该金属的截止频率为4.311014Hz。由Ek=h-W0得,该图线的斜率表示普朗克常量h,金属的逸出功W0=h0=6.6310-344.311014J=2.8610-19J;由图象得,当入射光的频率为=5.51014Hz时,最大初动能为Ekm=0.5eV。依据Uc=Ekme解得:Uc=0.5V。答案:普朗克常量h4.3110142.8610-190.56.(12分)(2018太原高二检测)铝的逸出功W0=6.7210-19J,现将波长=200nm的光照射铝的表面。求:(1)光电子的最大初动能(普朗克常量h=6.6310-34Js)。(2)若射出的具有最大初动能的光电子与一静止的电子发生正碰,则碰撞中两电子电势能增加的最大值是多少?(均保留两位有效数字)【解析】(1)根据爱因斯坦光电效应方程得:光电子的最大初动能为Ek=h-W0;且=c,解得:Ek=3.210-19J(2)增加的电势能来自系统损失的动能,发生完全非弹性碰撞时电势能最大,由动量守恒mv0=2mv;损失的动能:Ek=12mv02-122mv2=1.610-19J答案:(1)3.210-19J(2)1.610-19J
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