2018-2019學(xué)年高中物理 第十七章 波粒二象性 課時(shí)提升作業(yè)五 17.1-17.2 能量量子化 光的粒子性 新人教版選修3-5.doc

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課時(shí)提升作業(yè) 五 能量量子化　光的粒子性 (15分鐘　50分) 一、選擇題(本題共5小題,每小題7分,共35分) 1.(多選)(2018大慶高二檢測(cè))下列說法正確的是(　　) A.愛因斯坦在光的粒子性的基礎(chǔ)上,建立了光電效應(yīng)方程 B.康普頓效應(yīng)表明光子只具有能量,不具有動(dòng)量 C.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān) D.光電效應(yīng)現(xiàn)象說明光具有粒子性而康普頓效應(yīng)現(xiàn)象說明光具有波動(dòng)性 【解析】選A、C。愛因斯坦提出了光子假說,建立了光電效應(yīng)方程,故A正確;康普頓效應(yīng)表明光不僅具有能量,還具有動(dòng)量,故B錯(cuò)誤;根據(jù)黑體輻射規(guī)律:黑體輻射電磁波的強(qiáng)度,按波長的分布,只與黑體的溫度有關(guān),故C正確;光電效應(yīng)與康普頓效應(yīng),揭示了光的粒子性的一面,故D錯(cuò)誤。 2. (多選)(2018周口高二檢測(cè))如圖所示,電路中所有元件完好,當(dāng)光照射到光電管上時(shí),靈敏電流計(jì)中沒有電流通過,可能的原因是(　　) A.入射光強(qiáng)度較弱　　　　　　 B.入射光波長太長 C.電源正負(fù)極接反 D.光照射時(shí)間太短 【解析】選B、C。光電管能否產(chǎn)生光電效應(yīng)與入射光的強(qiáng)度沒有關(guān)系,故A錯(cuò)誤;若入射光波長太長,大于金屬的極限波長時(shí),金屬不能產(chǎn)生光電效應(yīng),靈敏電流計(jì)中沒有電流通過,故B正確;電源正負(fù)極接反時(shí),光電管加上反向電壓,光電子做減速運(yùn)動(dòng),可能不能到達(dá)陽極,電路中不能形成電流,故C正確;光電管能否產(chǎn)生光電效應(yīng)與光照時(shí)間沒有關(guān)系,故D錯(cuò)誤。故選B、C。 3.(2018南陽高二檢測(cè))兩束能量相同的色光,都垂直地照射到物體表面,第一束光在某段時(shí)間內(nèi)打在物體上的光子數(shù)與第二束光在相同時(shí)間內(nèi)打到物體表面的光子數(shù)之比為5∶4,則這兩束光的光子能量和波長之比分別為(　　) A.4∶5　4∶5 B.5∶4　4∶5 C.5∶4　5∶4 D.4∶5　5∶4 【解析】選D。兩束能量相同的色光,都垂直地照射到物體表面,在相同時(shí)間內(nèi)打到物體表面的光子數(shù)之比為5∶4,根據(jù)E=NE0可得光子能量之比為4∶5,再根據(jù)E0=hν=hcλ,光子能量與波長成反比,故光子波長之比為5∶4。故選D。 4. (多選)(2018武漢高二檢測(cè))在某次光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,得到的遏止電壓Uc與入射光的頻率ν的關(guān)系如圖所示,若該直線的斜率和縱截距分別為k和-b,電子電荷量的絕對(duì)值為e,則(　　) A.普朗克常量可表示為ke B.若更換材料再實(shí)驗(yàn),得到的圖線的k不改變,b改變 C.所用材料的逸出功可表示為eb D.b由入射光決定,與所用材料無關(guān) 【解析】選B、C。根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm=hν-W0,以及Ekm=eUc得:Uc=hνe-W0e,圖線的斜率k=he,解得普朗克常量h=ke,故A錯(cuò)誤;縱軸截距的絕對(duì)值b=W0e,解得逸出功W0=eb,故C正確;b等于逸出功與電荷電量的比值,而逸出功與材料有關(guān),則b與材料有關(guān),故D錯(cuò)誤;更換材料再實(shí)驗(yàn),由于逸出功變化,可知圖線的斜率不變,縱軸截距改變,故B正確。故選B、C。 5. (2018泰州高二檢測(cè))在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,李飛同學(xué)用同一光電管在不同實(shí)驗(yàn)條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線(甲光、乙光、丙光),如圖所示。則可判斷出(　　) A.甲光的頻率大于乙光的頻率 B.乙光的波長大于丙光的波長 C.乙光對(duì)應(yīng)的截止頻率大于丙光的截止頻率 D.甲光的光照強(qiáng)度小于乙光的光照強(qiáng)度 【解析】選B。根據(jù)eUc=Ek=hν-W0,入射光的頻率越高,對(duì)應(yīng)的遏止電壓Uc越大,甲光、乙光的遏止電壓相等,所以甲光、乙光的頻率相等,故A錯(cuò)誤;丙光的遏止電壓大于乙光的遏止電壓,所以丙光的頻率大于乙光的頻率,則乙光的波長大于丙光的波長,故B正確;同一種金屬,截止頻率是相同的,故C錯(cuò)誤;甲的光電流比乙光大,因此甲光的光照強(qiáng)度大于乙光的光照強(qiáng)度,故D錯(cuò)誤。故選B。 二、非選擇題(15分。需寫出規(guī)范的解題步驟) 6. (2018石家莊高二檢測(cè))如圖所示,一光電管的陰極用極限波長λ0=500nm的鈉制成。用波長λ=300nm的紫外線照射陰極,光電管陽極A和陰極K之間的電勢(shì)差U=2.1V,飽和光電流的值(當(dāng)陰極K發(fā)射的電子全部到達(dá)陽極A時(shí),電路中的電流達(dá)到最大值,稱為飽和光電流)I=0.56μA。 (1)求每秒鐘內(nèi)由K極發(fā)射的光電子數(shù)目。 (2)求電子到達(dá)A極時(shí)的最大動(dòng)能。 (3)如果電勢(shì)差U不變,而照射光的強(qiáng)度增到原值的三倍,此時(shí)電子到達(dá)A極的最大動(dòng)能是多大?(普朗克常量h=6.6310-34Js,結(jié)果均保留2位有效數(shù)字) 【解析】(1)設(shè)每秒內(nèi)發(fā)射的電子數(shù)為n,則: n=Ite=0.5610-611.610-19=3.51012(個(gè))。 (2)由光電效應(yīng)方程可知: Ekm=hν-W0=hcλ-hcλ0=hc1λ-1λ0 在A、K間加電壓U時(shí),電子到達(dá)陽極時(shí)的動(dòng)能為Ek, Ek=Ekm+eU=hc1λ-1λ0+eU。 代入數(shù)值得:Ek=6.010-19J。 (3)根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律,光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)。如果電壓U不變,則電子到達(dá)A極的最大動(dòng)能不會(huì)變,仍為6.010-19J。 答案:(1)3.51012個(gè)　(2)6.010-19J (3)6.010-19J (25分鐘　50分) 一、選擇題(本題共4小題,每小題7分,共28分) 1.(2018石家莊高二檢測(cè))下列宏觀概念中,是量子化的有(　　) A.物體的質(zhì)量　　　　　 B.彈簧振子的能量 C.汽車的個(gè)數(shù) D.衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的軌道 【解析】選C。汽車的個(gè)數(shù)的數(shù)值只能取正整數(shù),不能取分?jǐn)?shù)或小數(shù),因而是不連續(xù)的,是量子化的,其他三個(gè)物理量的數(shù)值都可以取小數(shù)或分?jǐn)?shù),甚至取無理數(shù)也可以,因而是連續(xù)的,非量子化的。故選C。 2.能正確解釋黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律的是(　　) A.能量的連續(xù)經(jīng)典理論 B.普朗克提出的能量量子化理論 C.以上兩種理論體系任何一種都能解釋 D.牛頓提出的能量微粒說 【解析】選B。根據(jù)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,隨著溫度的升高,一方面各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加;另一方面,輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動(dòng),只能用普朗克提出的能量量子化理論才能得到較滿意的解釋,故B正確。 3.(多選)(2018衡水高二檢測(cè))美國物理學(xué)家密立根利用圖示的電路研究金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系,描繪出圖乙中的圖象,由此算出普朗克常量h,電子電量用e表示,下列說法正確的是(　　) A.入射光的頻率增大,測(cè)遏止電壓時(shí),應(yīng)使滑動(dòng)變阻器的滑片P向M端移動(dòng) B.增大入射光的強(qiáng)度,光電子的最大初動(dòng)能也增大 C.由Uc-ν圖象可知,這種金屬截止頻率為νc D.由Uc-ν圖象可求普朗克常量表達(dá)式為h=U1eν1-νc 【解析】選C、D。入射光的頻率增大,光電子的最大初動(dòng)能增大,則遏止電壓增大,測(cè)遏止電壓時(shí),應(yīng)使滑動(dòng)變阻器的滑片P向N端移動(dòng),故A錯(cuò)誤;根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm=hν-W0知,光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān),故B錯(cuò)誤;根據(jù)Ekm=hν-W0=eUc,解得Uc=hνe-hνce,圖線的斜率k=he=U1ν1-νc,則h=U1eν1-νc,當(dāng)遏止電壓為零時(shí),ν=νc,故C、D正確。故選C、D。 【總結(jié)提升】理解光電效應(yīng)方程的兩點(diǎn)注意 (1)入射光的頻率增大,光電子的最大初動(dòng)能增大,遏止電壓增大。 (2)根據(jù)光電效應(yīng)方程得出Uc-ν的關(guān)系式,通過關(guān)系式得出斜率、截距表示的含義。 4.(多選)(2018太原高二檢測(cè))如圖所示,兩平行金屬板A、B板間電壓恒為U,一束波長為λ的入射光射到金屬板B上,使B板發(fā)生了光電效應(yīng),已知該金屬板的逸出功為W,電子的質(zhì)量為m,電荷量為e,已知普朗克常量為h,真空中光速為c,下列說法中正確的是(　　) A.入射光子的能量為hcλ B.到達(dá)A板的光電子的最大動(dòng)能為hcλ-W+eU C.若增大兩板間電壓,B板沒有光電子逸出 D.若減小入射光的波長一定會(huì)有光電子逸出 【解析】選A、B、D。根據(jù)E=hν,而ν=cλ,則光子的能量為hcλ,故A正確;光電子逸出的最大動(dòng)能Ekm=hcλ-W,根據(jù)動(dòng)能定理,Ekm′-Ekm=eU,則到達(dá)A板的光電子的最大動(dòng)能為Ekm′=hcλ-W+eU,故B正確;若增大兩板間電壓,不會(huì)影響光電效應(yīng)現(xiàn)象,仍有光電子逸出,故C錯(cuò)誤;若減小入射光的波長,那么頻率增大,一定會(huì)有光電子逸出,故D正確。故選A、B、D。 【補(bǔ)償訓(xùn)練】 (2018玉溪高二檢測(cè))關(guān)于光電效應(yīng)的說法正確的是(　　) A.光電子的最大初動(dòng)能與入射光頻率成正比 B.逸出功與入射光的頻率有關(guān) C.某金屬在一束紫外光照射下發(fā)生光電效應(yīng),若改用一束強(qiáng)度更弱的紫外光照射,也一定會(huì)產(chǎn)生光電效應(yīng) D.在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,若加大正向電壓,則飽和光電流也增大 【解析】選C。根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm=hν-W0知,光電子最大初動(dòng)能與入射光的頻率成一次函數(shù)關(guān)系,不是成正比關(guān)系,故A不正確;逸出功由金屬本身決定,與入射光的頻率無關(guān),故B不正確;能否發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的強(qiáng)度無關(guān),由入射光的頻率決定,當(dāng)入射光的頻率大于金屬的極限頻率,會(huì)發(fā)生光電效應(yīng),故C正確;加上正向電壓,光電流增大,但是飽和電流的大小與入射光的強(qiáng)度有關(guān),與正向電壓無關(guān)。故選C。 二、非選擇題(本題共2小題,共22分。需寫出規(guī)范的解題步驟) 5.(10分)(2017南昌高二檢測(cè))如圖所示是用光照射某種金屬時(shí)逸出的光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的變化圖線,普朗克常量h=6.6310-34Js(直線與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為4.31,與縱軸交點(diǎn)坐標(biāo)為0.5)。由圖可知,斜率表示____________。該金屬的極限頻率為__________Hz,該金屬的逸出功為____________J,(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)若用頻率為5.51014Hz的光照射該種金屬時(shí),則對(duì)應(yīng)的遏止電壓應(yīng)為____________V。 【解題指南】解答本題時(shí)應(yīng)理解以下兩點(diǎn): (1)根據(jù)光電效應(yīng)方程,初動(dòng)能等于零時(shí)逸出功與極限頻率的關(guān)系W0=hν0。 (2)根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0,Ek-ν圖象的斜率等于h。 (3)橫軸的截距大小等于截止頻率,逸出功W0=hν0,根據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)進(jìn)行求解。 【解析】根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0,Ek-ν圖象的橫軸的截距大小等于截止頻率,由圖知該金屬的截止頻率為4.311014Hz。由Ek=hν-W0得,該圖線的斜率表示普朗克常量h,金屬的逸出功W0=hν0=6.6310-344.311014J=2.8610-19J;由圖象得,當(dāng)入射光的頻率為ν=5.51014Hz時(shí),最大初動(dòng)能為Ekm=0.5eV。依據(jù)Uc=Ekme解得:Uc=0.5V。 答案:普朗克常量h　4.311014　2.8610-19　0.5 6.(12分)(2018太原高二檢測(cè))鋁的逸出功W0=6.7210-19J,現(xiàn)將波長λ=200nm的光照射鋁的表面。求: (1)光電子的最大初動(dòng)能(普朗克常量h=6.6310-34Js)。 (2)若射出的具有最大初動(dòng)能的光電子與一靜止的電子發(fā)生正碰,則碰撞中兩電子電勢(shì)能增加的最大值是多少?(均保留兩位有效數(shù)字) 【解析】(1)根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程得: 光電子的最大初動(dòng)能為Ek=hν-W0; 且ν=cλ,解得:Ek=3.210-19J (2)增加的電勢(shì)能來自系統(tǒng)損失的動(dòng)能,發(fā)生完全非彈性碰撞時(shí)電勢(shì)能最大,由動(dòng)量守恒mv0=2mv; 損失的動(dòng)能:ΔEk=12mv02-122mv2=1.610-19J 答案:(1)3.210-19J　(2)1.610-19J