高中物理 第17章 波粒二象性 1 能量量子化 2 光的粒子性學業(yè)分層測評 新人教選修3-5

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1 能量量子化 2 光的粒子性 (建議用時：45分鐘) [學業(yè)達標] 1．以下關于輻射強度與波長關系的說法中正確的是(　　) A．物體在某一溫度下只能輻射某一固定波長的電磁波 B．當鐵塊呈現(xiàn)黑色時，說明它的溫度不太高 C．當鐵塊的溫度較高時會呈現(xiàn)赤紅色，說明此時輻射的電磁波中該顏色的光強度最強 D．早、晚時分太陽呈現(xiàn)紅色，而中午時分呈現(xiàn)白色，說明中午時分太陽溫度最高 E．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關 【解析】　由輻射強度隨波長變化關系圖知，隨著溫度的升高，各種波長的波的輻射強度都增加，而熱輻射不是僅輻射一種波長的電磁波，選項B、C、E正確． 【答案】　BCE 2．頻率為ν的光子，具有的能量為hν，動量為，將這個光子打在處于靜止狀態(tài)的電子上，光子將偏離原運動方向，這種現(xiàn)象稱為光子的散射，下列關于光子散射的說法正確的是(　　) A．光子改變原來的運動方向，且傳播速度變小 B．光子改變原來的傳播方向，但傳播速度不變 C．光子由于在與電子碰撞中獲得能量，因而頻率增大 D．由于受到電子碰撞，散射后的光子波長大于入射光子的波長 E．由于受到電子碰撞，散射后的光子頻率小于入射光子的頻率 【解析】　碰撞后光子改變原來的運動方向，但傳播速度不變，A錯誤，B正確；光子由于在與電子碰撞中損失能量，因而頻率減小，即ν＞ν′，再由c＝λ1ν＝λ2ν′，得到λ1<λ2，C錯誤，D、E正確． 【答案】　BDE 3．如圖1729所示是某金屬在光的照射下，光電子最大初動能Ek與入射光頻率ν的關系圖象，由圖象可知(　　) 圖1729 A．該金屬的逸出功等于E B．該金屬的逸出功等于hν0 C．入射光的頻率為ν0時，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為E D．入射光的頻率為2ν0時，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為E E．入射光的頻率為2ν0時，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為2E 【解析】　題中圖象反映了光電子的最大初動能Ek與入射光頻率ν的關系，根據(jù)愛因斯坦光電效應方程Ek＝hν－W0，知當入射光的頻率恰為金屬的截止頻率ν0時，光電子的最大初動能Ek＝0，此時有hν0＝W0，即該金屬的逸出功等于hν0，根據(jù)圖線的物理意義，有W0＝E，故選項A、B、D正確，而選項C、E錯誤． 【答案】　ABD 4．美國物理學家康普頓在研究石墨對X射線的散射時，發(fā)現(xiàn)在散射的X射線中，除了與入射波長λ0相同的成分外，還有波長大于λ0的成分，這個現(xiàn)象稱為康普頓效應．關于康普頓效應，以下說法正確的是 (　　) A．康普頓效應說明光子具動量 B．康普頓效應現(xiàn)象說明光具有波動性 C．康普頓效應現(xiàn)象說明光具有粒子性 D．當光子與晶體中的電子碰撞后，其能量增加 E．當光子與晶體中的電子碰撞后，其能量減少 【解析】　康普頓效應說明光具有粒子性，B項錯誤，A、C項正確；光子與晶體中的電子碰撞時滿足動量守恒和能量守恒，故二者碰撞后，光子要把部分能量轉移給電子，光子的能量會減少，D項錯誤，E項正確． 【答案】　ACE 5．能正確解釋黑體輻射實驗規(guī)律的是________提出的能量量子化理論． 【解析】　根據(jù)黑體輻射的實驗規(guī)律，隨著溫度的升高，一方面各種波長的輻射強度都增加；另一方面，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，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． 【答案】　普朗克 6．如圖17210所示為t1、t2溫度時的黑體輻射強度與波長的關系，則兩溫度的關系為________． 圖17210 【解析】　根據(jù)黑體輻射的實驗規(guī)律可知，隨著溫度的升高，一方面，各種波長的輻射強度都有增加；另一方面，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動． 【答案】　t1＞t2 7．醫(yī)生用紅外熱像儀監(jiān)測人的體溫，只要被測者從儀器前走過，便可知他的體溫是多少，你知道其中的道理嗎？ 【解析】　根據(jù)熱輻射的實驗規(guī)律可知，人的體溫升高，人體輻射的紅外線的頻率和強度就會增加，通過監(jiān)測被測者輻射的紅外線的頻率和強度，就可以知道該人的體溫了． 【答案】　見解析 8．在自然界生態(tài)系統(tǒng)中，蛇與老鼠和其他生物通過營養(yǎng)關系構成食物鏈，在維持生態(tài)平衡方面發(fā)揮著重要作用．蛇是老鼠的天敵，它是通過接收熱輻射來發(fā)現(xiàn)老鼠的．假設老鼠的體溫約37 ℃，它發(fā)出的最強的熱輻射的波長為λmin.根據(jù)熱輻射理論， λmin與輻射源的絕對溫度T的關系近似為Tλmin＝2.9010－3mK.求老鼠發(fā)出最強的熱輻射的波長． 【解析】　由Tλmin＝2.9010－3mK可得，老鼠發(fā)出最強的熱輻射的波長為λmin＝m＝m＝9.410－6m. 【答案】　9.410－6 m [能力提升] 9．在光電效應實驗中，小明同學用同一實驗裝置，如圖17211(a)所示，在甲、乙、丙三種光的照射下得到了三條電流表與電壓表讀數(shù)之間的關系曲線，如圖(b)所示．則正確的是(　　) 【導學號：66390019】 圖17211 A．乙光的頻率大于甲光的頻率 B．甲光的波長大于丙光的波長 C．丙光的光子能量小于甲光的光子能量 D．乙光對應的光電子最大初動能小于丙光的光電子最大初動能 E．乙、丙兩種光對應的光電子的最大初動能相等 【解析】　由愛因斯坦光電效應方程Ek＝hν－W0及遏止電壓的含義可知，hν－W0＝eUc，結合題意與圖象可以判斷，W0相同，U1>U2，則三種色光的頻率為ν乙＝ν丙>ν甲，故丙光子能量大于甲光子能量，C錯誤，同時判斷乙光對應光電子的最大初動能等于丙光對應光電子的最大初動能，A、E正確，D錯誤，由ν＝知，λ乙＝λ丙＜λ甲，B正確． 【答案】　ABE 10．經(jīng)測量，人體表面輻射本領的最大值落在波長為940 μm處．根據(jù)電磁輻射的理論得出，物體最強輻射的波長與物體的絕對溫度的關系近似為Tλm＝2.9010－1 mK，由此估算人體表面的溫度和輻射的能量子的值各是多少？(h＝6.6310－34 Js) 【解析】　人體表面的溫度為T＝＝ K≈309 K≈36 ℃.人體輻射的能量子的值為ε＝h＝6.6310－34 J＝2.1210－22 J. 【答案】　36 ℃　2.1210－22 J 11．光電管是應用光電效應實現(xiàn)光信號與電信號之間相互轉換的裝置，其廣泛應用于光功率測量、光信號記錄、電影、電視和自動控制等諸多方面．如圖17212所示，C為光電管，B極由金屬鈉制成(鈉的極限波長為5.010－7 m)．現(xiàn)用波長為4.810－7 m的某單色光照射B極． (1)電阻R上電流的方向是向左還是向右？ (2)求出從B極發(fā)出的光電子的最大初動能． (3)若給予光電管足夠大的正向電壓時，電路中光電流為10 μA，則每秒射到光電管B極的光子數(shù)至少為多少個？ 【導學號：66390020】 圖17212 【解析】　(1)B極板上逸出光電子，相當于電源的正極，A為負極，故流過R的電流向左． (2)Ekm＝h－h(huán) ＝6.6310－343108－ J ＝1.6610－20 J. (3)每秒電路中流過的電子電荷量 q＝It＝1010－61 C＝110－5 C n＝＝個＝6.251013個． 【答案】　(1)向左　(2)1.6610－20 J (3)6.251013個