高中物理第十七章波粒二象性17.2光的粒子性检测新人教版选修3-5(new)

17.2 光的粒子性

新提升·课时作业

基础达标

1．下列说法中不正确的是（ ）

A．康普顿效应说明了光子具有动量和能量

B．康普顿效应进一步证实了光的粒子性

C．黑体辐射规律是爱因斯坦提出的

D．普朗克提出能量子假设

【解析】 由康普顿效应的意义我们可以认识到A、B正确．黑体辐射理论和能量子假设是普朗克提出的，故C错误,D正确．

【答案】 C

2．光电效应中，从同一金属逸出的电子动能的最大值( )

A．只跟入射光的频率有关

B．只跟入射光的强度有关

C．跟入射光的频率和强度有关

D．除跟入射光的频率和强度有关外,还和光照的时间有关

【解析】 由爱因斯坦光电效应方程可知从金属逸出的光电子的最大初动能,只跟入射光的频率有关，故只有A项正确．

【答案】 A

3．硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能．若有N个频率为ν的光子打在光电池极板上，这些光子的总能量为（h为普朗克常量）( ）

A．hν B。错误!Nhν

C．Nhν D．2Nhν

【解析】 光子能量与频率有关，一个光子能量为E＝hν,N个光子能量为Nhν，故C正确．

【答案】 C

4．科学研究证明,光子有能量也有动量，当光子与电子碰撞时,光子的一些能量转移给了电子．假设光子与电子碰撞前的波长为λ,碰撞后的波长为λ′，则碰撞过程中( ）

A．能量守恒，动量守恒，且λ＝λ′ B．能量不守恒,动量不守恒,且λ＝λ′

C．能量守恒，动量守恒,且λ＜λ′

D．能量守恒，动量守恒，且λ＞λ′

【解析】 能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律，适用于宏观世界也适用于微观世界，光子与电子碰撞时遵循这两个守恒定律．光子与电子碰撞前光子的能量E＝hν＝h错误!,当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，光子的能量E′＝hν′＝h错误!，由E>E′，可知λ＜λ′，选项C正确．

【答案】 C

5．在做光电效应的实验时,某金属被光照射发生了光电效应,实验测得光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν的关系如图所示，由实验图线不能求出( )

A．该金属的极限频率和极限波长

B．普朗克常量

C．该金属的逸出功

D．单位时间内逸出的光电子数

【解析】 由图线可知Ek＝0时的频率为极限频率ν0、极限波长为λ0＝错误!.该图线的斜率等于普朗克常量h,该金属的逸出功W0＝hν0也可求．不能求出单位时间内逸出的光电子数,故D不能求得．

【答案】 D

6．频率为ν的光照射某种金属材料，产生光电子的最大初动能为Ek，若以频率为2ν的光照射同一金属材料,则光电子的最大初动能是( )

A．2Ek B．Ek＋hν

C．Ek－hν D．Ek＋2hν

【解析】 根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0知,当入射光的频率为ν时，可计算出该金属的逸出功W0＝hν－Ek.当入射光的频率为2ν时，光电子的最大初动能为Ek′＝2hν－W0＝Ek＋hν.

【答案】 B 7．(多选）现有a、b、c三束单色光,其波长关系为λa＞λb＞λc。用b光束照射某种金属时，恰能发生光电效应．若分别用a光束和c光束照射该金属，则可以断定( ）

A．a光束照射时，不能发生光电效应

B．c光束照射时，一定能发生光电效应

C．a光束照射时，释放光电子数目最多

D．c光束照射时，释放光电子的最大初动能最小

【解析】 c＝λν，λa＞λb＞λc,νa＜νb＜νc。用光束b照射金属,该频率等于极限频率，恰好发生光电效应．因为光束a的频率小于该极限频率，不能发生光电效应，A选项正确；光束c的频率大于该极限频率，能发生光电效应，B选项正确;光电子数目由光强来决定，不知三束光的光强，无法确定释放出的光电子数，C选项错误；由光电效应方程Ekm＝hν－W0，c频率最大,金属的逸出功一定，则c光照射时，释放出的光电子动能最大，D选项错误．

【答案】 AB

8．如图所示，为一光电管电路,滑动变阻器触头位于ab上某点，用光照射光电管阴极,电表无偏转，要使电表指针偏转，可采取的措施有( )

A．加大照射光的强度

B．换用波长短的光照射

C．将P向b滑动

D．将电源正、负极对调

【解析】 电表无偏转，说明没有发生光电效应现象，即入射光的频率小于极限频率,要能发生光电效应现象，只有增大入射光的频率，即减小入射光的波长．

【答案】 B

9．如图所示，一验电器与锌板相连,在A处用一紫外线灯照射锌板，关灯后,指针保持一定偏角．

(1)现用一带少量负电的金属小球与锌板接触,则验电器指针偏角将________（选填“增大”、“减小"或“不变”)．

（2)使验电器指针回到零,再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板,验电器指针无偏转．那么,若改用强度更大的红外线灯照射锌板,可观察到验电器指针________(选填“有”或“无”）偏转．

【解析】 验电器的指针张开，表明用紫外线照射锌板时，发生了光电效应,从锌板表面逸出了电子，锌板带正电;带负电的金属小球与锌板接触，电荷中和,锌板带电荷量减小，所以验电器指针偏角将变小．用钠灯发出的黄光照射锌板，指针无偏转，没有发生光电效应．改用红外线，由于红外线的频率小于黄光的频率，即不发生光电效应，所以验电器指针无偏转．

【答案】 (1）减小 （2)无

10．（1）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的关系图象中，正确的是________．

(2）钠金属中的电子吸收光子的能量，从金属表面逸出，这就是光电子．光电子从金属表面逸出的过程中，其动量的大小________(选填“增大”、“减小”或“不变”），原因是________________________________．

【解析】 由于光的频率一定，它们的截止电压相同，A、B不正确．光越强，电流越大，C正确．由于光电子受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功)，光电子的动量变小．

【答案】 （1）C （2)减小 光电子受到金属表面层中力的阻碍作用（或需要克服逸出功)

能力提升

1．(多选）某金属的逸出功为2。3 eV，这意味着( ）

A．这种金属内部的电子克服原子核引力做2。3 eV的功即可脱离表面

B．这种金属表层的电子克服原子核引力做2。3 eV的功即可脱离表面

C．要使这种金属有电子逸出，入射光子的能量必须大于2.3 eV

D．这种金属受到光照时若有电子逸出，则电子离开金属表面时的动能至少等于2。3 eV

【解析】 逸出功指金属表层电子脱离原子核克服原子核引力所做的功．由Ek＝hν－W0〉0知hν>W0，故C对．

【答案】 BC

2．用波长为2。0×10－7 m的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是4。7×10－19 J．由此可知,钨的极限频率是(普朗克常量h＝6。63×10－34 J·s，光速c＝3。0×108 m/s，结果取两位有效数字)( ）

A．5.5×1014 Hz B．7.9×1014 Hz

C．9.8×1014 Hz D．1.2×1015 Hz

【解析】 由光电效应方程Ek＝hν－W逸，可得W逸＝hν－Ek，而W逸＝hν0,ν＝错误!,所以钨的极限频率ν0＝错误!－错误!＝7。9×1014 Hz，答案为B.

【答案】 B

3．(多选)频率为ν的光子,具有的能量为hν,动量为错误!，将这个光子打在处于静止状态的电子上，光子将偏离原运动方向,这种现象称为光子的散射．下列关于光子散射的说法正确的是（ )

A．光子改变原来的运动方向,且传播速度变小

B．光子由于在与电子碰撞中获得能量，因而频率增高

C．由于受到电子碰撞,散射后的光子波长大于入射光子的波长

D．由于受到电子碰撞,散射后的光子频率小于入射光子的频率

【解析】 碰撞后光子改变原来的运动方向，但传播速度不变．光子由于在与电子碰撞中损失能量，因而频率减小，即ν1>ν2，再由c＝λ1ν1＝λ2ν2，得到λ1〈λ2，故选项C、D正确． 【答案】 CD

4．光电效应实验和康普顿实验都证明了光具有________(填“粒子性"或“波动性”）．甲图中金属片张开是因为验电器带________（填“正"或“负”)电,若改用强度较弱的紫外线照射锌板________（填“能"或“不能"）使金属片张开；乙图中ν1________ν（填“〉"、“〈”或“＝”)．

【解析】 光电效应实验和康普顿实验都证明了光具有粒子性；图甲中金属片张开是因为验电器带正电；若改用强度较弱的紫外线照射锌板一定能使验电器张开；图乙中hν1〉hν,所以ν1>ν.

【答案】 粒子性 正 能 >

5．如图所示，一光电管的阴极用极限波长λ0＝5 000 错误!的钠制成,光电管阳极A和阴极K之间的电势差U＝2。1 V，用波长λ＝3 000 错误!的紫外线照射阴极，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)Im＝0.56 μA.求：

（1）每秒内由K极发射的光电子数目；

（2）电子达到A极时的最大动能；

（3)如果电势差U不变，而照射光的强度增大到原值的3倍，此时电子到达A极的最大动能是多大？(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s。)

【解析】 (1)设每秒内发射的电子数为n，则n＝错误!＝错误!＝3.5×1012个．

(2）由光电效应方程可知

Ekm＝hν－W0＝h错误!－h错误!＝hc错误!，

在AK间加电压U时，电子到达阳极时的动能为Ek

Ek＝Ekm＋eU＝hc错误!＋eU 代入数值得Ek＝6.01×10－19 J。

(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，还是6.01×10－19 J。

【答案】 (1)3.5×1022 (2)6。01×10－19 J （3)6。01×10－19 J

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