高中物理 第十七章 波粒二象性 第1節(jié) 能量量子化 第2節(jié) 光的粒子性課下作業(yè) 新人教版選修3-5

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1、高中物理 第十七章 波粒二象性 第1節(jié) 能量量子化 第2節(jié) 光的粒子性課下作業(yè) 新人教版選修3-5 1．關(guān)于對(duì)熱輻射的認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．熱的物體向外輻射電磁波，冷的物體只吸收電磁波 B．溫度越高，物體輻射的電磁波越強(qiáng) C．輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布情況只與物體的溫度有關(guān)，與材料種類(lèi)及表面狀況無(wú)關(guān) D．常溫下我們看到的物體的顏色就是物體輻射電磁波的顏色 解析：一切物體都不停地向外輻射電磁波，且溫度越高，輻射的電磁波越強(qiáng)，A錯(cuò)誤，B正確；選項(xiàng)C是黑體輻射的特性，C錯(cuò)誤；常溫下看到的物體的顏色是反射光的顏色，D錯(cuò)誤。 答案：B 2．如圖1所示，一驗(yàn)電器與鋅板用導(dǎo)線相連，

2、用紫外線光源照射鋅板時(shí)，驗(yàn)電器指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，下列判斷正確的是 (　　) A．此時(shí)鋅板帶正電 B．紫外線越強(qiáng)，驗(yàn)電器的指針偏角越大 圖1 C．改用紅外線照射鋅板，驗(yàn)電器的指針一定會(huì)偏轉(zhuǎn) D．將一不帶電的金屬小球與鋅板接觸，則驗(yàn)電器指針偏角會(huì)減小 解析：用紫外線照射鋅板，鋅板發(fā)生了光電效應(yīng)，即鋅板有電子逸出，鋅板帶正電，A正確；紫外線越強(qiáng)，即單位時(shí)間打在鋅板上的光子越多，逸出的電子越多，鋅板所帶的電荷量越多，驗(yàn)電器的指針偏角越大，B正確；由于紅外線的頻率比紫外線的頻率小，因此不一定能發(fā)生光電效應(yīng)，驗(yàn)電器指針不一定會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，C錯(cuò)誤；將一不帶電的金屬小球與鋅板接觸，鋅

3、板將部分電荷轉(zhuǎn)移給金屬小球，驗(yàn)電器指針的偏角將減小，D正確。 答案：ABD 3．光子有能量，也有動(dòng)量，動(dòng)量p＝，它也遵守有關(guān)動(dòng)量的規(guī)律。如圖2所示，真空中，有“∞”字形裝置可繞通過(guò)橫桿中點(diǎn)的豎直軸OO′在水平面內(nèi)靈活地轉(zhuǎn)動(dòng)，其中左邊是圓形黑紙片(吸收光子)，右邊是和左邊大小、質(zhì)量相同的圓形白紙片(反射光子)。當(dāng)用 圖2 平行白光垂直照射這兩個(gè)圓面時(shí)，關(guān)于裝置開(kāi)始時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)情況(俯視)的下列說(shuō)法中正確的是 (　　) A．順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)　　　　 B．逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng) C．都有可能 D．不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng) 解析：根據(jù)動(dòng)量定理Ft＝mvt－mv0，由光子的動(dòng)量變化可知黑紙片和光子之間

4、的作用力小于白紙片和光子之間的作用力，所以裝置開(kāi)始時(shí)逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，B選項(xiàng)正確。 答案：B 4．分別用波長(zhǎng)為λ和λ的單色光照射同一金屬板，發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能之比為1∶2。以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，則此金屬板的逸出功為(　　) A.　　　　　　　 B. C. D. 解析：由光電效應(yīng)方程得Ek1＝h－W0 ① Ek2＝h－W0 ② 又Ek2＝2Ek1 ③ 聯(lián)立①②③得W0＝，故選A。 答案：A 5．在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，飛飛同學(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

5、間的關(guān)系曲線(甲光、乙光、丙光)，如圖3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(zhǎng)大于丙光的波長(zhǎng) C．乙光對(duì)應(yīng)的截止頻率大于丙光的截止頻率 圖3 D．甲光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能大于丙光的光電子最大初動(dòng)能 解析：由題圖可知，丙光的最大電流小于甲光和乙光，說(shuō)明逸出的電子數(shù)目最少，即丙光的強(qiáng)度最小。由題圖說(shuō)明丙光對(duì)應(yīng)的光電子的初動(dòng)能最大，即丙光的頻率最高(波長(zhǎng)最小)，B項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤；甲光和乙光的頻率相同，A項(xiàng)錯(cuò)誤。由于是同一光電管，所以乙光、丙光截止頻率是一樣的，C項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案：B 6．(xx·新課標(biāo)全國(guó)卷)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，某金屬

6、的截止頻率相應(yīng)的波長(zhǎng)為λ0，該金屬的逸出功為_(kāi)_______。若用波長(zhǎng)為λ(λ<λ0)的單色光做該實(shí)驗(yàn)，則其遏止電壓為_(kāi)_______。已知電子的電荷量、真空中的光速和普朗克常量分別為e、c和h。 解析：設(shè)金屬的截止頻率為ν0，則該金屬的逸出功W0＝hν0＝h；對(duì)光電子，由動(dòng)能定理得eU0＝h－W0， 解得U0＝·。 答案：　· 7．光本身是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的，頻率為ν的光的能量子為hν，這些能量子被稱(chēng)為光子。頻率為ν的光子的動(dòng)量為(c為真空中的光速)，假定在單位時(shí)間內(nèi)垂直射到平面鏡單位面積上的光子數(shù)為N，并且這些光子全部被平面鏡反射，則光子對(duì)平面鏡發(fā)生的壓強(qiáng)為_(kāi)_____

7、__。 解析：設(shè)平面鏡對(duì)光子的作用力為F，以光子被反射后的方向?yàn)檎较颍瑒t由動(dòng)量定理可得：Nt－(－Nt)＝Ft，故在時(shí)間t內(nèi)，F(xiàn)＝(此力為作用在單位面積上的力)，根據(jù)牛頓第三定律，光子對(duì)平面鏡的作用力大小F′＝F＝，由壓強(qiáng)公式 p＝＝＝。 答案： 8．深沉的夜色中，在大海上航行的船舶依靠航標(biāo)燈指引航道，如圖4所示是一個(gè)航標(biāo)燈自動(dòng)控制電路的示意圖。電路中的光電管陰極K涂有可發(fā)生光電效應(yīng)的金屬。下表反映的是各種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率和極限波長(zhǎng)，又知可見(jiàn)光的波長(zhǎng)在400～770 nm(1 nm＝10－9 m)。 圖4 各種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率和極限波長(zhǎng)： 金屬 銫

8、鈉 鋅 銀 鉑 極限頻率(Hz) 4.545 ×1014 6.000 ×1014 8.065 ×1014 1.153 ×1015 1.529 ×1015 極限波長(zhǎng)(μm) 0.660 0 0.500 0 0.372 0 0.260 0 0.196 2 根據(jù)上圖和所給出的數(shù)據(jù)，你認(rèn)為： (1)光電管陰極K上應(yīng)涂有金屬________； (2)控制電路中的開(kāi)關(guān)S應(yīng)和________(填“a”和“b”)接觸； (3)工人在鍛壓機(jī)、沖床、鉆床等機(jī)器上勞動(dòng)時(shí)，稍有不慎就會(huì)把手壓在里面，造成工傷事故。如果將上述控制電路中的電燈換成驅(qū)動(dòng)這些機(jī)器工作的電機(jī)，這時(shí)

9、電路中開(kāi)關(guān)S應(yīng)和________接觸，這樣，當(dāng)工人不慎將手伸入危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，由于遮住了光線，光控繼電器銜鐵立即動(dòng)作，使機(jī)床停止工作，避免事故發(fā)生。 解析：(1)依題意知，可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍為400×10－9～770×10－9 m。 而金屬銫的波長(zhǎng)為λ＝0.660 0×10－6 m＝660 nm，鈉的波長(zhǎng)為λ1＝0.500 0×10－6 m＝500 nm，因此，光電管陰極K上應(yīng)涂金屬銫或鈉。 (2)深沉的夜色中，線圈中無(wú)電流，銜鐵與b接觸，船舶依靠航標(biāo)燈指引航道，所以控制電路中的開(kāi)關(guān)S應(yīng)和b接觸。 (3)若將上述控制電路中的電燈換成電機(jī)，在手遮住光線之前，電機(jī)應(yīng)是正常工作的，此時(shí)銜鐵與a接觸

10、，所以電路中的開(kāi)關(guān)S應(yīng)和a接觸。 答案：(1)銫或鈉　(2)b　(3)a 9．如圖5所示，陰極K用極限波長(zhǎng)是λ0＝0.66 μm的金屬銫制成，用波長(zhǎng)λ＝0.50 μm的綠光照射陰極K，調(diào)整兩個(gè)極板電壓。當(dāng)A極電壓比陰極高出2.5 V時(shí)，光電流達(dá)到飽和，電流表G的示數(shù)為0.64 μA。求： 圖5 (1)每秒鐘內(nèi)陰極發(fā)射的光電子數(shù)和光電子飛出陰極K時(shí)的最大初動(dòng)能； (2)若把入射到陰極的綠光的光強(qiáng)增大到原來(lái)的二倍，求每秒鐘陰極發(fā)射的光電子數(shù)和光電子到達(dá)A極的最大動(dòng)能； (3)G中電流為零的條件即遏止電壓UAK。 解析：(1)光電流達(dá)到飽和時(shí)，陰極發(fā)射的光電子

11、全部到達(dá)陽(yáng)極A，所以陰極每秒鐘發(fā)射的光電子的個(gè)數(shù) n＝＝個(gè)＝4.0×1012個(gè)。 根據(jù)光電效應(yīng)方程：Ek＝hν－W0，W0＝，代入可求得Ek＝9.6×10－20 J。 (2)若入射光的頻率不變，光的強(qiáng)度加倍，則陰極每秒發(fā)射的光電子數(shù)也加倍，即n′＝2n＝8.0×1012個(gè)。根據(jù)Ek＝hν－W0可知，光電子的最大初動(dòng)能不變，由于A、K之間電勢(shì)差是2.5 V，所以電子到達(dá)A極時(shí)的最大動(dòng)能為： Ek′＝Ek＋eU＝4.96×10－19 J (3)光電子的最大初動(dòng)能Ek＝9.6×10－20 J＝0.6 eV。 若使G中電流為零，光電子到達(dá)A極時(shí)克服電場(chǎng)力做功至少為W＝eU＝Ek，解得U＝0.6 V，即UAK＝－0.6 V。 答案：(1)4.0×1012個(gè)　9.6×10－20 J (2)8.0×1012個(gè)　4.96×10－19 J (3)UAK＝－0.6 V