2022-2023學(xué)年高中物理 第十七章 波粒二象性 2 光的粒子性課堂演練 新人教版選修3-5

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1、2022-2023學(xué)年高中物理 第十七章 波粒二象性 2 光的粒子性課堂演練 新人教版選修3-5 1．(多選)下列對(duì)光子的認(rèn)識(shí)，正確的是(　　) A．光子說(shuō)中的光子就是牛頓在微粒說(shuō)中所說(shuō)的粒子 B．光子說(shuō)中的光子就是光電效應(yīng)中的光電子 C．在空間中傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫作一個(gè)光量子，簡(jiǎn)稱光子 D．光子的能量跟光的頻率成正比 解析：根據(jù)光子說(shuō)，在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫作一個(gè)光量子，簡(jiǎn)稱光子，而牛頓的微粒說(shuō)中的微粒指的是宏觀世界的微小顆粒，光電效應(yīng)中的光電子指的是金屬內(nèi)的電子吸收光子后克服原子核的庫(kù)侖引力等束縛，逸出金屬表面的粒子，故A、

2、B選項(xiàng)錯(cuò)誤，C選項(xiàng)正確．由ε＝hν知，光子能量ε與其頻率ν成正比，故D選項(xiàng)正確． 答案：CD 2．白天的天空各處都是亮的，是大氣分子對(duì)太陽(yáng)光散射的結(jié)果.美國(guó)物理學(xué)家康普頓由于在這方面的研究而榮獲了1927年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).假設(shè)一個(gè)運(yùn)動(dòng)的光子和一個(gè)靜止的自由電子碰撞以后，電子向某一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，光子沿另一方向散射出去，則這個(gè)散射光子跟原來(lái)的光子相比(　　) A．頻率變大　　 B．速度變小 C．光子能量變大 D．波長(zhǎng)變長(zhǎng) 解析：光子與自由電子碰撞時(shí)，遵守動(dòng)量守恒和能量守恒，自由電子碰撞前靜止，碰撞后動(dòng)量、能量增加，所以光子的動(dòng)量、能量減小，故C錯(cuò)誤；由λ＝、E＝hν可知光子頻率變小，

3、波長(zhǎng)變長(zhǎng)，故A錯(cuò)誤，D正確；由于光子速度是不變的，故B錯(cuò)誤. 答案：D 3．用紫光照射某金屬恰可發(fā)生光電效應(yīng)，現(xiàn)改用較強(qiáng)的太陽(yáng)光照射該金屬，則(　　) A．可能不發(fā)生光電效應(yīng) B．逸出光電子的時(shí)間明顯變長(zhǎng) C．逸出光電子的最大初動(dòng)能不變 D．單位時(shí)間逸出光電子的數(shù)目變小 解析：由于太陽(yáng)光中含有紫光，所以照射該金屬時(shí)仍能發(fā)生光電效應(yīng)且逸出的光電子的最大初動(dòng)能不變，A項(xiàng)錯(cuò)誤，C項(xiàng)正確；產(chǎn)生光電效應(yīng)的時(shí)間幾乎是瞬時(shí)的，B項(xiàng)錯(cuò)誤；又因?yàn)楣鈴?qiáng)變強(qiáng)，所以單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)目變大，D項(xiàng)錯(cuò)誤． 答案：C 4．(多選)在演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，原來(lái)不帶電的一塊鋅板與靈敏靜電計(jì)相連，用弧光燈

4、(紫外線)照射鋅板時(shí)，靜電計(jì)的指針就張開(kāi)一個(gè)角度，如圖所示，這時(shí)(　　) A．鋅板帶正電，指針帶負(fù)電 B．鋅板帶正電，指針帶正電 C．若用黃光照射鋅板，則不能產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象 D．若用紅光照射鋅板，則鋅板能發(fā)射光電子 解析：鋅板在紫外線照射下，發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，有光電子飛出，故鋅板帶正電，部分正電荷轉(zhuǎn)移到靈敏靜電計(jì)上，使指針帶正電，B對(duì)，A錯(cuò)；紅光和黃光的頻率都小于紫外線的頻率，都不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，C對(duì)，D錯(cuò)． 答案：BC 5．用不同頻率的紫外線分別照射鎢和鋅的表面而產(chǎn)生光電效應(yīng)，可得到光電子最大初動(dòng)能Ek隨入射光頻率ν變化的Ek-ν圖象.已知鎢的逸出功是3.28 eV，鋅的

5、逸出功是3.24 eV，若將二者的圖線畫在同一個(gè)Ek-ν坐標(biāo)圖中，用實(shí)線表示鎢，用虛線表示鋅，則正確反映這一過(guò)程的圖是(　　) 解析：依據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，Ek－ν圖線的斜率代表了普朗克常量h，因此鎢和鋅的Ek－ν圖線應(yīng)該平行.圖線的橫軸截距代表了截止頻率νc，而νc＝，因此鎢的νc大些.綜上所述，B圖正確. 答案：B A級(jí)　抓基礎(chǔ) 1．紅、橙、黃、綠四種單色光中，光子能量最小的是(　　) A．紅光　　　　　 B．橙光 C．黃光 D．綠光 解析：按照愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)，光子的能量ε＝hν，h為普朗克常量，說(shuō)明光子的能量與光的頻率成正比，而上述四種單色光中

6、，綠光的頻率最大，紅光的頻率最小，故光子能量最小的是紅光，所以選項(xiàng)A正確． 答案：A 2．科學(xué)研究證明，光子有能量也有動(dòng)量，當(dāng)光子與電子碰撞時(shí)，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子.假設(shè)光子與電子碰撞前的波長(zhǎng)為λ，碰撞后的波長(zhǎng)為λ′，則碰撞過(guò)程中(　　) A．能量守恒，動(dòng)量不守恒，且λ＝λ′ B．能量不守恒，動(dòng)量不守恒，且λ＝λ′ C．能量守恒，動(dòng)量守恒，且λ<λ′ D．能量守恒，動(dòng)量守恒，且λ>λ′ 解析：光子與電子的碰撞過(guò)程中，系統(tǒng)不受外力，也沒(méi)有能量損失，故系統(tǒng)動(dòng)量守恒，系統(tǒng)能量也守恒，光子與電子碰撞后，電子能量增加，故光子能量減小，根據(jù)E＝hν，光子的頻率減小，根據(jù)λ＝知，波長(zhǎng)變長(zhǎng)

7、，即λ＜λ′，C正確. 答案：C 3．對(duì)于任何一種金屬，能發(fā)生光電效應(yīng)的條件是(　　) A．入射光的強(qiáng)度大于某一極限強(qiáng)度 B．入射光的波長(zhǎng)大于某一極限波長(zhǎng) C．入射光照射時(shí)間大于某一極限時(shí)間 D．入射光的頻率不低于某一截止頻率 答案：D 4．(多選)如圖所示是光電效應(yīng)中光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖象．從圖中可知(　　) A．Ek與ν成正比 B．入射光頻率必須大于或等于截止頻率νc時(shí)，才能產(chǎn)生光電效應(yīng) C．對(duì)同一種金屬而言，Ek僅與ν有關(guān) D．Ek與入射光強(qiáng)度成正比 解析：由Ek＝hν－W0知B、C正確，A、D錯(cuò)誤． 答案：BC B級(jí)　提能力

8、5．現(xiàn)有a、b、c三束單色光，其波長(zhǎng)關(guān)系為λa>λb>λc.用b光束照射某種金屬時(shí)，恰能發(fā)生光電效應(yīng)．若分別用a光束和c光束照射該金屬，則可以斷定(　　) A．a(chǎn)光束照射時(shí)，不能發(fā)生光電效應(yīng) B．c光束照射時(shí)，不能發(fā)生光電效應(yīng) C．a(chǎn)光束照射時(shí)，釋放出的光電子數(shù)目最多 D．c光束照射時(shí)，釋放出的光電子的最大初動(dòng)能最小 解析：由a、b、c三束單色光的波長(zhǎng)關(guān)系λa>λb>λc及波長(zhǎng)、頻率的關(guān)系知：三束單色光的頻率關(guān)系為：νa<νb<νc.故當(dāng)b光束恰能使金屬發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，a光束必然不能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，c光束必然能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，A對(duì)，B錯(cuò)；又因?yàn)榘l(fā)生光電效應(yīng)時(shí)釋放的光電子數(shù)

9、目與光照強(qiáng)度有關(guān)，光照越強(qiáng)，光電子數(shù)目越多，由于光照強(qiáng)度未知，所以光電子數(shù)目無(wú)法判斷，C錯(cuò)；光電子的最大初動(dòng)能與入射光頻率有關(guān)，頻率越高，最大初動(dòng)能越大，所以c光束照射時(shí)釋放出的電子的最大初動(dòng)能最大，D錯(cuò)．故正確選項(xiàng)為A. 答案：A 6．(多選)已知能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的截止頻率為νc，則(　　) A．當(dāng)用頻率為2νc的單色光照射該金屬時(shí)，一定能產(chǎn)生光電子 B．當(dāng)用頻率為2νc的單色光照射該金屬時(shí)，所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為hνc C．當(dāng)入射光的頻率ν大于νc時(shí)，若ν增大，則逸出功增大 D．當(dāng)入射光的頻率ν大于νc時(shí)，若ν增大一倍，則光電子的最大初動(dòng)能也增大一倍 解析：因入射

10、光的頻率大于極限頻率時(shí)會(huì)產(chǎn)生光電效應(yīng)，所以A正確；因?yàn)榻饘俚臉O限頻率為νc，所以逸出功W0＝hνc，再由Ek＝hν－W0得，Ek＝2hνc－h(huán)νc＝hνc，故B正確；因?yàn)橐莩龉κ枪怆娮忧『靡莩鰰r(shí)需要做的功，對(duì)于同種金屬是恒定的，故C錯(cuò)誤；由Ek＝hν－W0＝hν－h(huán)νc＝h(ν－νc)可得，當(dāng)ν增大一倍時(shí)：＝≠2，故D錯(cuò)誤． 答案：AB 7．以往我們認(rèn)識(shí)的光電效應(yīng)是單光子光電效應(yīng)，即一個(gè)電子在短時(shí)間內(nèi)能吸收到一個(gè)光子而從金屬表面逸出．強(qiáng)激光的出現(xiàn)豐富了人們對(duì)于光電效應(yīng)的認(rèn)識(shí)，用強(qiáng)激光照射金屬，由于其光子密度極大，一個(gè)電子在短時(shí)間內(nèi)吸收多個(gè)光子成為可能，從而形成多光子電效應(yīng)，這已被實(shí)驗(yàn)證實(shí)．

11、光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置示意如圖．用頻率為ν的普通光源照射陰極K，沒(méi)有發(fā)生光電效應(yīng)，換同樣頻率為ν的強(qiáng)激光照射陰極K，則發(fā)生了光電效應(yīng)；此時(shí)，若加上反向電壓U，即將陰極K接電源正極，陽(yáng)極A接電源負(fù)極，在KA之間就形成了使光電子減速的電場(chǎng)，逐漸增大U，光電流會(huì)逐漸減??；當(dāng)光電流恰好減小到零時(shí)，所加反向電壓U可能是下列的(其中W為逸出功，h為普朗克常量，e為電子電量)(　　) A．U＝－ B．U＝－ C．U＝2hν－W D．U＝－ 解析：一個(gè)電子吸收一個(gè)光子不能發(fā)生光電效應(yīng)，換用同樣頻率為ν的強(qiáng)光照射陰極K，發(fā)生了光電效應(yīng)，即吸收的光子能量為nhν＝2、3、4 …，根據(jù)eU＝nh

12、ν－W，可知U＝－，所以B正確． 答案：B 8．圖甲是光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置圖，圖乙是光電流與加在陰極K和陽(yáng)極A上的電壓的關(guān)系圖象，下列說(shuō)法不正確的是(　　) 圖甲　　　　　圖乙 A．由圖線①、③可知在光的顏色不變的情況下，入射光越強(qiáng)，飽和電流越大 B．由圖線①、②、③可知對(duì)某種確定的金屬來(lái)說(shuō)，其遏止電壓只由入射光的頻率決定 C．遏止電壓越大，說(shuō)明從該金屬中逃出來(lái)的光電子的最大初動(dòng)能越大 D．不論哪種顏色的入射光，只要光足夠強(qiáng)，就能發(fā)生光電效應(yīng) 解析：由圖線①、③可知在光的顏色不變的情況下，入射光越強(qiáng)，飽和電流越大，故A說(shuō)法正確；根據(jù)光電效應(yīng)方程可得： Ekm＝hv－W0＝eU

13、c，可知入射光頻率越大，最大初動(dòng)能越大，遏止電壓越大，可知對(duì)于確定的金屬，遏止電壓與入射光的頻率有關(guān)，故B說(shuō)法正確；根據(jù)最大初動(dòng)能： Ekm＝eUc中，遏止電壓越大，說(shuō)明從該金屬中逃出來(lái)的光電子的最大初動(dòng)能越大，故C說(shuō)法正確；發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于截止頻率，與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，故D說(shuō)法錯(cuò)誤.所以選D. 答案：D 9．鋁的逸出功為4.2 eV，現(xiàn)用波長(zhǎng)200 nm的光照射鋁的表面．已知h＝6.63×10－34 J·s，求： (1)光電子的最大初動(dòng)能； (2)遏止電壓； (3)鋁的截止頻率． 解析：(1)根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0有 Ek＝－W0＝ J－4.2×1.6×10－19 J＝3.225×10－19 J. (2)由Ek＝eUc可得 Uc＝＝ V＝2.016 V. (3)由hνc＝W0得 νc＝＝ Hz＝1.014×1015 Hz. 答案：(1)3.225×10－19 J　(2)2.016 V (3)1.014×1015 Hz