2016-2017学年高中物理 第17章 波粒二象性新人教版选修3-5

1 第 1、2 节 能量量子化、光的粒子性 基础夯实 一、选择题(14 题为单选题，5、6 题为多选题) 1以下宏观概念，哪些是“量子化”的 ( )导 学 号 96140144 A木棒的长度 B物体的质量 C物体的动量 D学生的个数 答案：D 解析：所谓“量子化”应该是不连续的，一份一份的，故选项 D 正确。 2关于黑体辐射的强度与波长的关系，下图正确的是 ( )导 学 号 96140145 答案：B 解析：根据黑体辐射的实验规律：随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加，故图 线不会有交点，选项 C、D 错误。另一方面，辐射强度的极大值会向波长较短方向移动，选 项 A 错误，B 正确。 3白天的天空各处都是亮的，是大气分子对太阳光散射的结果。假设一个运动的光子 和一个静止的自由电子碰撞以后，电子向某一个方向运动，光子沿另一方向散射出去，则 这个散射光子跟原来的光子相比 ( )导 学 号 96140146 A频率变大 B频率不变 C光子能量变大 D波长变长 答案：D 解析：运动的光子和一个静止的自由电子碰撞时，既遵守能量守恒，又遵守动量守恒。 碰撞中光子将能量 h 的一部分传递给了电子，光子的能量减少，波长变长，频率减小， D 选项正确。 4(黑龙江大庆一中 20152016 学年高二下学期检测)关于光电效应现象，下列说法 正确的是 ( )导 学 号 96140147 A只有入射光的波长大于使该金属发生光电效应的极限波长，才能发生光电效应现象 B在光电效应现象中，产生的光电子的最大初动能跟入射光的频率成正比 C产生的光电子最大初动能与入射光的强度成正比 2 D在入射光频率一定时，单位时间内从金属中逸出的光电子个数与入射光的强度成正 比 答案：D 解析：根据光电效应方程 Ekm h h 。入射光的波长必须小于极限波长，才能发 c c 0 生光电效应，故 A 错误；从光电效应方程知，光电子的最大初动能与照射光的频率成一次 函数关系，不是成正比，故 B 错误。根据光电效应方程 Ekm h W0，入射光的频率越大， 光电子的最大初动能越大，与入射光的强度无关，故 C 错误。发生光电效应时，入射光的 频率影响的是光电子的最大初动能，光强度影响单位时间内发出光电子的数目，在入射光 频率一定时，单位时间内从金属中逸出的光电子个数与入射光的强度成正比，故 D 正确。 故选 D。 5(昌乐二中 20142015 学年高二下学期检测)光电效应实验的装置如图所示，则下 列说法中正确的是 ( )导 学 号 96140148 A用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转 B用红色光照射锌板，验电器指针会发生偏转 C锌板带的是负电荷 D使验电器指针发生偏转的是正电荷 答案：AD 解析：将擦得很亮的锌板连接验电器，用弧光灯照射锌板(弧光灯发出紫外线)，验电 器指针张开一个角度， 说明锌板带了电。进一步研究表明锌板带正电，这说明在紫外光的 照射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出来，锌板中缺少电子，于是带正电，A、D 选 项正确，红光不能使锌板发生光电效应。 6(重庆十一中 20152016 学年高二下学期检测)如图所示是用光照射某种金属时逸 出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线，普朗克常量 h6.6310 34 Js，由 图可知 ( )导 学 号 96140149 A该金属的极限频率为 4.271014Hz 3 B该金属的极限频率为 5.51014Hz C该图线的斜率表示普朗克常量 D该金属的逸出功为 0.5eV 答案：AC 解析：由光电效应方程 Ekm h W 知图线与横轴交点为金属的极限频率，即 04.2710 14Hz，A 对，B 错；该图线的斜率为普朗克常量，C 对；金属的逸出功 W h 06.6310 34 4.271014/1.61019 eV1.8eV，D 错。 二、非选择题 7用同一束单色光，在同一条件下，先后照射锌片和银片，都能产生光电效应，这两 个过程中，对下列四个量，一定相同的是_，可能相同的是_，一定不相同 的是_。 导 学 号 96140150 A光子的能量 B金属的逸出功 C光电子动能 D光电子最大初动能 答案：A C BD 解析：光子的能量由光的频率决定，同一束单色光频率相同，因而光子能量相同，逸 出功等于电子脱离原子核束缚需要做的最小的功，因此只由材料决定，锌片和银片的逸出 功一定不相同。由 Ek h W，照射光子能量 h 相同，逸出功 W 不同，则电子最大初动 能也不同，由于光电子吸收光子后到达金属表面的路径不同，途中损失的能量也不同，因 而脱离金属时的动能可能分布在零到最大初动能之间，所以，两个不同光电效应的光电子 中，动能是可能相等的。 8有一个成语叫做“炉火纯青” ，原意说的是道士炼丹时候的温度控制，温度高低主 要是靠看火焰的颜色，温度低的时候，是偏红的，温度最高的时候，才呈现青色，所以炉 火纯青表示温度已经足够高了。怎样用热辐射来解释温度与颜色的关系？ 导 学 号 96140151 解析： 黑体辐射与温度之间有着密切的关系，热辐射的光谱是连续光谱，辐射光谱的 性质与温度有关，在室温下，大多数物体辐射不可见的红外光。但当物体被加热到 500 左右时，开始发出暗红色的可见光，随着温度的不断上升，辉光逐渐亮起来，而且波长较 短的辐射越来越多，大约在 1500时就会变成明亮的白炽光。这说明同一物体在一定温度 下所辐射的能量，在不同光谱区域的分布是不均匀的，而且温度越高，光谱中与能量最大 的辐射相对应的频率也越高。因此，火焰颜色也随之而改变。 能力提升 一、选择题(13 题为单选题，4、5 题为多选题) 1在自然界生态系统中，蛇与老鼠和其他生物通过营养关系构成食物链，在维持生态 平衡方面发挥重要的作用。蛇是老鼠的天敌，它是通过接收热辐射来发现老鼠的。假设老 鼠的体温约 37，它发出的最强的热辐射的波长为 m。根据热辐射理论， m与辐射源的 4 绝对温度 T 的关系近似为 T m2.9010 3 mK。 导 学 号 96140152 (1)老鼠发出最强的热辐射的波长为( ) A7.810 5 m B9.410 6 m C1.1610 4 m D9.710 8 m (2)老鼠发生的最强的热辐射属于( ) A可见光波段 B紫外波段 C红外波段 DX 射线波段 答案：(1)B (2)C 解析：(1)老鼠的体温 T(27337)K310K 由题设条件 m与 T 的近似关系式： mT2.9010 3 mK 得 m m9.410 6 m，B 正确。 2.9010 3T 2.9010 3310 (2)可见光的波长范围 4.0107 7.010 7 m， m大于此范围，所以属于红外线，C 正确。也可根据老鼠的体温不高，不能辐射可见光进行判断。 2(湖北宜昌市葛州坝中学 20152016 学年高二下学期期中)在光电效应实验中，飞 飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙 光、丙光)，如图所示。则可判断出 ( )导 学 号 96140153 A甲光的频率大于乙光的频率 B乙光的波长大于丙光的波长 C乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率 D甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能 答案：B 解析：该题考查了光电效应问题，应根据截止电压判断频率。由 eUc mv2 h W 12 可知 丙 甲 乙 甲 乙 丙 ，所以 A、D 错，B 对。由于 h 0 W，所以 C 错。 3(黑龙江绥化市肇东一中 20152016 学年高二下学期期中)如图所示，用绿光照射 一光电管，能产生光电效应。欲使光电子从阴极逸出时的初动能增大，应该 5 ( )导 学 号 96140154 A改用红光照射 B改用紫光照射 C增大光电管上的加速电压 D增大绿光的强度 答案：B 解析：由 Ek h W 逸出 知增加最大初动能，只要入射光的频率变大就行了。红光的 频率比绿光小，故 A 错误；紫光的频率比绿光的大，故 B 正确。增大光电管的加速电压， 不影响阴极逸出时的初动能，故 C 错误；增加绿光照射强度只是增大了光电流强度，D 错 误。故选 B。 4(湛江市 20142015 学年高二质检)在实验室或工厂的高温炉子上开一个小孔，小 孔可看做黑体，由小孔的热辐射特征，就可以确定炉内的温度，如图所示，就是黑体的辐 射强度与其辐射光波波长的关系图象，则下列说法正确的是 ( )导 学 号 96140155 A T1T2 B T1T2。本题正确选项为 A、D。 5(黄冈中学 20142015 学年高二下学期期中)在图甲所示的装置中， K 为一金属板， A 为金属电极，都密封在真空的玻璃管中， W 为由石英片封盖的窗口，单色光可通过石英片 射到金属板 K 上， E 为输出电压可调的直流电源，其负极与电极 A 相连， A 是电流表，实验 发现，当用某种频率的单色光照射 K 时， K 会发出电子(光电效应)，这时，即使 A、 K 之间 的电压等于零，回路中也有电流。当 A 的电势低于 K 时，而且当 A 比 K 的电势低到某一值 Uc时，电流消失， Uc称为遏止电压，当改变照射光的频率 ，遏止电压 Uc也将随之改变， 其关系如图乙所示，如果某次实验我们测出了画出这条图线所需的一系列数据，又知道了 电子电量，则 ( )导 学 号 96140156 6 A可得该金属的极限频率 B可求得该金属的逸出功 C可求得普朗克常量 D可求得电子的质量 答案：ABC 解析：选项 A，由题意结合光电效应方程可知图象乙中当遏制电压 Uc0 时，入射光 频率即极限频率，故选项 A 正确；选项 B，当遏制电压 Uc0 时，入射光子的能量即等于 逸出功，故选项 B 正确；选项 C，由图乙的斜率可求普朗克常量，故选项 C 正确；选项 D， 电子质量不可求得，故选项 D 错误。 二、非选择题 6如图所示，当电键 S 断开时，用光子能量为 2.5 eV 的一束光 照射阴极 P，发现电流表读数不为零。合上电键，调节滑动变阻器，发 现当电压表读数小于 0.60 V 时，电流表读数仍不为零；当电压表读数 大于或等于 0.60 V 时，电流表读数为零。 导 学 号 96140157 (1)求此时光电子的最大初动能的大小。 (2)求该阴极材料的逸出功。 答案：(1)0.6 eV (2)1.9 eV 解析：设用光子能量为 2.5 eV 的光照射时，光电子的最 大初动能为 Ek，阴极材料逸出功为 W0。 当反向电压达到 U0.60 V 以后，具有最大初动能的光电子达不到阳极，因此 eU Ek 由光电效应方程： Ek h W0 由以上二式： Ek0.6 eV， W01.9 eV。 7如图所示，擦得很亮的绝缘锌板 A 水平固定放置，其下方水 平放有接地的铜板 B，两板间距离为 d，两板面积均为 S，正对面积 为 S，且 SS。当用弧光灯照射锌板上表面后， A、 B 板间一带电 液滴恰好处于静止状态。试分析： 导 学 号 96140158 (1)液滴带何种电荷？ (2)用弧光灯再照射 A 板上表面，滴液做何种运动？ (3)要使液滴向下运动，应采取哪些措施？ 答案：(1)负电 (2)向上运动 (3)将 B 板向右平移 解析：(1)锌板受弧光灯照射发生光电效应，有光电子从锌板 A 的上表面逸出，而使 A 7 板带正电荷，接地的铜板 B 由于静