17光的粒子性习题点评.pdf

17 光的粒子性光的粒子性光的粒子性光的粒子性 习题点评习题点评习题点评习题点评 2 0 1 2 m mve U 0c UKU 2 0c 1 2 m mve Ue KU 0 0 U K 0 0 c h 2 m 1 2 hmvA 0 A h h K e c A U e 动量守恒动量守恒动量守恒动量守恒 0 22 0 22 coscos 1 0sinsin 1 m vhh vc m vh vc 光子光子光子光子电子 电子电子电子m0 x y v 0 碰撞前碰撞前碰撞前碰撞前 散射光子散射光子散射光子散射光子 反冲电子反冲电子反冲电子反冲电子m x y 碰撞后碰撞后碰撞后碰撞后 2 2 0 0 22 1 m chchc m c vc 能量守恒能量守恒能量守恒能量守恒 康普顿波长康普顿波长康普顿波长康普顿波长 0 2 c 1 cos 2sin 2 h m c 康普顿偏移康普顿偏移康普顿偏移康普顿偏移 c 0 0 00243 nm h m c 一一一一 选择题选择题选择题选择题 1 已知一单色光照射在钠表面上已知一单色光照射在钠表面上已知一单色光照射在钠表面上已知一单色光照射在钠表面上 测得光电子的最测得光电子的最测得光电子的最测得光电子的最 大动能是大动能是大动能是大动能是1 2eV 而钠的红限波长是而钠的红限波长是而钠的红限波长是而钠的红限波长是540nm 那么入那么入那么入那么入 射光的波长是射光的波长是射光的波长是射光的波长是 0 355 k hc nm c Eh 2 1 2 m hmvA 由光电效应方程 D 2 0 1 2 m cc hmvh 即 2 在康普顿散射中在康普顿散射中在康普顿散射中在康普顿散射中 如果设反冲电子的速度为光速如果设反冲电子的速度为光速如果设反冲电子的速度为光速如果设反冲电子的速度为光速 的的的的60 则因散射使电子获得的能量是其静止能量则因散射使电子获得的能量是其静止能量则因散射使电子获得的能量是其静止能量则因散射使电子获得的能量是其静止能量 的的的的 0 0 2 22 2 0 2 00 1 1 4 m m v mcm c c m cm D 散射使电子获得的能量为 22 0 mcm c 3 光子能量为光子能量为光子能量为光子能量为0 5MeV的的的的X射线射线射线射线 入射到某种物质上而发入射到某种物质上而发入射到某种物质上而发入射到某种物质上而发 生康普顿散射生康普顿散射生康普顿散射生康普顿散射 若反冲电子的动能为若反冲电子的动能为若反冲电子的动能为若反冲电子的动能为0 1MeV 则散射则散射则散射则散射 光波长的改变量光波长的改变量光波长的改变量光波长的改变量 与入射光波长与入射光波长与入射光波长与入射光波长 0之比值为之比值为之比值为之比值为 22 0 0 k mcm c cc hh 根据能量守恒 反冲电子的获得的动能 即光子失去的能量 0 0 B 00 0 11 0 1 0 25 1 0 50 1 k k hchc hchc 4 用频率为用频率为用频率为用频率为 的单色光照射某种金属时的单色光照射某种金属时的单色光照射某种金属时的单色光照射某种金属时 逸出光电逸出光电逸出光电逸出光电 子的最大动能为子的最大动能为子的最大动能为子的最大动能为Ek 若改用频率为若改用频率为若改用频率为若改用频率为2 的单色光照射的单色光照射的单色光照射的单色光照射 此种金属时此种金属时此种金属时此种金属时 则逸出光电子的最大动能为则逸出光电子的最大动能为则逸出光电子的最大动能为则逸出光电子的最大动能为 2 k k kk hEA hEA EhE D 5 以一定频率的单色光照射在某种金属上以一定频率的单色光照射在某种金属上以一定频率的单色光照射在某种金属上以一定频率的单色光照射在某种金属上 测出其测出其测出其测出其 光电流曲线在图中用实线表示光电流曲线在图中用实线表示光电流曲线在图中用实线表示光电流曲线在图中用实线表示 然后保持光的频率然后保持光的频率然后保持光的频率然后保持光的频率 不变不变不变不变 增大照射光的强度增大照射光的强度增大照射光的强度增大照射光的强度 测出其光电流曲线在图测出其光电流曲线在图测出其光电流曲线在图测出其光电流曲线在图 中用虚线表示中用虚线表示中用虚线表示中用虚线表示 满足题意的图是满足题意的图是满足题意的图是满足题意的图是 U O A O O B O C O D UOUOUO 0c UKU 遏止电势差 与入射光强度无关 B 二二二二 填空题填空题填空题填空题 1 光电效应中光电效应中光电效应中光电效应中 当频率为当频率为当频率为当频率为3 1015Hz的单色光照射在的单色光照射在的单色光照射在的单色光照射在 逸出功为逸出功为逸出功为逸出功为4 0eV的金属表面时的金属表面时的金属表面时的金属表面时 金属中逸出的光电子金属中逸出的光电子金属中逸出的光电子金属中逸出的光电子 的最大速率为的最大速率为的最大速率为的最大速率为m s 1 普朗克常量普朗克常量普朗克常量普朗克常量 h 6 63 10 34J s 电子质量电子质量电子质量电子质量me 9 11 10 31kg 26 1 1 72 10 2 mm hmvAvm s 1 72 106 2 某光电管阴极对于某光电管阴极对于某光电管阴极对于某光电管阴极对于 4910 的入射光的入射光的入射光的入射光 发射光电发射光电发射光电发射光电 子的遏止电压为子的遏止电压为子的遏止电压为子的遏止电压为0 71伏伏伏伏 当入射光的波长为当入射光的波长为当入射光的波长为当入射光的波长为 时时时时 其遏止电压变为其遏止电压变为其遏止电压变为其遏止电压变为1 43伏伏伏伏 e 1 60 10 19C h 6 63 10 34J s 01 1 02 2 0201 21 1 2 11 21 c he UA c he UA hce UU 2 0 1 2 hvmvAeUA 3 以波长为以波长为以波长为以波长为 0 207 0 207 0 207 0 207 m的紫外光照射金属钯表面产生的紫外光照射金属钯表面产生的紫外光照射金属钯表面产生的紫外光照射金属钯表面产生 光电效应光电效应光电效应光电效应 已知钯的红限频率已知钯的红限频率已知钯的红限频率已知钯的红限频率 0 0 0 0 1 21 1 21 1 21 1 21 1010101015 151515Hz 则其则其则其则其 遏止电压遏止电压遏止电压遏止电压 V e 1 60 10 19C h 6 63 10 34J s 2 1 2 m hmvA 00 c heUh 4 如图所示如图所示如图所示如图所示 一频率为一频率为一频率为一频率为 的入射光子与起始静止的的入射光子与起始静止的的入射光子与起始静止的的入射光子与起始静止的 自由电子发生碰撞和散射自由电子发生碰撞和散射自由电子发生碰撞和散射自由电子发生碰撞和散射 如果散射光子的频率为如果散射光子的频率为如果散射光子的频率为如果散射光子的频率为 反冲电子的动量为反冲电子的动量为反冲电子的动量为反冲电子的动量为p 则在与入射光子平行的则在与入射光子平行的则在与入射光子平行的则在与入射光子平行的 方向上的动量守恒定律的分量形式方向上的动量守恒定律的分量形式方向上的动量守恒定律的分量形式方向上的动量守恒定律的分量形式 为为为为 散射光子 e反冲电子 coscos hh P cc 5 康普顿散射中康普顿散射中康普顿散射中康普顿散射中 当出射光子与入射光子方向成夹角当出射光子与入射光子方向成夹角当出射光子与入射光子方向成夹角当出射光子与入射光子方向成夹角 时时时时 光子的频率减少得最多光子的频率减少得最多光子的频率减少得最多光子的频率减少得最多 当当当当 时时时时 光子的频率保持不变光子的频率保持不变光子的频率保持不变光子的频率保持不变 max 2 0 0 2 2sin 2 00 h h m c m c 0 三三三三 计算题计算题计算题计算题 1 波长为波长为波长为波长为 的单色光照射某种金属的单色光照射某种金属的单色光照射某种金属的单色光照射某种金属M表面发生光电表面发生光电表面发生光电表面发生光电 效应效应效应效应 发射的光电子发射的光电子发射的光电子发射的光电子 电量绝对值为电量绝对值为电量绝对值为电量绝对值为e 质量为质量为质量为质量为m 经经经经 狭缝狭缝狭缝狭缝S后垂直进入磁感应强度为后垂直进入磁感应强度为后垂直进入磁感应强度为后垂直进入磁感应强度为B的均匀磁场的均匀磁场的均匀磁场的均匀磁场 如图如图如图如图 示示示示 今已测出电子在该磁场中作圆周运动的最大半今已测出电子在该磁场中作圆周运动的最大半今已测出电子在该磁场中作圆周运动的最大半今已测出电子在该磁场中作圆周运动的最大半 径为径为径为径为R 求求求求 1 金属材料的逸出功金属材料的逸出功金属材料的逸出功金属材料的逸出功 2 遏止电势差遏止电势差遏止电势差遏止电势差 2 2 222 1 2 1 22 m hmvA eRBce R B Ahmh mm 2 22 2 00 1 1 2 2 22 m m mv eR B mveUU em B e s M 2 1 veRB evBmv Rm 2 如图所示如图所示如图所示如图所示 某金属某金属某金属某金属M的红限波长的红限波长的红限波长的红限波长 0 260nm 今用单今用单今用单今用单 色紫外线照射该金属色紫外线照射该金属色紫外线照射该金属色紫外线照射该金属 发现有光电子放出发现有光电子放出发现有光电子放出发现有光电子放出 其中速度最大其中速度最大其中速度最大其中速度最大 的光电子可以匀速直线地穿过相互垂直的均匀电场的光电子可以匀速直线地穿过相互垂直的均匀电场的光电子可以匀速直线地穿过相互垂直的均匀电场的光电子可以匀速直线地穿过相互垂直的均匀电场 场场场场 强强强强E 5 103V m 1 和均匀磁场和均匀磁场和均匀磁场和均匀磁场 磁感应强度为磁感应强度为磁感应强度为磁感应强度为B 0 005T 区域区域区域区域 求求求求 1 光电子的最大速度光电子的最大速度光电子的最大速度光电子的最大速度v 2 单色紫外线的波长单色紫外线的波长单色紫外线的波长单色紫外线的波长 me 9 11 10 31kg h 6 63 10 34J s M B E 紫外线 6 1 10 mm E eEev Bvm s B 2 2 0 2 0 1 2 2 1 2 163 1 2 m m m hmvA cc hmvh hc nm c mvh 即 3 已知已知已知已知X射线光子的能量为射线光子的能量为射线光子的能量为射线光子的能量为0 60MeV 若在康普顿散若在康普顿散若在康普顿散若在康普顿散 射中散射光子的波长变化了射中散射光子的波长变化了射中散射光子的波长变化了射中散射光子的波长变化了20 试求反冲电子的试求反冲电子的试求反冲电子的试求反冲电子的 动能动能动能动能 120 1 2 0 6 0 5 1 21 2 x x hchc xMeV 设入射 光子的波长为 频率为 光子散射后的波长 光子散射后的能量 22 0 22 0 0 60 50 1 m chhmc mcm chhMeV 由能量守恒 则反冲电子的动能 例题 在康普顿效应中 入射光的波长为 3 10 3 nm 电 子反冲的速度为 0 6c 求散射光的波长和散射角 3 4 34 10 nm 解 2 2 0 0 22 1 m chchc m c vc 2 c 2sin 2 63 4 3 10 3 nm v 0 6c m0 9 1 10 31 kg h 6 63 10 34J s c 3 108 m s 错解 220 1 m vc hhhh pmvm vv 例题波长为 0 0 04 nm 的 X 射线与静止的自由电子碰 撞 在 90 的方向观察 求散射 X 射线的波长 反 冲电子获得的能量和动量 22 c 2sin2 0 00243sin0 00243 nm 24 0 0 040 00243 nm 0 04243 nm 22 0 Emcm c 解 反冲电子获得的能量即入射光子和散射光子能量差 16 0 2 85 10 hchc J 正解一正解一正解一正解一 根据动量守恒根据动量守恒根据动量守恒根据动量守恒 0 0 231 0 cos90coscos 0sinsin90sin 0 04 tan43 3 0 04243 2 28 10kg m s cos43 3 hh mvmv hh mvmv h pmv ii 散射光子散射光子散射光子散射光子 反冲电子反冲电子反冲电子反冲电子m x y 碰撞后碰撞后碰撞后碰撞后 0 h 22 e0