课时训练7　光的粒子性

1、.课时训练7光的粒子性题组一光电效应的规律1.用下面哪种射线照射同一种金属最有可能产生光电效应,且逸出的光电子的速率最大A.紫外线B.可见光C.红外线D.射线解析:频率越大的光越有可能,并且逸出的光电子的速率最大。从给出的四种光来看,D项的频率最大。答案:D2.某单色光照射某金属时不能产生光电效应,那么下述措施中可能使该金属产生光电效应的是A.延长光照时间B.增大光的强度C.换用波长较短的光照射D.换用频率较低的光照射解析:光照射金属时能否产生光电效应,取决于入射光的频率是否大于金属的截止频率,与入射光的强度和照射时间无关,应选项A、B、D均错误;又因=c,所以选项C正确。答案:C3.如下图是

2、利用光电管研究光电效应的实验原理示意图,用可见光照射光电管的阴极K,电流表中有电流通过,那么A.滑动变阻器的滑片由a端向b端滑动的过程中,电流表中一定无电流通过B.滑动变阻器的滑片由a端向b端滑动的过程中,电流表的示数一定会持续增大C.将滑动变阻器的滑片置于b端,改用紫外线照射阴极K,电流表中一定有电流通过D.将滑动变阻器的滑片置于b端,改用红外线照射阴极K,电流表中一定无电流通过解析:当滑片自a端向b端挪动时,开场一段有光电流而且应增大,假设挪动到某一位置时到达饱和,那么此后的挪动过程中光电流不变,故A、B错误。根据极限频率的含义知C正确,D错误。答案:C题组二爱因斯坦光电效应方程4.在光电

3、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,如下图。那么可判断出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解析:当光电管两端加上反向截止电压且光电流恰好为零时,有12mvm2=eU,对同一光电管使用不同频率的光照射,有h-W0=12mvm2,两式联立得h-W0=eU,丙光的反向截止电压最大,那么丙光的频率最大,甲光、乙光频率一样,A、C错误;又=c,可见丙<乙,B正确;丙光对应的最大初动能最大,D错误。答案:B5.多项选择

4、在光电效应实验中,用频率为的光照射光电管阴极,发生了光电效应。以下说法正确的选项是A.增大入射光的强度,光电流增大B.减小入射光的强度,光电效应现象消失C.改用频率小于的光照射,一定不发生光电效应D.改用频率大于的光照射,光电子的最大初动能变大解析:增大入射光的强度,单位时间内逸出的光电子数目增多,光电流增大,A项正确;光电效应的发生与入射光的强度无关,B项错误;入射光频率小于时,假设仍大于金属的截止频率,仍能发生光电效应,C项错误;增大入射光的频率时,由爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0可知,光电子的最大初动能变大,D项正确。答案:AD题组三康普顿效应6.科学研究说明:能量守恒和动量守恒是自

5、然界的普遍规律。从科学理论的角度来看,迄今为止,人们还没有发现这些守恒定律有任何例外。相反,每当有人在实验中观察到似乎是违背守恒定律的现象时,物理学家们就会提出新的假设来补救,最后总是以有新的发现而成功告终。例如,人们发现,在电磁场的互相作用下,两个运动着的微观粒子的动量的矢量和似乎是不守恒的。这时物理学家又把动量的概念推广到了电磁场,把电磁场的动量也考虑进去,总动量就又守恒了。现有沿一定方向运动的光子与一个原来静止的自由电子发生碰撞后,自由电子向某一方向运动,而光子沿另一方向散射出去。这个散射出去的光子与入射前相比较,其波长选填“增大“减小或“不变。 解析:康普顿效应说明光子不仅具

6、有能量而且具有动量,当光子与静止的电子发生碰撞时,由动量守恒知光子的动量减小,由p=h知,光子的波长增大。答案:增大7.康普顿效应证实了光子不仅遵守能量守恒,也遵守动量守恒。如图给出了光子与静止电子碰撞后电子的运动方向,那么碰后光子可能沿方向运动,并且波长选填“不变“变短或“变长。 解析:因光子与电子的碰撞过程动量守恒,所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与光子碰前动量的方向一致,可见碰后光子运动的方向可能沿1方向,不可能沿2或3方向;通过碰撞,光子将一部分能量转移给电子,能量减少,由 =h知,频率变小,再根据c=知,波长变长。答案:1变长建议用时:30分钟1.如下图,用绿光照射一光

7、电管的阴极时产生光电效应,欲使光子从阴极逸出时的最大初动能增大,应采取的措施是A.改用红光照射B.改用紫光照射C.增大绿光的强度D.增大加在光电管上的正向电压解析:发生光电效应时,光电子的最大初动能随照射光频率的增大而增大,与照射光强度、光电管的电压无关,红光的频率比绿光的频率小,不一定能发生光电效应,即使发生光电效应,光电子的最大初动能也较小,而紫光的频率大于绿光的频率。应选项B正确。答案:B2.多项选择以下对光电效应的解释中正确的选项是A.金属内的每个电子要吸收一个或一个以上的光子,当它积累的能量足够大时,就能逸出金属B.假如入射光子的能量小于金属外表的电子抑制原子核的引力而逸出时所需做的

8、最小功,便不能发生光电效应C.发生光电效应时,入射光越强,光子的能量就越大,光电子的最大初动能就越大D.由于不同金属的逸出功是不一样的,因此使不同金属发生光电效应的入射光的最低频率也不同解析:按照爱因斯坦的光子说,光的能量是由光的频率决定的,与光强无关。入射光的频率越大,发生光电效应时产生的光电子的最大初动能越大。但要使电子分开金属,必须使电子具有足够的动能,而电子增加的动能只能来源于照射光的光子能量,但电子只能吸收一个光子,不能吸收多个光子。因此只要光的频率低,即使照射时间足够长,也不会发生光电效应。电子从金属中逸出时只有从金属外表向外逸出的电子抑制原子核的引力所做的功最小,这个功称为逸出功

9、,不同金属的逸出功不同,故上述选项中正确的有B、D。答案:BD3.用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应,可能使该金属产生光电效应的措施是A.改用频率更小的紫外线照射B.改用X射线照射C.改用强度更大的原紫外线照射D.延长原紫外线的照射时间解析:发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率,与入射光的强度和照射时间无关,应选项A、C、D错误;X射线的频率大于紫外线的频率,可能使该金属发生光电效应,应选项B正确。答案:B4.光子有能量,也有动量,它也遵守有关动量的规律。如下图,真空中有一“字形装置可绕通过横杆中点的竖直轴OO'在程度面内灵敏地转动,其中左边是圆形黑纸片,右边是和左

10、边大小、质量都一样的圆形白纸片。当用平行白光垂直纸面向里照射这两个圆面时关于装置开场转动情况俯视的以下说法中正确的选项是A.顺时针方向转动B.逆时针方向转动C.都有可能D.不会转动解析:白纸片反射光子,光子的动量变化大,黑纸片吸收光子,光子的动量变化较小,由动量定理知,光子对白纸片的冲击力大,故B正确。答案:B5.硅光电池是利用光电效应原理制成的,以下表述正确的选项是A.硅光电池是把光能转变为电能的一种装置B.硅光电池中吸收了光子能量的电子都能逸出C.逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率无关D.任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应解析:由光电效应实验规律可知B、C、D选项都不符合光电

11、效应规律,A选项正确。答案:A6.多项选择如下图为一真空光电管的应用电路,其阴极金属材料的截止频率为 4.5×1014 Hz,那么以下判断正确的选项是A.发生光电效应时,电路中光电流的饱和值取决于入射光的频率B.发生光电效应时,电路中光电流的饱和值取决于入射光的强度C.用=0.5 m的光照射光电管时,电路中有光电流产生D.光照射时间越长,电路中的光电流越大解析:在光电管中假设发生了光电效应,单位时间内发射光电子的数目只与入射光的强度有关,光电流的饱和值只与单位时间内发射光电子的数目有关。据此可判断选项A、D错误。波长=0.5 m的光子的频率=c=3×1080.5×

12、10-6 Hz=6×1014 Hz>4.5×1014 Hz,可发生光电效应。所以,选项B、C正确。答案:BC7.多项选择在做光电效应的实验时,某种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与入射光的频率的关系如下图,由实验图可求出A.该金属的截止频率和截止波长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:根据光电效应方程Ek=h-W0可知,当Ek=0时,=c,即图象中横坐标的截距在数值上等于金属的截止频率。图线的斜率k=Ek-c。可见图线的斜率在数值上等于普朗克常量。据图象,假设图线的延长线与Ek轴的交点为C,其截距为W0,有tan

13、 =W0c,而tan =h,所以W0=hc。即图象中纵坐标轴的截距在数值上等于金属的逸出功。答案:ABC8.2019北京理综2019年年初,我国研制的“大连光源极紫外自由电子激光装置,发出了波长在100 nm1 nm=10-9 m附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲,大连光源因其光子的能量大、密度高,可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子,但又不会把分子打碎。据此判断,可以电离一个分子的能量约为取普朗克常量h=6.6×10-34 J·s,真空光速c=3×108 m/sA.10-21 JB

14、.10-18 JC.10-15 JD.10-12 J解析:电离能等于一个处于极紫外波段的光子能量E=h=hc=6.6×10-34×3×108100×10-9 J1.98×10-18 J,应选B。答案:B9.A、B两种光子的能量之比为21,它们都能使某种金属发生光电效应,且所产生的光电子最大初动能分别为EA、EB,求A、B两种光子的动量之比和该金属的逸出功。解析:光子能量=h,动量p=h,且=c,得p=c,那么pApB=21。A照射时,光电子的最大初动能EA=A-W0,同理EB=B-W0。又A=2B,解得W0=EA-2EB。答案:21EA-2EB

15、10.小明用金属铷为阴极的光电管,观测光电效应现象,实验装置示意如图甲所示。普朗克常量h=6.63×10-34 J·s。1图甲中电极A为光电管的选填“阴极或“阳极; 2实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率之间的关系如图乙所示,那么铷的截止频率c=Hz,逸出功W0=J; 3假如实验中入射光的频率=7.00×1014Hz,那么产生的光电子的最大初动能 Ek=J。 解析:1光电子从阴极K释放出来,那么电极A为光电管的阳极。2由题图乙读出铷的截止频率c=5.15×1014Hz5.12×10145.18×1014Hz均可,逸出功W0=hc=6.63×10-34×5.15×1014J