2023年高中物理第十七章波立二象性第1节-第2节光的粒子性能量量子化随堂演练巩固提升新人教版选修3

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第1节-第2节光的粒子性能量量子化

[随堂检测]

1．关于黑体辐射的实验规律叙述正确的有( )

A．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加

B．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动

C．黑体辐射的强度与波长无关

D．黑体辐射无任何实验规律

解析：选A．黑体辐射的规律为随着温度的升高各种波长的辐射强度都增加，同时辐射

强度的极大值向波长较短的方向移动．

2．用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初

动能Ek随入射光频率变化的Ek－图象．已知钨的逸出功是3.28eV，锌的逸出功是3.24eV，

若将二者的图线画在一个Ek－坐标图中，用实线表示钨，用虚线表示锌，则正确反映这一

过程的图是( )

解析：选B．依据光电效应方程Ek＝h－W0可知，Ek－图线的斜率代表了普朗克常量

W

h，因此钨和锌的Ek－图线应该平行．图线的横轴截距代表了截止频率c，而c＝h0，因

此钨的c大些．综上所述，B图正确．

3．以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到

一个光子而从金属表面逸出．强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射

金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光

子光电效应，这已被实验证实．光电效应实验装置示意图如图所示．用频率为的普通光源

照射阴极K，没有发生光电效应，换用同样频率的强激光照射阴极K，则发生了光电效应；

此时，若加上反向电压U，即将阴极K接电源正极，阳极A接电源负极，在KA之间就形

成了使光电子减速的电场．逐渐增大U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所

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加反向电压U可能是下列的(其中W为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电量)( )

hW 2hWA．U＝e－e B．U＝e－e

5hW

C．U＝2h－W D．U＝2e－e

解析：选B．以从阴极K逸出的且具有最大初动能的光电子为研究对象，由动能定理

1

得：－Ue＝0－2mv2m①

1

由光电效应方程得：nh＝2mv2m＋W(n＝2，3，4)②

nhW

由①②式解得：U＝e－e(n＝2，3，4)

故选项B正确．

4．(多选)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产

生．下列说法正确的是( )

A．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大

B．入射光的频率变高，饱和光电流变大

C．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大

D．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生

解析：选AC．根据光电效应规律，保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，则饱

和光电流变大，选项A正确；由爱因斯坦光电效应方程知，入射光的频率变高，产生的光

电子最大初动能变大，而饱和光电流与入射光的频率和光强都有关，选项B错误，C正确；

保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，当入射光的频率小于极限频率时，就不能

发生光电效应，没有光电流产生，选项D错误．

5．在光电效应实验中，某金属的截止频率相应的波长为0，该金属的逸出功为

________．若用波长为(<0)的单色光做该实验，则其遏止电压为________．已知电子的

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电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h.

c

解析：由W0＝h0＝h，

0

又eUc＝Ek，

c

且Ek＝h－W0，＝，

hc11hc(－)

所以Uc＝e(－)＝e0.

0 0

chc(0－)

答案：h

0 e0

[课时作业]

一、单项选择题

1．(2017·宁波高二检测)对黑体辐射电磁波的波长分布的影响因素是( )

A．温度 B．材料

C．表面状况 D．以上都正确

解析：选A．影响黑体辐射电磁波的波长分布的因素是温度，故选项A正确．

2．关于光电效应，下列几种表述正确的是( )

A．金属的极限频率与入射光的频率成正比

B．光电流的强度与入射光的强度无关

C．用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的最大初动能要大

D．对于任何一种金属都存在一个"最大波长"，入射光的波长必须小于这个波长，才

能产生光电效应

解析：选D．金属的极限频率由该金属决定，与入射光的频率无关，光电流的大小随入

射光强度增大而增大，选项A、B错误；不可见光包括能量比可见光大的紫外线、X射线、

射线，也包括能量比可见光小的红外线、无线电波，选项C错误；任何一种金属都存在一

个"最大波长"，入射光波长小于这个波长，才能产生光电效应，故正确选项为D．

3．如图所示，当开关S断开时，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极，发现电流表

读数不为零．合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.6V时，电流表读数仍

不为零；当电压表读数大于或等于0.6V时，电流表读数为零．由此可知，阴极材料的逸出

功为( )

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A．1.9eV B．0.6eV

C．2.5eV D．3.1eV

1

解析：选A．设能量为2.5eV的光子照射时，光电子的最大初动能为2mv2，阴极材料的

1

逸出功为W0，根据爱因斯坦光电效应方程有2mv2＝h－W0，题图中光电管上加的是反向电

压，据题意，当反向电压达到U＝0.6V以后，具有最大初动能的光电子也不能达到阳极，

1

因此eU＝2mv2，联立解得，W0＝h－eU＝2.5eV－0.6eV＝1.9eV，故选项A正确．

4．根据爱因斯坦光子说，光子能量E等于(h为普朗克常量，c、为真空中的光速、波

长)( )

c

A．h B．hc

h

C．h D．

c

解析：选A．由爱因斯坦光子说知，光子的能量E＝h，而c＝，故E＝h，选项A

正确．

5．某种单色光的频率为，用它照射某种金属时，在逸出的光电子中动能最大值为Ek，

则这种金属的逸出功和极限频率分别是( )

E E

A．h－Ek，－hk B．Ek－h，＋hk

h h

C．h＋Ek，－E D．Ek＋h，＋E

k k

W Ek

解析：选A．根据光电效应方程得，W＝h－Ek.根据W＝h0知极限频率0＝h＝－h.

h

6．光子有能量，也有动量，动量p＝，它也遵守有关动量的规律．如图所示，真空中，

有""形装置可绕通过横杆中点的竖直轴OO′在水平面内灵活地转动，其中左边是圆形

黑纸片(吸收光子)，右边是和左边大小、质量相同的圆形白纸片(反射光子)．当用平行白光

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垂直照射这两个圆面时，关于装置开始时的转动情况(俯视)，下列说法中正确的是( )

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：选B．根据动量定理Ft＝mvt－mv0，由光子的动量变化可知黑纸片和光子之间的

作用力小于白纸片和光子之间的作用力，所以装置开始时逆时针方向转动，B选项正确．

7．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( )

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

1

解析：选B．当光电管两端加上反向截止电压光电流为零时，则由动能定理得2mv2－0

1

＝eUc，对同一光电管逸出功W0相同，使用不同频率的光照射，有h－W0＝2mv2，两式联

立可得，h－W0＝eUc.丙光的反向截止电压最大，则丙光的频率最大，选项A、C错误；又

c 1

＝可知，丙<乙，选项B正确；又h－W0＝2mv2－0＝eUc可知，丙光对应的光电子最大

初动能最大，选项D错误．

二、多项选择题

8.(2017·南京高二检测)黑体辐射的实验规律如图所示，以下判断正确的是( )

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A．在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度越大

B．在同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长不是最大的，也不是最小的，而是处在

最大与最小波长之间

C．温度越高，辐射强度的极大值就越大

D．温度越高，辐射强度最大的电磁波的波长越短

解析：选BCD．根据题图中黑体辐射强度与波长的关系知选项B、C、D正确．

9．(2017·承德高二检测)如图所示为一真空光电管的应用电路，其阴极金属材料的极限

频率为4.5×1014Hz，则以下判断正确的是( )

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＝0.5m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：选BC．在光电管中若发生了光电效应，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A、D

c 3×108

错误；波长＝0.5m的光子的频率＝＝0.5×10－6Hz＝6×1014Hz>4.5×1014Hz，可发生

光电效应．所以选项B、C正确．

10．(2017·涟水中学月考)美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在

散射的X射线中，除了与入射波长0相同的成分外，还有波长大于0的成分，这个现象称

为康普顿效应．关于康普顿效应，以下说法正确的是( )

A．康普顿效应现象说明光具有波动性

B．康普顿效应现象说明光具有粒子性

C．当光子与晶体中的电子碰撞后，其能量增加

D．当光子与晶体中的电子碰撞后，其能量减少

解析：选BD．康普顿效应说明光具有粒子性，A项错误，B项正确；光子与晶体中的

电子碰撞时满足动量守恒和能量守恒，故二者碰撞后，光子要把部分能量转移给电子，光子

的能量会减少，C项错误，D项正确．

三、非选择题

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11．某广播电台发射功率为10kW，在空气中波长为187.5m的电磁波，则：

(1)该电台每秒钟从天线发射多少个光子？

(2)若发射的能量子四面八方视为均匀的，试求在离天线2.5km处直径为2m的环状天

线每秒钟接收的光子个数以及接收功率．

解析：(1)每个能量子的能量

c6.63×10－34×3×108

＝h＝h＝

187.5

J1.06×10－27J，

则每秒钟电台发射上述波长的光子数

P·t 104×1

N＝＝1.06×10－27个1×1031个．

(2)设环状天线每秒钟接收的光子数为n个，以电台发射天线为中心，则半径为R＝2.5km

的球面积S＝4R2，而环状天线的面积S′＝r2，所以n＝4R2×N＝4×1023个，接收功率r2

r2·P＝4×10－4W.

P收＝4R2

答案：(1)1×1031个(2)4×1023个 4×10－4W

12．从1907年起，美国物理学家密立根开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的

物理量．他通过如图甲所示的实验装置测量某金属的遏止电压Uc与入射光频率作出Uc－

的图象，由此算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射测出的h相比较以检验爱因斯坦

光电效应方程的正确性．图乙中频率1、2、遏止电压Uc1、Uc2及电子的电荷量e均为已知，

求：

(1)普朗克常量h；

(2)该金属的截止频率