2024-2025学年高中物理课时作业1516量子概念的诞生光电效应与光的量子说含解析教科版选修3-5

PAGEPAGE6课时作业15量子概念的诞生课时作业16光电效应与光的量子说时间：45分钟一、选择题(1～6为单选，7～9为多选)1．红、黄、绿、紫四种单色光中，能量最小的是(B)A．紫光光子 B．红光光子C．绿光光子 D．黄光光子解析：光子能量ε＝hν，由光的频率ν红<ν黄<ν绿<ν紫知，红光光子能量最小，B正确．2．关于对热辐射的相识，下列说法中正确的是(B)A．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只汲取电磁波B．温度越高，物体辐射的电磁波越强C．辐射强度按波长的分布状况只与物体的温度有关，与材料种类及表面状况无关D．常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色解析：一切物体都不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，A错误，B正确；选项C是黑体辐射的特征，C错误；常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色，D错误．3．许多地方用红外线热像仪监测人的体温，只要被测者从仪器前走，便可知道他的体温是多少，关于其原理，下列说法正确的是(C)A．人的体温会影响四周空气温度，仪器通过测量空气温度便可知道人的体温B．仪器发出的红外线遇人反射，反射状况与被测者的温度有关C．被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布状况与温度有关，温度高时辐射强且较短波长的成分强D．被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布状况与温度有关，温度高时辐射强且较长波长的成分强解析：依据辐射规律可知，随着温度的上升，各种波长的辐射强度都增加，随着温度的上升，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，人的体温的凹凸，干脆确定了辐射的红外线的频率和强度，通过监测被测者辐射的红外线的状况，就可知道这个人的体温，故C正确，A、B、D错误．4．关于光电效应现象，下列说法正确的是(D)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D．在入射光频率肯定时，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解析：当入射光频率不低于极限频率时才能发生光电效应，设此时波长为λ0，极限频率为νc，则光速c＝λ0νc，可知当入射光的波长大于极限波长λ0时，其频率将小于极限频率νc，所以大于极限波长的光不能使金属发生光电效应，因此选项A错误．由光电效应方程Ek＝hν－W0可知，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，但并不与入射光频率成正比，因此选项B错误．由于光电子的最大初动能与入射光的强度无关，明显选项C错误．若入射光强度增大到原来的n倍，则单位时间内入射光的能量就增大到原来的n倍．在入射光频率肯定时，单个光子的能量不变，则单位时间内入射的光子数将增大到原来的n倍，因此选项D正确．5．2024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100nm(1nm＝10－9m)旁边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、雾霾治理等领域的探讨中发挥重要作用．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．据此推断，能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，真空光速c＝3×108m/s)(B)A．10－21J B．10－18JC．10－15J D．10－12J解析：本题考查光子能量．由题意知，电离一个分子的能量等于照耀分子的光子能量，E＝hν＝heq\f(c,λ)＝2×10－18J，故选项B正确．6．下表是依据密立根的方法进行光电效应试验时得到的某金属的遏止电压Uc和入射光的频率ν的几组数据：Uc/V0.5410.6370.7140.8090.878ν/1014Hz5.6445.8886.0986.3036.501由以上数据应用Excel描点连线，可得直线方程，如图所示：则这种金属的截止频率约为(B)A．3.5×1014Hz B．4.3×1014HzC．5.5×1014Hz D．6.0×1014Hz解析：遏止电压为零时，入射光的频率等于截止频率，依据方程Uc＝0.3973eq\f(ν,1014)－1.7024可知，当Uc＝0时，解得ν≈4.3×1014Hz，B正确．7．如图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，则以下推断中正确的是(BC)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λ＝0.5μm的光照耀光电管时，电路中有光电流产生D．光照耀时间越长，电路中的电流越大解析：在光电管中若发生了光电效应，单位时间内放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放射光电子的数目有关．据此可推断A、D错误．波长λ＝0.5μm的光子的频率ν＝eq\f(c,λ)＝eq\f(3×108,0.5×10－6)Hz＝6×1014Hz>4.5×1014Hz，可发生光电效应，所以B、C正确．8．在光电效应试验中，两个试验小组分别在各自的试验室，约定用相同频率的单色光分别照耀锌和银的表面，结果都能发生光电效应，如图甲所示，并记录相关数据如图乙所示．对于这两组试验，下列推断正确的是(BCD)A．饱和光电流肯定不同B．因为材料不同逸出功不同，所以遏止电压Uc不同C．光电子的最大初动能不同D．因为光强不确定，所以单位时间内逸出的光电子数可能相同解析：虽然光的频率相同，但光强不确定，因此单位时间内逸出的光电子数可能相同，而饱和光电流不肯定相同，故A错误，D正确；依据光电效应方程Ek＝hν－W0和eUc＝Ek可知，在频率相同、逸出功不同的状况下，遏止电压不相同，光电子的最大初动能也不同，故B，C正确．9．一激光器发光功率为P，发出的激光在折射率为n的介质中波长为λ，若在真空中速度为c，普朗克常量为h，则下列叙述正确的是(AC)A．该激光在真空中的波长为nλB．该波的频率为eq\f(c,λ)C．该激光器在ts内辐射的能量子数为eq\f(Ptnλ,hc)D．该激光器在ts内辐射的能量子数为eq\f(Ptλ,hc)解析：由n＝eq\f(c,v)知在介质中速度v＝eq\f(c,n).在真空中波长λ真＝eq\f(c,ν)＝eq\f(nv,ν)＝nλ，故A正确；频率ν＝eq\f(v,λ)＝eq\f(c,nλ)，故B错误；在ts内辐射能量E＝Pt，每个能量子能量ε＝hν＝heq\f(c,nλ)，故在ts内辐射的能量子数为eq\f(E,ε)＝eq\f(Ptnλ,hc)，故C正确，D错误．二、非选择题10．激光器是一个特别的光源，它发出的光便是激光．红宝石激光器放射的激光是不连续的一道一道的闪光，每道闪光称为一个光脉冲．现有一红宝石激光器，放射功率为P＝1.0×1010W，所放射的每个光脉冲持续的时间为Δt＝1.0×10－11s，波长为793.4nm，则每列光脉冲的长度l是3×10－3_m，其中含有的能量子数N是4.0×1017个．解析：每列光脉冲的长度l＝cΔt＝3×108×1.0×10－11m＝3×10－3m.由光速公式c＝λν，能量子公式ε＝hν及能量关系PΔt＝Nε得N＝eq\f(λPΔt,hc)＝eq\f(7.934×10－7×1.0×1010×1.0×10－11,6.626×10－34×3×108)≈4.0×1017个．11．用功率P0＝1W的点光源照耀离光源r＝3m处的一块金属薄片，已知光源发出的是波长为λ＝589nm的单色光，试计算：(1)1s内打到金属薄片1cm2面积上的光子数．(2)若取该金属薄片原子半径r1＝0.5×10－10m，则金属薄片表面上每个原子平均需隔多长时间才能接收到一个光子？答案：(1)2.61×1012个(2)4878.0s解析：(1)离光源r＝3m处的金属板每1s内单位面积上接收的光的能量为E＝eq\f(P0t,4πr2)＝eq\f(1×1,4×3.14×32)J≈8.8×10－3J＝5.5×1016eV，所以1s内传到金属板1cm2面积上的光能E0＝ES＝5.5×1012eV.又因为这种单色光一个光子的能量E0′＝hν＝eq\f(hc,λ)＝eq\f(6.626×10－34×3×108,5.89×10－7)J≈3.375×10－19J，即E0′≈2.11eV，所以1s内打到金属板1cm2面积上的光子数n＝eq\f(E0,E0′)＝eq\f(5.5×1012,2.11)≈2.61×1012个．(2)金属板可以看成由金属原子密集排列组成的，每个金属原子的最大截面积为S1＝πreq\o\al(2,1)＝3.14×(0.5×10－10)2m2＝7.85×10－21m2，则每个原子每秒内接收到的光子数为n1＝nS1×104＝2.61×1012×7.85×10－21×104个≈2.05×10－4个，每两个光子落在同一个原子上的时间间隔Δt＝eq\f(1,n1)＝eq\f(1,2.05×10－4)s≈4878.0s，说明光电效应中光子与原子之间的作用是一对一的．12．在绿色植物光合作用下，每放出1mol的O2，植物储存451.5kJ能量，绿色植物能量转化效率(即植物储存的能量与植物汲取光的能量之比)约为50%，求绿色植物每放出1个氧分子要汲取多少个波长为6.63×