2024-2025学年高中物理课时分层作业13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

PAGE7-课时分层作业(十三)量子概念的诞生光电效应与光的量子说(时间：40分钟分值：100分)[基础达标练]一、选择题(本题共6小题，每小题6分，共36分)1．(多选)以下关于辐射强度与波长关系的说法中正确的是()A．物体在某一温度下只能辐射某一固定波长的电磁波B．当铁块呈现黑色时，说明它的温度不太高C．当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强D．早、晚时分太阳呈现红色，而中午时分呈现白色，说明中午时分太阳温度最高BC[由辐射强度随波长改变关系图知，随着温度的上升，各种波长的波的辐射强度都增加，而热辐射不是仅辐射一种波长的电磁波，选项B、C正确．]2．(多选)在光电效应试验中，用频率为ν的光照耀光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是()A．增大入射光的强度，光电流增大B．减小入射光的强度，光电效应现象消逝C．改用频率小于ν的光照耀，仍可能发生光电效应D．改用频率为2ν的光照耀，光电子的最大初动能变为原来的2倍AC[增大入射光的强度，单位时间内照耀到单位面积上的光子数增加，光电流增大，A项正确．减小入射光的强度，只是光电流减小，光电效应现象是否消逝与光的频率有关，而与光的强度无关，B项错误．改用频率小于ν的光照耀，但只要光的频率大于极限频率ν0仍旧可以发生光电效应，C项正确．由爱因斯坦光电效应方程hν－W逸＝eq\f(1,2)mv2得：光频率ν增大，而W逸不变，故光电子的最大初动能变大，但ν与eq\f(1,2)mv2不成正比，故D错误．]3．产生光电效应时，关于逸出光电子的最大初动能Ek，下列说法正确的是()A．对于同种金属，Ek与照耀光的强度无关B．对于同种金属，Ek与照耀光的波长成反比C．对于同种金属，Ek与照耀光的时间成正比D．对于同种金属，Ek与照耀光的频率成正比A[Ek＝hν－W＝heq\f(c,λ)－W，同种金属逸出功相同，最大初动能与照耀光强度无关，与照耀光的波长有关但不是反比例函数关系，最大初动能与入射光的频率成线性关系，但不是正比关系．]4.(多选)如图所示是某金属在光的照耀下，光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像，由图像可知()A．该金属的逸出功等于EB．该金属的逸出功等于hν0C．入射光的频率为ν0时，产生的光电子的最大初动能为ED．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为EABD[题中图像反映了光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系，依据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0知，当入射光的频率恰为金属的截止频率ν0时，光电子的最大初动能Ek＝0，此时有hν0＝W0，即该金属的逸出功等于hν0，依据图线的物理意义，有W0＝E，故选项A、B、D正确，选项C错误．]5．(多选)在光电效应试验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照耀到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb.h为普朗克常量．下列说法正确的是()A．若νa>νb，则肯定有Ua<UbB．若νa>νb，则肯定有Eka>EkbC．若Ua<Ub，则肯定有Eka<EkbD．若νa>νb，则肯定有hνa－Eka>hνb－EkbBC[设该金属的逸出功为W，依据爱因斯坦光电效应方程有Ek＝hν－W，同种金属的W不变，则逸出光电子的最大初动能随ν的增大而增大，B项正确；又Ek＝eU，则最大初动能与遏止电压成正比，C项正确；依据上述有eU＝hν－W，遏止电压U随ν增大而增大，A项错误；又有hν－Ek＝W，W相同，则D项错误．]6．(多选)如图所示，电路中全部元件完好，光照耀到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过．其缘由可能是()A．入射光太弱 B．入射光波长太长C．光照时间太短 D．电源正、负极接反BD[金属存在截止频率，超过截止频率的光照耀金属才会有光电子射出．放射的光电子的动能随频率的增大而增大，动能小时不能克服反向电压，也不能有光电流．入射光的频率低于截止频率，不能产生光电效应，与光照强弱无关，选项B正确，A错误；电路中电源正负极接反，对光电管加了反向电压，若该电压超过了遏止电压，也没有光电流产生，D正确；光电效应的产生与光照时间无关，C错误．]二、非选择题(14分)7．紫光在真空中的波长为4.5×10－7m，问：(1)紫光光子的能量是多少？(2)用它照耀极限频率为ν0＝4.62×1014Hz的金属钾时能否产生光电效应？(3)若能产生，则光电子的最大初动能为多少？(h＝6.63×10－34J·s)[解析](1)紫光光子的能量E＝hν＝heq\f(c,λ)＝4.42×10－19J.(2)紫光频率ν＝eq\f(c,λ)＝6.67×1014Hz因为ν>ν0，所以能产生光电效应．(3)光电子的最大初动能为Ekm＝hν－W＝h(ν－ν0)＝1.36×10－19J.[答案](1)4.42×10－19J(2)能(3)1.36×10－19J[实力提升练]一、选择题(本题共4小题，每小题6分，共24分)1．(多选)紫外光电管是利用光电效应原理对油库等重要场所进行火灾报警的装置，其工作电路如图所示，其中A为阳极，K为阴极，只有当明火中的紫外线照耀到K极时，c、d端才会有信号输出．已知地球表面太阳光中紫外线的波长主要在315～400nm之间，而明火中的紫外线的波长主要在200～280nm之间．在光电效应中，某种金属的极限频率所对应的波长叫金属的极限波长．下列说法正确的是()A．要实现有效报警，阴极所用材料的极限波长应大于280nmB．明火照耀到K极的时间要足够长，c、d端才有信号输出C．仅有太阳光照耀光电管时，c、d端输出的信号为零D．火灾报警时，照耀光电管的紫外线波长越大，逸出的光电子的最大初动能越大AC[只有入射光的频率大于金属的极限频率，即入射光的波长应小于金属的极限波长，才能发生光电效应．要实现有效报警，光电管阴极的极限波长应大于明火中的紫外线的波长，并小于太阳光中的紫外线的波长，A正确；c、d端有信号输出，与明火照耀到K极的时间无关，与紫外线的频率有关，B错误；仅有太阳光照耀光电管时，入射光的频率小于金属的截止频率，不会发生光电效应，c、d端输出的信号为零，C正确；火灾报警时，依据光电效应方程Ek＝hν－W0知，照耀光电管的紫外线的波长越短，其频率越大，逸出的光电子的最大初动能越大，D错误．]2．在光电效应试验中，小明同学用同一试验装置，如图(a)所示，在甲、乙、丙三种光的照耀下得到了三条电流表与电压表读数之间的关系曲线，如图(b)所示．则正确的是()A．乙光的频率大于甲光的频率B．甲光的波长小于丙光的波长C．丙光的光子能量小于甲光的光子能量D．乙光对应的光电子最大初动能小于丙光的光电子最大初动能A[由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0及遏止电压的含义可知，hν－W0＝eUc，结合题意与图像可以推断，W0相同，U1>U2，则三种色光的频率为ν乙＝ν丙>ν甲，故丙光子能量大于甲光子能量，C错误，同时推断乙光对应光电子的最大初动能等于丙光对应光电子的最大初动能，A正确，D错误，由ν＝eq\f(c,λ)知，λ乙＝λ丙＜λ甲，B错误．]3．(多选)以往我们相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汲取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相识，用强激光照耀金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内汲取多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被试验证明．光电效应试验装置示意如图所示．用频率为ν的一般光源照耀阴极K，没有发生光电效应．换用同样频率ν的强激光照耀阴极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K、A之间就形成了使光电子减速的电场．渐渐增大U，光电流会渐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是(其中W为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电荷量)()A．U＝eq\f(hν,e)－eq\f(W,e) B．U＝eq\f(2hν,e)－eq\f(W,e)C．U＝2hν－W D．U＝eq\f(3hν,e)－eq\f(W,e)BD[由题意知，一个电子汲取一个光子不能发生光电效应，换用同样频率为ν的强激光照耀，则发生光电效应，即汲取的光子能量为nhν，n＝2,3,4，….则由光电效应方程可知：nhν＝W＋eq\f(1,2)mv2(n＝2,3,4，…) ①在减速电场中由动能定理得－eU＝0－eq\f(1,2)mv2 ②联立①②得：U＝eq\f(nhν,e)－eq\f(W,e)(n＝2,3,4，…)，选项B、D正确．]4．(多选)美国物理学家密立根利用图所示的电路探讨金属的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系，描绘出图中的图像，由此算出普朗克常量h.电子电荷量用e表示，下列说法正确的是()A．入射光的频率增大，为了测遏止电压，则滑动变阻器的滑片P应向M端移动B．由图像可知，这种金属的截止频率为νBC．增大入射光的强度，光电子的最大初动能也增大D．由图像可得普朗克常量表达式为h＝eq\f(U1e,νA－νB)BD[入射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，则遏止电压增大，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片P向N端移动，故A错误；依据光电效应方程Ekm＝hν－W0知，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，故C错误；依据Ekm＝hν－W0＝eUc，解得Uc＝eq\f(hν,e)－eq\f(hνB,e)，图线的斜率k＝eq\f(h,e)＝eq\f(U1,νA－νB)，则h＝eq\f(U1e,νA－νB)，当遏止电压为零时，ν＝νB.故B、D正确．]二、非选择题(本大题共2小题，共26分)5．(12分)经测量，人体表面辐射本事的最大值落在波长为940μm处．依据电磁辐射的理论得出，物体最强辐射的波长与物体的肯定温度的关系近似为Tλm＝2.90×10－1m·K，由此估算人体表面的温度和辐射的能量子的值各是多少？(h＝6.63×10－34J·s)[解析]人体表面的温度为T＝eq\f(2.90×10－1m·K,λm)＝eq\f(2.90×10－1,940×10－6)K≈309K≈36℃.人体辐射的能量子的值为ε＝heq\f(c,λm)＝6.63×10－34×eq\f(3×108,940×10－6)J＝2.12×10－22J.[答案]36℃2.12×10－22J6．(14分)光电管是应用光电效应实现光信号与电信号之间相互转换的装置，其广泛应用于光功率测量、光信号记录、电影、电视和自动限制等诸多方面．如图所示，C为光电管，B极由金属钠制成(钠的极限波长为5.0×10－7m)．现用波长为4.8×10－7m的某单色光照耀B极．(1)电阻R上电流的方向是向左还是向右？(2)求出从B极发出的光电子的最大初动能．(3)若赐予光电管足够大的正向电压时，电路中光电流为10μA，则每秒射到光电管B极的光子数至少为多少个？[解析](1)B极板上逸出光电子，相当于电源的正极，A