2024高中物理刷题首秧第十七章课时1能量量子化2光的粒子性对点练+巩固练含解析新人教版选修3-5

PAGEPAGE11课时1能量量子化课时2光的粒子性一、选择题1．能正确说明黑体辐射试验规律的是()A．能量的连续经典理论B．普朗克提出的能量量子化理论C．以上两种理论体系任何一种都能说明D．牛顿提出的能量微粒说答案B解析依据黑体辐射的试验规律，随着温度的上升，一方面各种波长的辐射强度都增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，只能用普朗克提出的能量量子化理论才能得到满足的说明，故选B。2．(多选)关于对普朗克能量子假说的相识，下列说法正确的是()A．振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值εB．带电微粒辐射或汲取的能量只能是某一最小能量值的整数倍C．能量子与电磁波的频率成正比D．这一假说与现实世界相冲突，因而是错误的答案BC解析普朗克能量子假说认为，能量存在某一个最小值，带电微粒辐射或汲取的能量只能是这个最小能量值的整数倍，故A错误，B正确；能量子与电磁波的频率成正比，故C正确；能量子假说反映的是微观世界的特征，不同于宏观世界，并不是与现实世界相冲突，故D错误。3．关于对热辐射的相识，下列说法中正确的是()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答案B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，故A错误，B正确；辐射强度按波长的分布状况除与物体的温度有关，还与材料种类及表面状况有关，故C错误；常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色，故D错误。4．(多选)对于带电微粒辐射或汲取能量时的特点，以下说法正确的是()A．以某一个最小能量值一份一份地辐射或汲取B．辐射或汲取的能量是某一最小值的整数倍C．汲取的能量可以是连续的D．辐射或汲取的能量是量子化的答案ABD解析带电微粒辐射或汲取能量时是以最小能量值——能量子ε的整数倍一份一份地辐射或汲取的，是不连续的。故A、B、D正确，C错误。5．关于光电效应现象，下列说法正确的是()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答案D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，也就是入射光的波长小于金属的极限波长，故A错误。由光电效应方程Ek＝hν－W0知，产生的光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，但不是正比关系，且与入射光强度无关，故B、C错误。入射光频率肯定时，光强越大，光子数越多，逸出的光电子数越多，光电子数与光强成正比，故D正确。6．已知某单色光的波长为λ，在真空中光速为c，普朗克常量为h，则电磁波辐射的能量子ε的值为()A．heq\f(c,λ)B.eq\f(h,λ)C.eq\f(c,hλ)D．以上均不正确答案A解析由光速、波长的关系可得出光的频率ν＝eq\f(c,λ)，从而ε＝hν＝heq\f(c,λ)，故A正确。7.(多选)光电效应试验的装置如图所示，则下面说法中正确的是()A．用紫外光照耀锌板，验电器指针会发生偏转B．用红光照耀锌板，验电器指针会发生偏转C．锌板带的是负电荷D．使验电器指针发生偏转的是正电荷答案AD解析将擦得很亮的锌板连接验电器，用弧光灯照耀锌板(弧光灯发出紫外线)，验电器指针张开一个角度，说明锌板带了电，进一步探讨表明锌板带正电。这说明在紫外线的照耀下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出来，锌板中缺少电子，于是带正电，A、D正确，C错误；红光不能使锌板发生光电效应，B错误。8．(多选)一含有光电管的电路如图甲所示，乙图是用a、b、c光照耀光电管得到的I­U图线，Uc1、Uc2表示遏止电压，下列说法正确的是()A．甲图中光电管得到的电压为正向电压B．a、b光的波长相等C．a、c光的波长相等D．a、c光的光强相等答案AC解析由图甲可知，光电管中左侧的极板与电源的正极相连，右侧与电源负极相连，电场线从左向右，电子逆着电场线运动。因此，光电管此时得到的电压为正向电压，A正确；图乙是a、b、c三种光照耀光电管时得到的I­U图线，由图可知，a、c两种光的遏止电压相同，说明a、c两种光照耀时逸出的光电子的最大初动能相同。因此，a、c光的频率相同，a、c光在真空中的波长相等，C正确，B错误；a、c光照耀在光电管上，饱和光电流不同，说明光照强度不同，D错误。9.(多选)在做光电效应的试验时，某金属被光照耀发生了光电效应，试验测得光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν的关系如图所示。由此图线可求出()A．该金属的极限频率和极限波长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答案ABC解析由图线可知Ek＝0时的频率为极限频率νc，极限波长为λ0＝eq\f(c,νc)。该图线的斜率等于普朗克常量h，该金属的逸出功W0＝hνc也可求。不能求出单位时间内逸出的光电子数，故A、B、C正确。10．用波长为λ1和λ2的单色光A和B分别照耀两种金属C和D的表面。单色光A照耀两种金属时都能产生光电效应现象；单色光B照耀时，只能使金属C产生光电效应现象，不能使金属D产生光电效应现象。设两种金属的逸出功分别为WC和WD，则下列选项正确的是()A．λ1＞λ2，WC＞WDB．λ1＞λ2，WC＜WDC．λ1＜λ2，WC＞WDD．λ1＜λ2，WC＜WD答案D解析单色光B照耀时，金属C产生光电效应现象，金属D不能产生光电效应现象，可以推断出金属C的逸出功WC小于金属D的逸出功WD，单色光A照耀金属D能产生光电效应现象，单色光B照耀金属D不能产生光电效应现象，可以推断λ1＜λ2，故D正确。11.(多选)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，则下列推断中正确的是()A．发生光电效应时，入射光频率肯定，则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，入射光频率肯定，则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．光照耀的时间越长，电路中的光电流越大答案BC解析发生光电效应时，入射光频率肯定，则电路中光电流的饱和值取决于入射光的强度，入射光越强，单位时间内放射的光电子数越多，电路中的饱和光电流就越大，与光的照耀时间长短无关，故B正确，A、D错误；频率f＝eq\f(3×108,0.5×10－6)Hz＝6×1014Hz>4.5×1014Hz，所以电路中有光电流产生，故C正确。12．(多选)已知能使某金属产生光电效应的极限频率为νc，则()A．当用频率为2νc的单色光照耀该金属时，肯定能产生光电子B．当用频率为2νc的单色光照耀该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hνcC．当入射光的频率ν大于νc时，若ν增大，则逸出功增大D．当入射光的频率ν大于νc时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍答案AB解析光的频率2νc大于金属的极限频率，所以肯定能发生光电效应，故A正确；依据光电效应方程，知Ek＝hν－W0＝hν－hνc，则用频率为2νc的光照耀该金属时，产生的光电子的最大初动能为hνc，故B正确；逸出功的大小与入射光频率无关，由金属本身确定，故C错误；依据光电效应方程，知Ek＝hν－W0＝hν－hνc，照耀光的频率大于νc时，若频率增大一倍，则光电子的最大初动能不是增大一倍，故D错误。13．关于黑体的相识，下列说法正确的是()A．黑体只汲取电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关D．假如在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和汲取，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体答案C解析由于黑体本身可能辐射电磁波，所以看上去不肯定是黑的，故A错误；依据黑体辐射结论，黑体热辐射电磁波的强度依据波长的分布只与温度有关，随着温度的上升，一方面，各种波长的辐射强度都有增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故B错误，C正确；小孔只汲取电磁波，而不反射电磁波，因此是小孔成了一个黑体，而不是空腔，故D错误。14．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过，便可知道他的体温是多少，关于其原理，下列说法正确的是()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答案C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强度按波长的分布状况，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。15．某种光的光子能量为ε，这种光在某一种介质中传播时的波长为λ，则这种介质的折射率为()A.eq\f(λε,h)B.eq\f(λε,ch)C.eq\f(ch,λε)D.eq\f(h,λε)答案C解析由ε＝hν，则这种光在介质中的传播速度为v＝λν＝eq\f(λε,h)，所以这种介质的折射率为n＝eq\f(c,v)＝eq\f(ch,λε)，故C正确。16．入射光照在金属表面上发生光电效应，若减弱入射光的强度，而保持频率不变，则()A．有可能不发生光电效应B．逸出的光电子的最大初动能将减小C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将削减D．从光照到金属表面上到放射出光电子的时间间隔明显增加答案C解析依据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，可知当入射光频率不变时，金属仍能发生光电效应，故A错误；依据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，可知当入射光频率不变时，逸出电子的最大初动能不变，与入射光的强度无关，故B错误；频率肯定，光的强度影响的是单位时间内发出光电子的数目，入射光强度减小，单位时间内从金属表面逸出的光电子的数目削减，故C正确；频率肯定，光的强度影响的是单位时间内发出光电子的数目，并不会影响从光照到金属表面上到放射出光电子的时间间隔，故D错误。17．(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－Ekb答案BC解析由爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W0，由动能定理可得：Ekm＝eU，所以当νa>νb时，Ua>Ub，Eka>Ekb，故A错误，B正确；若Ua<Ub，则肯定有Eka<Ekb，故C正确；由光电效应方程可得：金属的逸出功W0＝hνa－Eka＝hνb－Ekb，故D错误。18．(多选)光电效应的四条规律中，波动说不能说明的有()A．入射光的频率必需大于被照金属的截止频率才能产生光电效应B．光电子的最大初动能与入射光强度无关，只随入射光频率的增大而增大C．入射光照耀到金属上时，光电子的放射几乎是瞬时的，一般不超过10－9sD．当入射光频率大于截止频率时，光电流强度与入射光强度成正比答案ABC解析此题应从光电效应规律与经典波动理论的冲突着手去解答。依据经典的光的波动理论，光的能量随光的强度的增大而增大，与光的频率无关，金属中的电子必需汲取足够能量后，才能从中逸出，电子有一个能量积蓄的时间。光的强度越大，单位时间内产生的光电子数目越多。故应选A、B、C。19．探讨光电效应的电路如图所示。用频率相同、强度不同的光分别照耀密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板放射出的光电子被阳极A汲取，在电路中形成光电流。下列光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图象中，正确的是()答案C解析用频率相同的光照耀同一金属时，放射出的光电子的最大初动能相同，所以遏止电压相同；饱和电流与光的强度有关，光的强度越大，饱和电流越大，故C正确。20.如图所示，当开关K断开时，用光子能量为2.5eV的一束光照耀阴极P，发觉电流表读数不为零。合上开关，调整滑动变阻器，发觉当电压表读数小于0.60V时，电流表读数仍不为零。当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零。由此可知阴极材料的逸出功为()A．1.9eVB．0.6eVC．2.5eVD．3.1eV答案A解析由题意知光电子的最大初动能为Ek＝eUc＝0.60eV，所以依据光电效应方程Ek＝hν－W0可得W0＝hν－Ek＝(2.5－0.6)eV＝1.9eV。21．下列利用光子说对光电效应的说明正确的是()A．金属表面的一个电子只能汲取一个光子B．电子汲取光子后肯定能从金属表面逸出，成为光电子C．金属表面的一个电子汲取若干个光子，积累了足够的能量才能从金属表面逸出D．无论光子能量大小如何，电子汲取光子并积累能量后，总能逸出成为光电子答案A解析依据光子说，金属中的一个电子一次只能汲取一个光子，只有所汲取的光子频率大于金属的截止频率，电子才能逃离金属表面，成为光电子，且光子的汲取是瞬时的，不需时间的积累，故A正确。22．科学探讨证明，光子有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子。假设光子与电子碰撞前的波长为λ，碰撞后的波长为λ′，则碰撞过程中()A．能量守恒，动量守恒，且λ＝λ′B．能量不守恒，动量不守恒，且λ＝λ′C．能量守恒，动量守恒，且λ<λ′D．能量守恒，动量守恒，且λ>λ′答案C解析能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律，适用于宏观世界也适用于微观世界。光子与电子碰撞时遵循这两个守恒定律。光子与电子碰撞前光子的能量E＝hν＝heq\f(c,λ)，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，光子的能量E′＝hν′＝heq\f(c,λ′)，由E>E′，可知λ<λ′，故C正确。二、非选择题23．康普顿效应证明了光子不仅具有能量，也有动量，图中给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰后光子可能沿方向________(从“1”“2”“3”中选择)运动，并且波长________(选填“不变”“变小”或“变长”)。答案1变长解析因光子与电子碰撞过程动量守恒，所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与光子碰撞前的方向一样，可见碰撞后光子的方向可能沿1方向，不行能沿2或3方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，能量削减，由E＝hν知，频率变小，再依据c＝λν知，波长变长。24．光电效应试验装置示意图如图所示。(1)若要使发生光电效应的电子不能到达A极，则电源的a端应为________极(选填“正”或“负”)。(2)用频率为ν的一般光源照耀K极，没有发生光电效应，用频率大于ν的光照耀K极，则马上发生了光电效应；此试验说明发生光电效应的条件是：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)若KA加上反向电压U，在KA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可能是下列的________(其中W0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(W0,e)B．U＝eq\f(2hν,e)－eq\f(W0,e)C．U＝2hν－W0D．U＝eq\f(5hν,2e)－eq\f(W0,e)答案(1)正(2)只有入射光的频率大于金属的极限频率才会发生光电效应(3)A解析(1)若想使发生光电效应的电子不能到达A极，应加反向电压，即a端应接正极。(2)用频率为ν的光照耀K没有发生光电效应，用频率大于ν的光照耀K，马上发生光电效应，说明发生光电效应的条件是入射光频率大于金属的极限频率。(3)由光电效应方程知Ek＝hν－W0，当反向电压为U时，光电流恰好为零，则有－eU＝0－Ek，联立得eU＝hν－W0，则U＝eq\f(hν,e)－eq\f(W0,e)，故A正确。25．分别用波长为λ和eq\f(3,4)λ的单色光照耀同一金属，发出的光电子的最大初动能之比为1∶3。以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则此金属的逸出功是多大？答案eq\f(5hc,6λ)解析设此金属的逸出功为W0，依据光电效应方程得如下两式：当用波长为λ的光照耀时：Ek1＝eq\f(hc,λ)－W0①当用波长为eq\f(3,4)λ的光照耀时：Ek2＝eq\f(4hc,3λ)－W0②又eq\f(Ek1,Ek2)＝eq\f(1,3)③解①②③组成的方程组得：W0＝eq\f(5hc,6λ)。26．铝的逸出功是4.2eV，现在用波长为100nm的光照耀铝的表面，已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3.0×108m/s，求：(1)光电子的最大初动能；(2)铝的遏止电压(保留三位有效数字)；(3)铝的截止频率(保留三位有效数字)。答案(1)1.317×10－18J(2)8.23V(3)1.01×1015Hz解析(1)由光电效应方程，得Ek＝heq\f(c,λ)－W0＝eq\f(6.63×10－34×3.0×108,10－7)J－4.2×1.6×10－19J＝1.317×10－18J。(2)由eUc＝Ek得，遏止电压Uc＝eq\f(Ek,e)≈8.23V。(3)由W0＝hνc得，截止频率νc＝eq\f(W0,h)＝eq\f(4.2×1.6×10－19,6.63×10－34)Hz≈1.01×1015Hz。27．在半径r＝10m的球壳中心有一盏功率为P＝40W的钠光灯(可视为点光源)，发出的钠黄光的波长为λ＝0.59μm，已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，真空中光速c＝3×108m/s。试求每秒钟穿过S＝1cm2球壳面积的光子数目。答案9.4×1012个解析钠黄光的频率ν＝eq\f(c,λ)＝eq\f(3×108,0.59×10－6)Hz≈5.1×1014Hz则一个光子的能量E0＝hν＝6.63×10－34×5.1×1014J≈3.4×10－19J又钠光灯在t＝1s内发出光能E＝Pt＝40×1J＝40J那么在t＝1s内穿过S＝1cm2球壳面积的光能量E1＝eq\f(SE,4πr2)＝eq\f(1×10－4×40,4×3.14×102)J≈3.2×10－6J则每秒钟穿过该球壳1cm2