高中物理第4章波粒二象性1量子概念的诞生2光电效应与光的量子说学业分层测评教科版选修3-5.doc

量子概念的诞生光电效应与光的量子说 (建议用时：45分钟)[学业达标]1．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E．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关【解析】　由辐射强度随波长变化关系图知，随着温度的升高，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、E正确．【答案】　BCE2．在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，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，光电效应现象消失C．改用频率小于ν的光照射，仍可能发生光电效应D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大E．改用频率为2ν的光照射，光电子的最大初动能变为原来的2倍【解析】　增大入射光的强度，单位时间内照射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失与光的频率有关，而与光的强度无关，B项错误．改用频率小于ν的光照射，但只要光的频率大于极限频率ν0仍然可以发生光电效应，C项正确．由爱因斯坦光电效应方程hν－W逸＝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mv2不成正比，故D正确，E错误．【答案】　ACD3．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(　　) 【导学号：11010060】A．对于同种金属，Ek与照射光的强度无关B．对于同种金属，Ek与照射光的波长成反比C．对于同种金属，Ek与照射光的时间成正比D．对于同种金属，Ek与照射光的频率成线性关系E．对于不同种金属，若照射光频率不变，Ek与金属的逸出功成线性关系【解析】　Ek＝hν－W＝h－W，同种金属逸出功相同，最大初动能与照射光强度无关，与照射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，不同种金属，保持入射光频率不变，最大初动能Ek与逸出功成线性关系．【答案】　ADE4．如图416所示是某金属在光的照射下，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(　　)图416A．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EE．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为2E【解析】　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，根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，根据图线的物理意义，有W0＝E，故选项A、B、D正确，而选项C、E错误．【答案】　ABD5．能正确解释黑体辐射实验规律的是________提出的能量量子化理论．【解析】　根据黑体辐射的实验规律，随着温度的升高，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较满意的解释．【答案】　普朗克6．如图417所示为t1、t2温度时的黑体辐射强度与波长的关系，则两温度的关系为________．图417【解析】　根据黑体辐射的实验规律可知，随着温度的升高，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．【答案】　t1＞t27．现在a、b、c三束单色光，其波长关系为λa∶λb∶λc＝1∶2∶3.当用a光束照射某种金属板时能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为Ek，若改用b光束照射该金属板，飞出的光电子最大动能为Ek，当改用c光束照射该金属板时________(选填“能”或“不能”)发生光电效应，若能发生光电效应，飞出的光电子的最大初动能为________．【解析】　对a、b、c三束光由光电效应方程可得：－W＝Ek，－W＝Ek，由以上两式可解得：＝Ek，W＝Ek，当用c光束照射该金属板时－W＝Ekcλc＝3λa，可解得：＝Ek>W，Ekc＝Ek.【答案】　能　Ek8．紫光在真空中的波长为4.510－7 m，问：(1)紫光光子的能量是多少？(2)用它照射极限频率为ν0＝4.621014 Hz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＝6.6310－34 Js)【解析】　(1)紫光光子的能量E＝hν＝h＝4.4210－19 J.(2)紫光频率ν＝＝6.671014 Hz，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)＝1.3610－19 J.【答案】　(1)4.4210－19 J　(2)能 (3)1.3610－19 J[能力提升]9．在光电效应实验中，小明同学用同一实验装置，如图418(a)所示，在甲、乙、丙三种光的照射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(　　) 【导学号：11010061】图418A．乙光的频率大于甲光的频率B．甲光的波长大于丙光的波长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E．乙、丙两种光对应的光电子的最大初动能相等【解析】　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判断，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，同时判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、E正确，D错误，由ν＝知，λ乙＝λ丙＜λ甲，B正确．【答案】　ABE10．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如图419所示．用频率为ν的普通光源照射阴极K，没有发生光电效应．换用同样频率ν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K、A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)(　　)图419A．U＝－ B．U＝－C．U＝2hν－W D．U＝－E.－【解析】　由题意知，一个电子吸收一个光子不能发生光电效应，换用同样频率为ν的强激光照射，则发生光电效应，即吸收的光子能量为nhν，n＝2,3,4，….则由光电效应方程可知：nhν＝W＋mv2(n＝2,3,4，…) ①在减速电场中由动能定理得－eU＝0－mv2 ②联立①②得：U＝－(n＝2,3,4，…)，选项B、D、E正确．【答案】　BDE11．经测量，人体表面辐射本领的最大值落在波长为940 μm处．根据电磁辐射的理论得出，物体最强辐射的波长与物体的绝对温度的关系近似为Tλm＝2.9010－1 mK，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＝6.6310－34 Js)【解析】　人体表面的温度为T＝＝ K≈309 K≈36 ℃.人体辐射的能量子的值为ε＝h＝6.6310－34 J＝2.1210－22 J.【答案】　36 ℃　2.1210－22 J12．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、电视和自动控制等诸多方面．如图4110所示，C为光电管，B极由金属钠制成(钠的极限波长为5.010－7 m)．现用波长为4.810－7 m的某单色光照射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)若给予光电管足够大的正向电压时，电路中光电流为10 μA，则每秒射到光电管B极的光子数至少为多少个？图4110【解析】　(1)B极板上逸出光电子，相当于电源的正极，A为负极，故流过R的电流向左．(2)Ekm＝h－h＝6.6310－343108－ J＝1.6610－20 J.(3)每秒电路中流过的电子电荷量q＝It＝1010－61 C＝110－5 Cn＝＝个＝6.251013个．【答案】　(1)向左　(2)1.6610－20 J(3)6.251013个6。