2020版高中物理 17.1.2 能量量子化 光的粒子性（分层达标训练 新人教版选修3-5

2020版高中物理 17.1.2 能量量子化 光的粒子性（分层达标训练 新人教版选修3-5

‎2020版高中物理 ‎17.1.2‎ 能量量子化 光的粒子性（分层达标训练 新人教版选修3-5 ‎ ‎【课堂训练】‎ ‎1.入射光照射到金属表面上发生了光电效应,若入射光的强度减弱,但频率保持不变,那么以下说法正确的是( )‎ A.从光照射到金属表面到发射出光电子之间的时间间隔明显增加 B.逸出的光电子的最大初动能减少 C.单位时间内从金属表面逸出的光电子的数目减少 D.有可能不再产生光电效应 ‎2.关于光电效应，下列说法正确的是( )‎ A.极限频率越大的金属材料逸出功越大 B.只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应 C.从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小 D.入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多 ‎3.人眼对绿光最敏感,正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时,只要每秒 有6个光子射入瞳孔,眼睛就能觉察。普朗克常量为6.63×10-34 J·s,光速为 ‎3.0×‎108 m/s,则能觉察到上述波长的绿光时眼睛所接收到的最小功率是_____。‎ ‎4.光电管是把光信号转变成电信号的核心器件。用频率为ν的光照射光电管，发射的光电子的最大初动能为E，若改用频率为2ν的光照射光电管，则发射的光电子的最大初动能为________。‎ ‎【课后巩固】‎ ‎1.下列叙述错误的是( )‎ A.一切物体都在辐射电磁波 B.一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关 C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关 D.黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波 ‎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ν变化的Ek-ν图象。已知钨的逸出功是3.28 eV，锌的逸出功是3.24 eV，若将二者的图线画在同一个Ek-ν坐标图中，用实线表示钨、虚线表示锌，则正确反映这一过程的图是如图中的( )‎ ‎3.某激光器能发射波长为λ的激光，发射功率为P，c表示光速，h表示普朗克常量，则激光器每秒发射的光子数为( )‎ ‎4.用同一频率的光照射到甲、乙两种不同的金属上，它们释放的具有最大初动能的光电子在磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动，它们的轨道半径之比为R甲∶R乙＝3∶1，则下列说法中正确的是( )‎ A.两种金属的逸出功之比为3∶1‎ B.两种光电子的速度大小之比为3∶1‎ C.两种金属的逸出功之比为1∶3‎ D.两种光电子的动量大小之比为3∶1‎ ‎5.用如图所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为 2.5 eV的光照射到光电管上时，电流表G的读数为 0.2‎ ‎ mA。移动变阻器的触点c，当电压表的示数大于或等于0.7 V时，电流表读数为0，则( )‎ A.遏止电压为 1.8 V B.电键S断开后，有电流流过电流表G C.光电子的最大初动能为 0.7 eV D.当电压为 0.7 V时，没有光电子逸出 ‎6.如图所示，一验电器与锌板相连，在A处用一紫外线灯照射锌板，关灯后，指针保持一定偏角。‎ ‎(1)现用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将_______(选填“增大”“减小”或“不变”)。‎ ‎(2)使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转。那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针__________(选填“有”或“无”)偏转。‎ ‎7.康普顿效应证实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”)。‎ ‎8.如图所示，一光电管的阴极用极限波长λ0=5 000 的钠制成。用波长 λ=3 000 的紫外线照射阴极，光电管阳极A和阴极K之间的电势差U＝2.1 V，饱和光电流的值(当阴极K发射的电子全部到达阳极A时，电路中的电流达到最大值，称为饱和光电流)I＝0.56 μA。‎ ‎(1)求每秒钟内由K极发射的光电子数目；‎ ‎(2)求电子到达A极时的最大动能；‎ ‎(3)如果电势差U不变，而照射光的强度增到原值的三倍，此时电子到达A极的最大动能是多大？(普朗克常量h=6.63×10-34 J·s)‎ 答案解析 ‎【课堂训练】‎ ‎1.【解析】选C。由光电效应的基本规律知,光的频率不变,逸出的光电子的最大初动能不变;入射光的强度减弱,单位时间内照射到金属上的光子数减少,因而单位时间内从金属表面逸出的光电子的数目减少;只要入射光的频率大于金属的极限频率,就能产生光电效应,并且是瞬时的,不会因入射光的强度减弱而延长时间，A、B、D错,C对。‎ ‎2.【解析】选A。逸出功W0＝hν0，W∝ν0(极限频率)，A正确；只有照射光的频率ν大于或等于金属极限频率ν0时，才能产生光电效应，B错；由光电效应方程Ek＝hν－W0知，因ν不确定，无法确定Ek与W0的关系，C错；光强E＝‎ nhν，ν越大，E一定，则光子数n越小，单位时间内逸出的光电子数就越少，D错。‎ ‎3.【解析】一个绿光子的能量:眼睛接收到的最小功率:‎ 答案：2.3×10-18 W ‎4.【解析】设光电管所用金属材料的逸出功为W，根据爱因斯坦光电效应方程得：E=hν-W ①‎ E′=2hν-W ②‎ 解①②组成的方程组得：E′=hν+E。‎ 答案：hν+E ‎【课后巩固】‎ ‎1.【解析】选B。我们周围的一切物体都在辐射电磁波，故A正确；根据热辐射和黑体辐射的特点知，一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射只与黑体的温度有关，B错误，C正确；根据黑体的定义知D正确。‎ ‎2.【解析】选B。依据光电效应方程Ek=hν-W0可知，Ek-ν图线的斜率代表了普朗克常量h，因此钨和锌的Ek-ν图线应该平行。图线的横截距代表了极限频率νc，而因此钨的νc大些。故正确答案为B。‎ ‎3.【解析】选A。设每秒发射的光子数为n,每个光子的能量发射功率为P=nε,。‎ ‎4.【解析】选B、D。电子在磁场中做匀速圆周运动，由evB＝得动量大小和速度大小均和环绕半径成正比，B、D对；光电子的最大初动能之比为9∶1，由爱因斯坦的光电效应方程可得：金属的逸出功所以仅由题设条件两种金属的逸出功的比值无法计算，A、C错误，故选B、D。‎ ‎5.【解题指南】在光电管的两极间加上反向电压(遏止电压)的目的是测量出光电子的最大初动能。‎ ‎【解析】选B、C。由图可知，在光电管的两极间加的是反向电压，当此电压达到 ‎ 0.7 V时，电流表读数为0，说明此时的光电子恰好不能到达阳极，即遏止电压为U＝0.7 V，根据可以求出光电子的最大初动能为 0.7 eV，A错，C正确；当电键断开时，光电管和灵敏电流计、滑动变阻器的c、b部分组成闭合回路，在光的照射下有光电子逸出，在回路中形成光电流，B正确；当遏止电压 U＝0.7 V时，光电子恰好不能到达阳极，但还是有光电子逸出的，D错。‎ ‎6.【解析】当用紫外光照射锌板时，锌板发生光电效应，放出光电子而带上了正电，此时与锌板连在一起的验电器也带上了正电，从而指针发生了偏转。当带负电的小球与锌板接触后，中和了一部分正电荷，从而使验电器的指针偏转减小。‎ 使验电器指针回到零，用钠灯黄光照射，验电器指针无偏转，说明钠灯黄光的频率小于极限频率，红外光比钠灯黄光的频率还要低，更不可能发生光电效应。能否发生光电效应与入射光的强度无关。‎ 答案：(1)减小 (2)无 ‎7.【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前的方向一致，可见碰后光子的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，能量减少，由 E=hν知，频率变小，再根据c=λν知，波长变长。‎ 答案：1 变长 ‎8.【解析】(1)设每秒内发射的电子数为n，则 ‎=3.5×1012(个)。‎ ‎(2)由光电效应方程可知 Ekm=hν-W0‎ 在AK间加电压U时，电子到达阳极时的动能为Ek,‎ Ek=Ekm+eU ‎。‎ 代入数值得Ek＝6.01×10-19 J。‎ ‎(3)根据光电效应规律，光电子的最大初动能与入射光的强度无关。如果电压U不变，则电子到达A极的最大动能不会变。‎ 答案：(1)3.5×1012 个 ‎(2)6.01×10-19 J ‎(3)6.01×10-19 J ‎【总结提升】影响光电效应的两个关键物理量 入射光频率和入射光强度是影响光电效应的两个关键物理量：‎ ‎(1)入射光频率决定了入射光子的能量进而决定光电子的最大初动能。‎ ‎(2)入射光强度决定了单位时间内金属板(或阴极)接收的入射光的光子数进而决定了单位时间内金属板(或阴极)发射的光电子数。‎