2020版高中物理 17.1.2 能量量子化 光的粒子性知能巩固提升 新人教版选修3-5

2020版高中物理 17.1.2 能量量子化 光的粒子性知能巩固提升 新人教版选修3-5

‎2020版高中物理 ‎17.1.2‎ 能量量子化 光的粒子性知能巩固提升 新人教版选修3-5 ‎ ‎【课堂训练】‎ ‎1.(2020·温州高二检测)对黑体辐射电磁波的波长分布的影响因素是( )‎ A.温度 B.材料 C.表面状况 D.以上都正确 ‎2.关于能量量子化和光的粒子性，下列说法正确的是( )‎ A.黑色的物体是黑体 B.光电子不是光子，光电子本质上是电子 C.随着温度的升高，黑体的辐射强度都有增加，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 D.光子的质量是指它的相对论质量，俗称动质量，没有静止质量 ‎3.(2020·庆阳高二检测)已知电磁波的波长从小到大依次排列，其顺序为：γ射线、X射线、紫外线、可见光(紫、靛、蓝、绿、黄、橙、红)、红外线、无线电波．当用绿光照射某金属表面时，能产生光电效应现象，为了增大光电子的最大初动能( )‎ A.可选用紫外线照射 B.可选用红光照射 C.可增强绿光照射强度 D.可延长绿光的照射时间 ‎4.科学研究证明，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′‎ ‎5.已知金属铯的逸出功为1.9 eV，在光电效应实验中，要使铯表面发出的光电子的最大初动能为1.0 eV，求入射光的波长应为多少？‎ ‎【课后巩固】‎ ‎6.(2020·江苏高考)下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是( )‎ ‎7.(2020·北京高考)“约瑟夫森结”由超导体和绝缘体制成.若在结两端加恒定电压U，则它会辐射频率为ν的电磁波，且ν与U成正比，即ν=kU.已知比例系数k仅与元电荷e的2倍和普朗克常量h有关.你可能不了解此现象的机理，但仍可运用物理学中常用的方法，在下列选项中，推理判断比例系数k的值可能为( )‎ ‎8.(2020·蚌埠高二检测)已知某金属发生光电效应的截止频率为ν0，则( )‎ A.当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，一定能产生光电子 B.当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为 hν0‎ C.当照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大，则逸出功增大 D.当照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍 ‎9.(2020·沙坪坝高二检测)频率为ν的光照到某金属材料时，产生光电子的最大初动能为Ekm，若改用频率为2ν的光照射同一金属材料，则所产生光电子的最大初动能为(h为普朗克常量)( )‎ A.Ekm+hν B.2Ekm C.Ekm-hν D.Ekm+2hν ‎10.(2020·南京高二检测)研究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射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A吸收，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( )‎ ‎11.用波长为λ的光照射金属的表面，当遏止电压取某个值时，光电流便被截止；当光的波长改变为原波长的后，已查明使电流截止的遏止电压必须增大到原值的η倍，试计算原入射光的波长λ.(已知该金属的逸出功为W0)‎ ‎12.(2020·沈阳高二检测)如图所示，当电键S断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零.闭合电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零.求：‎ ‎(1)此时光电子的最大初动能的大小；‎ ‎(2)该阴极材料的逸出功.‎ 答案解析 ‎1.【解析】选A.根据黑体辐射电磁波的波长分布的决定因素可得，只与温度有关.‎ ‎2.【解析】选B、D.黑色物体并不一定就是黑体，黑体是指能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体，A错误；当照射光的频率大于某种金属的极限频率时，照射到金属表面的光，能使金属中的电子从其表面逸出，逸出的电子称为光电子，其本质就是电子，B正确；对于黑体辐射，随着温度的升高，黑体的辐射强度增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，C错误；由于光不能静止下来，因此光子没有静止质量，光子的质量是指它的相对论质量，俗称动质量，D正确．故B、D正确．‎ ‎3.【解析】选A.由波速公式c=λν可知，波长越长的电磁波，频率越小，波长越短的电磁波，频率越大；由光电效应方程Ekm=hν-W0，当入射光的频率增大时，光电子的最大初动能增大，与光照强度和光照时间无关，故A正确，B、C、D错误.‎ ‎4. 【解析】选C.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规律．光子与电子碰撞前光子的能量E=hν=，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′，由E>E′，可知λ<λ′，选项C正确.‎ ‎5.【解析】根据光电效应方程Ek＝hν-W0可得入射光的频率为：‎ 由c＝λν可得入射光的波长为：‎ 答案:4.3×10－‎‎7 m ‎6.【解析】选A.随着温度的升高，辐射强度增加，辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动，A正确.‎ ‎【变式备选】(2020·佛山高二检测)如图所示T1、T2温度时黑体辐射强度与波长的关系，则下列选项正确的是( )‎ A.T1＞T2‎ B.T1＜T2‎ C.随温度升高，各种波长的辐射强度都减小 D.随温度升高，辐射强度的极大值向较短波长方向移动 ‎【解析】选A、D.温度升高，各种波长的辐射强度都会增加，A正确，B错误；随着温度的升高，辐射强度的极大值向较短波长方向移动，C错误，D正确.‎ ‎7.【解题指南】本题需要把握以下两点：‎ ‎(1)电磁波的频率、普朗克常量、能量之间的关系.‎ ‎(2)电压、电量与能量的关系.‎ ‎【解析】选B.电磁波的频率ν、普朗克常量h、能量E之间的关系E=hν，因为ν=kU，所以E=hkU；电压U、电量q与能量E的关系是E=qU，由题意知q=2e，所以k=.‎ ‎【变式备选】频率为ν的光子，具有的能量为hν，动量为，将这个光子打在处于静止状态的电子上，光子将偏离原运动方向，这种现象称为光子的散射，下列关于光子散射的说法正确的是( )‎ A.光子改变原来的运动方向，且传播速度变小 B.光子由于在与电子碰撞中获得能量，因而频率增大 C.由于受到电子碰撞，散射后的光子波长大于入射光子的波长 D.由于受到电子碰撞，散射后的光子频率小于入射光子的频率 ‎【解析】选C、D.碰撞后光子改变原来的运动方向，但传播速度不变，A错误；光子由于在与电子碰撞中损失能量，因而频率减小，即ν1＞ν2，再由c=λ1ν1=λ2ν2，得到λ1＜λ2，B错误，C、D正确.‎ ‎8.【解析】选A、B.该金属的截止频率为ν0，则可知逸出功W0=hν0，逸出功由金属自身性质决定，与照射光的频率无关，因此C选项错误；由光电效应的实验规律可知A正确；由光电效应方程Ek=hν-W0，将W0=hν0代入可知B正确，D错误.‎ ‎【总结提升】应用光电效应方程讨论问题的两点注意 ‎(1)极限频率为ν0的光照射金属对应逸出光电子的最大初动能为零，逸出功 W=hν0.‎ ‎(2)某种金属的逸出功是一定值，随入射光频率的增大，光电子的最大初动能增大.‎ ‎9. 【解析】选A.由光电效应方程得频率为ν的光照射金属材料时Ekm＝hν-W0，改用频率为2ν的光照射同一金属材料时Ekm′=h·2ν-W0，解得Ekm′=Ekm+hν，故A正确.‎ ‎10.【解析】选C.频率相同的光照射同一金属时，发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，故选项C正确.‎ ‎11.【解析】由爱因斯坦光电效应方程，光电子的初动能Ek=hν-W0，设遏止电压为Uc ‎，eUc=Ek，故eUc=hν-W0.由题意得：‎ eUc= -W0 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　①‎ ηeUc= -W0　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ②‎ 由②减①得：(η-1)eUc=(n-1)　　　　　　　　　　　　　　　　 ③‎ 将①代入③得λ=.‎ 答案: ‎ ‎12.【解题指南】找出临界条件，根据动能定理计算光电子的最大初动能，利用光电效应方程计算逸出功.‎ ‎【解析】设用光子能量为2.5 eV的光照射时，光电子的最大初动能为Ek，阴极材料逸出功为W0，‎ 当反向电压达到U＝0.60 V以后，具有最大初动能的光电子也达不到阳极，因此eU＝Ek 由光电效应方程：Ek＝hν－W0‎ 由以上两式得Ek＝0.6 eV，W0＝1.9 eV.‎ 答案:(1)0.6 eV (2)1.9 eV