1、117.1-17.2 能量量子化 光的粒子性课后提升作业 【基础达标练】1.关于对黑体的认识,下列说法正确的是 ( )A.黑体只吸收电磁波,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.如果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吸收,最终不能从小孔射出,这个空腔就成了一个黑体【解析】选 C。黑体自身辐射电磁波,不一定是黑的,故 A 错误;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,故 B 错、C 对;小孔只吸收电磁波
2、,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。2.(多选)黑体辐射的实验规律如图所示,由图可知 ( )A.随温度升高,各种波长的辐射强度都有增加B.随温度降低,各种波长的辐射强度都有增加C.随温度升高,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动D.随温度降低,辐射强度的极大值向波长较长的方向移动【解析】选 A、C、D。由题图可知,随温度升高,各种波长的辐射强度都有增加,且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,当温度降低时,上述变化都将反过来。故 A、C、D 正确,B错误。【补偿训练】下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中,符合黑体辐射规律的是 ( )2【解析】选 A。黑体
3、辐射规律:随着温度的升高,一方面,各种波长的辐射强度都有所增加,另一方面,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,A 图正确。3.(多选)(2018厦门高二检测)光电效应实验的装置如图所示,则下列说法中正确的是 ( )A.用紫外线照射锌板,验电器指针会发生偏转B.用红色光照射锌板,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【解析】选 A、D。将擦得很亮的锌板连接验电器,用弧光灯照射锌板(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。进一步研究表明锌板带正电,这说明在紫外线的照射下,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
4、 选项正确。红光不能使锌板发生光电效应。【补偿训练】(多选)如图所示,锌板与验电器相连,用紫外线灯照射锌板,发现验电器指针张开一个角度,则 ( )A.锌板带正电,验电器带负电B.锌板带正电,验电器带正电3C.若改用红外线照射,验电器指针仍张开D.若改用红外线照射,验电器指针不会张开【解析】选 B、D。用紫外线照射锌板,发生光电效应,锌板发射光电子,故锌板带正电,锌板上的正电荷将验电器上的负电荷吸引过来,验电器带正电,A 错误,B 正确;若改用红外线照射,红外线的频率低于锌的截止频率,不会发生光电效应,C 错误,D 正确。4.(2018海宁高二检测)白天的天空各处都是亮的,是大气分子对太阳光散射
5、的结果。假设一个运动的光子和一个静止的自由电子碰撞以后,电子向某一个方向运动,光子沿另一方向散射出去,则这个散射光子跟原来的光子相比 ( )A.频率变大 B.频率不变 C.光子能量变大 D.波长变长【解析】选 D。运动的光子和一个静止的自由电子碰撞时,既遵守能量守恒,又遵守动量守恒。碰撞中光子将能量 h 的一部分传递给了电子,光子的能量减少,波长变长,频率减小,D选项正确。5.(2018唐山高二检测)对爱因斯坦光电效应方程 Ekm=h-W,下面各种理解中正确的是 ( )A.用同种频率的光照射同一种金属,从金属中逸出的所有光电子都会具有同样的初动能 EkmB.式中的 W 表示每个光电子从金属中飞
6、出过程中克服金属中正电荷引力所做的功C.逸出功 W 和极限频率 0之间应满足关系式 W=h 0D.光电子的最大初动能和入射光的频率成正比【解析】选 C。爱因斯坦光电效应方程 Ekm=h-W 中的 W 表示从金属表面直接逸出的光电子克服金属中正电荷引力做的功,因此是所有逸出的光电子中克服引力做功的最小值,对应的光电子的初动能是所有光电子中最大的,其他光电子的初动能都小于这个值,故 A、B 错误。若入射光的频率恰好是极限频率,即刚好能有光电子逸出,可理解为逸出的光电子的最大初动能是 0,因此有 W=h 0,C 对。由 Ekm=h-W 可知 Ekm和 之间是一次函数关系,但不是成正比关系,D 错误。
7、6.入射光照射到某金属表面上发生了光电效应,若入射光的强度减弱,而频率保持不变,则下列说法中正确的是 ( )A.从光照射到金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加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减少D.有可能不发生光电效应【解析】选 C。入射光的强度取决于入射光子数和入射光的频率,入射光的频率保持不变,4强度减弱,单位时间入射光子数将减少,但光子的能量不变,可见仍能发生光电效应,发生光电效应时,光电子的产生几乎都是瞬时的,与入射光强度无关,故 A、D 错误。根据爱因斯坦光电效应方程,逸出光电子的最大初动能与入射光的频率有关,跟入射光的强度无关
8、,所以 B也是错误的。由于逸出电子与入射光子的一对一的关系,当光的强度减弱时,单位时间入射光子数减少,因此单位时间内逸出的光电子数也将减少。7.(2018滨州高二检测)在光电效应实验中,飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光),如图所示。则可判断出 ( )A.甲光的频率大于乙光的频率B.乙光的波长大于丙光的波长C.乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D.甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能【解析】选 B。该题考查了光电效应问题,应根据遏止电压判断频率。由 eUc= mv2=12h-W 可知 丙 甲 = 乙 , 甲 = 乙 丙
9、,所以 A、D 错,B 对。由于 h 0=W,所以 C 错。8.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 变化的 Ek- 图象。已知钨的逸出功是 3.28eV,锌的逸出功是 3.24eV,若将二者的图线画在同一个 Ek- 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图中的 ( )5【解析】选 B。依据光电效应方程 Ek=h-W 0可知,E k- 图线的斜率代表了普朗克常量 h,因此钨和锌的 Ek- 图线应该平行。图线的横截距代表了极限频率 c,而 c= ,因此钨W0的 c大些。故正确答案为 B。9.(2018龙岩高二检测)如图
10、所示,当电键 S 断开时,用光子能量为 2.5eV 的一束光照射阴极 P,发现电流表读数不为零。合上电键,调节滑动变阻器,发现当电压表读数小于 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。(1)求此时光电子的最大初动能的大小。(2)求该阴极材料的逸出功。【解析】设用光子能量为 2.5eV 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=0.60V 以后,具有最大初动能的光电子达不到阳极,因此 eU=Ek由光电效应方程:E k=h-W 0由以上二式:E k=0.6eV,W0=1.9eV。答案:(1)0.6eV (2
11、)1.9 eV【能力提升练】1.(多选)(2018泉州高二检测)在图甲所示的装置中,K 为一金属板,A 为金属电极,都密封在真空的玻璃管中,W 为由石英片封盖的窗口,单色光可通过石英片射到金属板 K 上,E 为输出电压可调的直流电源,其负极与电极 A 相连,A 是电流表,实验发现,当用某种频率的单色光照射 K 时,K 会发出电子(光电效应),这时,即使 A、K 之间的电压等于零,回路中也有电流。当 A 的电势低于 K 时,而且当 A 比 K 的电势低到某一值 Uc时,电流消失,U c称为遏止电压,当改变照射光的频率 ,遏止电压 Uc也将随之改变,其关系如图乙所示,如果某次实验我们测出了画出这条
12、图线所需的一系列数据,又知道了电子电量,则 ( )6A.可得该金属的极限频率B.可求得该金属的逸出功C.可求得普朗克常量D.可求得电子的质量E.电源按图示极性连接时,阴极 K 和阳极 A 之间所加的电压为正向电压【解析】选 A、B、C。由题意结合光电效应方程可知图象乙中当遏止电压 Uc=0 时,入射光频率即极限频率,故选项 A 正确;当遏止电压 Uc=0 时,入射光子的能量即等于逸出功,故选项B 正确;图乙的斜率即普朗克常量与电子电量的比值,故选项 C 正确;电子质量不可求得,故选项 D 错误;电源按图示极性连接时,阴极 K 和阳极 A 之间所加的电压为反向电压,E 错误。2.(2018绍兴高
13、二检测)用红光照射光电管阴极发生光电效应时,光电子最大初动能为 Ek,饱和光电流为 I,若改用强度相同的绿光照射同一光电管,产生的光电子最大初动能和饱和电流分别为 Ek和 I,则下面说法正确的是 ( )A.EkI B.EkE k,IIC.EkE k,In,即单位时间内入射的红光的光子数多,逸出的光电子数也多,饱和光电流也大,II,D 项正确。【补偿训练】某种单色光的频率为 ,用它照射某种金属时,在逸出的光电子中动能最大值为 Ek,则这种金属逸出功和极限频率分别是 ( )A.h-E k,- B.Ek-h,+C.h+E k,- D.Ek+h,+7【解析】选 A。由光电效应方程 Ek=h-W 得 W
14、=h-E k,而 W=h 0,则 0= = =-Wh,故 A 正确。E3.A、B 两种光子的能量之比为 21,它们都能使某种金属发生光电效应。且所产生的光电子最大初动能分别为 EA、E B,求 A、B 两种光子的动量之比和该金属的逸出功。【解析】光子能量 =h,动量 p= ,且 = ,得 p= ,则 pAp B=21,A 照射时,光电子的最大初动能 EA= A-W0,同理 EB= B-W0。又 A=2 B,解得 W0=EA-2EB。答案:21 E A-2EB4.某广播电台发射功率为 10kW 在空气中波长为 187.5 m 的电磁波。(1)该电台每秒钟从天线发射多少个光子?(2)若发射的光子四
15、面八方视为均匀的,求在离天线 2.5 km 处,直径为 2 m 的环状天线每秒接收的光子个数以及接收功率。【解析】(1)每个光子的能量E=h= =6.6310-34 J=1.0610-27J。3108187.5则每秒钟电台发射上述波长光子数n0= =1031个。P(2)设环状天线每秒接收光子数为 n 个,以电台发射天线为球心,则半径为 R 的球面积S=4R 2,而环状天线的面积 S=r 2,8所以,n= n0=4.01023;接收功率 P 收 = P 总 =410-4W。n0答案:(1)10 31个 (2)4.010 23个 410 -4W5.(2018嘉兴高二检测)用波长为 的光照射金属的表面,当遏止电压取某个值 Uc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 倍,试计算原入射光的波长 。(已知该金属的逸出功为 W0)【解析】由爱因斯坦光电效应方程得光电子的初动能Ek=h-W 0 又 Ek=eUc 联立得 eUc=h-W 0 eU c=nh-W 0 联立得(-1)eU c=h(n-1) 又 c=得 = 。答案:
