PAGEPAGE11課時1能量量子化課時2光的粒子性一、選擇題1．能正確說明黑體輻射試驗規律的是()A．能量的連續經典理論B．普朗克提出的能量量子化理論C．以上兩種理論體系任何一種都能說明D．牛頓提出的能量微粒說答案B解析依據黑體輻射的試驗規律，隨著溫度的上升，一方面各種波長的輻射強度都增加；另一方面，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，只能用普朗克提出的能量量子化理論才能得到滿足的說明，故選B。2．(多選)關于對普朗克能量子假說的相識，下列說法正確的是()A．振動著的帶電微粒的能量只能是某一能量值εB．帶電微粒輻射或汲取的能量只能是某一最小能量值的整數倍C．能量子與電磁波的頻率成正比D．這一假說與現實世界相沖突，因而是錯誤的答案BC解析普朗克能量子假說認為，能量存在某一個最小值，帶電微粒輻射或汲取的能量只能是這個最小能量值的整數倍，故A錯誤，B正確；能量子與電磁波的頻率成正比，故C正確；能量子假說反映的是微觀世界的特征，不同于宏觀世界，并不是與現實世界相沖突，故D錯誤。3．關于對熱輻射的相識，下列說法中正確的是()A．熱的物體向外輻射電磁波，冷的物體只汲取電磁波B．溫度越高，物體輻射的電磁波越強C．輻射強度按波長的分布狀況只與物體的溫度有關，與材料種類及表面狀況無關D．常溫下我們看到的物體的顏色就是物體輻射電磁波的顏色答案B解析一切物體都不停地向外輻射電磁波，且溫度越高，輻射的電磁波越強，故A錯誤，B正確；輻射強度按波長的分布狀況除與物體的溫度有關，還與材料種類及表面狀況有關，故C錯誤；常溫下看到的物體的顏色是反射光的顏色，故D錯誤。4．(多選)對于帶電微粒輻射或汲取能量時的特點，以下說法正確的是()A．以某一個最小能量值一份一份地輻射或汲取B．輻射或汲取的能量是某一最小值的整數倍C．汲取的能量可以是連續的D．輻射或汲取的能量是量子化的答案ABD解析帶電微粒輻射或汲取能量時是以最小能量值——能量子ε的整數倍一份一份地輻射或汲取的，是不連續的。故A、B、D正確，C錯誤。5．關于光電效應現象，下列說法正確的是()A．只有入射光的波長大于使該金屬發生光電效應的極限波長，才能發生光電效應現象B．在光電效應現象中，產生的光電子的最大初動能跟入射光的頻率成正比C．產生的光電子最大初動能與入射光的強度成正比D．在入射光頻率肯定時，單位時間內從金屬中逸出的光電子個數與入射光的強度成正比答案D解析發生光電效應的條件是入射光的頻率大于金屬的極限頻率，也就是入射光的波長小于金屬的極限波長，故A錯誤。由光電效應方程Ek＝hν－W0知，產生的光電子的最大初動能隨入射光頻率的增大而增大，但不是正比關系，且與入射光強度無關，故B、C錯誤。入射光頻率肯定時，光強越大，光子數越多，逸出的光電子數越多，光電子數與光強成正比，故D正確。6．已知某單色光的波長為λ，在真空中光速為c，普朗克常量為h，則電磁波輻射的能量子ε的值為()A．heq\f(c,λ)B.eq\f(h,λ)C.eq\f(c,hλ)D．以上均不正確答案A解析由光速、波長的關系可得出光的頻率ν＝eq\f(c,λ)，從而ε＝hν＝heq\f(c,λ)，故A正確。7.(多選)光電效應試驗的裝置如圖所示，則下面說法中正確的是()A．用紫外光照耀鋅板，驗電器指針會發生偏轉B．用紅光照耀鋅板，驗電器指針會發生偏轉C．鋅板帶的是負電荷D．使驗電器指針發生偏轉的是正電荷答案AD解析將擦得很亮的鋅板連接驗電器，用弧光燈照耀鋅板(弧光燈發出紫外線)，驗電器指針張開一個角度，說明鋅板帶了電，進一步探討表明鋅板帶正電。這說明在紫外線的照耀下，鋅板中有一部分自由電子從表面飛出來，鋅板中缺少電子，于是帶正電，A、D正確，C錯誤；紅光不能使鋅板發生光電效應，B錯誤。8．(多選)一含有光電管的電路如圖甲所示，乙圖是用a、b、c光照耀光電管得到的I-U圖線，Uc1、Uc2表示遏止電壓，下列說法正確的是()A．甲圖中光電管得到的電壓為正向電壓B．a、b光的波長相等C．a、c光的波長相等D．a、c光的光強相等答案AC解析由圖甲可知，光電管中左側的極板與電源的正極相連，右側與電源負極相連，電場線從左向右，電子逆著電場線運動。因此，光電管此時得到的電壓為正向電壓，A正確；圖乙是a、b、c三種光照耀光電管時得到的I-U圖線，由圖可知，a、c兩種光的遏止電壓相同，說明a、c兩種光照耀時逸出的光電子的最大初動能相同。因此，a、c光的頻率相同，a、c光在真空中的波長相等，C正確，B錯誤；a、c光照耀在光電管上，飽和光電流不同，說明光照強度不同，D錯誤。9.(多選)在做光電效應的試驗時，某金屬被光照耀發生了光電效應，試驗測得光電子的最大初動能Ek與入射光的頻率ν的關系如圖所示。由此圖線可求出()A．該金屬的極限頻率和極限波長B．普朗克常量C．該金屬的逸出功D．單位時間內逸出的光電子數答案ABC解析由圖線可知Ek＝0時的頻率為極限頻率νc，極限波長為λ0＝eq\f(c,νc)。該圖線的斜率等于普朗克常量h，該金屬的逸出功W0＝hνc也可求。不能求出單位時間內逸出的光電子數，故A、B、C正確。10．用波長為λ1和λ2的單色光A和B分別照耀兩種金屬C和D的表面。單色光A照耀兩種金屬時都能產生光電效應現象；單色光B照耀時，只能使金屬C產生光電效應現象，不能使金屬D產生光電效應現象。設兩種金屬的逸出功分別為WC和WD，則下列選項正確的是()A．λ1＞λ2，WC＞WDB．λ1＞λ2，WC＜WDC．λ1＜λ2，WC＞WDD．λ1＜λ2，WC＜WD答案D解析單色光B照耀時，金屬C產生光電效應現象，金屬D不能產生光電效應現象，可以推斷出金屬C的逸出功WC小于金屬D的逸出功WD，單色光A照耀金屬D能產生光電效應現象，單色光B照耀金屬D不能產生光電效應現象，可以推斷λ1＜λ2，故D正確。11.(多選)如圖所示為一真空光電管的應用電路，其陰極金屬材料的極限頻率為4.5×1014Hz，則下列推斷中正確的是()A．發生光電效應時，入射光頻率肯定，則電路中光電流的飽和值取決于入射光的頻率B．發生光電效應時，入射光頻率肯定，則電路中光電流的飽和值取決于入射光的強度C．用λ＝0.5μm的光照耀光電管時，電路中有光電流產生D．光照耀的時間越長，電路中的光電流越大答案BC解析發生光電效應時，入射光頻率肯定，則電路中光電流的飽和值取決于入射光的強度，入射光越強，單位時間內放射的光電子數越多，電路中的飽和光電流就越大，與光的照耀時間長短無關，故B正確，A、D錯誤；頻率f＝eq\f(3×108,0.5×10－6)Hz＝6×1014Hz>4.5×1014Hz，所以電路中有光電流產生，故C正確。12．(多選)已知能使某金屬產生光電效應的極限頻率為νc，則()A．當用頻率為2νc的單色光照耀該金屬時，肯定能產生光電子B．當用頻率為2νc的單色光照耀該金屬時，所產生的光電子的最大初動能為hνcC．當入射光的頻率ν大于νc時，若ν增大，則逸出功增大D．當入射光的頻率ν大于νc時，若ν增大一倍，則光電子的最大初動能也增大一倍答案AB解析光的頻率2νc大于金屬的極限頻率，所以肯定能發生光電效應，故A正確；依據光電效應方程，知Ek＝hν－W0＝hν－hνc，則用頻率為2νc的光照耀該金屬時，產生的光電子的最大初動能為hνc，故B正確；逸出功的大小與入射光頻率無關，由金屬本身確定，故C錯誤；依據光電效應方程，知Ek＝hν－W0＝hν－hνc，照耀光的頻率大于νc時，若頻率增大一倍，則光電子的最大初動能不是增大一倍，故D錯誤。13．關于黑體的相識，下列說法正確的是()A．黑體只汲取電磁波，不反射電磁波，看上去是黑的B．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布除與溫度有關外，還與材料的種類及表面狀況有關C．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度有關，與材料的種類及表面狀況無關D．假如在一個空腔壁上開一個很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔內表面經多次反射和汲取，最終不能從小孔射出，這個空腔就成了一個黑體答案C解析由于黑體本身可能輻射電磁波，所以看上去不肯定是黑的，故A錯誤；依據黑體輻射結論，黑體熱輻射電磁波的強度依據波長的分布只與溫度有關，隨著溫度的上升，一方面，各種波長的輻射強度都有增加，另一方面，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，故B錯誤，C正確；小孔只汲取電磁波，而不反射電磁波，因此是小孔成了一個黑體，而不是空腔，故D錯誤。14．許多地方用紅外線熱像儀監測人的體溫，只要被測者從儀器前走過，便可知道他的體溫是多少，關于其原理，下列說法正確的是()A．人的體溫會影響四周空氣溫度，儀器通過測量空氣溫度便可知道人的體溫B．儀器發出的紅外線遇人反射，反射狀況與被測者的溫度有關C．被測者會輻射紅外線，輻射強度以及按波長的分布狀況與溫度有關，溫度高時輻射強且較短波長的成分強D．被測者會輻射紅外線，輻射強度以及按波長的分布狀況與溫度有關，溫度高時輻射強且較長波長的成分強答案C解析依據輻射規律可知，隨著溫度的上升，各種波長的輻射強度都增加，隨著溫度的上升，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，人的體溫的凹凸，干脆確定了輻射的紅外線強度按波長的分布狀況，通過監測被測者輻射的紅外線的狀況，就可知道這個人的體溫，故C正確，A、B、D錯誤。15．某種光的光子能量為ε，這種光在某一種介質中傳播時的波長為λ，則這種介質的折射率為()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，則這種光在介質中的傳播速度為v＝λν＝eq\f(λε,h)，所以這種介質的折射率為n＝eq\f(c,v)＝eq\f(ch,λε)，故C正確。16．入射光照在金屬表面上發生光電效應，若減弱入射光的強度，而保持頻率不變，則()A．有可能不發生光電效應B．逸出的光電子的最大初動能將減小C．單位時間內從金屬表面逸出的光電子數目將削減D．從光照到金屬表面上到放射出光電子的時間間隔明顯增加答案C解析依據愛因斯坦光電效應方程Ek＝hν－W0，可知當入射光頻率不變時，金屬仍能發生光電效應，故A錯誤；依據愛因斯坦光電效應方程Ek＝hν－W0，可知當入射光頻率不變時，逸出電子的最大初動能不變，與入射光的強度無關，故B錯誤；頻率肯定，光的強度影響的是單位時間內發出光電子的數目，入射光強度減小，單位時間內從金屬表面逸出的光電子的數目削減，故C正確；頻率肯定，光的強度影響的是單位時間內發出光電子的數目，并不會影響從光照到金屬表面上到放射出光電子的時間間隔，故D錯誤。17．(多選)在光電效應試驗中，分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照耀到同種金屬上，測得相應的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子的最大初動能分別為Eka和Ekb。h為普朗克常量。下列說法正確的是()A．若νa>νb，則肯定有Ua<UbB．若νa>νb，則肯定有Eka>EkbC．若Ua<Ub，則肯定有Eka<EkbD．若νa>νb，則肯定有hνa－Eka>hνb－Ekb答案BC解析由愛因斯坦光電效應方程Ekm＝hν－W0，由動能定理可得：Ekm＝eU，所以當νa>νb時，Ua>Ub，Eka>Ekb，故A錯誤，B正確；若Ua<Ub，則肯定有Eka<Ekb，故C正確；由光電效應方程可得：金屬的逸出功W0＝hνa－Eka＝hνb－Ekb，故D錯誤。18．(多選)光電效應的四條規律中，波動說不能說明的有()A．入射光的頻率必需大于被照金屬的截止頻率才能產生光電效應B．光電子的最大初動能與入射光強度無關，只隨入射光頻率的增大而增大C．入射光照耀到金屬上時，光電子的放射幾乎是瞬時的，一般不超過10－9sD．當入射光頻率大于截止頻率時，光電流強度與入射光強度成正比答案ABC解析此題應從光電效應規律與經典波動理論的沖突著手去解答。依據經典的光的波動理論，光的能量隨光的強度的增大而增大，與光的頻率無關，金屬中的電子必需汲取足夠能量后，才能從中逸出，電子有一個能量積蓄的時間。光的強度越大，單位時間內產生的光電子數目越多。故應選A、B、C。19．探討光電效應的電路如圖所示。用頻率相同、強度不同的光分別照耀密封真空管的鈉極板(陰極K)，鈉極板放射出的光電子被陽極A汲取，在電路中形成光電流。下列光電流I與A、K之間的電壓UAK的關系圖象中，正確的是()答案C解析用頻率相同的光照耀同一金屬時，放射出的光電子的最大初動能相同，所以遏止電壓相同；飽和電流與光的強度有關，光的強度越大，飽和電流越大，故C正確。20.如圖所示，當開關K斷開時，用光子能量為2.5eV的一束光照耀陰極P，發覺電流表讀數不為零。合上開關，調整滑動變阻器，發覺當電壓表讀數小于0.60V時，電流表讀數仍不為零。當電壓表讀數大于或等于0.60V時，電流表讀數為零。由此可知陰極材料的逸出功為()A．1.9eVB．0.6eVC．2.5eVD．3.1eV答案A解析由題意知光電子的最大初動能為Ek＝eUc＝0.60eV，所以依據光電效應方程Ek＝hν－W0可得W0＝hν－Ek＝(2.5－0.6)eV＝1.9eV。21．下列利用光子說對光電效應的說明正確的是()A．金屬表面的一個電子只能汲取一個光子B．電子汲取光子后肯定能從金屬表面逸出，成為光電子C．金屬表面的一個電子汲取若干個光子，積累了足夠的能量才能從金屬表面逸出D．無論光子能量大小如何，電子汲取光子并積累能量后，總能逸出成為光電子答案A解析依據光子說，金屬中的一個電子一次只能汲取一個光子，只有所汲取的光子頻率大于金屬的截止頻率，電子才能逃離金屬表面，成為光電子，且光子的汲取是瞬時的，不需時間的積累，故A正確。22．科學探討證明，光子有能量也有動量，當光子與電子碰撞時，光子的一些能量轉移給了電子。假設光子與電子碰撞前的波長為λ，碰撞后的波長為λ′，則碰撞過程中()A．能量守恒，動量守恒，且λ＝λ′B．能量不守恒，動量不守恒，且λ＝λ′C．能量守恒，動量守恒，且λ<λ′D．能量守恒，動量守恒，且λ>λ′答案C解析能量守恒和動量守恒是自然界的普遍規律，適用于宏觀世界也適用于微觀世界。光子與電子碰撞時遵循這兩個守恒定律。光子與電子碰撞前光子的能量E＝hν＝heq\f(c,λ)，當光子與電子碰撞時，光子的一些能量轉移給了電子，光子的能量E′＝hν′＝heq\f(c,λ′)，由E>E′，可知λ<λ′，故C正確。二、非選擇題23．康普頓效應證明了光子不僅具有能量，也有動量，圖中給出了光子與靜止電子碰撞后，電子的運動方向，則碰后光子可能沿方向________(從“1”“2”“3”中選擇)運動，并且波長________(選填“不變”“變小”或“變長”)。答案1變長解析因光子與電子碰撞過程動量守恒，所以碰撞之后光子和電子的總動量的方向與光子碰撞前的方向一樣，可見碰撞后光子的方向可能沿1方向，不行能沿2或3方向；通過碰撞，光子將一部分能量轉移給電子，能量削減，由E＝hν知，頻率變小，再依據c＝λν知，波長變長。24．光電效應試驗裝置示意圖如圖所示。(1)若要使發生光電效應的電子不能到達A極，則電源的a端應為________極(選填“正”或“負”)。(2)用頻率為ν的一般光源照耀K極，沒有發生光電效應，用頻率大于ν的光照耀K極，則馬上發生了光電效應；此試驗說明發生光電效應的條件是：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)若KA加上反向電壓U，在KA之間就形成了使光電子減速的電場，漸漸增大U，光電流會漸漸減小；當光電流恰好減小到零時，所加反向電壓U可能是下列的________(其中W0為逸出功，h為普朗克常量，e為電子電荷量)。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)只有入射光的頻率大于金屬的極限頻率才會發生光電效應(3)A解析(1)若想使發生光電效應的電子不能到達A極，應加反向電壓，即a端應接正極。(2)用頻率為ν的光照耀K沒有發生光電效應，用頻率大于ν的光照耀K，馬上發生光電效應，說明發生光電效應的條件是入射光頻率大于金屬的極限頻率。(3)由光電效應方程知Ek＝hν－W0，當反向電壓為U時，光電流恰好為零，則有－eU＝0－Ek，聯立得eU＝hν－W0，則U＝eq\f(hν,e)－eq\f(W0,e)，故A正確。25．分別用波長為λ和eq\f(3,4)λ的單色光照耀同一金屬，發出的光電子的最大初動能之比為1∶3。以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，則此金屬的逸出功是多大？答案eq\f(5hc,6λ)解析設此金屬的逸出功為W0，依據光電效應方程得如下兩式：當用波長為λ的光照耀時：Ek1＝eq\f(hc,λ)－W0①當用波長為eq\f(3,4)λ的光照耀時：Ek2＝eq\f(4hc,3λ)－W0②又eq\f(Ek1,Ek2)＝eq\f(1,3)③解①②③組成的方程組得：W0＝eq\f(5hc,6λ)。26．鋁的逸出功是4.2eV，現在用波長為100nm的光照耀鋁的表面，已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3.0×108m/s，求：(1)光電子的最大初動能；(2)鋁的遏止電壓(保留三位有效數字)；(3)鋁的截止頻率(保留三位有效數字)。答案(1)1.317×10－18J(2)8.23V(3)1.01×1015Hz解析(1)由光電效應方程，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，遏止電壓Uc＝eq\f(Ek,e)≈8.23V。(3)由W0＝hνc得，截止頻率νc＝eq\f(W0,h)＝eq\f(4.2×1.6×10－19,6.63×10－34)Hz≈1.01×1015Hz。27．在半徑r＝10m的球殼中心有一盞功率為P＝40W的鈉光燈(可視為點光源)，發出的鈉黃光的波長為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。試求每秒鐘穿過S＝1cm2球殼面積的光子數目。答案9.4×1012個解析鈉黃光的頻率ν＝eq\f(c,λ)＝eq\f(3×108,0.59×10－6)Hz≈5.1×1014Hz則一個光子的能量E0＝hν＝6.63×10－34×5.1×1014J≈3.4×10－19J又鈉光燈在t＝1s內發出光能E＝Pt＝40×1J＝40J那么在t＝1s內穿過S＝1cm2球殼面積的光能量E1＝eq\f(SE,4πr2)＝eq\f(1×10－4×40,4×3.14×102)J≈3.2×10－6J則每秒鐘穿過該球殼1cm2