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2019年高中物理 第十七章 波粒二象性 第1節(jié) 能量量子化 第2節(jié) 光的粒子性課下作業(yè) 新人教版選修3-5 1．關(guān)于對(duì)熱輻射的認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．熱的物體向外輻射電磁波，冷的物體只吸收電磁波 B．溫度越高，物體輻射的電磁波越強(qiáng) C．輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布情況只與物體的溫度有關(guān)，與材料種類(lèi)及表面狀況無(wú)關(guān) 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 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(qiáng)，A錯(cuò)誤，B正確；選項(xiàng)C是黑體輻射的特性，C錯(cuò)誤；常溫下看到的物體的顏色是反射光的顏色，D錯(cuò)誤。 答案：B 2．如圖1所示，一驗(yàn)電器與鋅板用導(dǎo)線相連，用紫外線光源照射鋅板時(shí)，驗(yàn)電器指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，下列判斷正確的是 (　　) A．此時(shí)鋅板帶正電 B．紫外線越強(qiáng)，驗(yàn)電器的指針偏角越大 圖1 C．改用紅外線照射鋅板，驗(yàn)電器的指針一定會(huì)偏轉(zhuǎn) D．將一不帶電的金屬小球與鋅板接觸，則驗(yàn)電器指針偏角會(huì)減小 解析：用紫外線照射鋅板，鋅板發(fā)生了光電效應(yīng)，即鋅板有電子逸出，鋅板帶正電，A正確；紫外線越強(qiáng)，即單位時(shí)間打在鋅板上的光子越多，逸出的電子越多，鋅板所帶的電荷量越多，驗(yàn)電器的指針偏角越大，B正確；由于紅外線的頻率比紫外線的頻率小，因此不一定能發(fā)生光電效應(yīng)，驗(yàn)電器指針不一定會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，C錯(cuò)誤；將一不帶電的金屬小球與鋅板接觸，鋅板將部分電荷轉(zhuǎn)移給金屬小球，驗(yàn)電器指針的偏角將減小，D正確。 答案：ABD 3．光子有能量，也有動(dòng)量，動(dòng)量p＝，它也遵守有關(guān)動(dòng)量的規(guī)律。如圖2所示，真空中，有“∞”字形裝置可繞通過(guò)橫桿中點(diǎn)的豎直軸OO′在水平面內(nèi)靈活地轉(zhuǎn)動(dòng)，其中左邊是圓形黑紙片(吸收光子)，右邊是和左邊大小、質(zhì)量相同的圓形白紙片(反射光子)。當(dāng)用 圖2 平行白光垂直照射這兩個(gè)圓面時(shí)，關(guān)于裝置開(kāi)始時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)情況(俯視)的下列說(shuō)法中正確的是 (　　) A．順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)　　　　 B．逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng) C．都有可能 D．不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng) 解析：根據(jù)動(dòng)量定理Ft＝mvt－mv0，由光子的動(dòng)量變化可知黑紙片和光子之間的作用力小于白紙片和光子之間的作用力，所以裝置開(kāi)始時(shí)逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，B選項(xiàng)正確。 答案：B 4．分別用波長(zhǎng)為λ和λ的單色光照射同一金屬板，發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能之比為1∶2。以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，則此金屬板的逸出功為(　　) A.　　　　　　　 B. C. D. 解析：由光電效應(yīng)方程得Ek1＝h－W0 ① Ek2＝h－W0 ② 又Ek2＝2Ek1 ③ 聯(lián)立①②③得W0＝，故選A。 答案：A 5．在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，飛飛同學(xué)用同一光電管在不同實(shí)驗(yàn)條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線(甲光、乙光、丙光)，如圖3所示。則可判斷出(　　) A．甲光的頻率大于乙光的頻率 B．乙光的波長(zhǎng)大于丙光的波長(zhǎng) C．乙光對(duì)應(yīng)的截止頻率大于丙光的截止頻率 圖3 D．甲光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能大于丙光的光電子最大初動(dòng)能 解析：由題圖可知，丙光的最大電流小于甲光和乙光，說(shuō)明逸出的電子數(shù)目最少，即丙光的強(qiáng)度最小。由題圖說(shuō)明丙光對(duì)應(yīng)的光電子的初動(dòng)能最大，即丙光的頻率最高(波長(zhǎng)最小)，B項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤；甲光和乙光的頻率相同，A項(xiàng)錯(cuò)誤。由于是同一光電管，所以乙光、丙光截止頻率是一樣的，C項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案：B 6．(xx新課標(biāo)全國(guó)卷)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，某金屬的截止頻率相應(yīng)的波長(zhǎng)為λ0，該金屬的逸出功為_(kāi)_______。若用波長(zhǎng)為λ(λ<λ0)的單色光做該實(shí)驗(yàn)，則其遏止電壓為_(kāi)_______。已知電子的電荷量、真空中的光速和普朗克常量分別為e、c和h。 解析：設(shè)金屬的截止頻率為ν0，則該金屬的逸出功W0＝hν0＝h；對(duì)光電子，由動(dòng)能定理得eU0＝h－W0， 解得U0＝。 答案：　 7．光本身是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的，頻率為ν的光的能量子為hν，這些能量子被稱(chēng)為光子。頻率為ν的光子的動(dòng)量為(c為真空中的光速)，假定在單位時(shí)間內(nèi)垂直射到平面鏡單位面積上的光子數(shù)為N，并且這些光子全部被平面鏡反射，則光子對(duì)平面鏡發(fā)生的壓強(qiáng)為_(kāi)_______。 解析：設(shè)平面鏡對(duì)光子的作用力為F，以光子被反射后的方向?yàn)檎较?，則由動(dòng)量定理可得：Nt－(－Nt)＝Ft，故在時(shí)間t內(nèi)，F(xiàn)＝(此力為作用在單位面積上的力)，根據(jù)牛頓第三定律，光子對(duì)平面鏡的作用力大小F′＝F＝，由壓強(qiáng)公式 p＝＝＝。 答案： 8．深沉的夜色中，在大海上航行的船舶依靠航標(biāo)燈指引航道，如圖4所示是一個(gè)航標(biāo)燈自動(dòng)控制電路的示意圖。電路中的光電管陰極K涂有可發(fā)生光電效應(yīng)的金屬。下表反映的是各種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率和極限波長(zhǎng)，又知可見(jiàn)光的波長(zhǎng)在400～770 nm(1 nm＝10－9 m)。 圖4 各種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率和極限波長(zhǎng)： 金屬 銫 鈉 鋅 銀 鉑 極限頻率(Hz) 4.545 1014 6.000 1014 8.065 1014 1.153 1015 1.529 1015 極限波長(zhǎng)(μm) 0.660 0 0.500 0 0.372 0 0.260 0 0.196 2 根據(jù)上圖和所給出的數(shù)據(jù)，你認(rèn)為： (1)光電管陰極K上應(yīng)涂有金屬________； (2)控制電路中的開(kāi)關(guān)S應(yīng)和________(填“a”和“b”)接觸； (3)工人在鍛壓機(jī)、沖床、鉆床等機(jī)器上勞動(dòng)時(shí)，稍有不慎就會(huì)把手壓在里面，造成工傷事故。如果將上述控制電路中的電燈換成驅(qū)動(dòng)這些機(jī)器工作的電機(jī)，這時(shí)電路中開(kāi)關(guān)S應(yīng)和________接觸，這樣，當(dāng)工人不慎將手伸入危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，由于遮住了光線，光控繼電器銜鐵立即動(dòng)作，使機(jī)床停止工作，避免事故發(fā)生。 解析：(1)依題意知，可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍為40010－9～77010－9 m。 而金屬銫的波長(zhǎng)為λ＝0.660 010－6 m＝660 nm，鈉的波長(zhǎng)為λ1＝0.500 010－6 m＝500 nm，因此，光電管陰極K上應(yīng)涂金屬銫或鈉。 (2)深沉的夜色中，線圈中無(wú)電流，銜鐵與b接觸，船舶依靠航標(biāo)燈指引航道，所以控制電路中的開(kāi)關(guān)S應(yīng)和b接觸。 (3)若將上述控制電路中的電燈換成電機(jī)，在手遮住光線之前，電機(jī)應(yīng)是正常工作的，此時(shí)銜鐵與a接觸，所以電路中的開(kāi)關(guān)S應(yīng)和a接觸。 答案：(1)銫或鈉　(2)b　(3)a 9．如圖5所示，陰極K用極限波長(zhǎng)是λ0＝0.66 μm的金屬銫制成，用波長(zhǎng)λ＝0.50 μm的綠光照射陰極K，調(diào)整兩個(gè)極板電壓。當(dāng)A極電壓比陰極高出2.5 V時(shí)，光電流達(dá)到飽和，電流表G的示數(shù)為0.64 μA。求： 圖5 (1)每秒鐘內(nèi)陰極發(fā)射的光電子數(shù)和光電子飛出陰極K時(shí)的最大初動(dòng)能； (2)若把入射到陰極的綠光的光強(qiáng)增大到原來(lái)的二倍，求每秒鐘陰極發(fā)射的光電子數(shù)和光電子到達(dá)A極的最大動(dòng)能； (3)G中電流為零的條件即遏止電壓UAK。 解析：(1)光電流達(dá)到飽和時(shí)，陰極發(fā)射的光電子全部到達(dá)陽(yáng)極A，所以陰極每秒鐘發(fā)射的光電子的個(gè)數(shù) n＝＝個(gè)＝4.01012個(gè)。 根據(jù)光電效應(yīng)方程：Ek＝hν－W0，W0＝，代入可求得Ek＝9.610－20 J。 (2)若入射光的頻率不變，光的強(qiáng)度加倍，則陰極每秒發(fā)射的光電子數(shù)也加倍，即n′＝2n＝8.01012個(gè)。根據(jù)Ek＝hν－W0可知，光電子的最大初動(dòng)能不變，由于A、K之間電勢(shì)差是2.5 V，所以電子到達(dá)A極時(shí)的最大動(dòng)能為： Ek′＝Ek＋eU＝4.9610－19 J (3)光電子的最大初動(dòng)能Ek＝9.610－20 J＝0.6 eV。 若使G中電流為零，光電子到達(dá)A極時(shí)克服電場(chǎng)力做功至少為W＝eU＝Ek，解得U＝0.6 V，即UAK＝－0.6 V。 答案：(1)4.01012個(gè)　9.610－20 J (2)8.01012個(gè)　4.9610－19 J (3)UAK＝－0.6 V