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2019-2020年高中物理 第十七章 波粒二象性 2 光的粒子性課后訓(xùn)練 新人教版選修3-5 基礎(chǔ)鞏固 1．下列實(shí)驗(yàn)中，能證明光具有粒子性的是(　　) A．光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn) B．光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn) C．光的圓孔衍射實(shí)驗(yàn) D．康普頓效應(yīng)實(shí)驗(yàn) 2．在演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，把某種金屬板連在驗(yàn)電器上，第一次，用弧光燈直接照射金屬板，驗(yàn)電器的指針就張開一個(gè)角度，第二次，在弧光燈和金屬板之間插入一塊普通的玻璃板，再用弧光燈照射，驗(yàn)電器指針不張開，由此可以判定，使金屬板產(chǎn)生光電效應(yīng)的是弧光中的(　　) A．可見光成分 B．紫外光成分 C．紅外光成分 D．無線電波成分 3．如圖所示電路的全部接線及元件均完好。用光照射光電管的K極板，發(fā)現(xiàn)電流計(jì)無電流通過，可能的原因是(　　) A．A、K間加的電壓不夠高 B．電源正負(fù)極接反了 C．照射光的頻率不夠高 D．照射光的強(qiáng)度不夠大 4．利用光子說對(duì)光電效應(yīng)的解釋，下列說法中正確的是(　　) A．金屬表面的一個(gè)電子只能吸收一個(gè)光子 B．電子吸收光子后一定能從金屬表面逸出，成為光電子 C．金屬表面的一個(gè)電子吸收若干個(gè)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，電子吸收光子并積累了能量后，總能逸出成為光電子 5．光子有能量，也有動(dòng)量p＝，它也遵守有關(guān)動(dòng)量的規(guī)律。如圖所示，真空中，有一“∞”字形裝置可繞通過橫桿中點(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，右邊是和左邊大小、質(zhì)量相同的圓形白紙片。當(dāng)用平行白光垂直照射這兩個(gè)圓面時(shí)，關(guān)于裝置開始轉(zhuǎn)動(dòng)情況(俯視)的下列說法中正確的是(　　) A．順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng) B．逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng) C．都有可能 D．不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng) 6．下列各圖中，N為鎢板，M為金屬網(wǎng)，它們分別和電池兩極相連，各電池的極性和電動(dòng)勢已在圖中標(biāo)出。鎢的逸出功為4.5 eV?，F(xiàn)分別用能量不同的光子照射鎢板(各光子的能量在圖上標(biāo)出)，則下列各圖中有電子到達(dá)金屬網(wǎng)的是(　　) 能力提升 7．利用光電管探究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)電路如圖所示，用頻率為ν0的可見光照射陰極K，電流表中有電流通過，則(　　) A．只用紫外線照射陰極K，電流表中不一定有電流通過 B．只用紅外線照射陰極K，電流表中一定有電流通過 C．頻率為ν0的可見光照射陰極K，變阻器的滑片移到A端，電流表中一定無電流通過 D．頻率為ν0的可見光照射陰極K，變阻器的滑片向B端滑動(dòng)時(shí)，電流表示數(shù)可能不變 8．下表給出了一些金屬材料的逸出功。 材料 銫 鈣 鎂 鈹 鈦 逸出功/10－19 J 3.0 4.3 5.9 6.2 6.6 現(xiàn)用波長為400 nm的單色光照射上述材料，能產(chǎn)生光電效應(yīng)的材料最多有(普朗克常量h＝6.610－34 Js，光速c＝3.0108 m/s)(　　) A．2種 B．3種 C．4種 D．5種 9.用不同頻率的紫外線分別照射鎢和鋅的表面而產(chǎn)生光電效應(yīng)，可得到光電子最大初動(dòng)能Ek隨入射光頻率ν的變化而變化的Ekν圖象，如圖所示。已知鎢的逸出功是3.28 eV，鋅的逸出功是3.34 eV，若將兩者的圖象分別用實(shí)線與虛線畫在同一個(gè)Ekν圖上，則圖中正確的是(　　) 10．現(xiàn)有a、b、c三束單色光，其波長關(guān)系為λa＞λb＞λc。用b光束照射某種金屬時(shí)，恰能發(fā)生光電效應(yīng)。若分別用a光束和c光束照射該金屬，則可以斷定(　　) A．a(chǎn)光束照射時(shí)，不能發(fā)生光電效應(yīng) B．c光束照射時(shí)，不能發(fā)生光電效應(yīng) C．a(chǎn)光束照射時(shí)，釋放出的光電子數(shù)目最多 D．c光束照射時(shí)，釋放出的光電子的最大初動(dòng)能最小 11．光電管是應(yīng)用光電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)光信號(hào)與電信號(hào)之間相互轉(zhuǎn)換的裝置，其廣泛應(yīng)用于光功率測量、光信號(hào)記錄、電影、電視和自動(dòng)控制等諸多方面。如圖所示，光電管K極由金屬鈉制成(鈉的極限波長為5.010－7 m)，現(xiàn)用波長為4.810－7 m的某單色光照射B板。 (1)電阻R上電流的方向是向左還是向右？ (2)求出從K極發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能。 (3)若給予光電管足夠大的正向電壓時(shí)，電路中光電流為10 μA，則每秒射到光電管K極的光子數(shù)至少為多少個(gè)？ 12．在圖甲所示的裝置中，K為一個(gè)金屬板，A為一個(gè)金屬電極，都密封在真空玻璃管中，單色光可通過玻璃殼照在K上，E為可調(diào)直流電源。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)用某種頻率的單色光照射K時(shí)，K會(huì)發(fā)出電子(光電效應(yīng))，這時(shí)，即使A、K間的電壓等于零，回路中也有電流，當(dāng)A的電勢低于K時(shí)，電流仍不為零，A的電勢比K低得越多，電流越小，當(dāng)A比K的電勢低到某一值U0(遏止電壓)時(shí)，電流消失。當(dāng)改變照射光的頻率ν時(shí)，遏止電壓U0也將隨之改變。如果某次實(shí)驗(yàn)我們測出的一系列數(shù)據(jù)如圖乙所示，若知道電子的電荷量e，則根據(jù)圖象可求出該金屬的極限頻率為多少？該金屬的逸出功W0為多少？普朗克常量h為多少？ 參考答案 1. 答案：AD　點(diǎn)撥：光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)現(xiàn)象的出現(xiàn)，使光的電磁說出現(xiàn)了無法逾越的理論難題，只有認(rèn)為光子具有粒子性才能很好解釋上述現(xiàn)象，故A、D支持光的粒子性，而B、C支持光的波動(dòng)性，故選A、D。 2. 答案：B　點(diǎn)撥：在上述四種電磁波中，只有紫外線不能通過普通的玻璃板，所以選項(xiàng)B正確。 3. 答案：BC　點(diǎn)撥：如果入射頻率過低，不能發(fā)生光電效應(yīng)；如果發(fā)生了光電效應(yīng)現(xiàn)象，但是電源正負(fù)極接反了，且電壓高于遏止電壓，電流表中也不會(huì)有電流。 4. 答案：A　點(diǎn)撥：根據(jù)光子說，金屬中的一個(gè)電子，一次只能吸收一個(gè)光子，所吸收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，且光子的吸收是瞬時(shí)的，不需時(shí)間的積累，故選項(xiàng)A正確。 5. 的沖擊力大，故B正確。 答案：B　點(diǎn)撥：白紙片反射光子，光子的動(dòng)量變化大，由動(dòng)量定理知，光子對(duì)白紙片 6. 答案：BC　點(diǎn)撥：A圖沒有光電子產(chǎn)生，B、C、D圖中有光電子產(chǎn)生，最大初動(dòng)能為Ek＝3.5 eV，所以D圖中電子不能到達(dá)金屬網(wǎng)。 7. 答案：D　點(diǎn)撥：用頻率為ν0的可見光照射陰極K，電流表中有電流通過，說明產(chǎn)生光電效應(yīng)，當(dāng)用紫外線照射時(shí)，由于紫外線在可見光中的頻率最高，因此電流表中必定有電流通過，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；雖然用頻率為ν0的可見光照射時(shí)有光電流產(chǎn)生，但不能確光電管的極限頻率有多大，因此當(dāng)用紅外線照射時(shí)，不一定有光電流產(chǎn)生，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；若原來電流已飽和，則滑片向B端移動(dòng)，電流表示數(shù)將不變，C選項(xiàng)錯(cuò)誤，D選項(xiàng)正確。 8. 答案：A　點(diǎn)撥：當(dāng)單色光的頻率大于金屬的截止頻率時(shí)便能產(chǎn)生光電效應(yīng)，即照射光子的能量大于金屬的逸出功。 照射光子的能量為E＝＝6.610－34 J＝4.9510－19 J，大于銫、鈣的逸出功，所以能產(chǎn)生光電效應(yīng)的材料有2種，故A正確。 9. 答案：A　點(diǎn)撥：根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W可知，Ekν圖象的斜率為普朗克常量h，因此題圖中兩線應(yīng)平行，故C、D錯(cuò)；圖線與橫軸的交點(diǎn)表示恰能發(fā)生光電效應(yīng)(光電子動(dòng)能為零)時(shí)的入射光頻率，即截止頻率，由光電效應(yīng)方程可知，逸出功越大的金屬對(duì)應(yīng)的入射光的頻率越高，所以能使金屬鋅發(fā)生光電效應(yīng)的截止頻率較高，所以A對(duì)，B錯(cuò)。 10. 答案：A　點(diǎn)撥：由a、b、c三束單色光的波長關(guān)系λa＞λb＞λc及波長和頻率的關(guān)系知，三束單色光的頻率關(guān)系為νa＜νb＜νc。故當(dāng)b光恰能使金屬發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，a光必然不能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，c光必然能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，A正確，B錯(cuò)誤；又因?yàn)榘l(fā)生光電效應(yīng)時(shí)釋放的光電子數(shù)目與光照強(qiáng)度有關(guān)，光照越強(qiáng)，光電子數(shù)目越多，由于光照強(qiáng)度未知，所以光電子數(shù)目無法判斷，C錯(cuò)誤；而光電子的最大初動(dòng)能與入射光頻率有關(guān)，頻率越高，最大初動(dòng)能越大，所以c光照射時(shí)釋放出的光電子的最大初動(dòng)能最大，D錯(cuò)誤，故正確答案為A。 11. 答案：(1)向左　(2)1.6610－20 J　(3)6.251013 點(diǎn)撥：(1)向左。 (2)Ekm＝＝6.62610－343108() J≈1.6610－20 J。 (3)每秒電路中流過的電子電荷量 q＝It＝1010－61 C＝110－5 C， n＝＝6.251013個(gè)。 12. 答案：ν0　eU0　eU0/ν0 點(diǎn)撥：由題圖可知，數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)幾乎落在一條直線上，直線與ν軸的交點(diǎn)ν0即為該金屬的極限頻率。因此當(dāng)照射光的頻率為ν0時(shí)，遏止電壓Uc＝0，說明在此頻率下，金屬板剛好發(fā)生光電效應(yīng)。 設(shè)光電子的最大初動(dòng)能為Ek，根據(jù)光電效應(yīng)方程有hν＝W0＋Ek 當(dāng)A比K的電勢低到某一值時(shí)U0時(shí)，電流消失，光電子的最大初動(dòng)能全部用來克服電場力做功，由動(dòng)能定理有eU0＝Ek 聯(lián)立以上兩式可得：U0＝ 由上式可知，Ucν圖象斜率k＝，在Uc軸上的截距為。而由圖可得，截距為－U0。故有 ，－U0＝ 解得h＝，W0＝eU0。