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1、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)于對熱輻射的認識,下列說法中正確的是( )
A.熱的物體向外輻射電磁波,冷的物體只吸收電磁波
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情況只與物體的溫度有關(guān),與材料種類及表面狀況無關(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,A錯誤,B正確;選項C是黑體輻射的特性,C錯誤;常溫下看到的物體的顏色是反射光的顏色,D錯誤。
答案:B
2.如圖1所示,一驗電器與鋅板用導(dǎo)線相連,
2、用紫外線光源照射鋅板時,驗電器指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn),下列判斷正確的是
( )
A.此時鋅板帶正電
B.紫外線越強,驗電器的指針偏角越大 圖1
C.改用紅外線照射鋅板,驗電器的指針一定會偏轉(zhuǎn)
D.將一不帶電的金屬小球與鋅板接觸,則驗電器指針偏角會減小
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,即單位時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),驗電器指針不一定會發(fā)生偏轉(zhuǎn),C錯誤;將一不帶電的金屬小球與鋅板接觸,鋅
3、板將部分電荷轉(zhuǎn)移給金屬小球,驗電器指針的偏角將減小,D正確。
答案:ABD
3.光子有能量,也有動量,動量p=,它也遵守有關(guān)動量的規(guī)律。如圖2所示,真空中,有“∞”字形裝置可繞通過橫桿中點的豎直軸OO′在水平面內(nèi)靈活地轉(zhuǎn)動,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)。當用 圖2
平行白光垂直照射這兩個圓面時,關(guān)于裝置開始時轉(zhuǎn)動情況(俯視)的下列說法中正確的是
( )
A.順時針方向轉(zhuǎn)動 B.逆時針方向轉(zhuǎn)動
C.都有可能 D.不會轉(zhuǎn)動
解析:根據(jù)動量定理Ft=mvt-mv0,由光子的動量變化可知黑紙片和光子之間
4、的作用力小于白紙片和光子之間的作用力,所以裝置開始時逆時針方向轉(zhuǎn)動,B選項正確。
答案:B
4.分別用波長為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)實驗中,飛飛同學(xué)用同一光電管在不同實驗條件下得到了三條光電流與電壓之
5、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.乙光的波長大于丙光的波長
C.乙光對應(yīng)的截止頻率大于丙光的截止頻率 圖3
D.甲光對應(yīng)的光電子最大初動能大于丙光的光電子最大初動能
解析:由題圖可知,丙光的最大電流小于甲光和乙光,說明逸出的電子數(shù)目最少,即丙光的強度最小。由題圖說明丙光對應(yīng)的光電子的初動能最大,即丙光的頻率最高(波長最小),B項正確,D項錯誤;甲光和乙光的頻率相同,A項錯誤。由于是同一光電管,所以乙光、丙光截止頻率是一樣的,C項錯誤。
答案:B
6.(xx·新課標全國卷)在光電效應(yīng)實驗中,某金屬
6、的截止頻率相應(yīng)的波長為λ0,該金屬的逸出功為________。若用波長為λ(λ<λ0)的單色光做該實驗,則其遏止電壓為________。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;對光電子,由動能定理得eU0=h-W0,
解得U0=·。
答案: ·
7.光本身是由一個個不可分割的能量子組成的,頻率為ν的光的能量子為hν,這些能量子被稱為光子。頻率為ν的光子的動量為(c為真空中的光速),假定在單位時間內(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,則光子對平面鏡發(fā)生的壓強為______
7、__。
解析:設(shè)平面鏡對光子的作用力為F,以光子被反射后的方向為正方向,則由動量定理可得:Nt-(-Nt)=Ft,故在時間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,光子對平面鏡的作用力大小F′=F=,由壓強公式
p===。
答案:
8.深沉的夜色中,在大海上航行的船舶依靠航標燈指引航道,如圖4所示是一個航標燈自動控制電路的示意圖。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,又知可見光的波長在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:
金屬
銫
鈉
8、
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(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),你認為:
(1)光電管陰極K上應(yīng)涂有金屬________;
(2)控制電路中的開關(guān)S應(yīng)和________(填“a”和“b”)接觸;
(3)工人在鍛壓機、沖床、鉆床等機器上勞動時,稍有不慎就會把手壓在里面,造成工傷事故。如果將上述控制電路中的電燈換成驅(qū)動這些機器工作的電機,這時電路
9、中開關(guān)S應(yīng)和________接觸,這樣,當工人不慎將手伸入危險區(qū)域時,由于遮住了光線,光控繼電器銜鐵立即動作,使機床停止工作,避免事故發(fā)生。
解析:(1)依題意知,可見光的波長范圍為400×10-9~770×10-9 m。
而金屬銫的波長為λ=0.660 0×10-6 m=660 nm,鈉的波長為λ1=0.500 0×10-6 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,線圈中無電流,銜鐵與b接觸,船舶依靠航標燈指引航道,所以控制電路中的開關(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,在手遮住光線之前,電機應(yīng)是正常工作的,此時銜鐵與a接觸,所
10、以電路中的開關(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用極限波長是λ0=0.66 μm的金屬銫制成,用波長λ=0.50 μm的綠光照射陰極K,調(diào)整兩個極板電壓。當A極電壓比陰極高出2.5 V時,光電流達到飽和,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時的最大初動能;
(2)若把入射到陰極的綠光的光強增大到原來的二倍,求每秒鐘陰極發(fā)射的光電子數(shù)和光電子到達A極的最大動能;
(3)G中電流為零的條件即遏止電壓UAK。
解析:(1)光電流達到飽和時,陰極發(fā)射的光電子全部
11、到達陽極A,所以陰極每秒鐘發(fā)射的光電子的個數(shù)
n==個=4.0×1012個。
根據(jù)光電效應(yīng)方程:Ek=hν-W0,W0=,代入可求得Ek=9.6×10-20 J。
(2)若入射光的頻率不變,光的強度加倍,則陰極每秒發(fā)射的光電子數(shù)也加倍,即n′=2n=8.0×1012個。根據(jù)Ek=hν-W0可知,光電子的最大初動能不變,由于A、K之間電勢差是2.5 V,所以電子到達A極時的最大動能為:
Ek′=Ek+eU=4.96×10-19 J
(3)光電子的最大初動能Ek=9.6×10-20 J=0.6 eV。
若使G中電流為零,光電子到達A極時克服電場力做功至少為W=eU=Ek,解得U=0.6 V,即UAK=-0.6 V。
答案:(1)4.0×1012個 9.6×10-20 J
(2)8.0×1012個 4.96×10-19 J
(3)UAK=-0.6 V