2018學(xué)年高中物理 第四章 波粒二象性 量子、光的粒子性習(xí)題 教科版選修3-5.doc

《2018學(xué)年高中物理 第四章 波粒二象性 量子、光的粒子性習(xí)題 教科版選修3-5.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018學(xué)年高中物理 第四章 波粒二象性 量子、光的粒子性習(xí)題 教科版選修3-5.doc（7頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

量子、光的粒子性 一、選擇題 1．下列敘述正確的是（ ）． A．一切物體都在輻射電磁波 B．一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關(guān) C．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體溫度有關(guān) D．黑體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波 2．氦—氖激光器發(fā)出波長為633 nm的激光，當(dāng)激光器的輸出功率為l mW時，每秒發(fā)出的光子數(shù)為（ ）． A．2.21015 B．3.21015 C．2.21014 D．3.21014 3．在自然界生態(tài)系統(tǒng)中，蛇與老鼠和其他生物通過營養(yǎng)關(guān)系構(gòu)成食物鏈，在維持生態(tài)平衡方面發(fā)揮重要作用．蛇是老鼠的天敵，它是通過接收熱輻射來發(fā)現(xiàn)老鼠的．假設(shè)老鼠的體溫約37℃，它發(fā)出的最強的熱輻射的波長為m．根據(jù)熱輻射理論，m與輻射源的絕對溫度T的關(guān)系近似為Tm=2.9010－3 mK． （1）老鼠發(fā)出最強的熱輻射的波長為（ ）． A．7.810－5 m B．9.410－6 m C．1.1610－4 m D．9.710－8 m （2）老鼠發(fā)出的最強的熱輻射屬于（ ）． A．可見光波段 B．紫外波段 C．紅外波段 D．X射線波段 4．（能量量子化計算）一激光器發(fā)光功率為P，發(fā)出的激光在折射率為n的介質(zhì)中波長為，若在真空中速度為c，普朗克常量為h，則下列敘述正確的是（ ）． A．該激光在真空中的波長為n B．該波的頻率為 C．該激光器在t s內(nèi)輻射的能量子數(shù)為 D．該激光器在t s內(nèi)輻射的能量子數(shù)為 5．黑體輻射的實驗規(guī)律如圖所示，由圖可知（ ）． A．隨溫度升高，各種波長的輻射強度都有增加 B．隨溫度降低，各種波長的輻射強度都有增加 C．隨溫度升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動 D．隨溫度降低，輻射強度的極大值向波長較長的方向移動 6．（光子說和光電效應(yīng)方程）用兩束頻率相同、強度不同的紫外線分別照射兩種相同金屬的表面，均能產(chǎn)生光電效應(yīng)，那么（ ）． A．兩束光的光子能量相同 B．兩種情況下逸出的光電子個數(shù)相同 C．兩種情況下逸出的光電子的最大初動能相同 D．兩種情況下逸出的光電子的最大初動能不同 7．（光的粒子性）激光的主要特點之一是它的瞬時功率很大，設(shè)P表示激光功率，A表示激光波長，則激光器每秒射出的光子數(shù)（ ）． A． B． C． D． 8．（光電效應(yīng)規(guī)律的理解）關(guān)于光電效應(yīng)的規(guī)律，下列說法中正確的是（ ）． A．只有入射光的波長大于該金屬的極限波長，光電效應(yīng)才能產(chǎn)生 B．光電子的最大初動能跟入射光強度成正比 C．發(fā)生光電效應(yīng)的反應(yīng)時間一般都大于10－7 s D．發(fā)生光電效應(yīng)時，單位時間內(nèi)從金屬內(nèi)逸出的光電子數(shù)目與入射光強度成正比 9．（逸出功的理解）某金屬的逸出功為2.3 eV，這意味著（ ）． A．這種金屬內(nèi)部的電子克服原子核引力做2.3 eV的功即可脫離表面 B．這種金屬表層的電子克服原子核引力做2.3 eV的功即可脫離表面 C．要使這種金屬有電子逸出，入射光子的能量必須大于2.3 eV D．這種金屬受到光照時若有電子逸出，則電子離開金屬表面時的動能至少等于2.3 eV 10．用綠光照射一光電管，產(chǎn)生了光電效應(yīng)，欲使光電子從陰極逸出時的最大初動能增加，下列做法可取的是（ ）． A．改用紅光照射 B．增大綠光的強度 C．增大光電管上的加速電壓 D．改用紫光照射 11．某種單色光的頻率為，用它照射某種金屬時，在逸出的光電子中動能最大值為Ek，則這種金屬的逸出功和極限頻率分別是（ ）． A．， B．， C．， D． ， 12．在做光電效應(yīng)的實驗時，某金屬被光照射發(fā)生了光電效應(yīng)，實驗測得光電子的最大初動能巨與入射光的頻率v的關(guān)系如圖所示，由實驗圖線可求出（ ）． 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(nèi)逸出的光電子數(shù) 13．（光電效應(yīng)規(guī)律的理解）已知能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的極限頻率為c，則（ ）． A．當(dāng)用頻率為2c的單色光照射該金屬時，一定能產(chǎn)生光電子 B．當(dāng)用頻率為2c的單色光照射該金屬時，所產(chǎn)生的光電子的最大初動能為h。 C．當(dāng)照射光的頻率大于c時，若增大，則逸出功增大 D．當(dāng)照射光的頻率大于c時，若增大一倍，則光電子的最大初動能也增大一倍 14．硅光電池是利用光電效應(yīng)將光輻射的能量轉(zhuǎn)化為電能．若有N個頻率為的光子打在光電池極板上，這些光子的總能量為（h為普朗克常量）（ ）． A．h B． C．Nh D．2Nh 二、填空題 15．二氧化碳能強烈吸收紅外長波輻射，這種長波輻射的波長范圍約是1.410－3～1.610－3 m，相應(yīng)的頻率范圍是________，相應(yīng)的光子能量的范圍是________，“溫室效應(yīng)”使大氣全年的平均溫度升高，空氣溫度升高，從微觀上看就是空氣中分子的________．（已知普朗克常量h=6.610－34 Js，真空中的光速c=3.0108 m／s．結(jié)果取兩位有效數(shù)字） 三、解答題 16．人體表面輻射本領(lǐng)的最大值落在波長為940μm處，它對應(yīng)的是何種輻射?能量子的值為多大？ 17．激光器是一個特殊的光源，它發(fā)出的光便是激光，紅寶石激光器發(fā)射的激光是不連續(xù)的一道一道的閃光，每道閃光稱為一個光脈沖，現(xiàn)有一紅寶石激光器，發(fā)射功率為1.01010 W．所發(fā)射的每個光脈沖持續(xù)的時間Δt為1.010－11 s，波長為793.4 nm，問每列光脈沖的長度是多少？其中含有的光子數(shù)n是多少？ 18．人們發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)具有瞬時性和對各種金屬都存在極限頻率的規(guī)律．請問誰提出了何種學(xué)說很好地解釋了上述規(guī)律？已知鋅的逸出功為3.34 eV，用某單色紫外線照射鋅板時，逸出光電子的最大速度為106 m／s，求該紫外線的波長．（電子質(zhì)量me=9.1110－31 kg，普朗克常量h=6.6310－34 Js，1 eV=1.6010－19 J） 19．用功率P0=1W的點光源照射離光源r =3m處的一塊金屬薄片，已知光源發(fā)出的是波長為=589 nm的單色光，試計算： （1）1 s內(nèi)打到金屬1 cm2面積上的光子數(shù)． （2）若取該金屬原子半徑r1=0.510－10 m，則金屬表面上每個原子平均需隔多長時間才能接收到一個光子？ 20．在彩色電視機的顯像管中，從電子槍射出的電子在2萬伏的高壓下被加速，并且形成1mA的平均電流．電子束的強弱受圖像信號控制，并按一定的規(guī)律在熒光屏掃描，形成電視畫面．電視機以每秒顯現(xiàn)25張畫面的速率進行掃描，由于畫面更換迅速和視覺暫留，我們便看到了活動的景象． （1）電子以多大的動能轟擊熒光屏？ （2）平均每幅畫面有多少個電子打在屏上？ （3）如果轟擊屏的能量全部被屏吸收并轉(zhuǎn)化為光能，平均每幅畫面射出多少個光子？（以綠光=5.51014 Hz為平均頻率進行計算．普朗克常量h=6.6310－34 Js） （4）解釋下列現(xiàn)象：有時在電視屏幕的畫面上看到行進中的小汽車，但其輪子卻是靜止不轉(zhuǎn)的，甚至倒轉(zhuǎn)，這是為什么？ 【答案與解析】 一、選擇題 1．【答案】A、C、D 【解析】根據(jù)熱輻射的定義，A正確；根據(jù)熱輻射和黑體輻射的特點知一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有的溫度有關(guān)，B錯誤，C正確；根據(jù)黑體的定義知D正確． 2．【答案】B 【解析】據(jù)P=nh，，得 =3.21015個． 3．【答案】（1）B （2）C 【解析】． 4．【答案】A、C 【解析】由知在介質(zhì)中速度．在真空中波長，故A對；頻率，故B錯；在t s內(nèi)輻射能量E=Pt，每個能量子能量，故在t s內(nèi)輻射的能量子數(shù)為，故C對，D錯． 5．【答案】A、C、D 【解析】由題圖可知，隨溫度升高，各種波長的輻射強度都有增加，且輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，當(dāng)溫度降低時，上述變化都將反過來，故A、C、D正確，B錯誤． 6．【答案】A、C 【解析】由和Ek=h－W知兩束光的光子能量相同，照射金屬得到的光電子的最大初動能相同，故A、C正確．由于兩束光強度不同，逸出光電子個數(shù)不同，故B錯． 7．【答案】A 【解析】每秒轉(zhuǎn)化為光的能量E=P，每個光子能量，故每秒射出光子數(shù)為． 8．【答案】D 【解析】由知，當(dāng)入射光波長小于極限波長時，發(fā)生光電效應(yīng)，故A錯．由Ek=h－W知，最大初動能由入射光頻率決定，與光強度無關(guān)，故B錯．發(fā)生光電效應(yīng)的時間一般不超過10－9 s，故C錯． 9．【答案】B 【解析】逸出功指原子的外層電子脫離原子核克服引力所做的功． 10．【答案】D 【解析】由愛因斯坦光電效應(yīng)方程，在逸出功一定時，只有增大光的頻率，才能增加最大初動能，與光的強度無關(guān)，故D項正確． 11．【答案】A 【解析】由光電效應(yīng)方程Ek=h－W得W=h－Ek，而W=hc，則，故A正確． 12．【答案】A、B、C 【提示】依據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=h－W可知，當(dāng)Ek=0時，=c，即圖線橫軸的截距在數(shù)值上等于金屬的極限頻率．圖線的斜率．可見圖線的斜率在數(shù)值上等于普朗克常量．根據(jù)圖象，假設(shè)圖線的延長線與Ek軸的交點為C，其截距為W，有tan=W／．而tan=h，所以W=h，即圖象中縱軸的截距在數(shù)值上等于金屬的逸出功． 13．【答案】A、B 【解析】入射光的頻率大于金屬的極限頻率，照射該金屬時一定能發(fā)生光電效應(yīng)，A正確；金屬的逸出功為W=hc，又根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程，當(dāng)入射光的頻率為2c時，其光電子的最大初動能為，所以B正確；若當(dāng)入射光的頻率由2c增大一倍變?yōu)?c時，其光電子的最大初動能為，顯然不是隨著增大一倍，D錯誤；逸出功是金屬本身對金屬內(nèi)電子的一種束縛本領(lǐng)的體現(xiàn)，與入射光的頻率無關(guān)，C錯誤．綜上所述，A、B正確． 14．【答案】C 【解析】據(jù)光子說可知：光子能量與頻率有關(guān)，一個光子能量為E=h枷（h為普朗克常量），N個光子的能量為Nh，所以C正確． 二、填空題 15．【答案】1.91011～2.11011 Hz 1.310－22～1.410－22 J 平均動能增大 【解析】由得． 則求得頻率范圍為1.91011～2.11011 Hz． 又由E=h得能量范圍為1.310－22～1.410－22 J． 溫度越高，分子無規(guī)則熱運動更劇烈，無規(guī)則熱運動的平均動能也越大． 三、解答題 16．【答案】見解析。 【解析】可見光的波長的大致范圍是370～750 am，即紅光波長約為750 nm，因此人體是對應(yīng)紅外輻射．其對應(yīng)的能量子． 17．【答案】見解析。 【解析】以Δt、和c分別表示光脈沖的持續(xù)時間、長度和光在真空中的傳播速度，由題意可知 ， ① 以P和E表示紅寶石激光器發(fā)射的功率和光脈沖的能量，則有E=PΔt． ② 以和表示紅寶石激光的波長和頻率，則有，因此就得到每個紅寶石激光光子的能量 ． ③ 由②③式就得到該列光脈沖含有的光子數(shù) ． ④ 將數(shù)據(jù)代入①④式，就得到該列光脈沖的長度、含有的光子數(shù)分別為=3.010－3 m=3.0mm、n=4.01017個． 18．【答案】見解析。 【解析】愛因斯坦于1905年提出的光子說成功解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象．，，代入數(shù)據(jù)解得=2.0110－7 m． 19．【答案】見解析。 【解析】（1）離光源r=3 m處的金屬板每1 s內(nèi)單位面積上接收的光的能量為 ，所以1 s內(nèi)傳到金屬板1 cm2面積上的光能E0=ES=5.51012 eV．又因為這種單色光一個光子的能量，即E0＇=2.11 eV，所以1 s內(nèi)打到金屬板1 cm2面積上的光子數(shù)個=2.611012個． 這是一個十分龐大的數(shù)字，可見，即使在光強相當(dāng)弱的情況下，輻射到板面上的光子數(shù)仍然較多，因此，粒子性在通常情況下不能明顯地表現(xiàn)出來． （2）金屬板可以看成由金屬原子密集排列組成的，每個金屬原子的最大截面積為 ，則每個原子每秒內(nèi)接收到的光子數(shù)為n1=nS1104=2.6110127.8510－21104個=2.0510－4個，每兩個光子落在同一個原子上的時間間隔，說明光電效應(yīng)中光子與原子之間的作用是一對一的． 20．【答案】見解析。 【解析】（1）據(jù)動能定理：， ． （2）因為q=It，q=Ne， 所以 個=2.51014個． （3）電子轟擊屏的總能量E=NEk． 全部轉(zhuǎn)化為光子，光子數(shù)為N＇，E=N＇h． 所以 個=2.21018個． （4）電視屏幕每秒鐘顯現(xiàn)25張畫面，即每隔去秒顯現(xiàn)一幅，其余時間為黑屏．由于視覺暫留，看到的畫面是連續(xù)的．車輪的圖案都是對稱的，車輪轉(zhuǎn)動，圖案跟著轉(zhuǎn)，若每幅畫面車輪轉(zhuǎn)至相同的圖案，則看上去是靜止不動的．倒轉(zhuǎn)的理由同理可得．