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

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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(qiáng)度按波長(zhǎng)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(zhǎng)的電磁波 2．氦—氖激光器發(fā)出波長(zhǎng)為633 nm的激光，當(dāng)激光器的輸出功率為l mW時(shí)，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(guò)營(yíng)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(guò)接收熱輻射來(lái)發(fā)現(xiàn)老鼠的．假設(shè)老鼠的體溫約37℃，它發(fā)出的最強(qiáng)的熱輻射的波長(zhǎng)為m．根據(jù)熱輻射理論，m與輻射源的絕對(duì)溫度T的關(guān)系近似為Tm=2.9010－3 mK． （1）老鼠發(fā)出最強(qiáng)的熱輻射的波長(zhǎng)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(qiáng)的熱輻射屬于（ ）． A．可見(jiàn)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(jì)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(zhǎng)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(zhǎng)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(shí)驗(yàn)規(guī)律如圖所示，由圖可知（ ）． A．隨溫度升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加 B．隨溫度降低，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加 C．隨溫度升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng) D．隨溫度降低，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較長(zhǎng)的方向移動(dòng) 6．（光子說(shuō)和光電效應(yīng)方程）用兩束頻率相同、強(qiáng)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(gè)數(shù)相同 C．兩種情況下逸出的光電子的最大初動(dòng)能相同 D．兩種情況下逸出的光電子的最大初動(dòng)能不同 7．（光的粒子性）激光的主要特點(diǎn)之一是它的瞬時(shí)功率很大，設(shè)P表示激光功率，A表示激光波長(zhǎng)，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(shuō)法中正確的是（ ）． A．只有入射光的波長(zhǎng)大于該金屬的極限波長(zhǎng)，光電效應(yīng)才能產(chǎn)生 B．光電子的最大初動(dòng)能跟入射光強(qiáng)度成正比 C．發(fā)生光電效應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間一般都大于10－7 s D．發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)從金屬內(nèi)逸出的光電子數(shù)目與入射光強(qiáng)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(shí)若有電子逸出，則電子離開(kāi)金屬表面時(shí)的動(dòng)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(shí)的最大初動(dòng)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(qiáng)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(shí)，在逸出的光電子中動(dòng)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(shí)驗(yàn)時(shí)，某金屬被光照射發(fā)生了光電效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得光電子的最大初動(dòng)能巨與入射光的頻率v的關(guān)系如圖所示，由實(shí)驗(yàn)圖線可求出（ ）． A．該金屬的極限頻率和極限波長(zhǎng) B．普朗克常量 C．該金屬的逸出功 D．單位時(shí)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(shí)，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(shí)，所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為h。 C．當(dāng)照射光的頻率大于c時(shí)，若增大，則逸出功增大 D．當(dāng)照射光的頻率大于c時(shí)，若增大一倍，則光電子的最大初動(dòng)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(gè)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(qiáng)烈吸收紅外長(zhǎng)波輻射，這種長(zhǎng)波輻射的波長(zhǎng)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(zhǎng)為940μm處，它對(duì)應(yīng)的是何種輻射?能量子的值為多大？ 17．激光器是一個(gè)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(gè)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(gè)光脈沖持續(xù)的時(shí)間Δt為1.010－11 s，波長(zhǎng)為793.4 nm，問(wèn)每列光脈沖的長(zhǎng)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(shí)性和對(duì)各種金屬都存在極限頻率的規(guī)律．請(qǐng)問(wèn)誰(shuí)提出了何種學(xué)說(shuō)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(shí)，逸出光電子的最大速度為106 m／s，求該紫外線的波長(zhǎng)．（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(diǎn)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(zhǎng)為=589 nm的單色光，試計(jì)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(gè)原子平均需隔多長(zhǎng)時(shí)間才能接收到一個(gè)光子？ 20．在彩色電視機(jī)的顯像管中，從電子槍射出的電子在2萬(wàn)伏的高壓下被加速，并且形成1mA的平均電流．電子束的強(qiáng)弱受圖像信號(hào)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(jī)以每秒顯現(xiàn)25張畫面的速率進(jìn)行掃描，由于畫面更換迅速和視覺(jué)暫留，我們便看到了活動(dòng)的景象． （1）電子以多大的動(dòng)能轟擊熒光屏？ （2）平均每幅畫面有多少個(gè)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(gè)光子？（以綠光=5.51014 Hz為平均頻率進(jìn)行計(jì)算．普朗克常量h=6.6310－34 Js） （4）解釋下列現(xiàn)象：有時(shí)在電視屏幕的畫面上看到行進(jìn)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(diǎn)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(cuò)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(gè)． 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(zhǎng)，故A對(duì)；頻率，故B錯(cuò)；在t s內(nèi)輻射能量E=Pt，每個(gè)能量子能量，故在t s內(nèi)輻射的能量子數(shù)為，故C對(duì)，D錯(cuò)． 5．【答案】A、C、D 【解析】由題圖可知，隨溫度升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加，且輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)，當(dāng)溫度降低時(shí)，上述變化都將反過(guò)來(lái)，故A、C、D正確，B錯(cuò)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(dòng)能相同，故A、C正確．由于兩束光強(qiáng)度不同，逸出光電子個(gè)數(shù)不同，故B錯(cuò)． 7．【答案】A 【解析】每秒轉(zhuǎn)化為光的能量E=P，每個(gè)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(zhǎng)小于極限波長(zhǎng)時(shí)，發(fā)生光電效應(yīng)，故A錯(cuò)．由Ek=h－W知，最大初動(dòng)能由入射光頻率決定，與光強(qiáng)度無(wú)關(guān)，故B錯(cuò)．發(fā)生光電效應(yīng)的時(shí)間一般不超過(guò)10－9 s，故C錯(cuò)． 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(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程，在逸出功一定時(shí)，只有增大光的頻率，才能增加最大初動(dòng)能，與光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，故D項(xiàng)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(shí)，=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(jiàn)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(zhǎng)線與Ek軸的交點(diǎn)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(shí)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(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程，當(dāng)入射光的頻率為2c時(shí)，其光電子的最大初動(dòng)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(shí)，其光電子的最大初動(dòng)能為，顯然不是隨著增大一倍，D錯(cuò)誤；逸出功是金屬本身對(duì)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(wú)關(guān)，C錯(cuò)誤．綜上所述，A、B正確． 14．【答案】C 【解析】據(jù)光子說(shuō)可知：光子能量與頻率有關(guān)，一個(gè)光子能量為E=h枷（h為普朗克常量），N個(gè)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(dòng)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(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)更劇烈，無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能也越大． 三、解答題 16．【答案】見(jiàn)解析。 【解析】可見(jiàn)光的波長(zhǎng)的大致范圍是370～750 am，即紅光波長(zhǎng)約為750 nm，因此人體是對(duì)應(yīng)紅外輻射．其對(duì)應(yīng)的能量子． 17．【答案】見(jiàn)解析。 【解析】以Δt、和c分別表示光脈沖的持續(xù)時(shí)間、長(zhǎng)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(zhǎng)和頻率，則有，因此就得到每個(gè)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(zhǎng)度、含有的光子數(shù)分別為=3.010－3 m=3.0mm、n=4.01017個(gè)． 18．【答案】見(jiàn)解析。 【解析】愛(ài)因斯坦于1905年提出的光子說(shuō)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(jiàn)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?yàn)檫@種單色光一個(gè)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(gè)=2.611012個(gè)． 這是一個(gè)十分龐大的數(shù)字，可見(jiàn)，即使在光強(qiáng)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(lái)． （2）金屬板可以看成由金屬原子密集排列組成的，每個(gè)金屬原子的最大截面積為 ，則每個(gè)原子每秒內(nèi)接收到的光子數(shù)為n1=nS1104=2.6110127.8510－21104個(gè)=2.0510－4個(gè)，每?jī)蓚€(gè)光子落在同一個(gè)原子上的時(shí)間間隔，說(shuō)明光電效應(yīng)中光子與原子之間的作用是一對(duì)一的． 20．【答案】見(jiàn)解析。 【解析】（1）據(jù)動(dòng)能定理：， ． （2）因?yàn)閝=It，q=Ne， 所以 個(gè)=2.51014個(gè)． （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(gè)=2.21018個(gè)． （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(shí)間為黑屏．由于視覺(jué)暫留，看到的畫面是連續(xù)的．車輪的圖案都是對(duì)稱的，車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dòng)的．倒轉(zhuǎn)的理由同理可得．