2019年高中物理第5章章末小结与测评学案鲁科版 7页

章末小结与测评光电效应现象的分析1.光电效应的特点(1)产生条件：入射光频率等于或大于被照射金属的极限频率。(2)入射光频率→决定每个光子能量E＝hν→决定光电子逸出后最大初动能。(3)入射光强度→决定每秒钟逸出的光电子数→决定光电流大小。(4)爱因斯坦光电效应方程hν＝W＋mv2，W表示一个电子从金属表面逸出必须做的最小功，若ν0表示金属的极限频率，则W＝hν0。2．光电效应问题分析有关光电效应的问题主要有两个方面：一是关于光电效应现象的判断，二是运用光电效应方程进行简单的计算。解题的关键在于掌握光电效应规律，明确各概念之间的决定关系，准确把握它们的内在联系。1．[多选]已知能使某金属产生光电效应的极限频率为ν0，则(　　)nA．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，一定能产生光电子B．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hν0C．当照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大，则逸出功增大D．当照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍解析：选AB　由光电效应的实验规律可知A正确。该金属的极限频率为ν0，则可知逸出功W＝hν0，由光电效应方程Ekm＝hν－W，将ν＝2ν0、W＝hν0代入可知B正确。逸出功由金属自身性质决定，与照射光的频率无关，因此C错误。若ν增大一倍，光电子的最大初动能不增大一倍，D错误。对光的波粒二象性的理解光子的能量E＝hν和动量p＝是描述光的粒子性的重要物理量，波长λ和频率ν是描述光的波动性的典型物理量。普朗克常量h架起了粒子性与波动性之间的桥梁。项目内容备注光的粒子性①光与物质发生相互作用时，这种作用是一份一份进行的，表现出粒子的性质②少量或个别的光子表现出光的粒子性③频率高的光表现出光的粒子性，频率越高，粒子性越明显①粒子性的含义是“不连续”、“一份一份的”②光的粒子性中的粒子不同于宏观观念上的粒子光的波动性①光子传播时，表现出波的性质②大量光子表现出波动性③频率低的光表现出光的波动性，波长越长，波动性越明显①光的波动性是波本身的属性，不是光子之间相互作用产生的②光的波动性中的波不同于宏观观念上的波波和粒子的对立、统一①宏观世界：波和粒子是相互对立的②微观世界：波和粒子是统一的光子说并没有否定波动说，E＝中c和λ都是波的概念2．[多选]波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有(　　)A．光电效应现象揭示了光的粒子性B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性nC．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波也相等解析：选AB　光电效应说明光的粒子性，所以A正确；热中子在晶体上产生衍射图样，即运动的实物粒子具有波的特性，即说明中子具有波动性，所以B正确；黑体辐射的实验规律说明电磁辐射具有量子化，即黑体辐射是不连续的、一份一份的，所以黑体辐射用光的粒子性解释，即C错误；根据德布罗意波长公式λ＝，p2＝2mEk，又质子的质量大于电子的质量，所以动能相等的质子和电子，质子的德布罗意波较短，所以D错误。(时间：60分钟　满分：100分)一、选择题(共8小题，每小题6分，共48分)1．已知钙和钾的截止频率分别为7.73×1014Hz和5.44×1014Hz，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的(　　)A．波长　　　　　　　B．频率C．能量D．动量解析：选A　金属的逸出功W＝hν0，根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W可知，从金属钾表面飞出的光电子的最大初动能较金属钙的大，金属钙表面飞出的光电子最大初动能小，因λ＝，所以从钙表面逸出的光电子具有较大的波长，选项A正确。2．用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间，在胶片上出现的图像如图所示，该实验表明(　　)A．光的本质是波B．光的本质是粒子C．光的能量在胶片上分布不均匀D．光到达胶片上不同位置的概率相同解析：选C　用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间，根据在胶片出现的图样，说明光有波粒二象性，故A、B错误；说明光到达胶片上的不同位置的概率是不一样的，也就说明了光的能量在胶片上分布不均匀，故C正确，D错误。3．某光子动量为p，能量为E，则光子的速度为(　　)nA.B．pEC.D.解析：选C　由波速和频率的关系式v＝λν，德布罗意波波长公式λ＝，以及光子的能量公式E＝hν可得：v＝λ＝·＝。4．中子内有一个电荷量为＋e的上夸克和两个电荷量为－e的下夸克，一简单模型是三个夸克都在半径为r的同一圆周上。下面给出的四幅图中，能正确表示出各夸克所受静电作用力的是(　　)解析：选B　依据平行四边形定则和对称性，上夸克受到合力方向竖直向下，下夸克受到合力方向竖直向上，故选B。5．A、B两束不同频率的光波均能使某金属发生光电效应，如果产生光电流的最大值分别为IA、IB，且IAλBB．照射光的光子能量EAνb，则一定有Uaνb，则一定有Eka>EkbC．若Uaνb，则一定有hνa－Eka>hνb－Ekb解析：选BC　设该金属的逸出功为W，根据爱因斯坦光电效应方程有Ek＝hν－W，同种金属的W不变，则逸出光电子的最大初动能随ν的增大而增大，B项正确；又Ek＝eU，则最大初动能与遏止电压成正比，C项正确；根据上述有eU＝hν－W，遏止电压U随ν增大而增大，A项错误；又有hν－Ek＝W，W相同，则D项错误。二、非选择题(共4小题，共52分)9．(12分)用不同频率的光照射某金属均产生光电效应，测量金属的遏止电压Uc与入射光频率ν，得到Ucν图像，如图所示。由图像可得该金属的极限频率νc＝________Hz，普朗克常量h＝__________J·s。已知电子电荷量e＝1.6×10－19C。(两空答案均要求保留两位有效数字)n解析：对于电子在电场中减速运动的过程，由动能定理得eUc＝Ek根据光电效应方程有Ek＝hν－W又W＝hνc，联立以上几式得Uc＝(ν－νc)由Ucν图像可知，图线与ν轴的交点对应的频率表示极限频率νc，斜率表示。由题图读出相应数据，计算即可。答案：5.0×1014　6.4×10－3410．(12分)已知功率为100W的灯泡消耗的电能的5%转化为所发出的可见光的能量，光速c＝3×108m/s，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s。假定所发出的可见光的波长都是560nm，计算灯泡每秒内发出的光子数。解析：波长为λ的光子能量为E＝设灯泡每秒内发出的光子数为n，灯泡的电功率为P。则n＝，式中k＝5%是灯泡的发光效率，联立解得n＝，代入数据得n≈1.4×1019个。答案：1.4×1019个11．(14分)原子核的半径为10－15m，估算核内质子的动量不确定范围。如果电子被限制在核内，其动量不确定范围又是多少？解析：设质子的位置不确定范围等于原子核的半径，即Δx＝10－15m，由不确定关系公式Δx·Δp≥得Δp≥＝5.3×10－20kg·m/s。同理，电子被限制在核内，动量的不确定范围与质子一样为：Δp1≥5.3×10－20kg·m/s。答案：Δp≥5.3×10－20kg·m/s　Δp1≥5.3×10－20kg·m/sn12.(14分)研究光电效应规律的实验装置如图所示，光电管的阴极材料为金属钾，其逸出功为W0＝2.25eV，现用光子能量为10.75eV的紫外线照射光电管，调节变阻器滑片位置，使光电流刚好为零。求：(1)电压表的示数是多少？(2)若照射光的强度不变，紫外线的频率增大一倍，阴极K每秒内逸出的光电子数如何变化？到达阳极的光电子动能为多大？(3)若将电源的正负极对调，到达阳极的光电子动能为多大？解析：(1)由光电效应方程Ek＝hν－W0得光电子最大初动能Ek＝8.50eV光电管两端加有反向电压，光电子由K向A做减速运动。由动能定理－eU＝EkA－Ek，其中EkA＝0，得U＝＝8.50V。(2)设光的强度为nhν，光强不变，频率增大一倍，则每秒入射的光子数n减为原来的一半，阴极K每秒内逸出的光电子数也减为原来的一半。由光电效应方程得光电子的最大初动能Ek′＝hν′－W0＝2hν－W0＝19.25eV电子由阴极向阳极做减速运动。由动能定理－eU＝EkA′－Ek′，得EkA′＝10.75eV。(3)若将电源的正负极对调，光电管上加有正向电压，光电子从阴极向阳极做加速运动，由动能定理eU＝EkA″－Ek，得EkA″＝17.00eV。答案：(1)8.50V　(2)减为原来的一半　10.75eV　(3)17.00eV