2019-2020学年高中物理第17章波粒二象性第2节光的粒子性课后限时作业含解析 人教版选修3-5 5页

第2节 光的粒子性 ‎1．已知钙和钾的截止频率分别为7.73×1014 Hz 和5.44×1014 Hz，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 A　解析　两种金属的截止频率不同，则它们的逸出功也不同，由W＝hν0可知截止频率大的，逸出功也大．由Ek＝hν－W可知，用同样的单色光照射，钙逸出的光电子的最大初动能较小，由p＝知，其动量也较小，根据物质波p＝知，其波长较长．‎ ‎2．当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，这时(　　)‎ A．锌板带负电 B．有正离子从锌板逸出 C．有电子从锌板逸出 D．锌板会吸附空气中的正离子 C　解析　当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，有电子从锌板逸出，锌板带正电，选项C正确，A、B、D错误．‎ ‎3．如图所示，当开关S断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极，发现电流表读数不为零．合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零. 当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零．由此可知阴极材料的逸出功为(　　)‎ A．1.9 eV B．0.6 eV C．2.5 eV D．3.1 eV A　解析　设能量为2.5 eV光子照射时，光电子的最大初动能为mv2＝hν－W.　①‎ 题图中光电管上加的是反向电压，据题意，当反向电压达到U＝0.6 V以后，具有最大初动能的光电子也不能到达阳极，因此eU＝mv2.　②‎ 由①②得W＝hν－eU＝1.9 eV，选项A正确．‎ ‎4．(多选)频率为ν的光子，具有的能量为hν，动量为 5‎ ‎，将这个光子打在处于静止状态的电子上，光子将偏离原运动方向，这种现象称为光子的散射，下列关于光子散射的说法正确的是(　　)‎ A．光子改变原来的运动方向，且传播速度变小 B．光子由于在与电子碰撞中获得能量，因而频率增大 C．由于受到电子碰撞，散射后的光子波长大于入射光子的波长 D．由于受到电子碰撞，散射后的光子频率小于入射光子的频率 CD　解析　碰撞后光子改变原来的运动方向，但传播速度不变，选项A错误；光子由于在与电子碰撞中损失能量，因而频率减小，即ν1>ν2，再由c＝λ1ν1＝λ2ν2，得到λ1<λ2，选项B错误，C、D正确．‎ ‎5．科学研究证明，光子有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子．假设光子与电子碰撞前的波长为λ，碰撞后的波长为λ′，则碰撞过程中(　　)‎ A．能量守恒，动量守恒，且λ＝λ′‎ B．能量不守恒，动量不守恒，且λ＝λ′‎ C．能量守恒，动量守恒，且λ＜λ′‎ D．能量守恒，动量守恒，且λ>λ′‎ C　解析　能量守恒定律是自然界的普遍规律，适用于宏观世界，也适用于微观世界．光子与电子碰撞时遵循动量守恒定律．光子与电子碰撞前光子的能量ε＝hν＝h，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，光子的能量ε′＝hν′＝h，由ε＞ε′可知λ＜λ′，选项C正确．‎ ‎6．(多选)产生光电效应时，关于逸出光电子的最大初动能Ek，下列说法正确的是(　　)‎ A．对于同种金属，Ek与照射光的强度无关 B．对于同种金属，Ek与照射光的波长成反比 C．对于同种金属，Ek与光照射的时间成正比 D．对于同种金属，Ek与照射光的频率成线性关系 E．对于不同种金属，若照射光频率不变，Ek与金属的逸出功成线性关系 ADE　解析　由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，Ek与照射光的强度无关，选项A正确；Ek与照射光的频率ν成线性关系，故与波长不是成反比的关系，选项B错误，D正确；由于电子一次性吸收光子的全部能量，Ek与照射的时间无关，选项C错误；对于不同金属，若照射光的频率不变，由光电效应方程可知，Ek与金属的逸出功成线性关系，选项E正确．‎ ‎7．下表给出了一些金属材料的逸出功.‎ 材料 铯 钙 镁 铍 钛 5‎ 逸出功(×10－19 J)‎ ‎3.0‎ ‎4.3‎ ‎5.9‎ ‎6.2‎ ‎6.6‎ 现用波长为400 nm的单色光照射上述材料，能产生光电效应的材料最多有几种(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s)(　　)‎ A．2种 B．3种 C．4种 D．5种 A　解析　该单色光的能量为 E＝hν＝＝6.63×10－34× J＝4.97×10－19 J．‎ 此值大于铯和钙的逸出功，可以使铯和钙发生光电效应，选项A正确．‎ ‎8．研究光电效应的电路如图所示．用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流．下列光电流I与A，K之间的电压UAK的关系图像中，正确的是(　　)‎ C　解析　入射光的频率相同，则光电子的最大初动能相同，由－eU＝mv知，两种情况下遏止电压相同，选项A，B错误；光电流的强度与入射光的强度成正比，所以强光的光电流比弱光的光电流大，选项C正确，D错误．‎ ‎[能力提升]‎ ‎9．在光电效应实验中，先后用频率相同但光强不同的两束光照射同一个光电管．若实验a中的光强大于实验b中的光强，实验所得光电流I与光电管两端所加电压U间的关系曲线分别以a、b表示，则下列图中可能正确的是(　　)‎ 5‎ A　解析　a中的光强大于b中的光强，则a的饱和电流大于b的饱和电流，选项C、D错误；两束光的频率相同，遏止电压相同，选项A正确，B错误．‎ ‎10．用红光照射光电管阴极时发生光电效应，光电子的最大初动能为Ek，饱和光电流为I，若改用强度相同的紫光照射同一光电管，产生光电子的最大初动能和饱和光电流分别为Ek′和I′，则下面正确的是(　　)‎ A．Ek′＜Ek，I′＞I B．Ek′＞Ek，I′＞I C．Ek′＜Ek，I′＝I D．Ek′＞Ek，I′＜I D　解析　因为紫光的频率比红光的频率高，所以Ek′＞Ek．‎ 因为两束光的强度相同，因而n红hν红＝n紫hν紫，ν红<ν紫，所以红光光子数n红大于紫光光子数n紫，而饱和光电流又由入射的光子数决定，因此I＞I′．‎ ‎11．如图所示，当电键S断开时，用光子能量为3.6 eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零．合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于1.6 V时，电流表的读数仍不为零；当电压表的读数大于或等于1.6 V时，电流表读数为零．‎ ‎(1)求此时光电子的最大初动能的大小；‎ ‎(2)求该阴极材料的逸出功．‎ 解析　(1)设用光子能量为3.6 eV的光照射时，光电子的最大初动能为Ekm，阴极材料逸出功为W0.当反向电压达到U＝1.6 V以后，具有最大初动能的光电子恰好达不到阳极，因此eU＝Ekm，解得Ekm＝1.6 eV．‎ ‎(2)由光电效应方程得Ekm＝hν－W0，解得W0＝2.0 eV．‎ 答案　(1)1.6 eV　(2)2.0 eV 5‎ ‎12．深沉的夜色中，在大海上航行的船舶依靠航标灯指引航道，如图所示是一个航标灯自动控制电路的示意图．电路中的光电管阴极K涂有可发生光电效应的金属．下表反映的是各种金属发生光电效应的极限频率和极限波长，又知可见光的波长在400 nm～770 nm的范围内(1 nm＝10－9 m)．‎ 各种金属发生光电效应的极限频率和极限波长：‎ 金属 铯 钠 锌 银 铂 极限频率(Hz)‎ ‎4.545×1014‎ ‎6.000×1014‎ ‎8.065×1014‎ ‎1.153×1015‎ ‎1.529×1015‎ 极限波长(μm)‎ ‎0.660 0‎ ‎0.500 0‎ ‎0.372 0‎ ‎0.260 0‎ ‎0.196 2‎ 根据上图和所给出的数据，你认为：‎ ‎(1)光电管阴极K上应涂有金属________．‎ ‎(2)控制电路中的开关S应和________(选填“a”或“b”)接触．‎ ‎(3)工人在锻压机、冲床、钻床等机器上劳动时，稍有不慎就会把手压在里面，造成工伤事故．如果将上述控制电路中的电灯换成驱动这些机器工作的电机，这时电路中开关S应和________(选填“a”或“b”)接触，这样，当工人不慎将手伸入危险区域时，由于遮住了光线，光控继电器衔铁立即动作，使机床停止工作，避免事故发生．‎ 解析　(1)依题意知，可见光的波长范围为 ‎400×10－9 m～770×10－9 m．‎ 而金属铯的极限波长为λ＝0.660 0×10－6 m＝660 nm，钠的极限波长为λ1＝0.500 0×10－6 m＝500 nm，因此，光电管阴极K上应涂金属铯或钠．‎ ‎(2)深沉的夜色中，线圈中无电流，衔铁与b接触，船舶依靠航标灯指引航道，所以控制电路中的开关S应和b接触．‎ ‎(3)若将上述控制电路中的电灯换成电机，在手遮住光线之前，电机应是正常工作的，此时衔铁与a接触，所以电路中的开关S应和a接触．‎ 答案　(1)铯或钠　(2)b　(3)a 5‎