2020高中物理 第17章 波粒二象性 第1、2节 能量量子化 光的粒子性练习(含解析)-5

能量量子化光的粒子性
基础夯实
一、选择题(1～5题为单选题,6、7题为多选题)
1．（2019·北京市昌平区高二下学期期末）以下宏观概念中，属于“量子化”的是( D )
A．物体的长度B．物体所受的重力
C．物体的动能D．人的个数
解析：人数的数值只能取正整数，不能取分数或小数，因而是不连续的,是量子化的。

其它三个物理量的数值都可以取小数或分数，甚至取无理数也可以，因而是连续的，非量子化的。

故只有D 正确.
2．近年来军事行动中，士兵都配带“红外夜视仪”，在夜间也能清楚地看清目标，主要是因为（ B )
A．“红外夜视仪”发射出强大的红外线，照射被视物体
B．一切物体均在不停地辐射红外线
C．一切高温物体均在不停地辐射红外线
D．“红外夜视仪”发射出X射线，被照射物体受到激发而发
出红外线
解析：一切物体都在不停地向外辐射红外线，不同物体辐射出来的红外线不同，采用“红外夜视仪”可以清楚地分辨出物体的形状、大小和位置，不受白天和夜晚的影响，即可确认出目标从而采取有效的行动。

故只有B项正确。

3．(2019·黑龙江省哈尔滨六中高二下学期期中）某光源发出的光由不同波长的光组成，不同波长的光的强度如图所示。

表中给出了一些材料的极限波长,用该光源发出的光照射表中材料( D ）
材料钠铜铂
极限波长(nm)54
1
26
8
19
6
A．仅钠能产生光电子 B．仅钠、铜能产生光电子
C．仅铜、铂能产生光电子D．都能产生光电子
解析：由题图可知，该光源发出的光的波长大约在25 nm到440 nm之间,而三种材料中，极限波长最小的铂的极限波长是196 nm，
大于25 nm，所以该光源能使三种材料都产生光电效应.故选D.
4．白天的天空各处都是亮的，是大气分子对太阳光散射的结果。

假设一个运动的光子和一个静止的自由电子碰撞以后，电子向某一个方向运动,光子沿另一方向散射出去,则这个散射光子跟原来的光子相比（ D )
A．频率变大B．频率不变
C．光子能量变大D．波长变长
解析：运动的光子和一个静止的自由电子碰撞时，既遵守能量守恒，又遵守动量守恒。

碰撞中光子将能量hν的一部分传递给了电子，光子的能量减少，波长变长，频率减小,D选项正确。

5．爱因斯坦提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年的诺贝尔物理学奖.某种金属逸出光电子的最大初动能E km与入射光频率ν的关系如图所示,其中ν0为极限频率.从图中可以确定的是（ D ）
A．逸出功与ν有关
B．E km与入射光强度成正比
C．ν＜ν0时，会逸出光电子
D．图中直线的斜率与普朗克常量有关
解析:金属的逸出功是由金属自身决定的，与入射光频率无关,其大小W＝hν0,故A错误；根据爱因斯坦光电效应方程E km＝hν－W，可知光电子的最大初动能E km与入射光的强度无关,但入射光越强,光电流越大，只要入射光的频率不变，则光电子的最大初动能不变，故B错误；要有光电子逸出，则光电子的最大初动能E km＞0，即只有入射光的频率大于金属的极限频率即ν＞ν0时才会有光电子逸出。

故C错误；根据爱因斯坦光电效应方程E km＝hν－W，可知错误!＝h,故D正确.
6．在实验室或工厂的高温炉子上开一个小孔，小孔可看做黑体,由小孔的热辐射特征，就可以确定炉内的温度，如图所示,这是黑体的辐射强度与其辐射光波波长的关系图象，则下列说法正确的是（AD ）
A．T1>T2
B．T1<T2
C．随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低
D．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
解析：一般材料的物体辐射能的多少决定于物体的温度（T）、辐射波的波长、时间的长短和发射的面积,而黑体是指在任何温度下，全部吸收任何波长的辐射的物体，黑体辐射的强度按波长的分布只与温度有关.实验表明，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。

从题图中可看出,λ1<λ2，则T1〉T2。

本题正确选项为A、D。

7．(2018·宁波诺丁汉大学附属中学高二下学期期中)如图所示，两平行金属板A、B板间电压恒为U,一束波长为λ的入射光射到金属板B上，使B板发生了光电效应，已知该金属板的逸出功为W，电子的质量为m，电荷量为e，已知普朗克常量为h,真空中光速为c，下列说法中正确的是( ABD ）
A．入射光子的能量为h错误!
B．到达A板的光电子的最大动能为h错误!－W＋eU
C．若增大两板间电压，B板没有光电子逸出
D．若减小入射光的波长一定会有光电子逸出
解析:根据E＝hν,而ν＝错误!，则光子的能量为h错误!，故A正确;光电子的逸出最大动能E km＝h错误!－W，根据动能定理,E km′－E km ＝eU，则到达A板的光电子的最大动能为h错误!－W＋eU，故B正确;若减小入射光的波长,那么频率增大,一定会有光电子逸出，故D 正确；金属板的逸出功与极限频率有关，与板间电压无关，故C错误。

二、非选择题
8．有一个成语叫做“炉火纯青”，原意说的是道士炼丹时候的温度控制，温度高低主要是靠看火焰的颜色，温度低的时候,是偏红的，温度最高的时候，才呈现青色，所以炉火纯青表示温度已经足够高了。

怎样用热辐射来解释温度与颜色的关系？
解析：黑体辐射与温度之间有着密切的关系，热辐射的光谱是连续光谱，辐射光谱的性质与温度有关，在室温下,大多数物体辐射不可见的红外光.但当物体被加热到500 ℃左右时，开始发出暗红色的可见光，随着温度的不断上升，辉光逐渐亮起来，而且波长较短的辐射越来越多,大约在1 500 ℃时就会变成明亮的白炽光。

这说明
同一物体在一定温度下所辐射的能量，在不同光谱区域的分布是不均匀的，而且温度越高，光谱中与能量最大的辐射相对应的频率也越高。

因此,火焰颜色也随之而改变。

能力提升
一、选择题(1～3题为单选题，4、5题为多选题）
1．(2019·北京101中学高二下学期期末）2017年年初,我国研制的“大连光源”—-极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100 nm(1 nm＝10－9m）附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲.大连光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。

一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子,但又不会把分子打碎。

据此判断,能够电离一个分子的能量约为（取普朗克常量h＝6.6×10－34J·s,真空光速c＝3×108 m/s）（ B ）
A．10－21 J B．10－18 J
C．10－15 J D．10－12 J
解析:一个处于极紫外波段的光子的能量约为E＝hc
λ＝2×10－18
J，由题意可知,光子的能量应比电离一个分子的能量稍大，因此数量
级应相同，故选B。

2．在自然界生态系统中，蛇与老鼠和其他生物通过营养关系构成食物链，在维持生态平衡方面发挥重要的作用。

蛇是老鼠的天敌，它是通过接收热辐射来发现老鼠的。

假设老鼠的体温约37 ℃，它发出的最强的热辐射的波长为λm。

根据热辐射理论，λm与辐射源的绝对温度T的关系近似为Tλm＝2。

90×10－3m·K。

（1)老鼠发出最强的热辐射的波长为( B ）
A．7。

8×10－5 m B．9.4×10－6 m
C．1。

16×10－4 m D．9.7×10－8 m
(2）老鼠发生的最强的热辐射属于( C )
A．可见光波段B．紫外波段
C．红外波段D．X射线波段
解析：（1)老鼠的体温T＝(273＋37）K＝310 K
由题设条件λm与T的近似关系式:λm T＝2。

90×10－3m·K
得λm＝错误!＝错误!m≈9.4×10－6 m，B正确。

(2）可见光的波长范围4。

0×10－7～7.0×10－7m，λm大于此范围，所以属于红外线，C正确。

也可根据老鼠的体温不高，不能辐射可见光进行判断。

3．(2019·福建省福州市八县（市）一中高二下学期期末联考）在光电效应实验中，某同学按如图a方式连接电路，利用该装置在不同实验条件下得到了三条光电流与A、K两极之间电压U AK的关系曲线(甲光、乙光、丙光）如图b所示,则下列说法正确的是( B )
A．甲、乙两光的光照强度相同
B．甲、乙两光的频率相同
C．丙光照射阴极时,极板的逸出功最小
D．乙光的波长小于丙光的波长
解析：根据eU c＝E k＝hν－W0,入射光的频率越高,对应的遏止电压U c越大。

甲光、乙光的遏止电压相等,所以甲光、乙光的频率相等，故B正确；甲光、乙光的频率相等，由图可知,甲光饱和光电流大于乙光,因此甲光的光强大于乙光的光强，故A错误;极板的逸出功只与极板金属的材料有关,与入射光无关，选项C错误；丙光的遏止电压大于乙光的遏止电压，所以丙光的频率大于乙光的频率，则乙光的波长大于丙光的波长,故D错误。

4．如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能
随入射光频率的变化图线，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，由图可知（AC ）
A．该金属的极限频率为4.3×1014 Hz
B．该金属的极限频率为5。

5×1014 Hz
C．该图线的斜率表示普朗克常量
D．该金属的逸出功为0.5 eV
解析：由光电效应方程E km＝hν－W知图线与横轴交点为金属的极限频率,即ν0＝4。

3×1014Hz，A正确，B错误；该图线的斜率为普朗克常量,C正确;金属的逸出功W＝hν0＝6.63×10－34×4。

3×1014/1.6×10－19eV≈1.8 eV,D错误.
5．用如图所示的装置研究光电效应现象。

当用光子能量为2。

75 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，电流表G的示数不为零；移动变阻器的触头c，发现当电压表的示数大于或等于1。

7 V 时，电流表示数为0，则下列说法正确的是（BD ）
A．光电子的最大初动能始终为1.05 eV
B．光电管阴极的逸出功为1。

05 eV
C．当滑动触头向a端滑动时，反向电压增大，电流增大
D．改用能量为2。

5 eV的光子照射，移动变阻器的触头c,电流表G中也可能有电流
解析:由爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－W0可知，同种金属的逸出功相同，所以光电子逸出后的初动能取决于获得的能量，A错误；当电压表示数大于或等于1。

7 V时，电流表无示数，说明遏止电压为1.7 V，由eU＝错误!mv2，可求得光电管的逸出功为1.05 eV，B正确；若光的频率不变，反向电压大于遏止电压后电路中就不再有电流，C错误；当入射光频率超过截止频率,且反向电压小于遏止电压，电路中就会有电流，D正确.
二、非选择题
6．(2019·北京市昌平区高二下学期期末)对于同一物理问题，常常可以从宏观与微观两个不同角度进行研究,找出其内在联系，从
而更加深刻地理解其物理本质。

光电效应和康普顿效应深入地揭示了光的粒子性的一面。

前者表明光子具有能量，后者表明光子除了
具有能量之外还具有动量.我们知道光子的能量E＝hν，动量p＝h λ，
其中ν为光的频率，h为普朗克常量，λ为光的波长.由于光子具有动量，当光照射到物体表面时,会对物体表面产生持续均匀的压力，这种压力会对物体表面产生压强，这就是“光压"，用I表示。

一台发光功率为P0的激光器发出一束频率为ν0的激光，光束的横截面积为S.当该激光束垂直照射到某物体表面时，假设光全部被吸收(即光子的末动量变为0).求：
（1)该激光器在单位时间内发出的光子数N；
（2)该激光作用在物体表面时产生的光压I。

答案：(1）N＝错误!(2）I＝错误!
解析：(1）单位时间的能量为：P0＝NE，光子能量：E＝hν0，得单位时间内发出的光子数N＝错误!。

(2)该激光作用在物体表面产生的压力用F0表示，根据牛顿第三定律物体表面对光子的力大小也为F0，时间为Δt，由动量定理可知：F0Δt＝ΔtNP，P＝错误!，I＝错误!，解得I＝错误!.。