高中物理 第17章 波粒二象性本章测评A 新人教版选修35

第17章波粒二象性
(基础过关)
一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分。

第1~5题为单选题,第6~8题为多选题。

全部选对的得6分,选不全的得3分,有选错或不答的得0分)
1()
A.能量的连续经典理论
B.普朗克提出的能量量子化理论
C.以上两种理论体系任何一种都能解释
D.牛顿提出的能量微粒说
解析:根据黑体辐射的实验规律,随着温度的升高,一方面各种波长的辐射强度都增加;另一方面,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,只能用普朗克提出的能量量子化理论才能得到较满意的解释,故选项B正确。

答案:B
2.关于光效应的规律,下列说法中正确的是()
A.只有入射光的波长大于该金属的极限波长,光电效应才能产生
B.光电子的最大初动能跟入射光强度成正比
C.发生光电效应的反应时间一般都大于10-7 s
D.发生光电效应时,单位时间内从金属内逸出的光电子数目与入射光强度成正比
解析:由E=hν=h知,当入射光波长小于金属的极限波长时,发生光电效应,故A错误;由
E k=hν-W0知,最大初动能由入射光频率决定,与入射光强度无关,故B错误;发生光电效应的时间一般不超过10-9 s,故C错误;发生光电效应时,单位时间内从金属内逸出的光电子数目与入射光的强度是成正比的,D正确。

答案:D
3.关于热辐射,下列说法中正确的是()
A.一般物体的热辐射强度只与物体的温度有关
B.黑体只吸收电磁波,不反射电磁波,所以黑体一定是黑的
C.一定温度下,黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值
D.温度升高时,黑体辐射强度的极大值向波长增大的方向移动
解析:一般物体的热辐射强度除与温度有关之外,还与材料、表面状态有关,A错误;黑体可以辐射可见光,不一定是黑的,B错误;由黑体辐射的实验规律知,C正确,D错误。

答案:C
4.关于光电效应,下列说法中正确的是()
A.光电流随入射频率的增大而增大
B.光电子的初动能越大,光电流就越大
C.光子本身所具有的能量取决于光子本身的频率
D.用频率是ν1的绿光照射某金属发生了光电效应,则改用频率是ν2的红光照射该金属就一定不发生光电效应
解析:光的频率高,光子能量大,但光不一定强,入射光子数目不确定,产生的光电流也不一定强,故选项A错误。

光电子的初动能大,入射光子数目不一定多,产生的光电子数目不一定多,因而光电流不一定大,选项B错误。

用绿光照射时发生了光电效应,改用红光照射时,虽然红光的频率小于绿光的频率,但金属的截止频率情况不知,因此,用红光照射时也可能发生光电效应,选项D错误。

由
光子说可知,选项C正确。

答案:C
5.由爱因斯坦光电效应方程可以画出光电子的最大初动能和入射光的频率的关系,如图所示,
以下说法错误的是()
A.νc表示截止频率
B.W0的绝对值等于逸出功
C.直线的斜率表示普朗克常量h的大小
D.图线表明最大初动能与入射光频率成正比
解析:由爱因斯坦光电效应方程E k=hν-W0可知,当E k=0时,νc=即为某金属的截止频率;当ν=0时,E k=-W0,可见W0的绝对值就是该金属对应的逸出功;而该直线的斜率k==h即为普朗克常量。

故选项A、B、C正确,D错误。

答案:D
6.关于光的波粒二象性,以下说法中正确的是()
A.光的波动性与机械波,光的粒子性与质点都是等同的
B.用光照射水蒸气时出现“彩虹”,说明光具有粒子性
C.大量光子易显出波动性,少量光子易显出粒子性
D.紫外线、X射线和γ射线的频率依次增大,则γ射线的粒子性最强,紫外线的波动性最显著
解析:光的波动性与机械波、光的粒子性与质点有本质区别,选项A错误;光照射水蒸气出现彩虹是由光的折射形成,不能说明光具有粒子性,故选项B错误;光是一种概率波,大量光子往往表现
出波动性,少量光子则往往表现出粒子性,选项C正确;频率越高的光的粒子性越强,频率越低的光
的波动性越显著,故选项D正确。

答案:CD
7.用如图所示装置研究光电效应现象,光电管阳极与滑动变阻器的中心抽头c相连,当滑片P
从a移到c的过程中,光电流始终为零。

为了产生光电流,可采取的措施是()
A.增大入射光的强度
B.增大入射光的频率
C.把P向a移动
D.把P从c向b移动
解析:滑片从a移到c的过程中,光电管中所加反向电压减小到零,此过程光电流始终为零,说
明没有光电子逸出,可能是入射光的频率小于阴极的极限频率,没有发生光电效应,所以选项B正确。

若光子能量恰好等于电子逸出功,即电子初动能为零,也不会产生光电流,此时加正向电压则可产生光电流,所以选项D也正确。

答案:BD
8.导学号97280059研究光电效应规律的实验装置如图所示,以频率为ν的光照射光电管阴极K时,有光电子产生。

由于光电管K、A间加的是反向电压,光电子从阴极K发射后将向阳极A做减
速运动。

光电流i由图中电流计G测出,反向电压U由电压表V测出。

当电流计的示数恰好为零时,电压表的示数称为遏止电压U c,在下列表示光电效应实验规律的图象中,正确的是()
解析:当反向电压U与入射光频率ν一定时,光电流i与光强成正比,所以A图正确;频率为ν的入射光照射阴极所发射出的光电子的最大初动能为m e=hν-W0,而遏止电压U c与最大初动能的关系为eU c=,所以遏止电压U c与入射光频率ν的关系是eU c=hν-W0,其函数图象不过原点,所以B图错误;当光强与入射光频率一定时,单位时间内单位面积上逸出的光电子数及其最大初动能是一定的,所
形成的光电流强度会随反向电压的增大而减小,所以C图正确;根据光电效应的瞬时性规律,不难确定D图是正确的。

答案:ACD
二、填空题(本题共2小题,共16分。

把答案填在题中的横线上)
9.(6分)已知铯的截止频率为4.545×1014 Hz,钠的截止频率为6.00×1014 Hz,锶的截止频率为1.153×1015 Hz,铂的截止频率为7.529×1015 Hz,当用波长为0.375 μm的光照射它们时,其中能够发生光电效应的金属是。

解析:根据公式c=λν,得到入射光的频率ν= Hz=8×1014 Hz。

可以看出铯和钠的截止频率比入射光的频率小。

答案:钠和铯
10.(10分)2009年诺贝尔物理学奖得主威拉德·博伊尔和乔治·史密斯主要成就是发明了电
荷耦合器件(CCD)图像传感器。

他们的发明利用了爱因斯坦的光电效应原理。

如图所示电路可研究光电效应规律。

图中标有A和K的为光电管,其中K为阴极,A为阳极。

理想电流计可检测通过光电管的电流,理想电压表用来指示光电管两端的电压。

现接通电源,用光子能量为10.5 eV的光照射
阴极K,电流计中有示数;若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动,电流计的读数逐渐减小,当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零,读出此时电压表的示数为 6.0 V;现保持滑片P位置不变,光电管阴极材料的逸出功为,若增大入射光的强度,电流计的读数(选填“为零”或“不为零”)。

解析:根据当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零,读出此时电压表的示数为U=6.0 V,由动
能定理,eU=E k;由爱因斯坦光电效应方程,E k=E-W,解得光电管阴极材料的逸出功为W=4.5 eV;若增大入射光的强度,电流计的读数仍为零。

答案:4.5 eV为零
三、解答题(本题共3小题,共36分。

解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
11.导学号97280060(10分)2012年8月10日美国名将梅里特在伦敦奥运会110 m栏比赛中,
以12秒92的成绩获得冠军。

设梅里特质量约为74 kg,计算他在110 m栏跑中的德布罗意波长,并说明其波动性是否明显。

解析:梅里特110 m栏跑时对应德布罗意波波长为λ=m≈1.05×10-36 m。

可见此波长极短,其波动性很难表现出来。

答案:1.05×10-36 m波动性不明显
12.(12分)如图表示黑体辐射强度随波长的变化图线。

根据热辐射理论,辐射强度的极大值所对应的波长λm与热力学温度之间存在如下关系:λm T=2.90×10-3m·K。

求:
(1)T=15 000 K所对应的波长;
(2)用T=15 000 K所对应波长的光照射逸出功为W0=4.54 eV的金属钨,能否发生光电效应?若能,逸出光电子的最大初动能是多少?
解析:(1)由公式λm T=2.90×10-3m·K得
λm=m≈1.93×10-7 m。

(2)波长λm=1.93×10-7 m的光子能量
ε=hν=eV≈6.44 eV
因ε>W0,故能发生光电效应。

由光电效应方程E k=hν-W0,得E k=(6.44-4.54) eV=1.90 eV。

答案:(1)1.93×10-7 m(2)能1.90 eV
13.(14分)如图所示,阴极K用极限波长λ0=0.66 μm的金属铯制成,用波长λ=0.5 μm的绿光照射阴极K,调整两个极板电压,当A板电压比阴极K高出2.5 V时,光电流达到饱和,电流表示数为0.64 μA,求:
(1)每秒阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极的时候所具有的最大初动能;
(2)如果把照射阴极的单色光的光强增大为原来的2倍,每秒从阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极的时候所具有的最大初动能。

解析:(1)当阴极发射的光电子全部到达阳极A时,光电流达到饱和,由电流可知每秒到达阴极的电子数,即每秒发射的电子数。

由爱因斯坦光电效应方程可计算最大的初动能。

当电流达到饱和时,阴极发射的光电子全部到达阳极A,阴极每秒发射的光电子的个数n==4.0×1012。

根据爱因斯坦光电效应方程,光电子的最大初动能
m e=hν-W0=h-h=6.626×10-34×3×108×() J≈9.6×10-20 J。

(2)光强加倍,每秒发射的光电子数加倍,但入射光频率不变,发射的光子的最大初动能不变。

如果照射光的频率不变,光强加倍,根据光电效应实验规律,阴极每秒发射的光子数n'=2n=8.0×1012
光电子的最大初动能仍然是9.6×10-20 J。

答案:(1)4.0×10129.6×10-20 J
(2)8.0×10129.6×10-20 J。