2019高中物理配套课后习题第十七章 2 光的粒子性

2光的粒子性
基础巩固
1.(多选)下列关于光子的说法中,正确的是()
A.在空间传播的光不是连续的,而是一份一份的,每一份叫作一个光子
B.光子的能量由光强决定,光强大,每份光子的能量一定大
C.光子的能量由光频率决定,其能量与它的频率成正比
D.光子可以被电场加速
解析按照爱因斯坦的光子说,在空间传播的光不是连续的,而是一份一份的,每一份叫作一个光子,光子的能量ε=hν,与光的强度无关,故A、C正确,B错误;光子不带电,不能被电场加速,D错误。

答案AC
2.(多选)在演示光电效应的实验中,原来不带电的一块锌板与灵敏静电计相连,用弧光灯(紫外线)照射锌板时,静电计的指针就张开一个角度,如图所示,这时()
A.锌板带正电,指针带负电
B.锌板带正电,指针带正电
C.若用黄光照射锌板,则可能不产生光电效应现象
D.若用红光照射锌板,则锌板能发射光电子
解析锌板在紫外线照射下,发生光电效应现象,有光电子飞出,故锌板带正电,指针上的部分电子被吸引到锌板上发生中和,使指针带正电,B对、A错;红光和黄光的频率都小于紫外线的频率,都可能不产生光电效应,C对、D错。

答案BC
3.康普顿散射的主要特征是()
A.散射光的波长与入射光的波长全然不同
B.散射光的波长有些与入射光的相同,但有些变短了,散射角的大小与散射波长无关
C.散射光的波长有些与入射光的相同,但也有变长的,也有变短的
D.散射光的波长有些与入射光的相同,有些散射光的波长比入射光的波长长些,且散射光波长的改变量与散射角的大小有关
解析光子和电子相碰撞,光子有一部分能量传给电子,散射光子的能量减少,于是散射光的波长大于入射光的波长。

散射角不同,能量减少情况不同,散射光的波长也有所不同。

也有一部分光子与整个散射物的原子交换能量,由于光子质量远小于原子质量,碰撞前后光子能量几乎不变,波长不变。

故只有D正确。

答案D
4.关于光电效应的规律,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,光电效应才能发生
B.光电子的最大初动能跟入射光的强度成正比
C.发生光电效应的时间一般都大于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与入射光的强度成正比
解析由ε=hν=h知,当入射光波长大于极限波长时,不能发生光电效应,故A错;由E k=hν-W0知,最大初动能由入射光频率决定,与入射光的强度无关,故B错;发生光电效应的时间一般不超过10-9 s,故C错。

答案D
5.
(多选)如图所示,电路中所有元件完好,光照射到光电管上,灵敏电流计中没有电流通过。

其原因可能是()
A.入射光太弱
B.入射光波长太长
C.光照时间太短
D.电源正、负极接反
解析金属存在截止频率,超过截止频率的光照射金属才会有光电子射出。

发射的光电子的动能随频率的增大而增大,动能小时不能克服反向电压,也不能有光电流。

入射光的频率低于截止频率,不能产生光电效应,与光照强弱无关,选项B正确,A错误;电路中电源正负极接反,对光电管加了反向电压,若该电压超过了遏止电压,也没有光电流产生,D正确;光电效应的产生与光照时间无关,C错误。

答案BD
6.(多选)用频率为ν1的单色光照射某种金属表面,发生光电效应现象。

现改为频率为ν2的另一单色光照射该金属表面,下面说法正确的是()
A.如果ν2>ν1,能够发生光电效应
B.如果ν2<ν1,不能够发生光电效应
C.如果ν2>ν1,逸出光电子的最大初动能增大
D.如果ν2>ν1,逸出光电子的最大初动能不受影响
解析用频率为ν1的光照射可以发生光电效应,ν2>ν1,所以也能发生光电效应,由E km=hν-W0知,E km增加。

答案AC
7.紫光在真空中的波长为4.5×10-7 m,问:
(1)紫光光子的能量是多少?
(2)用它照射极限频率为ν0=4.62×1014 Hz的金属钾时能否产生光电效应?
(3)若能产生,则光电子的最大初动能为多少?(h=6.63×10-34 J·s)
解析(1)紫光光子的能量E=hν=h=4.42×10-19 J
(2)紫光频率ν==6.67×1014 Hz,因为ν>ν0,所以能产生光电效应。

(3)光电子的最大初动能为E km=hν-W=h(ν-ν0)=1.36×10-19 J。

答案(1)4.42×10-19 J(2)能(3)1.36×10-19 J
能力提升
1.(多选)产生光电效应时,关于逸出光电子的最大初动能E k,下列说法正确的是()
A.对于同种金属,E k与照射光的强度无关
B.对于同种金属,E k与照射光的波长成反比
C.对于同种金属,E k与照射光的时间成正比
D.对于同种金属,E k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,E k与金属的逸出功成线性关系
解析E k=hν-W0=h-W0,同种金属逸出功相同,最大初动能与照射光强度无关,与照射光的波长有关但不是反比例函数关系,最大初动能与入射光的频率成线性关系,不同种金属,保持入射光频率不变,最大初动能E k与逸出功成线性关系。

答案ADE
2.已知金属锌发生光电效应时产生的光电子的最大初动能E k跟入射光的频率ν的关系图象如图中的直线1所示。

某种单色光照射到金属锌的表面时,产生的光电子的最大初动能为E1。

若该单色光照射到另一金属表面时产生的光电子的最大初动能为E2,E2<E1,关于这种金属的最大初动能E k跟入射光的频率ν的关系图象应是图中的()
A.a
B.b
C.c
D.上述三条图线都不正确
解析根据光电效应方程知,E k-ν为一次函数,普朗克常量h是斜率,h是确定的值,虽然金属的逸出功不同,但两个E k-ν图象的斜率相同,两个直线平行,同时再利用E k=hν-W0,结合图象E2<E1,hν相同,所以W1<W2,即直线在纵轴上的截距W2大,故选A。

答案A
3.(多选)频率为ν的光子,具有的能量为hν,动量为,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
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
解析碰撞后光子改变原来的运动方向,但传播速度不变,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=λν1=λν2,得到λ1<λ2,故选项C、D正确。

答案CD
4.频率为ν的光照射某金属时,产生光电子的最大初动能为E km。

改为频率为2ν的光照射同一金属,所产生光电子的最大初动能为(h为普朗克常量)()
A.E km-hν
B.2E km
C.E km+hν
D.E km+2hν
解析根据爱因斯坦光电效应方程得:E km=hν-W0,若入射光频率为2ν,则E km'=h·2ν-W0=2hν-(hν-E km)=hν+E km,故选C。

答案C
5.(多选)在光电效应实验中,用频率为ν的光照射光电管阴极,发生了光电效应。

下列说法正确的是()
A.增大入射光的强度,光电流增大
B.减小入射光的强度,光电效应现象消失
C.改用频率小于ν的光照射,一定不发生光电效应
D.改用频率大于ν的光照射,光电子的最大初动能变大
解析增大入射光的强度,单位时间内逸出的光电子数目增多,光电流增大,A项正确;光电效应的发生与入射光的强度无关,B项错误;入射光频率小于ν时,若仍大于金属的截止频率,仍能发生光电效应,C项错误;增大入射光的频率时,由爱因斯坦光电效应方程E k=hν-W0可知,光电子的最大初动能变大,D项正确。

答案AD
6.(2018江苏卷)光电效应实验中,用波长为λ0的单色光A照射某金属板时,刚好有光电子从金属表面逸出。

当波长为
的单色光B照射该金属板时,光电子的最大初动能为,A、B两种光子的动量之比为。

(已知普朗克常量为h、光速为c)
解析由题意知=W①
=W+E km②
联立①②可得:E km=.
光子A的动量p A=①
光子B的动量p B=②联立①②可得:
答案1∶2
7.铝的逸出功为4.2 eV,现用波长200 nm的光照射铝的表面。

已知h=6.63×10-34 J·s,求:
(1)光电子的最大初动能;
(2)遏止电压;
(3)铝的截止频率。

解析(1)根据光电效应方程E k=hν-W0有
E k=-W0= J-4.2×1.6×10-19 J=3.225×10-19 J
(2)由E k=eU c可得
U c= V=2.016 V。

(3)hνc=W0知
νc= Hz=1.014×1015 Hz。

答案(1)3.225×10-19 J(2)2.016 V(3)1.014×1015 Hz。