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1、17.1-17.2能量量子化 光的粒子性1.关于对黑体的认识,以下说法正确的选项是()A.黑体只吸收电磁波,不反射电磁波,看上去是黑的B.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外,还与材料的种类及外表状况有关C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关,与材料的种类及外表状况无关D.如果在一个空腔壁上开一个很小的孔,射入小孔的电磁波在空腔内外表经屡次反射和吸收,最终不能从小孔射出,这个空腔就成了一个黑体【解析】选C。黑体自身辐射电磁波,不一定是黑的,故A错误;黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关,故B错、C对;小孔只吸收电磁波,不反射电磁波,因此是小孔成了一个黑体,而不
2、是空腔,故D错误。2.(多项选择)对普朗克能量子假说的认识,以下说法正确的选项是()A.振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值B.带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍C.能量子与电磁波的频率成正比D.这一假说与现实世界相矛盾,因而是错误的【解析】选B、C。根据普朗克能量子假说知,振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍,A错误,B正确;=h,是电磁波的频率,C正确;普朗克能量子假说反映的是微观世界的特征,不同于宏观世界,D错误。3.在演示光电效应的实验中,原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连。用弧光灯照射锌板时,验电器的指针就张开一个角度,如下图,这时()A.锌板带正
3、电,指针带负电B.锌板带正电,指针带正电C.锌板带负电,指针带正电D.锌板带负电,指针带负电【解析】选B。锌板原来不带电,后来验电器的指针发生了偏转,说明锌板在弧光灯的照射下发生了光电效应,发生光电效应时,锌板向空气中发射电子,所以锌板带正电,验电器的指针亦带正电。故B正确。4.(2022桂林高二检测)以下描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中,符合黑体辐射规律的是()【解析】选A。黑体辐射规律:随着温度的升高,一方面,各种波长的辐射强度都有所增加,另一方面,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,A图正确。5.(2022三明高二检测)关于光电效应的规律,以下说法中正确的选项是()A.只有入
4、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.发生光电效应的反响时间一般都大于10-7sD.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】选D。由=h=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;由Ek=h-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;发生光电效应的反响时间一般不超过10-9s,故C错;假设发生光电效应,单位时间内逸出的光电子数目与入射光强度成正比,D正确。【补偿训练】入射光照射到某金属外表上发生了光电效应,假设入射光的强度减弱,而频率保持不变,那么以下说法中正确的选
5、项是()A.从光照射到金属外表上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B.逸出的光电子的最大初动能将减小C.单位时间内从金属外表逸出的光电子数目将减少D.有可能不发生光电效应【解析】选C。入射光的强度取决于入射光子数和入射光的频率,入射光的频率保持不变,强度减弱,单位时间内入射光子数将减少,但光子的能量不变,可见仍能发生光电效应,发生光电效应时,光电子的产生几乎都是瞬时的,与入射光强度无关,故A、D错误。根据爱因斯坦光电效应方程,逸出光电子的最大初动能与入射光的频率有关,跟入射光的强度无关,所以B也是错误的。由于逸出电子与入射光子的一对一的关系,当光的强度减弱时,单位时间入射光子数减少,因此单
6、位时间内逸出的光电子数也将减少。6.(2022上海高考)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【解题指南】电子吸收光子能量后,克服原子核引力做功,从外表逸出,产生光电效应。【解析】选C。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。7.下表给出了一些金属材料的逸出功。材料铯钙镁铍钛逸出功(10-19)J3.04.35.96.26.6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=6.6310-34Js,光
7、速c=3.0108m/s)()A.2种B.3种C.4种D.5种【解析】选A。据光子说可知,波长为=400 nm的单色光子的能量为E=h=h=6.6310-34J=5.010-19J。根据光电效应方程Ek=h-W可知,当入射光子的能量E=h大于金属的逸出功W时,光电子最大初动能Ek0,即能发生光电效应。由题中表格可知,入射光子的能量大于铯和钙的逸出功,而小于镁、铍、钛的逸出功。故发生光电效应的金属只有铯和钙两种。8.康普顿效应证实了光子不仅具有能量,也有动量,图中给出了光子与静止电子碰撞后,电子的运动方向,那么碰后光子可能沿方向_(从“1”“2”“3”中选择)运动,并且波长_(选填“不变“变小或
8、“变长)。【解析】因光子与电子碰撞过程动量守恒,所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与光子碰撞前的方向一致,可见碰撞后光子的方向可能沿1方向,不可能沿2或3方向;通过碰撞,光子将一局部能量转移给电子,能量减少,由E=h知,频率变小,再根据c=知,波长变长。答案:1变长9.金属铯的极限波长为0.66m,用波长为0.05m的光照射金属铯外表,金属铯的逸出功为多少?发射光电子的最大初动能为多少?【解析】铯的逸出功W0=3.0110-19J当用波长为=0.05m的光照射金属铯时,光电子最大初动能为Ek=h-W0=-W0,代入数值得Ek=3.6810-18J。答案:3.0110-19J3.6810-18
9、J1.用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的外表而产生光电效应,可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率变化的Ek-图像。钨的逸出功是3.28eV,锌的逸出功是3.24eV,假设将二者的图线画在同一个Ek-坐标图中,用实线表示钨,虚线表示锌,那么正确反映这一过程的图是以下图中的()【解析】选B。依据光电效应方程Ek=h-W0可知,Ek-图线的斜率代表了普朗克常量h,因此钨和锌的Ek-图线应该平行。图线的横截距代表了极限频率c,而c=,因此钨的c大些。故正确答案为B。2.(2022北京高考)“约瑟夫森结由超导体和绝缘体制成。假设在结两端加恒定电压U,那么它会辐射频率为的电磁波,且与U成正比,即=kU。
10、比例系数k仅与元电荷e的2倍和普朗克常量h有关。你可能不了解此现象的机理,但仍可运用物理学中常用的方法,在以下选项中,推理判断比例系数k的值可能为()A.B.C.2heD.【解题指南】此题需要把握以下两点:(1)电磁波的频率、普朗克常量、能量之间的关系。(2)电压、电量与能量的关系。【解析】选B。电磁波的频率、普朗克常量h、能量E之间的关系E=h,因为=kU,所以E=hkU;电压U、电量q与能量E的关系是E=qU,由题意知q=2e,所以k=。3.(多项选择)如下图为一真空光电管的应用电路,其阴极金属材料的极限频率为4.51014Hz,那么以下判断正确的选项是()A.发生光电效应时,电路中光电流
11、的饱和值取决于入射光的频率B.发生光电效应时,电路中光电流的饱和值取决于入射光的强度C.用=0.5m的光照射光电管时,电路中有光电流产生D.光照射时间越长,电路中的光电流越大【解析】选B、C。在光电管中假设发生了光电效应,单位时间内发射光电子的数目只与入射光的强度有关,光电流的饱和值只与单位时间内发射光电子的数目有关,据此可判断A、D错误,B正确;波长=0.5m的光子的频率=Hz=61014Hz4.51014Hz,可发生光电效应,C正确。4.(2022阳江高二检测)小明用金属铷为阴极的光电管观测光电效应现象,实验装置示意图如图甲所示。普朗克常量h=6.6310-34Js,结果保存三位有效数字。
12、(1)图甲中电极A为光电管的_(选填“阴极或“阳极);(2)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率之间的关系如图乙所示,那么铷的截止频率c=_Hz,逸出功W0=_J;(3)如果实验中入射光的频率=7.001014Hz,那么产生的光电子的最大初动能Ek=_J。【解析】(1)由光电管的结构知,A为阳极;(2)Uc-图像中横轴的截距表示截止频率c,逸出功W0=hc;(3)由爱因斯坦的光电效应方程Ek=h-W0,可求结果。答案:(1)阳极(2)5.151014(5.1010145.201014均可)3.4110-19(3.3810-193.4510-19均可)(3)1.2310-19(1.1910-1
13、91.2610-19均可)5.(2022开封高二检测)用波长为2.010-7m的紫外线照射钨的外表,释放出来的光电子中最大的动能是4.710-19J。求钨的极限频率是多少?(普朗克常量h=6.6310-34Js,光速c=3.0108m/s,结果取两位有效数字)【解析】由光电效应方程得h=Ekm+W0和W0=hc知c=7.91014Hz。答案:7.91014Hz6.(2022江苏高考)A、B两种光子的能量之比为21,它们都能使某种金属发生光电效应,且所产生的光电子最大初动能分别为EA、EB。求A、B两种光子的动量之比和该金属的逸出功。【解析】光子能量=h,动量p=,且=得p=,那么pApB=21A照射时,光电子的最大初动能EA=A-W0。同理,EB=B-W0,解得W0=EA-2EB答案:21EA-2EB7.(2022崇明高二检测)“神光装置是我国规模最大,国际上为数不多的高功率固体激光系统,利用它可获得能量为2 400J、波长为0.35m的紫外激光,普朗克常量h=6.6310-34Js,那么该紫外激光所含光子数为多少个?【解析】根据E=N=Nh和=得:N=4.21021个。答案:4.21021个