課時(shí)素養(yǎng)提升六能量量子化光的粒子性(40分鐘100分)一、選擇題(本題共8小題，每題6分，共48分)1.入射光照射到某金屬表面上發(fā)生了光電效應(yīng)，若入射光的強(qiáng)度減弱，而頻率保持不變，則下列說法中正確的是 ()A.從光照射到金屬表面上到發(fā)射出光電子之間的時(shí)間間隔將明顯增加B.逸出的光電子的最大初動(dòng)能將減小C.單位時(shí)間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將減少D.有可能不發(fā)生光電效應(yīng)【解析】選C。入射光的強(qiáng)度取決于入射光子數(shù)和入射光的頻率，入射光的頻率保持不變，強(qiáng)度減弱，單位時(shí)間入射光子數(shù)將減少，但光子的能量不變，可見仍能發(fā)生光電效應(yīng)，發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，光電子的產(chǎn)生幾乎都是瞬時(shí)的，與入射光強(qiáng)度無關(guān)，故A、D錯(cuò)誤。根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程，逸出光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率有關(guān)，跟入射光的強(qiáng)度無關(guān)，所以B也是錯(cuò)誤的。由于逸出電子與入射光子的一對一的關(guān)系，當(dāng)光的強(qiáng)度減弱時(shí)，單位時(shí)間入射光子數(shù)減少，因此單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)也將減少。2.當(dāng)用一束紫外線照射鋅板時(shí)，產(chǎn)生了光電效應(yīng)，這時(shí)()A.鋅板帶負(fù)電B.有正離子從鋅板逸出C.有電子從鋅板逸出D.鋅板會(huì)吸附空氣中的正離子【解析】選C。當(dāng)用一束紫外線照射鋅板時(shí)，產(chǎn)生了光電效應(yīng)，有電子從鋅板逸出，鋅板帶正電，選項(xiàng)C正確，A、B、D錯(cuò)誤。3.某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的電路來研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，結(jié)點(diǎn)Q位于滑動(dòng)變阻器的中點(diǎn)，初始狀態(tài)時(shí)，滑動(dòng)觸頭P也恰好位于滑動(dòng)變阻器的中點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)過程中，當(dāng)該同學(xué)用綠光照射光電管時(shí)，靈敏電流計(jì)有示數(shù)，下列說法正確的是()A.若換用紫光照射光電管，則電流計(jì)的示數(shù)一定增大B.若增大綠光的光照強(qiáng)度，則電流計(jì)的示數(shù)一定增大C.若將滑動(dòng)觸頭P向右滑動(dòng)，則電流計(jì)的示數(shù)一定不斷增大D.若將滑動(dòng)觸頭P向左滑動(dòng)，則電流計(jì)的示數(shù)一定能減小為0【解析】選B。光的強(qiáng)弱才影響單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出光電子的數(shù)目，所以換用紫光照射光電管，則電流計(jì)的示數(shù)不一定增大，故A錯(cuò)誤；增大入射光強(qiáng)度，則單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子增加，所以發(fā)生了光電效應(yīng)，保持滑動(dòng)變阻器觸頭位置不變，若增大綠光的光照強(qiáng)度，則電流計(jì)的示數(shù)一定增大，故B正確；將滑動(dòng)觸頭P向右滑動(dòng)，光電管兩側(cè)接入的是正向電壓，若電路中的光電子已經(jīng)達(dá)到了最大飽和光電流，則滑動(dòng)變阻器的觸頭從圖示位置向右滑動(dòng)，電流計(jì)的示數(shù)可能不發(fā)生變化，故C錯(cuò)誤；將滑動(dòng)觸頭P向左滑動(dòng)，光電管兩側(cè)接入的是反向電壓，則電流計(jì)的示數(shù)一定減小，但只有當(dāng)反向電壓大于遏止電壓時(shí)，電流才能減小到0，故D錯(cuò)誤。【補(bǔ)償訓(xùn)練】利用光電管探究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)電路如圖所示，用頻率為ν0的可見光照射陰極K，電流表中有電流通過，則 ()A.只用紫外線照射陰極K，電流表中不一定有電流通過B.只用紅外線照射陰極K，電流表中一定有電流通過C.頻率為ν0的可見光照射陰極K，變阻器的滑片移到A端，電流表中一定無電流通過D.頻率為ν0的可見光照射陰極K，變阻器的滑片向B端滑動(dòng)時(shí)，電流表示數(shù)可能不變【解析】選D。用頻率為ν0的可見光照射陰極K，電流表中有電流通過，說明產(chǎn)生光電效應(yīng)，當(dāng)用紫外線照射時(shí)，由于紫外線比可見光的頻率高，因此電流表中必定有電流通過，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；雖然用頻率為ν0的可見光照射時(shí)有光電流產(chǎn)生，但不能確定光電管的極限頻率有多大，因此當(dāng)用紅外線照射時(shí)，不一定有光電流產(chǎn)生，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；變阻器的滑片移到A端時(shí)，雖然光電管兩端電壓為零，但光電子有初動(dòng)能，故電流表中仍有電流通過，C錯(cuò)誤；若原來電流已飽和，則滑片向B端移動(dòng)，電流表示數(shù)將不變，D選項(xiàng)正確。4.在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)用同一光電管在不同實(shí)驗(yàn)條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線(甲光、乙光、丙光)，如圖所示。則可判斷出()A.甲光的頻率大于乙光的頻率B.乙光的波長大于丙光的波長C.乙光對應(yīng)的截止頻率大于丙光的截止頻率D.甲光對應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能大于丙光的光電子最大初動(dòng)能【解析】選B。該題考查了光電效應(yīng)問題，應(yīng)根據(jù)遏止電壓判斷頻率。由eUc=QUOTEmv2=hνW可知ν丙>ν甲=ν乙，λ甲=λ乙>λ丙，所以A、D錯(cuò)，B對。由于hν0=W，所以C錯(cuò)。5.(多選)在某次光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，得到的遏止電壓Uc與入射光的頻率ν的關(guān)系如圖所示，若該直線的斜率和截距分別為k和b，電子電荷量的絕對值為e，以下說法正確的是 ()A.普朗克常量可表示為ekB.普朗克常量可表示為QUOTEC.所用材料的逸出功可表示為ebD.所用材料的逸出功可表示為QUOTE【解析】選A、C。由題意可得eUc=QUOTEmv2=hνW，變形為Uc=QUOTEνQUOTE，結(jié)合圖象可知QUOTE=k，QUOTE=b，所以h=ek，W=eb。6.“約瑟夫森結(jié)”由超導(dǎo)體和絕緣體制成。若在結(jié)兩端加恒定電壓U，則它會(huì)輻射頻率為ν的電磁波，且ν與U成正比，即ν=kU。已知比例系數(shù)k僅與元電荷e的2倍和普朗克常量h有關(guān)。你可能不了解此現(xiàn)象的機(jī)理，但仍可運(yùn)用物理學(xué)中常用的方法，在下列選項(xiàng)中，推理判斷比例系數(shù)k的值可能為()A.QUOTEB.QUOTEC.2heD.QUOTE【解析】選B。電磁波的頻率ν、普朗克常量h、能量E之間的關(guān)系E=hν，因?yàn)棣?kU，所以E=hkU；電壓U、電量q與能量E的關(guān)系是E=qU，由題意知q=2e，所以k=QUOTE?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】(多選)某光源放出波長在500～600nm之間的各種光子，若已知該光源的發(fā)光功率為1mW，則它每秒鐘發(fā)射的光子數(shù)可能是()×1015 B.3.0×1015C.2.6×1015 D.1.5×1015【解析】選B、C。每秒發(fā)出的光子數(shù)與發(fā)光功率和波長之間的關(guān)系為n=QUOTE，故光子數(shù)的范圍在2.5×1015～3.0×1015個(gè)之間。7.根據(jù)愛因斯坦的“光子說”可知 ()A.“光子說”本質(zhì)就是牛頓的“微粒說”B.光的波長越大，光子的能量越小C.一束單色光的能量可以連續(xù)變化D.只有光子數(shù)很多時(shí)，光才具有粒子性【解析】選B?！肮庾诱f”并不否認(rèn)光的波動(dòng)性，從本質(zhì)上有別于“微粒說”，A錯(cuò)；光的波長越大，根據(jù)ν=QUOTE可知，其頻率越低，由ε=hν得，光子的能量越小，B對；根據(jù)“光子說”，光的能量是不連續(xù)的，C錯(cuò)；光子數(shù)越多，光的波動(dòng)性越明顯，光的粒子性越不明顯，D錯(cuò)。8.從1907年起，密立根就開始測量金屬的遏止電壓Uc(即圖1所示的電路中電流表G的讀數(shù)減小到零時(shí)加在電極K、A之間的反向電壓)與入射光的頻率ν，由此算出普朗克常量h，并與普朗克根據(jù)黑體輻射得出的h相比較，以檢驗(yàn)愛因斯坦光電效應(yīng)方程的正確性。按照密立根的方法我們利用圖示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到了某金屬的Ucν圖象如圖2所示。下列說法正確的是()A.該金屬的截止頻率約為4.30×1014HzB.該金屬的截止頻率約為5.50×1014HzC.該圖線的斜率為普朗克常量D.該圖線的斜率為這種金屬的逸出功【解析】選A。本題的易錯(cuò)之處是沒有真正理解Ucν圖象的物理意義。設(shè)金屬的逸出功為W0，截止頻率為νc，則W0=hνc。光電子的最大初動(dòng)能Ek與遏止電壓Uc的關(guān)系是Ek=eUc，光電效應(yīng)方程為Ek=hνW0；聯(lián)立兩式可得：Uc=QUOTEνQUOTE，故Ucν圖象的斜率為QUOTE，故C、D錯(cuò)誤。當(dāng)Uc=0時(shí)，可解得ν=QUOTE=νc，由圖2知，ν≈4.30×1014Hz，即金屬的截止頻率約為4.30×1014Hz，A正確，B錯(cuò)誤。二、計(jì)算題(本題共2小題，共30分。要有必要的文字說明和解題步驟，有數(shù)值計(jì)算的要注明單位)9.(15分)對應(yīng)于3.4×1019J的能量子，其電磁輻射的頻率和波長各是多少？(普朗克常量取6.63×1034J·s)【解析】根據(jù)公式ε=hν和ν=cλ得ν=QUOTE=QUOTEHz=5.13×1014Hz，λ=QUOTE=QUOTEm=5.85×10-7m。答案：5.13×1014Hz5.85×10-710.(15分)幾種金屬的逸出功W0見下表：金屬鎢鈣鈉鉀銣W0(×1019J)7.265.123.663.603.41用一束可見光照射上述金屬的表面，請通過計(jì)算說明哪些能發(fā)生光電效應(yīng)。已知該可見光的波長范圍為4.0×107～7.6×10-7m，普朗克常量h=6.63×1034J·【解析】光子的能量E=QUOTE，取λ=4.0×10-7m，則E≈5.0×1019J，根據(jù)E>W0判斷，鈉、鉀、銣能發(fā)生光電效應(yīng)。答案：鈉、鉀、銣能發(fā)生光電效應(yīng)【總結(jié)提升】光電效應(yīng)能否發(fā)生的條件(1)電子從金屬表面逸出，必須克服原子核庫侖力做功，即逸出功W0。(2)求解極限頻率對應(yīng)的計(jì)算式ν=QUOTE。(3)若要求對應(yīng)波長，則λ=QUOTE=QUOTE。【能力挑戰(zhàn)區(qū)】11.(6分)現(xiàn)有a、b、c三束單色光，其波長關(guān)系為λa>λb>λc。用b光束照射某種金屬時(shí)，恰能發(fā)生光電效應(yīng)。若分別用a光束和c光束照射該金屬，則可以斷定 ()A.a光束照射時(shí)，不能發(fā)生光電效應(yīng)B.c光束照射時(shí)，不能發(fā)生光電效應(yīng)C.a光束照射時(shí)，釋放出的光電子數(shù)目最多D.c光束照射時(shí)，釋放出的光電子的最大初動(dòng)能最小【解析】選A。由a、b、c三束單色光的波長關(guān)系λa>λb>λc及波長、頻率的關(guān)系ν=QUOTE知：三束單色光的頻率關(guān)系為：νa<νb<νc。故當(dāng)b光束恰能使金屬發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，a光束必然不能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，c光束必然能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，A對，B錯(cuò)；又因?yàn)榘l(fā)生光電效應(yīng)時(shí)釋放的光電子數(shù)目與光照強(qiáng)度有關(guān)，光照越強(qiáng)，光電子數(shù)目越多，由于光照強(qiáng)度未知，所以光電子數(shù)目無法判斷，C錯(cuò)；光電子的最大初動(dòng)能與入射光頻率有關(guān)，頻率越高，最大初動(dòng)能越大，所以c光束照射時(shí)釋放出的光電子的最大初動(dòng)能最大，D錯(cuò)。故正確選項(xiàng)為A。12.(16分)在光電效應(yīng)試驗(yàn)中，某金屬的截止頻率所對應(yīng)的波長為λ0，若用波長為λ(λ<λ0)的單色光做實(shí)驗(yàn)，那么該金屬的逸出功和該單色光的遏止電壓分別為多少？(已知電子的電荷量、真空中的光速和普朗克常量分別為e、c和h)【解析】逸出功W=hνc=hQUOTE，又eUc=Ek，且Ek=hνW，ν=QUOTE，所以遏止電壓Uc=QUOTE(QUOTEQUOTE)=QUOTE。答案：hQUOTEQUOTE【補(bǔ)償訓(xùn)練】用波長為λ的光