1、能量量子化光的粒子性(40分钟100分)一、选择题(本题共8小题，每题6分，共48分)1.入射光照射到某金属表面上发生了光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，则下列说法中正确的是()A.从光照射到金属表面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.单位时间内从金属表面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
2、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，因此单位时间内逸出的光电子数也将减少。2.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。3.某同学设计了如图所示的电路来研究光电效应现象，结点Q位于滑动变阻器的中点，初始状态时，滑动触头P也恰好位于滑动变阻器的中点。实验过程
3、中，当该同学用绿光照射光电管时，灵敏电流计有示数，下列说法正确的是()A.若换用紫光照射光电管，则电流计的示数一定增大B.若增大绿光的光照强度，则电流计的示数一定增大C.若将滑动触头P向右滑动，则电流计的示数一定不断增大D.若将滑动触头P向左滑动，则电流计的示数一定能减小为0【解析】选B。光的强弱才影响单位时间内发出光电子的数目，所以换用紫光照射光电管，则电流计的示数不一定增大，故A错误；增大入射光强度，则单位时间内产生的光电子增加，所以发生了光电效应，保持滑动变阻器触头位置不变，若增大绿光的光照强度，则电流计的示数一定增大，故B正确；将滑动触头P向右滑动，光电管两侧接入的是正向电压，若电路中
4、的光电子已经达到了最大饱和光电流，则滑动变阻器的触头从图示位置向右滑动，电流计的示数可能不发生变化，故C错误；将滑动触头P向左滑动，光电管两侧接入的是反向电压，则电流计的示数一定减小，但只有当反向电压大于遏止电压时，电流才能减小到0，故D错误。【补偿训练】利用光电管探究光电效应的实验电路如图所示，用频率为0的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则()A.只用紫外线照射阴极K，电流表中不一定有电流通过B.只用红外线照射阴极K，电流表中一定有电流通过C.频率为0的可见光照射阴极K，变阻器的滑片移到A端，电流表中一定无电流通过D.频率为0的可见光照射阴极K，变阻器的滑片向B端滑动时，电流表示数可能
5、不变【解析】选D。用频率为0的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，说明产生光电效应，当用紫外线照射时，由于紫外线比可见光的频率高，因此电流表中必定有电流通过，A选项错误；虽然用频率为0的可见光照射时有光电流产生，但不能确定光电管的极限频率有多大，因此当用红外线照射时，不一定有光电流产生，B选项错误；变阻器的滑片移到A端时，虽然光电管两端电压为零，但光电子有初动能，故电流表中仍有电流通过，C错误；若原来电流已饱和，则滑片向B端移动，电流表示数将不变，D选项正确。4.在光电效应实验中，某同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图所示。则可判断出
6、()A.甲光的频率大于乙光的频率B.乙光的波长大于丙光的波长C.乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D.甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能【解析】选B。该题考查了光电效应问题，应根据遏止电压判断频率。由eUc=mv2=h-W可知丙甲=乙，甲=乙丙，所以A、D错，B对。由于h0=W，所以C错。5.(多选)在某次光电效应实验中，得到的遏止电压Uc与入射光的频率的关系如图所示，若该直线的斜率和截距分别为k和b，电子电荷量的绝对值为e，以下说法正确的是()A.普朗克常量可表示为ekB.普朗克常量可表示为C.所用材料的逸出功可表示为-ebD.所用材料的逸出功可表示为-【解析】选A、C。
7、由题意可得eUc=mv2=h-W，变形为Uc=-，结合图象可知=k，=-b，所以h=ek，W=-eb。6.“约瑟夫森结”由超导体和绝缘体制成。若在结两端加恒定电压U，则它会辐射频率为的电磁波，且与U成正比，即=kU。已知比例系数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，在下列选项中，推理判断比例系数k的值可能为()A.B.C.2heD.【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=。【补偿训练】(多选)某光源放出波长在50060
8、0 nm之间的各种光子，若已知该光源的发光功率为1 mW，则它每秒钟发射的光子数可能是()A.2.01015B.3.01015C.2.61015D.1.51015【解析】选B、C。每秒发出的光子数与发光功率和波长之间的关系为n=，故光子数的范围在2.510153.01015个之间。7.根据爱因斯坦的“光子说”可知()A.“光子说”本质就是牛顿的“微粒说”B.光的波长越大，光子的能量越小C.一束单色光的能量可以连续变化D.只有光子数很多时，光才具有粒子性【解析】选B。“光子说”并不否认光的波动性，从本质上有别于“微粒说”，A错；光的波长越大，根据=可知，其频率越低，由=h得，光子的能量越小，B对
9、；根据“光子说”，光的能量是不连续的，C错；光子数越多，光的波动性越明显，光的粒子性越不明显，D错。8.从1907 年起，密立根就开始测量金属的遏止电压Uc(即图1所示的电路中电流表G的读数减小到零时加在电极K、A之间的反向电压)与入射光的频率，由此算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性。按照密立根的方法我们利用图示装置进行实验，得到了某金属的Uc-图象如图2所示。下列说法正确的是()A.该金属的截止频率约为4.301014 HzB.该金属的截止频率约为5.501014 HzC.该图线的斜率为普朗克常量D.该图线的斜率为这种金属的逸出功【解析
10、】选A。本题的易错之处是没有真正理解Uc-图象的物理意义。设金属的逸出功为W0，截止频率为c，则W0=hc。光电子的最大初动能Ek与遏止电压Uc的关系是Ek=eUc，光电效应方程为Ek=h-W0；联立两式可得：Uc=-，故Uc-图象的斜率为，故C、D错误。当Uc=0时，可解得=c，由图2知，4.301014 Hz，即金属的截止频率约为4.301014 Hz，A正确，B错误。二、计算题(本题共2小题，共30分。要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)9.(15分)对应于3.410-19 J的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少？(普朗克常量取6.6310-34 Js)【解析】根据
11、公式=h和=c得= Hz=5.131014 Hz，= m=5.8510-7 m。答案：5.131014 Hz5.8510-7 m10.(15分)几种金属的逸出功W0见下表：金属钨钙钠钾铷W0(10-19 J)7.265.123.663.603.41用一束可见光照射上述金属的表面，请通过计算说明哪些能发生光电效应。已知该可见光的波长范围为4.010-77.610-7 m，普朗克常量h=6.6310-34 Js。【解析】光子的能量E=，取=4.010 -7 m，则E5.010 -19 J，根据EW0判断，钠、钾、铷能发生光电效应。答案：钠、钾、铷能发生光电效应【总结提升】光电效应能否发生的条件(1
12、)电子从金属表面逸出，必须克服原子核库仑力做功，即逸出功W0。(2)求解极限频率对应的计算式=。(3)若要求对应波长，则=。【能力挑战区】11.(6分)现有a、b、c三束单色光，其波长关系为abc。用b光束照射某种金属时，恰能发生光电效应。若分别用a光束和c光束照射该金属，则可以断定()A.a光束照射时，不能发生光电效应B.c光束照射时，不能发生光电效应C.a光束照射时，释放出的光电子数目最多D.c光束照射时，释放出的光电子的最大初动能最小【解析】选A。由a、b、c三束单色光的波长关系abc及波长、频率的关系=知：三束单色光的频率关系为：abc。故当b光束恰能使金属发生光电效应时，a光束必然不
13、能使该金属发生光电效应，c光束必然能使该金属发生光电效应，A对，B错；又因为发生光电效应时释放的光电子数目与光照强度有关，光照越强，光电子数目越多，由于光照强度未知，所以光电子数目无法判断，C错；光电子的最大初动能与入射光频率有关，频率越高，最大初动能越大，所以c光束照射时释放出的光电子的最大初动能最大，D错。故正确选项为A。12.(16分)在光电效应试验中，某金属的截止频率所对应的波长为0， 若用波长为(0)的单色光做实验， 那么该金属的逸出功和该单色光的遏止电压分别为多少？(已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h)【解析】逸出功W=hc=h，又eUc=Ek，且Ek= h-W，=，所以遏止电压Uc=(-)=。答案：h【补偿训练】用波长为的光照射金属的表面，当遏止电压取某个值Uc时，光电流便被截止；当光的波长改变为原波长的后，已查明使电流截止的遏止电压必须增大到原值的倍，试计算原入射光的波长。(已知该金属的逸出功为W0)【解析】由爱因斯坦光电效应方程得光电子的初动能Ek=h-W0又Ek=eUc联立得eUc=h-W0eUc=nh-W0联立得(-1)eUc=h(n-1)又c=得=。答案：
