1、普朗克黑体辐射理论光电效应 (25分钟60分)一、选择题(本题共6小题,每题6分,共36分)1.能正确解释黑体辐射实验规律的是()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.牛顿提出的能量微粒说D.以上说法均不正确【解析】选B。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,只有用普朗克提出的能量量子化理论才能得到较满意的解释,选项B正确。2.能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10-18 J,已知可见光的平均波长约为60 m,普朗克常量为6.6310-34 Js,则进入人眼的光子数至少为()A.1个B.3个
2、C.30个D.300个【解析】选D。n=3102(个)。3.(2020吉林省东北师大附中高二月考)下列关于光电效应现象的表述中,错误的是()A.光电效应是指照射到金属表面的光,能使金属中的电子从表面逸出的现象B.光电效应存在截止频率C.照射光光强太弱时不可能发生光电效应D.光电效应几乎是瞬时发生的【解析】选C。光电效应是指照射到金属表面的光,能使金属中的电子从表面逸出的现象,选项A正确,不符合题意;光电效应存在截止频率,当入射光的频率大于截止频率时才能发生光电效应,选项B正确,不符合题意;能否发生光电效应与入射光的强度无关,只与光的频率有关,选项C错误,符合题意;光电效应几乎是瞬时发生的,不需
3、要时间积累,选项D正确,不符合题意。故选C。4.如图所示,当开关S断开时,用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极,发现电流表读数不为零。合上开关,调节滑动变阻器,发现当电压表读数小于0.60 V时,电流表读数仍不为零。当电压表读数大于或等于0.60 V时,电流表读数为零。由此可知阴极材料的逸出功为()A.1.9 eVB.0.6 eVC.2.5 eVD.3.1 eV【解析】选A。设能量为2.5 eV光子照射时,光电子的最大初动能为mv2=h-W。题图中光电管上加的是反向电压,据题意,当反向电压达到U=0.6 V以后,具有最大初动能的光电子也不能到达阳极,因此eU=mv2。得W=h-eU=1.9
4、 eV,选项A正确。5.(多选)频率为的光子,具有的能量为h,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的波长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】选C、D。碰撞后光子改变原来的运动方向,但传播速度不变,选项A错误;光子由于在与电子碰撞中损失能量,因而频率减小,即12,再由c=11=22,得到12,选项B错误,C、D正确。6.有关光的本性,下列说法正
5、确的是()A.光既具有波动性,又具有粒子性,这是互相矛盾和对立的B.光的波动性类似于机械波,光的粒子性类似于质点C.光不具有波动性D.由于光既具有波动性,又具有粒子性,无法只用其中一种去说明光的一切行为,只能认为光具有波粒二象性【解析】选D。19世纪初,人们成功地在实验室中观察到了光的干涉、衍射现象,这些属于波的特征,微粒说无法解释这些现象;但19世纪末又发现了光电效应,这种现象波动说不能解释,证实光具有粒子性,因此,光既具有波动性,又具有粒子性,但光不同于宏观的机械波和粒子,波动性与粒子性是光在不同情况下的不同表现,是同一客体的不同侧面、不同属性,我们无法用其中一种去说明光的一切行为,只能认
6、为光具有波粒二象性,选项D正确。二、非选择题(本题共2小题,共24分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位)7.(12分)深沉的夜色中,在大海上航行的船舶依靠航标灯指引航道,如图所示是一个航标灯自动控制电路的示意图。电路中的光电管阴极K涂有可发生光电效应的金属。如表反映的是各种金属发生光电效应的极限频率和极限波长,又知可见光的波长在400770 nm的范围内(1 nm=10-9 m)。各种金属发生光电效应的极限频率和极限波长:金属铯钠锌银铂极限频率/Hz4.54510146.00010148.06510141.15310151.5291015极限波长/m0.660 00.500
7、 00.372 00.260 00.196 2根据图和表所给出的数据,你认为:(1)光电管阴极K上应涂有金属_。(2)控制电路中的开关S应和_(选填“a”或“b”)接触。(3)工人在锻压机、冲床、钻床等机器上劳动时,稍有不慎就会把手压在里面,造成工伤事故。如果将上述控制电路中的电灯换成驱动这些机器工作的电机,这时电路中开关S应和_(选填“a”或“b”)接触,这样,当工人不慎将手伸入危险区域时,由于遮住了光线,光控继电器衔铁立即动作,使机床停止工作,避免事故发生。【解析】(1)依题意知,可见光的波长范围为400770 nm,即0.400 00.770 0 m,因此,光电管阴极K上应涂金属铯或钠。
8、(2)深沉的夜色中,线圈中无电流,衔铁与b接触,船舶依靠航标灯指引航道,所以控制电路中的开关S应和b接触。(3)若将上述控制电路中的电灯换成电机,在手遮住光线之前,电机应是正常工作的,此时衔铁与a接触,所以电路中的开关S应和a接触。答案:(1)铯或钠(2)b(3)a8.(12分)铝的逸出功为4.2 eV,现用波长为200 nm的光照射铝的表面。已知h=6.6310-34 Js,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Ek=h-W0有Ek=-W0= J-4.21.610-19 J=3.22510-19 J(2)由Ek=eUc可得Uc= V=
9、2.016 V。(3)hc=W0知c= Hz=1.0141015 Hz。答案:(1)3.22510-19 J(2)2.016 V(3)1.0141015 Hz (15分钟40分)9.(7分)(多选)下列说法中正确的是()A.光的波粒二象性学说就是牛顿的微粒说加上惠更斯的波动说B.光的波粒二象性彻底推翻了麦克斯韦的电磁理论C.光子说并没有否定电磁说,光子的能量E=h,表示波的特性,E表示粒子的特性D.个别光子的行为表现为粒子性,大量光子的行为表现为波动性【解析】选C、D。爱因斯坦的“光子说”与惠更斯的波动说揭示了光具有波粒二象性,故A错误;麦克斯韦根据电磁理论,认为光是一种电磁波,光子说并没有否
10、定光的电磁说,在光子能量公式E=h中,频率表示波的特征,E表示粒子的特征,故B错误,C正确;大量光子的效果往往表现出波动性,个别光子的行为往往表现出粒子性,故D正确。10.(7分)“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之间的关系有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
11、,由题意知q=2e,所以k=。11.(7分)(多选)研究光电效应规律的实验装置如图所示,以频率为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Uc,在下列表示光电效应实验规律的图像中,正确的是()【解析】选A、C、D。反向电压U和频率一定时,发生光电效应产生的光电子数与光强成正比,则单位时间到达阳极A的光电子数与光强也成正比,故光电流i与光强I成正比,A正确;由动能定理,-qU0=0-Ekm,又因Ekm=h-W,所以U0=-
12、,可知遏止电压UC与频率是线性关系,不是正比关系,B错误;光强I与频率一定时,光电流i随反向电压的增大而减小,又据光电子动能大小的分布概率及发出后的方向性可知,C正确;由光电效应知金属中的电子对光子的吸收是十分迅速的,时间小于10-9 s,10-9 s后,光强I和频率一定时,光电流恒定,故D正确。12.(19分)我国北方城市在冬季易遭受雾霾侵袭,严重雾霾不仅对人类健康造成伤害,也影响地面接收太阳光的能量的效率。假设太阳光垂直射到地面上时,地面上1 m2接收的太阳光的功率是1.4 kW,其中可见光部分约占45%。(1)假设认为可见光的波长约为0.55 m,日地间距离R=1.51011 m,普朗克
13、常量取h=6.610-34 Js,估算太阳每秒辐射出的可见光光子数。(2)若已知地球的半径为6.4106 m,估算地球接收的太阳光的总功率。【解析】设想一个以太阳为球心,以日、地距离为半径的大球面包围着太阳,大球面接收的光子数等于太阳辐射的全部光子数;地球背着阳光的半个球面没有接收太阳光,地球向阳的半个球面也不处处都与太阳光垂直,接收太阳光辐射且与阳光垂直的有效面积是以地球半径为半径的圆面面积。(1)设地面上垂直阳光每平方米面积上每秒接收的可见光光子数为n,则有Pt45%=n,解得n=1.751021(个),则所求可见光光子数N=n4R2=1.75102143.14(1.51011)24.91044(个)。(2)地球接收阳光的总功率P地=Pr2=1.43.14(6.4106)2 kW1.81014 kW。答案:(1)4.91044个(2)1.81014 kW
