高中物理第十七章波粒二象性光的粒子性名师导航学案新人教选修Word文档下载推荐.docx
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光电效应的规律是什么?
探究:
(1)光电效应实验:
研究光电效应规律的实验装置如图17-2-1所示,其中S是抽成真空的容器,C是石英窗口,紫外光和可见光都可以通过它射到容器里的金属板K上,在K的对面有另一金属板A,K和A组成一对电极,把K跟电池组的负极相连,A跟正极相连.
图17-2-1
①在没有光照K时,电压表有示数,电流表没有示数.
②保持A、K间电压一定,灯泡亮度一定,在窗口C前依次放上红色、橙色、绿色、滤光片.观察到红光照射金属板K时没有光电流,橙光和绿光照射时,有光电流.
③逐渐减小K、A间的正向电压,直到电压为零时,电流表仍有示数,说明光电流依然存在.如果在K、A间加一反向电压,则光电流变小,反向电压增大到某一值时,使光电流刚好为零.
④给光电管电极K、A间加正向电场,以高于极限频率的光入射,保持电压不变,增加入射光的强度,发现光电流的强度增大.
(2)探究结论:
光电效应的四条规律:
序号
规律
1
任何一种金属都有一个极限频率,入射光频率必须大于这个极限频率才能产生光电效应
2
光电子的最大初动能与入射光的强度无关,只随着入射光频率的增大而增大
3
入射光照到金属上时,光电子的发射几乎是瞬时的,一般不超过10-9s
4
当入射光频率大于极限频率时,保持频率不变,光电流的强度与入射光的强度成正比
典题精讲
【例1】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,如图17-2-2所示,这时()
图17-2-2
A.锌板带正电,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
思路解析:
本题应从光电效应、验电器原理来考虑解答.锌板原来不带电,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.故选B项.
答案:
B
【例2】一束绿光照射某金属发生了光电效应,则下列正确的是()
A.若增加绿光的照射强度,则单位时间内逸出的光电子数目不变
B.若增加绿光的照射强度,则逸出的光电子将具有更大的动能
C.若改用紫光照射,则逸出的光电子将具有更大的动能
D.若改用紫光照射,则单位时间内逸出的光电子数目增加
在光电效应中,入射光的频率决定能否发生光电效应,在能产生光电效应时,入射光的强度影响单位时间内逸出的光电子数目,入射光的频率影响逸出的光电子的初动能的大小.选项C正确.
C
【例3】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(×
10-19J)
3.0
4.3
5.9
6.2
6.6
现用波长为400nm的单色光照射上述材料,能产生光电效应的材料最多有(普朗克常量h=6.6×
10-34J·
s,光速c=3.0×
108m/s)()
A.2种B.3种C.4种D.5种
本题考查发生光电效应的条件,光子的能量及光的波长、波速与频率的关系.
当单色光的频率大于金属的极限频率时便能产生光电效应,即照射光子的能量大于金属的逸出功.E=hν及c=λν得,E=
E=6.6×
10-34×
J=4.97×
10-19J
照射光光子的能量大于铯、钙的逸出功,能产生光电效应的材料有2种,故A正确.
A
【例4】已知金属铯的逸出功为1.9eV,在光电效应实验中,要使铯表面发出的光电子的最大动能为1.0eV,入射光的波长应为_____________m.
本题考查光电效应方程、光子的能量c=λν的关系.由爱因斯坦光电效应方程
=hν-W得
hν=
+W=1.9eV+1.0eV=2.9eV又E=hν,c=λν
所以λ=
m=4.3×
10-7m.
4.3×
10-7
知识导学
本节学习的主要内容是光电效应,但为什么会产生光电效应?
同学们在课外思考过这个问题吗?
这在一个世纪以前可还是一个谜,为了解释光电效应,许多科学家做了大量的工作,其中包括爱因斯坦和普朗克.本节所要学习的光子说就是为了解释光电效应而假设出的,后来很快被实验所证实.光子说的主要内容是:
空间传播的光是不连续的,而是一份一份的,每一份叫做一个光子.光子能量E跟光的频率ν成正比,即E=hν.这样就在物理学中产生了一门新的学科——量子物理学,本节在这章学习中的地位十分重要,要认真对待.
疑难导析
1.光电效应是光具有粒子性的实验基础,要正确理解光电效应规律,必须明确以下几点:
(1)光子是极小的能量微粒,通常认为一个电子每次只吸收一个光子,不能吸收多个光子,否则只要光的频率低而照射时间足够长也会发生光电效应,这是正确理解光电效应的一个基本出发点.
(2)光电效应规律中“光电流的强度与入射光的强度成正比”中“光电流的强度”指的是光电流的饱和值(对应从阴极发射出的电子全部被拉向阳极的状态),因为光电流未达到饱和值之前,其大小不仅与入射光的强度有关,还与光电管两级间的电压有关,只有在光电流达到饱和后,才与入射光的强度成正比.
2.光电效应规律与光的波动理论的矛盾.
(1)按光的波动理论,光的强度由光振动的振幅决定,光的强度与频率无关,因此,不论频率如何,只要照射时间长或光的强度大,就可以产生光电效应,但实验表明:
产生光电效应的条件是入射光频率大于某一极限频率,且光电效应的最大初动能与入射光频率成线性关系,均与光强无关.
(2)光电效应产生的时间极短,而一束很细的光照射到物体上时,它的能量分布到大量的原子上,不可能在极短时间内把足够的能量集中到电子上而使之从物体中飞出.
3.要正确理解这一问题就必须明白光子假说和光电效应方程这两个知识点:
(1)爱因斯坦为解释光电效应现象,提出了光子说,其内容为:
空间传播的光是不连续的,是一份一份的,每一份叫做一个光子,每个光子的能量为E=hν.
(2)光电效应方程
光电子吸收光子的能量hν之后,一部分消耗于克服电子的逸出功W,另一部分转换为电子动能,由能量守恒定律可知hν=
+W
上式称为爱因斯坦光电效应方程.
问题导思
要理解这一问题首先要对光电效应规律作出正确理解.
(1)光子能量和光强是两个概念,要注意区分,光子能量是指一个光子具有的能量,在数值上光子能量E=hν;
光强是指在垂直于光的传播方向上,每平方米面积1s内获得的能量,它等于在垂直光传播方向上每平方米面积1s内通过的所有光子的能量和.因此,光子能量大并不意味着光强大,同样光强大也不等于光子能量大,只在入射光频率一定时,光强与光子数成正比,光强一定时,频率越高的光,在垂直于光传播方向上每平方米面积上1s内通过的光子数越小.
(2)光电效应规律说明
是否产生光电效应;
发生光电效应时光电子的最大初动能→由入射光频率决定,与光强无关
光电效应具有瞬时性→不需要积累能量的时间
入射光强度决定→单位时间内产生的光电子数
(3)能令电子发生光电效应的单个光子的能量必须足以使电子克服原子核的库仑引力束缚,如果金属中的某个电子吸收一个光子的全部能量后,该电子的能量在数值上等于电子在摆脱原子核的库仑引力等束缚时所做的功,此时这个电子就可以恰好从金属表面逃逸出来,这时照射光的频率ν0就是这种金属的极限频率,如果照射光的光子频率ν<ν0,则一个光子的能量hν<hν0,这样的光子传给电子的能量不足以使电子摆脱原子核的束缚,这时就不能产生光电效应.
典题导考
绿色通道:
解答此类题时不能把光电效应和静电平衡知识混淆,当金属本身带电且静电平衡时,两端必是同种电荷;
而不带电的导体处于静电场中静电平衡时,两端带等量异种电荷.此外,认为锌板发生了光电效应,产生光电子,因而锌板、指针均带负电也是错误的,其原因在于错误地以为光使金属产生了多余的电子,而实际上是,光使电子获得能量,逃逸出了金属.
【典题变式1】如图17-2-3所示,电路中所有元件完好,但光照射到光电管上,灵敏电流计中没有电流通过,其原因可能是()
图17-2-3
A.入射光太弱B.入射光波长太长
C.光照时间短D.电源正负极接反
BD
解此类题的关键是要注意,在光电效应中,入射光的频率和强度从不同的方面影响光电效应,要区分这两个方面的影响.
【典题变式2】用某一频率的伦琴射线照射某一金属板时,能发生光电效应,则()
A.用紫外线照射这块金属板,一定不能发生光电效应
B.用γ射线照射该金属板,一定能发生光电效应
C.若使伦琴射线的温度升高,光电子的最大初动能也增大
D.若使伦琴射线的频率增大,光电流的饱和值也增大
AB
知道入射光的频率高于金属的极限频率便有光电子发出,即入射光子的能量hν大于逸出功W,不需要计算入射光的频率及金属的极限频率.
【典题变式3】用某种单色光照射某种金属表面,发生光电效应,现将该单色光的光强减弱,则()
A.光电子的最大初动能不变B.光电子的最大初动能减少
C.单位时间内产生的光电子数减少D.可能不发生光电效应
由爱因斯坦光电效应方程求得的是光电子的最大动能,即从金属表面逸出电子的动能.
【典题变式4】用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极P,发现电流表读数不为零.合上电键,调节滑动变阻器,发现当电压表读数小于0.60V时,电流表读数仍不为零;
当电压表读数大于或等于0.60V时,电流表读数为零.由此可知阴极材料的逸出功为()
A.1.9eVB.0.6eVC.2.5eVD.3.1eV
高考理综物理模拟试卷
注意事项:
1.答题前,考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚,将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。
2.选择题必须使用2B铅笔填涂;
非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写,字体工整、笔迹清楚。
3.请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答,超出答题区域书写的答案无效;
在草稿纸、试题卷上答题无效。
4.保持卡面清洁,不要折叠,不要弄破、弄皱,不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。
一、单项选择题
1.物体在恒定合外力F作用下由静止开始运动,经时间t,发生的位移为x,关于F在t时刻的功率P,下列说法中正确是
A.F的大小一定时,P与t成正比B.F的大小一定时,P与x成正比
C.t一定时,P与F的大小成正比D.x一定时,P与F的大小成正比
2.如图所示,电源电动势E=12V,内阻r=1.0Ω,电阻R1=4.0Ω,R2=7.5Ω,R3=5.0Ω,电容器的电容C=10μF,闭合开关S,电路达到稳定后电容器的电荷量为()
A.
B.
C.
D.
3.如图所示,两个物体A和B,质量分别为2m和m,用跨过光滑定滑轮的轻绳相连,A静止于水平地面上,θ=30°
,则以下说法正确的是()
A.物体A可能受三个力
B.地面对物体A的支持力大小为
C.地面对物体A的摩擦力大小为
D.如果增加物体A的质量,则地面对物体A的摩擦力变大
4.如图所示,匀强磁场中有两个由相同导线绕成的圆形线圈a、b,磁场方向与线圈所在平面垂直,磁感应强度B随时间均匀增大。
a、b两线圈的半径之比为2:
1,匝数之比为1:
2。
线圈中产生的感应电动势分别为
和
,某时刻磁通量分别为
,不考虑两线圈间的相互影响。
下列说法正确的是
:
=4:
1,
1,感应电流均沿顺时针方向
=2:
1,感应电流均沿逆时针方向
5.真空中有两个相同的可以看成点电荷的带电金属小球A、B,两小球相距L固定,A小球所带电荷量为-2Q、B所带电荷量为+4Q,两小球间的静电力大小是F,现在让A、B两球接触后,使其距
离变为2L.此时,A、B两球之间的库仑力的大小是()
B.
C.
D.
6.据报道,中国将于2022年前后建成空间站在空间站建成之后,我国将成为世界上第三个拥有空间站的国家。
若该空间站在离地面高度约为400km的轨道上绕地球做匀速圆周运动已知地球同步卫星轨道高度约为36000km:
地半径约为6400km,地球表面的重力加速度大小约为10m/s2,则中国空间站在轨道上运行时
A.周期约为3hB.加速度大小约为8.9m/s2
C.线速度大小约为3.6km/sD.角速度大小约为2rad/h
二、多项选择题
7.下列说法中正确的是_________
A.能量耗散说明能量在不断减少
B.同温度下未饱和汽的压强小于饱和汽压,温度升高时,饱和汽压增大
C.液体表面张力产生的原因是因为液体表面层分子平均距离略大于液体内部分子平均距离
D.物体由大量分子组成,其单个分子的运动是无规则的,大量分子的运动也是无规律的
E.热力学第二定律也可以表述为:
气体向真空的自由膨胀是不可逆的
8.关于固体、液体和物态变化,下列说法正确的是_______
A.当人们感到潮湿时,空气的绝对湿度一定较大
B.当分子间距离增大时,分子间的引力减少、斥力增大
C.一定量的理想气体,在压强不变时,气体分子每秒对器壁单位面积平均碰撞次数随着温度升高而减少
D.水的饱和汽压随温度的升高而增大
E.叶面上的小露珠呈球形是由于液体表面张力的作用
9.下列说法正确的是______________(选对1个给2分,选对2个给4分,选对3个给5分,没选错一个扣3分,最低得分为0)
A.物体的温度为0℃时,分子的平均动能为零
B.热力学温标的最低温度为0K,它没有负值,它的单位是物理学的基本单位之一
C.教室内看到透过窗子的“阳光柱”里粉尘颗粒杂乱无章地运动,这种运动是布朗运动
D.空气相对湿度越大,空气中水蒸气压强越接近同温度下水的饱和气压,水蒸发越慢
E.地面附近有一正在上升的空气团(视为理想气体),它与外界的热交换忽略不计,已知大气压强随高度增加而降低,则该气团在此上升过程中体积增大,温度降低
10.图中虚线a、b、c、d、f代表匀强电场内间距相等的一组等势面,已知平面b上的电势为2V。
一电子经过a时的动能为10eV,从a到d的过程中克服电场力所做的功为6eV。
A.平面c上的电势为零
B.该电子可能到达不了平面f
C.该电子经过平面d时,其电势能为4eV
D.该电子经过平面b时的速率是经过d时的2倍
三、实验题
11.如图所示的电路中,电容C1=4.7×
10-3F,C2=9.4×
10-3F,电阻R1=5kΩ,R2=1kΩ,电源电动势E=6V,内阻不计,最初电键S1、S2断开,电容器不带电.求:
(1)先闭合电键S1,稳定后电容器C1右板带什么电,C2左板带什么电,两电荷量的大小关系?
(2)再闭合电键S2,通过电流表等效电流的方向和在此过程中通过电流表的电量?
12.如图所示,轻质弹簧的一端固定在墙上,另一端与质量为m的物体A相连,A放在光滑水平面上,有一质量与A相同的物体B,从高h处由静止开始沿光滑曲面滑下,与A相碰后一起将弹簧压缩(A、B不粘连),弹簧复原过程中某时刻B与A分开且原曲面上升,重力加速度为g,求:
(1)弹簧被压缩时所具有的最大弹性势能;
(2)B返回曲面能上升的最大高度。
四、解答题
13.如图所示,桌子靠墙固定放置,用一块长L1=1.0m的木板在墙和桌面间架设斜面,桌面距地面H=0.8m,桌面总长L2=1.5m,斜面与水平桌面的倾角θ可在0~60°
间调节后固定,将质量m=0.2kg的小物块(可视为质点)从斜面顶端静止释放,物块与斜面间的动摩擦因数μ1=0.05,物块与桌面间的动摩擦因数μ2未知,忽略物块在斜面与桌面交接处的机械能损失,不计空气阻力.(重力加速度取g=10m/s2;
最大静摩擦力等于滑动摩擦力;
取sin37°
=0.6,cos37°
=0.8)
(1)求当θ=30°
时,物块在斜面上下滑的加速度的大小;
(可以用根号表示)
(2)当θ增大到37°
时,物块恰能停在桌面边缘,求物块与桌面间的动摩擦因数μ2;
(3)μ2取第
(2)问中的数值,当θ角为多大时物块落地点与墙面的距离最大,最大距离xm是多少.
14.电视机显像管原理如图所示,圆形磁场区域半径为R,磁感应强度大小为B0,垂直纸面向外.在磁场右边距离圆心2R处有一竖直放置的足够大的接收屏,过磁场区域圆心O的水平直线与接收屏相交于O1.以O1为坐标原点沿接收屏竖直向上建立y轴,电子枪水平放置于OO1连线上,电子由静止开始经电子枪加速后从A点射入磁场,并从磁场区域最高点C射出.已知电子电荷量大小为e,质量为m.
(1)求电子枪加速电压U0;
(2)为使电子打在接收屏上的不同位置,需要调节磁感应强度,求粒子打在屏上的位置y和磁感应强度B的关系;
(3)若不慎将电子枪沿竖直方向向上平移了一段距离
,为控制电子打在接收屏上
位置处,需要将磁感应强度B调节为多少?
(参考公式:
)
【参考答案】
题号
5
6
答案
D
7.BCE
8.CDE
9.BDE
10.AB
11.
(1)右板带正电,左板带负电,两电荷量的大小相等
(2)向上;
1.41×
10-2C
12.
(1)
(2)
13.
14.
(1)
(2)故
(|B|<
B0)(3)
1.如图所示,置于水平地面上的A、B两物块,在水平恒力F的作用下,以共同速度向右做匀速直线运动。
A.A与B间的动摩擦因数可能为0
B.B与地面间的动摩擦因数可能为0
C.若撤去F,A与B一定会相对滑动
D.若撤去F,A与B间摩擦力逐渐减小
2.如图所示为研究平行通电直导线之间相互作用的实验装置。
接通电路后发现两根导线均发生形变,此时通过导线M和N的电流大小分别为I1和I2,已知I1>
I2,方向均向上。
若用F1和F2分别表示导线M与N受到的磁场力,则下列说法正确的是
A.两根导线相互排斥
B.为判断F1的方向,需要知道Il和I2的合磁场方向
C.两个力的大小关系为F1>
F2
D.仅增大电流I2,F1、F2会同时都增大
3.如图所示,长方体物块在粗糙水平面上,光滑圆球在光滑竖直墙壁和物块上处于静止状态。
现用水平向右的拉力F拉动长方体物块缓慢移动一小段距离,在这个运动过程中()
A.球对墙壁的压力逐渐减小
B.球对长方体物块的压力逐渐增大
C.地面对长方体物块的支持力逐渐减小
D.地面对长方体物块的支持力逐渐增大
4.一物体在水平面内的直角坐标系中运动,x轴方向和y轴方向运动的速度图象如图所示,下列对物体运动情况的判断,错误的是
A.物体一定做曲线运动
B.2s末物体的速度大小是5m/s
C.物体所受合外力为恒力,方向始终沿x轴方向
D.物体所受到的合外力方向随速度方向不断改变
5.电风扇的挡位变换器电路如图所示,把它视为一个可调压的理想变压器,总匝数为2400匝的原线圈输入电压u=220
sin100πt(V),挡位1、2、3、4对应的线圈匝数分别为240匝、600匝、1200匝、2400匝。
电动机M的内阻r=8Ω,额定电压为U=220V,额定功率P=110W。
下列判断正确的是)()
A.该交变电源的频率为100Hz
B.当选择3挡位后,电动机两端电压的最大值为110V
C.当挡位由3变为2后,原线圈的电流变大
D.当选择挡位4后,电动机的输出功率为108W
6.在光滑绝缘水平面上,固定一电流方向如图所示的通电直导线,其右侧有闭合圆形线圈,某时刻线圈获得一个如图所
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