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解析 根据黑体辐射规律:
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A项正确;
德布罗意首先提出了物质波的猜想,之后电子衍射实验证实了他的猜想,故B项正确;
根据光电效应方程知Ek=hν-W0,光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系,不是正比关系,故C项错误;
用频率一定的光照射某金属发生光电效应时,入射光越强,则光束中的光子的数目越多,单位时间发出的光电子数越多,故D项正确.
3.(2019春·
浙江期中)关于近代物理实验,下列说法正确的有( )
A.黑体辐射的实验表明,微观世界中能量也是连续变化的
B.在光电效应实验中,只要入射光照射时间足够长,一定能发生光电效应
C.康普顿效应表明,光子除了具有能量之外还具有动量
D.一个电子和一个质子具有同样的动能时,质子的德布罗意波波长更长
解析 黑体辐射实验规律告诉我们能量不连续,故A项错误;
光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率,能否发生光电效应,与入射光的强度无关,与光照时间也无关,故B项错误;
康普顿效应表明光子除了有能量之外还具有动量,故C项正确;
相同动能的一个电子和一个质子,由Ek=
,可知,电子的动量小于质子的动量,再由λ=
,则电子的德布罗意波长比质子大,故D项错误.
答案 C
4.光电效应实验中,下列表述正确的是( )
A.光照时间越长光电流越大
B.入射光足够强就可以有光电流
C.遏止电压与入射光的频率有关
D.入射光频率大于极限频率才能产生光电子
解析 无论光强多么强,光照时间多么长,只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应,故A、B项错误;
超过极限频率的入射光频率越高,所产生的光电子的最大初动能就越大,则遏止电压越大,故C项正确;
无论光强多么弱,光照时间多么短,只要光的频率大于极限频率就能产生光电效应,故D项正确.
答案 CD
5.关于光电效应,下列说法中正确的是( )
A.光电子的最大初动能随着入射光的强度增大而增大
B.只要入射光的强度足够强,照射时间足够长,就一定能产生光电效应
C.在光电效应中,饱和电流的大小与入射光的频率无关
D.任何一种金属都有一个极限频率,低于这个频率的光不能使它发生光电效应
解析 由光电效应的实验规律可知,D项正确;
由光电效应方程可以推出光电子的最大初动能应随着入射光频率的增大而增大,A项错误;
饱和光电流的大小与光强有关,入射光频率一定时,饱和光电流大小与光强成正比,若是光强一定,入射光的频率越高,则光子数就少,饱和光电流就小了,所以C项错误;
能否发生光电效应,与照射的时间长短及入射光的强度无关,B项错误.
答案 D
6.现有a、b、c三束单色光,其波长关系为λa>λb>λc.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,一定能发生光电效应
C.a光束照射时,释放光电子数目最多
D.c光束照射时,释放光电子的最大初动能最小
解析 c=λν,λa>λb>λc,νa<νb<νc.用光束b照射金属,该频率等于极限频率,恰好发生光电效应.因为光束a的频率小于该极限频率,不能发生光电效应,A项正确;
光束c的频率大于该极限频率,能发生光电效应,B项正确;
光电子数目由光强来决定,不知三束光的光强,无法确定释放出的光电子数,C项错误;
由光电效应方程Ekm=hν-W0,c频率最大,金属的逸出功一定,则c光照射时,释放出的光电子动能最大,D项错误.
答案 AB
7.用红光照射某一光电管发生光电效应时,测得光电子的最初动能为E1,光电流强度为I1;
若改用光的强度与上述相等的紫光照射该光电管时,测得光电子的最大初动能为E2,光电流强度为I2,则( )
A.E2>E1,I2<I1 B.E2>E1,I2=I1
C.E2<E1,I2>I1D.E2<E1,I2=I1
解析 紫光的频率大于红光频率,由Ek=hν-W,可知E2>
E1.光的强度相等的紫光和红光比较,由于紫光光子的能量大,单位时间内紫光发射的光子数少,单位时间内逸出的光子数就少,故有I2<
I1.
答案 A
8.两束能量相同的色光,都垂直地照射到物体表面,第一束光在某段时间内打在物体上的光子数与第二束光在相同时间内打到物体表面的光子数之比为5∶4,则这两束光的光子能量和波长之比分别为( )
A.4∶5 4∶5B.5∶4 4∶5
C.5∶4 5∶4D.4∶5 5∶4
解析 由E=nε得,能量相同时,n与ε成反比,所以光子能量
=
,又根据ε=hν=
,
,即
.
9.如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率的关系图象,由图象可知( )
A.该金属的逸出功等于E
B.该金属的逸出功等于hν0
C.入射光的频率为2ν0时,产生的光电子的最大初动能为3E
D.入射光的频率为
时,产生的光电子的最大初动能为
解析 根据光电效应方程有:
Ek=hν-W0,其中W0为金属的逸出功:
W0=hν0.所以有:
Ek=hν-hν0,由此结合图象可知,该金属的逸出功为E或者W0=hν0,当入射光的频率为2ν0时,代入方程可知产生的光电子的最大初动能为E,故A、B两项正确,C项错误;
若入射光的频率为
时,小于极限频率,不能发生光电效应,故D项错误.
10.
(2019春·
红塔区校级月考)如图所示为研究光电效应规律的实验电路,电源的两个电极分别与接线柱c、d连接.用一定频率的单色光a照射光电管时,灵敏电流计G的指针会发生偏转,而用另一频率的单色光b照射该光电管时,灵敏电流计G的指针不偏转.下列说法正确的是( )
A.电源正极一定与c接线柱连接
B.用b光照射光电管时,一定没有发生光电效应
C.若灵敏电流计的指针发生偏转,则电流方向一定是由e→G→f
D.若a、b光均能让某种金属发生光电效应,则两种情况下金属发出的光电子的最大初动能一定不同
解析 由于电源的接法不知道,所以有两种情况:
①c接负极,d接正极:
用某种频率的单色光a照射光电管阴极K,电流计G的指针发生偏转,知a光频率大于金属的极限频率.用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时,电流计G的指针不发生偏转,知b光的频率小于金属的极限频率,所以a光的频率一定大于b光的频率.②c接正极,d接负极:
用某种频率的单色光a照射光电管阴极K,电流计G的指针发生偏转,知a光产生的光电子能到达负极d端.用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时,电流计G的指针不发生偏转,有两种可能的情况,情况一:
b光不能产生光电子,情况二:
b光产生的光电子不能到达负极d端,所以a光产生的光电子的最大初动能大,所以a光的频率一定大于b光的频率.由以上的分析可知,不能判断出用b光照射光电管时,一定没有发生光电效应,故A、B两项错误;
电流的方向与负电荷定向移动的方向相反,若灵敏电流计的指针发生偏转,则电流方向一定是由e→G→f,故C项正确;
由Ekm=hν-W0可知不同频率的光产生的光电子的最大初动能不同,故D项正确.
11.科学研究证明,光子有能量也有动量,当光子与电子碰撞时,光子的一些能量转移给了电子.假设光子与电子碰撞前的波长为λ,碰撞后的波长为λ′,则碰撞过程中( )
A.能量守恒,动量守恒,且λ=λ′
B.能量不守恒,动量不守恒,且λ=λ′
C.能量守恒,动量守恒,且λ<λ′
D.能量守恒,动量守恒,且λ>λ′
解析 能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律,适用于宏观世界也适用于微观世界,光子与电子碰撞时遵循这两个守恒定律.光子与电子碰撞前,光子的能量E=hν=h
,当光子与电子碰撞时,光子的一些能量转移给了电子,光子的能量E′=hν′=h
,由E>E′,可知λ<λ′,C项正确.
12.现用电子显微镜观测线度为d的某生物大分子的结构.为满足测量要求,将显微镜工作时电子的德布罗意波长设定为
,其中n>
1.已知普朗克常量h、电子质量m和电子电荷量e,不计电子的初速度,则显微镜工作时电子的加速电压为( )
A.
B.
C.
D.
解析 首先,由动能定理,可得eU=
,又由德布罗意波波长公式,可得λ=
,联立以上两式,即可求出显微镜工作时电子的加速电压U=
13.用同一频率的光照射到甲、乙两种不同的金属上,它们释放的光电子在磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动,它们的轨道半径之比为R甲∶R乙=3∶1,则下述说法中正确的是( )
A.两种金属的逸出功之比为3∶1
B.两种光电子的速度大小之比为3∶1
C.两种金属的逸出功之比为1∶3
D.两种光电子的动量大小之比为3∶1
解析 电子在磁场中做匀速圆周运动,由evB=m
得R=
,动量大小和速度大小均和环绕半径成正比,B、D项正确;
光电子的最大初动能之比为9∶1,由爱因斯坦的光电效应方程可得:
金属的逸出功W=hν-
mv2,所以两种金属的逸出功的比值不确定,故选B、D两项.
14.分别用波长为λ和
λ的单色光照射同一金属板,发出的光电子的最大初动能之比为1∶2,以h表示普朗克常量,c表示真空中的光速,则此金属板的逸出功为( )
解析 由光电效应方程Ek1=h
-W0.
Ek2=h
-W0,又因为Ek2=2Ek1.
联立解得W0=
15.(2019春·
浙江期中)在光电效应实验中,某同学某次按如图方式连接电路,用同一种材料(锌板)在不同实验条件下得到了如图所示的三条光电流与电压之间的关系曲线.下列说法正确的是( )
A.甲光频率等于乙光频率,且甲光的光强大于乙光的光强
B.甲光对应的光电子的初动能一定小于丙光对应的光电子的初动能
C.若将丙光换成甲光来照射锌板,其逸出功将减小
D.若通过同一装置发生单缝衍射,乙光中央亮条纹的宽度大于丙光中央亮条纹的宽度
解析 根据eUc=Ek=hν-W0,入射光的频率越高,对应的遏止电压Uc越大.甲光、乙光的遏止电压相等,所以甲光、乙光的频率相等,由于甲光对应的饱和光电流大于乙光对应的饱和光电流,则甲光的光强大于乙光光强,故A项正确;
甲光的遏止电压小于丙光的遏止电压,所以甲光的频率小于丙光的频率,根据光电效应方程式可知,甲光对应的光电子的初动能一定小于丙光对应的光电子的初动能,故B项正确;
同一金属,逸出功是相等的,与入射光无关,故C项错误;
丙光的截止电压大于乙光的截止电压,所以丙光的频率大于乙光的频率,则乙光的波长大于丙光的波长;
若通过同一装置发生单缝衍射,乙光中央亮条纹的宽度大于丙光中央亮条纹的宽度,故D项正确.
答案 ABD
二、非选择题(有3个题,共25分)
16.(7分)根据量子理论,光子的能量E和动量p之间的关系为E=pc,其中c表示光速,由于光子有动量,照射到物体表面的光子被物体吸收或反射时都会对物体产生压力.有人设想在宇宙探测中用光为动力推动探测器加速,探测器上安装有面积极大、反射率极高的薄膜.并让它正对太阳,已知太阳光照射薄膜对每平方米面积上的辐射功率为P0,探测器和薄膜的总质量为m,薄膜面积为S.求:
(1)经过时间t,照射到探测器薄膜表面的光子数为多少?
(2)探测器的加速度大小(不考虑万有引力等其他的力).
解析
(1)设经过时间t,探测器获得能量为E总,照射到薄膜表面的光子数为N,
则E总=P0St,E总=Npc,解得N=
(2)设光反射对薄膜表面产生的压力为F,由动量定理,得
Ft=2Np
以探测器为研究对象、根据牛顿第二定律,有
F=ma
解得a=
答案
(1)
(2)
17.(8分)波长为λ=0.71×
10-11m的伦琴射线使金箔发射光电子,电子在磁感应强度为B的匀强磁场区域内做最大半径为r的匀速圆周运动,已知r·
B=1.88×
10-4T·
m.求:
(1)光电子的最大初动能;
(2)金属的逸出功.
解析
(1)电子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力为洛伦兹力
m
=evB,v=
电子的最大初动能
Ek=
mv2=
J≈4.97×
10-16J≈3.1×
103eV.
(2)入射光子的能量
E=
eV≈1.75×
104eV
根据爱因斯坦光电效应方程得金属的逸出功
W0=hν-Ek=1.44×
104eV.
答案
(1)3.1×
103eV
(2)1.44×
18.(10分)
如皋市月考)研究光电效应规律的实验装置如图所示,光电管的阴极材料为金属钾,其逸出功为W0=2.25eV,现用频率为v(高于钾的极限频率)的单色光照射阴极K,会发现电流表指针有偏转,现调节变阻器滑片位置,发现当电压表的示数增大到UC=8.5V时,电流表的示数刚好减小到零.已知普朗克常量h=6.63×
10-34J·
s,电子的质量m=9.1×
10-31kg,电子的电量e=1.6×
10-19C.计算结果保留两位有效数字.求:
(1)从阴极K发出的光电子的最大初动能Ek;
(本小问结果用eV做单位)
(2)入射单色光的频率ν;
(3)从阴极K发出的光电子的物质波的波长λ.(本小问用题目中的符号表示结果即可).
解析
(1)根据动能定理得:
光电子的最大初动能Ek=eUC=8.5eV.
(2)根据光电效应方程可知,Ek=hν-W0,代入数据解得ν≈2.6×
1015Hz.
(3)物质波的波长λ=
答案
(1)8.5eV
(2)2.6×
1015Hz (3)
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- 新课 物理 选修 35 课件 17
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