第6章测评
(时间:75分钟 满分:100分)
一、单项选择题:本题共4小题,每小题4分,共16分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。
1.爱因斯坦由光电效应的实验规律,猜测光具有粒子性,从而提出光子说,从科学研究的方法来说,这属于( )
A.等效替代 B.控制变量
C.科学假说 D.数学归纳
2.德布罗意认为实物粒子也具有波动性,他给出了德布罗意波波长的表达式λ=。现用同样的直流电压加速原来静止的一价氢离子H+和二价钙离子Ca2+,已知氢离子与钙离子的质量比为1∶40,加速后的氢离子和钙离子的德布罗意波的波长之比为( )
A.1∶4 B.4∶1
C.1∶4 D.4∶1
3.用一束绿光照射光电管金属时不能产生光电效应,则下述措施可能使该金属产生光电效应的是( )
A.延长光照时间
B.保持光的频率不变,增大光的强度
C.换用一束蓝光照射
D.增大光电管的正向加速电压
4.用波长为λ1和λ2的单色光A和B分别照射两种金属C和D的表面。单色光A照射两种金属时都能产生光电效应现象;单色光B照射时,只能使金属C产生光电效应现象,不能使金属D产生光电效应现象。设两种金属的逸出功分别为WC和WD,则下列选项正确的是( )
A.λ1>λ2,WC>WD B.λ1>λ2,WCC.λ1<λ2,WC>WD D.λ1<λ2,WC二、多项选择题:本题共4小题,每小题6分,共24分。每小题有多项符合题目要求,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有错选的得0分。
5.关于光的波粒二象性的说法正确的是( )
A.一束传播的光,既有波动性,又有粒子性
B.光波与机械波是同种波
C.光的波动性是由光子间的相互作用而形成的
D.光是一种波,同时也是一种粒子,光子说并未否定电磁说,在光子能量ε=hν中,仍表现出波的特性
6.关于物质波,下列说法不正确的是( )
A.所有物体不论其是否运动,都有对应的物质波
B.任何一个运动着的物体都有一种波和它对应,这就是物质波
C.运动的电场、磁场没有相对应的物质波
D.只有运动着的微观粒子才有物质波,对于宏观物体,不论其是否运动,都没有相对应的物质波
7.一激光器发光功率为P,发出的激光在折射率为n的介质中波长为λ,若在真空中速度为c,普朗克常量为h,则下列叙述正确的是( )
A.该激光在真空中的波长为nλ
B.该激光的频率为
C.该激光器在t s内辐射的能量子数为
D.该激光器在t s内辐射的能量子数为
8.用如图所示的装置演示光电效应现象。当用某种频率的光照射到光电管上时,电流表G的读数为i。下列说法正确的是( )
A.将电池的极性反转,则光电流减小,甚至可能为零
B.用较低频率的光来照射,依然有光电流,但电流较小
C.将变阻器的触点c向b移动,光电流减小,但不为零
D.只要电源的电动势足够大,将变阻器的触点c向a端移动,电流表G的读数必将一直变大
三、非选择题:共60分。考生根据要求作答。
9.(4分)波粒二象性是微观世界的基本特征, 和 揭示了光的粒子性, 和 揭示了光的波动性。(选填“光的干涉”“光的衍射”“光电效应”或“康普顿效应”)
10.(4分)利用金属晶格(大小约10-10 m)作为障碍物观察电子的衍射图样,方法是让电子通过电场加速后,让电子束照射到金属晶格上,从而得到电子的衍射图样。已知电子质量为m,电荷量为e,初速度为0,加速电压为U,普朗克常量为h,则加速后电子的德布罗意波长为λ= 。若电子质量m=9.1×10-31 kg,加速电压U=300 V,则电子束 (选填“能”或“不能”)发生明显衍射现象。
11.(6分)采用如图甲所示电路可研究光电效应规律,现分别用a、b两束单色光照射光电管,得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系图像如图乙所示。
(1)实验中当灵敏电流表有示数时将滑片P向右滑动,则电流表示数一定不会 (选填“增大”“不变”或“减小”)。
(2)照射阴极材料时, (选填“a光”或“b光”)使其逸出的光电子的最大初动能大。
(3)若a光的光子能量为5 eV,图乙中Uc2=-2 V,则光电管的阴极材料的逸出功为 J。(e=1.6×10-19 C)
12.(6分)如图所示是研究光电效应的电路,阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极,K在受到光照时能够逸出光电子。阳极A吸收阴极K发出的光电子,在电路中形成光电流。如果用单色光a照射阴极K,电流表的指针发生偏转;用单色光b照射光电管阴极K时,电流表的指针不发生偏转,a光的波长一定 (选填“小于”“等于”或“大于”)b光的波长,只增加a光的强度可能使通过电流表的电流 (选填“减小”“不变”或“增大”),使逸出的电子最大初动能变大的方法是 ,阴极材料的逸出功与入射光的频率 (选填“有关”或“无关”)。
13.(10分)当波长λ=200 nm的紫外线照射到金属上时,逸出的光电子最大初动能Ekm=5.6×10-19 J。已知普朗克常量h=6.6×10-34 J·s,光在真空中的传播速度c=3.0×108 m/s。求:
(1)紫外线的频率;
(2)金属的逸出功。
14.(12分)我国中微子探测实验利用光电管把光信号转换为电信号。如图所示,A和K分别是光电管的阳极和阴极,加在A、K之间的电压为U。现用发光功率为P的激光器发出频率为ν的光全部照射在K上,回路中形成电流。已知阴极K材料的逸出功为W0,普朗克常量为h,电子电荷量为e。
(1)若对调电源正、负极,光电管两端电压至少为多少,才可使电流表G示数为零;
(2)若每入射100个光子会产生1个光电子,所有的光电子都能到达A,求回路的电流强度I。
15.(18分)如图所示,伦琴射线管两极加上一高压电源,即可在阳极A上产生X射线。(h=6.63×10-34 J·s,电子电荷量e=1.6×10-19 C)
(1)若高压电源的电压为20 kV,求X射线的最短波长;
(2)若此时电流表读数为5 mA,1 s内产生5×1013个平均波长为1.0×10-10 m的光子,求伦琴射线管的工作效率。
第6章测评
1.C 为了解释光电效应的实验规律,由于当时没有现成的理论,爱因斯坦就提出了“光子说”来解释光电效应的规律,并取得成功。从科学研究的方法来说,这属于科学假说,故C正确。
2.D 离子加速后的动能为Ek=qU,离子的德布罗意波波长λ=,所以,故选D。
3.C 用一束绿光照射某金属时不能产生光电效应,知绿光的频率小于金属的极限频率,要能发生光电效应,需改用频率更大的光照射(如蓝光)。能否发生光电效应与入射光的强度和照射时间无关。故C正确,A、B、D错误。
4.D A光光子的能量大于B光光子,根据E=hν=h,得λ1<λ2;又因为单色光B只能使金属C产生光电效应现象,不能使金属D产生光电效应现象,所以WC5.AD 光具有波粒二象性,个别光子的作用效果往往表现为粒子性;大量光子的作用效果往往表现为波动性,故A正确;光波是电磁波,故B错误;光波是概率波,个别光子的行为是随机的,表现为粒子性,大量光子的行为往往表现为波动性,不是由光子间的相互作用形成的,故C错误;光是一种波,同时也是一种粒子,在光子能量ε=hν中,频率ν仍表示的是波的特性,它体现了光的波动性与粒子性的统一,故D正确。
6.ACD 任何一个运动着的物体,都有一种波与它对应,即物质波,物质波有两类,即实物和场,故B正确。
7.AC 激光在介质中的折射率n=,故激光在真空中的波长λ0=nλ,A正确;激光频率ν=,B错误;由能量关系Pt=Nε,c=λ0ν,λ0=nλ及ε=hν得N=,C正确,D错误。
8.AC 将电池的极性反转,光电管中仍然有光电子产生,只是电流表读数可能为零,故A正确;当光照频率小于极限频率时,不能发生光电作用,则没有电流,故B错误;触头c向b端移动,导致阳极与阴极的电压减小,则电场力也减小,所以单位时间内到达阳极的光电子数减少,光电流减小,故C正确;只要电源的电压足够大,将变阻器的触头c向a端移动,受到电场力增大,当逸出的光电子可以全部到达阳极时,再继续增大电压,电流表读数不会再变大,故D错误。
9.答案 光电效应 康普顿效应 光的干涉 光的衍射
解析 光电效应和康普顿效应揭示了光的粒子性,光的干涉和光的衍射揭示了光的波动性。
10.答案 能
解析 由eU=Ek及p=得λ=;将U=300V代入,得λ=m=0.71×10-10m
λ与金属晶格差不多,所以能发生明显衍射。
11.答案 (1)减小 (2)b光 (3)4.8×10-19
解析 (1)当滑片P向右滑动时,正向电压增大,光电子做加速运动,若光电流达到饱和,则电流表示数不变,若没达到饱和,则电流表示数增大。
(2)由题图乙知b光的遏止电压大,由eUc=Ek知b光照射阴极材料时逸出的光电子的最大初动能大。
(3)由光电效应方程Ek=hν-W,可知光电管的阴极材料的逸出功为(5-2)eV=3eV=4.8×10-19J。
12.答案 小于 增大 换用比a光频率更大的光照射阴极K 无关
解析 用单色光b照射光电管阴极K时,电流表的指针不发生偏转,说明用b光不能发生光电效应,即a光的波长一定小于b光的波长;只增加a光的强度可使阴极K单位时间内逸出的光电子数量增加,故通过电流表的电流增大;换用比a光频率更大的光照射阴极K时能使逸出的电子的最大初动能变大;阴极材料的逸出功只与阴极材料有关,与入射光的频率无关。
13.答案 (1)1.5×1015Hz (2)4.3×10-19 J
解析 (1)根据波长与频率的关系可得
ν=Hz=1.5×1015Hz。
(2)根据光电效应方程Ekm=hν-W0
得金属的逸出功W0=hν-Ekm=6.6×10-34×1.5×1015J-5.6×10-19J=4.3×10-19J。
14.答案 (1) (2)
解析 (1)根据光电效应方程Ekm=hν-W0
设遏止电压为U,根据动能定理得eU=Ekm
解得U=。
(2)设t时间内通过的电荷量为q,根据电流强度的定义
q=It
设光电子数为n
q=ne
n=
解得I=。
15.答案 (1)6.2×10-11 m (2)0.1%
解析 (1)伦琴射线管阴极上产生的热电子在20kV高压加速下获得的动能全部变成X光子的能量,X光子的波长最短
由W=Ue=hν=
得λ=m
=6.2×10-11m。
(2)高压电源的电功率P1=UI=100W,
每秒产生X光子的能量P2==0.1W
效率为η=×100%=0.1%。(共15张PPT)
第6章
本章整合
重点题型·归纳整合
重点题型·归纳整合
目录索引
重点题型·归纳整合
极限频率
E=hν
重点题型·归纳整合
一、光电效应规律及其应用
情境探究
有关光电效应的问题主要有两个方面:一是关于光电效应现象的判断,二是运用光电效应方程进行计算。求解光电效应问题的关键在于掌握光电效应规律,明确各概念之间的决定关系,准确把握它们的内在联系。
1.“光电子的动能”可以是介于0~Ekm的任意值,只有从金属表面逸出的光电子才具有最大初动能,且随入射光频率增大而增大。
2.只要光的频率大于或等于极限频率,电子吸收一个光子的能量就可逸出金属表面,所以光照射到金属表面就可立即产生光电效应。
3.入射光强度指的是单位时间内入射到金属表面单位面积上的光子的总能量,在入射光频率ν不变时,光强正比于单位时间内照到金属表面单位面积上的光子数,但若入射光频率不同,即使光强相同,单位时间内照到金属表面单位面积上的光子数也不相同,因而从金属表面逸出的光电子数也不相同(形成的光电流也不相同)。
典例1 小明用金属铷为阴极的光电管观测光电效应现象,实验装置示意图如图甲所示。已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s。
(1)图甲中电极A为光电管的 (选填“阴极”或“阳极”);
(2)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示,则铷的极限频率νc= Hz,逸出功W0= J;
(3)如果实验中入射光的频率ν=7.00×1014 Hz,则产生的光电子的最大初动能Ek= J。
阳极
5.15×1014
3.41×10-19
1.23×10-19
解析 (1)电极A为光电管的阳极。
(2)由Uc-ν图像知,铷的极限频率为νc=5.15×1014 Hz,由W0=hν0得W0=3.41×10-19 J。
(3)由光电效应方程得
Ek=hν-W=(6.63×10-34×7.00×1014-3.41×10-19)J=1.23×10-19 J。
针对训练1
(多选)如图所示为一个研究光电效应的电路图,下列叙述正确的是( )
A.只调换电源的极性,移动滑片P,当电流表示数为零时,
电压表示数为遏止电压U0的数值
B.保持光照条件不变,滑片P向右滑动的过程中,电流表
示数将一直增大
C.不改变光束颜色和电路,增大入射光束强度,电流表示
数会增大
D.阴极K需要预热,光束照射后需要一定的时间才会有光电流
AC
解析 当只调换电源的极性时,电子从K到A减速运动,到A恰好速度为零时对应电压为遏止电压,所以A项正确;当其他条件不变,P向右滑动,加在光电管两端的电压增加,光电子运动更快,光电流增大,电流表读数变大,但当达到饱和电流时,电流表示数不变,B项错误;只改变光束强度时,单位时间内光电子数变多,电流表示数变大,C项正确;因为光电效应的发生是瞬间的,阴极K不需要预热,所以D项错误。
二、对光的波粒二象性的进一步理解
1.大量光子产生的效果显示出波动性,比如干涉、衍射现象中,如果用强光照射,在光屏上立刻出现了干涉、衍射条纹,波动性体现了出来;个别光子产生的效果显示出粒子性,如果用微弱的光照射,在屏上就只能观察到一些分布毫无规律的光点,粒子性充分体现;但是如果微弱的光在照射时间加长的情况下,在感光底片上的光点分布又会出现一定的规律性,倾向于干涉、衍射的分布规律。这些实验为人们认识光的波粒二象性提供了很好的依据。
2.光子和电子、质子等实物粒子一样,具有能量和动量,和其他物质相互作用时,粒子性起主导作用。
3.光子的能量与其对应的频率成正比,而频率是波动性特征的物理量,因此E=hν,揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系。
4.对不同频率的光,频率低、波长长的光,波动性特征显著;而频率高、波长短的光,粒子性特征显著。
5.光在传播时体现出波动性,在与其他物质相互作用时体现出粒子性。
6.处理光的波粒二象性的关键是正确理解其二象性,搞清光波是一种概率波。
典例2 (多选)从光的波粒二象性出发,下列说法正确的是( )
A.光是高速运动的微观粒子,每个光子都具有波粒二象性
B.光的频率越高,光子的能量越大
C.在光的干涉中,暗条纹的地方是光子不会到达的地方
D.在光的干涉中,亮条纹的地方是光子到达概率大的地方
BD
解析 光具有波粒二象性,单个光子不具有波动性,光的频率越高,光子的能量越大,A错误,B正确;在干涉条纹中亮条纹是光子到达概率大的地方,暗条纹是光子到达概率小的地方,C错误,D正确。
针对训练2
(多选)实物粒子和光都具有波粒二象性。下列事实中突出体现波动性的是( )
A.电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样
B.β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹
C.人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构
D.人们利用电子显微镜观测物质的微观结构
ACD
解析 电子束通过双缝产生干涉图样,体现的是波动性,A正确;β射线在云室中留下清晰的径迹,不能体现波动性,B错误;衍射体现的是波动性,C正确;电子显微镜利用了电子束波长短的特性,D正确。
