康普顿效应及其解释 光的波粒二象性
基础夯实
1.关于光的波粒二象性,下述说法中错误的是( )
A.频率高的光子易显示波动性
B.个别光子产生的效果易显示粒子性
C.光的衍射说明光具有波动性
D.光电效应说明光具有粒子性
答案A
2.有关光的本性,下列说法正确的是( )
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
答案D
解析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,波动性和粒子性是光在不同的情况下的不同表现,是同一客体的两个不同侧面,不同属性,我们无法用其中一种去说明光的一切行为,只能认为光具有波粒二象性.选项D正确.
3.对于光的波粒二象性的说法中,正确的是( )
A.一束传播的光,有的光是波,有的光是粒子
B.光子与电子是同样一种粒子,光波与机械波是同样一种波
C.光的波动性是由于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,频率ν仍表示的是波的特性
答案D
4.频率为ν的光子,具有的能量为hν,动量为,将这个光子打在处于静止状态的电子上,光子将偏离原来的运动方向,这种现象称为光的散射.散射后的光子( )
(导学号51160142)
A.改变原来的运动方向,但频率保持不变
B.光子将从电子处获得能量,因而频率将增大
C.散射后的光子运动方向将与电子运动方向在一条直线上,但方向相反
D.由于电子受到碰撞时会吸收光子的一部分能量,散射后的光子频率低于入射前光子的频率
答案D
解析由于电子的能量增加,光子的能量减少,所以光子的频率降低.
5.关于光的波粒二象性,不正确的说法是( )
A.光的频率越高,光子的能量越大,粒子性越显著
B.光的波长越长,光子的能量越小,波动性越显著
C.频率高的光子不具有波动性,波长较长的光子不具有粒子性
D.个别光子产生的效果往往显示粒子性,大量光子产生的效果往往显示波动性
答案C
解析光具有波粒二象性,但在不同情况下表现不同,频率越高,波长越短,粒子性越强,反之波动性明显,个别光子易显示粒子性,大量光子显示波动性,故选项A、B、D正确,C错误.
6.2002年诺贝尔物理学奖中的一项是奖励美国科学家贾科尼和日本科学家小柴昌俊发现了宇宙X射线源.X射线是一种高频电磁波,若X射线在真空中的波长为λ,以h表示普朗克常量,c表示真空中的光速,以ε和p分别表示X射线每个光子的能量和动量,则( )
A.ε=,p=0
B.ε=,p=
C.ε=,p=0
D.ε=,p=
答案D
解析根据ε=hν,且λ=,c=λν可得X射线每个光子的能量为ε=,每个光子的动量为p=
7.紫外线光子的动量为一个静止的O3吸收了一个紫外线光子后( )
A.仍然静止
B.沿着光子原来运动的方向运动
C.沿与光子运动方向相反的方向运动
D.可能向任何方向运动
答案B
解析由动量守恒定律知,吸收了紫外线光子的O3分子与光子原来运动方向相同.故正确选项为B.
能力提升
8.“神光Ⅱ”装置是国际上为数不多的大功率固体激光系统,利用它可获得能量为2
400
J、波长λ为0.35
μm的一束紫外激光,已知普朗克常量h=6.63×10-34
J·s,求该束紫外激光所含的光子个数.(结果保留一位有效数字)
(导学号51160143)
答案4.6×1021
解析每个光子的能量ε0=hν=,故所含的光子数为n=个≈4.6×1021个.光电效应
基础夯实
1.某种单色光照射某金属时不能产生光电效应,则下述措施中可能使金属产生光电效应的是( )
A.延长光照时间
B.增大光的强度
C.换用波长较短的光照射
D.换用频率较低的光照射
答案C
解析由发生光电效应的条件可知能不能产生光电效应与入射光的频率和金属板的材料有关,当金属一定时,要发生光电效应,就只有增大入射光的频率,也就是入射光的波长变短,所以C选项正确.
2.如图所示,用一束光照射光电管时,电流表A中有一定读数,下面的哪项措施可以保证使A的示数增加(设光电流为饱和状态)( )
(导学号51160133)
A.增大入射光的频率
B.增大入射光的强度
C.滑片P向右移动
D.滑片P向左移动
答案B
解析光电流为饱和状态时,其大小随入射光强增大而增大.
3.用绿光照射一光电管能产生光电效应,欲使光电子从阴极逸出时的最大初动能增加,应( )
A.改用红光照射
B.改用紫光照射
C.增大绿光强度
D.增大光电管上的加速电压
答案B
解析光电子的最大初动能只与入射光的频率有关,入射光的频率越大,逸出的光电子的最大初动能越大,所以应该增加入射光的频率,只有B正确.
4.如图所示的光电效应实验图,已知当有波长为λ0的光照射阴极K上时,电路中有光电流,则( )
A.若换用波长为λ1(λ1>λ0)的光照射,G表有电流通过
B.若换用波长为λ2(λ2<λ0)的光照射,不一定有电流通过
C.关上开关S调节P使得G表电流为零,改用波长为λ1(λ1>λ0)的光照射,G表可能有电流通过
D.关上开关S调节P使得G表电流为零,改用波长为λ2(λ2<λ0)的光照射,G表一定有电流通过
答案D
解析虽然波长为λ0的光照射光电管时有光电流产生,但光电管的极限频率不一定是,用λ1的光照射可能有光电流产生,也可能没有,A错;由于λ2的光的频率大于λ0的光的频率,光电管一定有电流产生,B错;关上电键调节滑片P,这时的V表读数为波长为λ0的光照射光电管时的遏止电压,以λ1照射时G表必无电流,C错;而用波长更短的λ2照射时则必有电流通过G表,D对.
5.A、B两束不同频率的光均能使某金属发生光电效应,如果产生光电流的最大值分别是IA和IB,且IA(导学号51160134)
A.照射光的波长λA<λB
B.照射光的波长λA>λB
C.单位时间里照射到金属板的光子数NAD.照射光的频率νA<νB
答案C
解析光电流大小与光的强度成正比,与入射光的频率无关,IA6.(多选)关于光电效应,以下说法正确的是( )
A.光电子的最大初动能与入射光的频率无关
B.光电子的最大初动能越大,形成的光电流越强
C.能否产生光电效应现象,决定于入射光的频率是否大于极限频率
D.用频率是ν1的绿光照射某金属发生了光电效应,改用频率是ν2的紫光照射该金属一定能发生光电效应
答案CD
解析入射光的频率越大,产生的光电子的最大初动能越大,A错;光电流的强度与单位时间内逸出的光电子数目有关,与光电子最大初动能无关,B错;只要入射光子的频率大于极限频率,就能产生光电效应,C正确;紫光的频率大于绿光的频率,绿光能产生光电子,则紫光一定能产生光电子,D正确.
能力提升
7.(多选)如图所示,N为铂板,M为金属网,它们分别和电池两极相连,各电池的电动势E和极性已在图中标出,铂的极限频率为1.529×1015
Hz.现分别用频率不同的光子照射铂板(各光子的频率也已在图上标出).那么下列图中能有电子到达金属网的是( )
(导学号51160135)
答案CD
解析铂的极限频率为1.529×1015
Hz,只有大于这个极限频率才能产生光电子,所以只有C和D两图中的铂板才能产生光电子;欲使光电子到达金属网,两极间必须加正向电压,而题中的四个图所加的电压均为正向电压,所以能产生光电子且能到达金属网的是C和D.
8.(多选)如图,一真空光电管的应用电路,其阴极金属材料的极限频率为4.5×1014
Hz,则以下判断正确的是( )
A.发生光电效应时,电路中光电流的饱和值取决于入射光的频率
B.发生光电效应时,电路中的光电流的饱和值取决于入射光强度
C.用λ=0.5
μm的光照射光电管时,电路中有光电流产生
D.光照射时间越长,电路中的光电流越大
答案BC
解析光电流的饱和值取决于入射光强度而与频率无关,A错,B正确;根据ν=
Hz=6.0×1014
Hz,大于极限频率,能产生光电效应,C正确;光电效应现象与光照时间长短无关,D错.
9.(多选)下列关于光电效应的说法正确的是( )
A.若光电子恰好到达阳极时克服电场力所做的功为W,则光电子的最大初动能也为W
B.光电子的初速度和照射光的频率无关
C.光电子的最大初动能和照射光的频率无关
D.若光电子恰好到达阳极时克服电场力所做的功为W,则遏止电压U=
答案AD
解析在光电管电路中加上反向电压,使光电子恰好能到达阳极,则光电子的最大初动能完全用来克服反向电压而做功,亦即W=eU=,A、D正确;光电子的最大初速度和最大初动能都与照射光的频率有关,B、C错误.
10.(多选)如图,研究光电效应的电路,利用能够产生光电效应的两种(或多种)已知频率的光进行实验,则下列说法正确的是( )
A.当入射光的频率大于K极的极限频率时,把滑动电阻器的滑片移到最左端,电流表读数不为零
B.当入射光的频率大于K极的极限频率时,把滑动电阻器的滑片移到最左端,电流表读数为零
C.当入射光的频率大于K极的极限频率时,把滑动电阻器的滑片向右端移动,电流表读数增加
D.当入射光的频率大于K极的极限频率时,把滑动电阻器的滑片向右端移动,电流表读数减小
答案AC
解析只要入射光的频率大于K极的极限频率,就有光电子产生,图示电路中两极间加的是正向电压,即使电压为零,也会有一部分电子的最大初动能大于零从而到达阳极,形成电流,A正确,B错;由于两极间加的是正向电压,当滑动触头向右端移动时,正向电压增大,将会有更多的电子被加速从而到达阳极,使电流增大,C正确,D错.
11.如图所示,一静电计与锌板相连,在A处用一弧光灯照射锌板,关灯后,指针保持一定偏角.
(导学号51160136)
(1)现用一带负电的金属小球与锌板接触,则静电计指针偏角将 (选填“变大”“变小”或“不变”).
(2)静电计指针回到零,再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板,静电计指针无偏转,那么,若改用强度更大的红外线灯照射锌板,可观察到静电计指针 (选填“有”或“无”)偏转.
答案(1)减小 (2)无
解析依据光电效应规律和静电知识来判断.
(1)锌板在弧光灯照射下发生光电效应现象,有光电子飞出,锌板带正电.将一带负电的金属小球与锌板接触,将锌板上的正电荷中和一部分,锌板正电荷减少,则静电计指针偏角将变小.
(2)要发生光电效应现象,照射光的频率必须大于这种金属的极限频率,而与照射的强度无关.用黄光照射,静电计指针已经无偏转,即不能发生光电效应现象了,当改用强度更大的红外线照射时,因为红外线的频率比黄光低,所以用红外线照射更不能发生光电效应,静电计指针无偏转.德布罗意波
基础夯实
1.关于物质波,下列说法正确的是( )
A.速度相等的电子和质子,电子的波长长
B.动能相等的电子和质子,电子的波长短
C.动量相等的电子和中子,中子的波长短
D.甲电子的速度是乙电子的3倍,甲电子的波长也是乙电子的3倍
答案A
解析由λ=可知,动量大的波长短,电子与质子的速度相等时,电子的动量小,波长长,选项A正确;电子与质子的动能相等时,由动量与动能的关系式p=可知,电子的动量小,波长长,选项B错误;动量相等的电子和中子,其波长应相等,选项C错误;甲的速度是乙的3倍,甲的动量也是乙的3倍,则甲的波长应是乙的,选项D错误.
2.(多选)现代物理学认为,光和实物粒子都具有波粒二象性.下列事实中突出体现波动性的是( )
A.一定频率的光照射到锌板上,光的强度越大,单位时间内锌板上射出的光电子就越多
B.肥皂液是无色的,吹出的肥皂泡却是彩色的
C.质量为10-3
kg、速度为10-2
m/s的小球,其德布罗意波长约10-28
m,不过我们能清晰地观测到小球运动的轨迹
D.人们常利用热中子研究晶体的结构,因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距大致相同
答案BD
解析光电效应体现光的粒子性,选项A错误;肥皂泡看起来是彩色的,这是薄膜干涉现象,体现光的波动性,选项B正确;由于小球的德布罗意波长太小,很难观察到其波动性,选项C错误;人们利用热中子的衍射现象研究晶体结构,所以能够体现波动性,选项D正确.
3.经150
V电压加速的电子束,沿同一方向射出,穿过铝箔射到其后的屏上,则( )
A.所有电子的运动轨迹均相同
B.所有电子到达屏上的位置坐标均相同
C.电子到达屏上的位置坐标可用牛顿运动定律确定
D.电子到达屏上的位置受波动规律支配,无法用确定的坐标来描述它的位置
答案D
解析电子在运动中表现出波动性,没有一定的运动轨迹,牛顿运动定律不适用于电子的运动,故选项D正确.
4.在中子衍射技术中,常利用热中子研究晶体的结构,因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距相当,已知中子质量m=1.67×10-27
kg,则可以估算德布罗意波长λ=1.82×10-10
m的热中子动能的数量级为( )
(导学号51160145)
A.10-17
J
B.10-19
J
C.10-21
J
D.10-24
J
答案C
解析根据德布罗意波理论,中子动量p=,中子动能Ek=,代入数据可以估算出数量级,选项C正确.
5.下列现象能说明光具有波粒二象性的是( )
A.光的色散和光的干涉
B.光的干涉和光的衍射
C.光的反射和光电效应
D.泊松亮斑和光电效应
答案D
解析光的色散、光的反射可以从波动性和粒子性两方面分别予以理解,故选项A、C错误;光的干涉、衍射现象只说明光的波动性,选项B错误;泊松亮斑能说明光具有波动性,光电效应说明光具有粒子性,故选项D正确.
6.(多选)下列各种波哪些是概率波( )
A.声波
B.无线电波
C.光波
D.物质波
答案CD
解析声音是机械波,A错.电磁波中的无线电波是一种能量波,B错.根据概率波的概念和光波、物质波的特点分析可知光波和物质波均为概率波,故C、D正确.
7.质子甲的速度是质子乙速度的4倍,甲质子的德布罗意波波长是乙质子的 ,同样速度的质子和电子, 的德布罗意波波长长.
答案 电子
解析据λ=可知
甲质子的德布罗意波波长是乙质子的.
由于质子的质量大于电子的质量,因此同样速度的质子比电子的德布罗意波波长短.
能力提升
8.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,电子的初速度不计,则显微镜工作时电子的加速电压应为( )
(导学号51160146)
A.
B.(
C.
D.
答案D
解析在电子显微镜工作时,电子的加速过程满足
eU=mv2,运动的电子产生的德布罗意波波长为λ=,又λ=,联立可得U=,故选项D正确.
9.在中子衍射技术中,常用热中子研究晶体的结构,因为热中子的德布罗意波波长与晶体中原子间距很相近.已知中子质量m=1.67×10-27
kg,普朗克常量h=6.63×10-34
J·s,可以估算德布罗意波波长λ=1.82×10-10
m
的热中子动能的数量级为( )(导学号51160147)
A.10-17
J
B.10-19
J
C.10-21
J
D.10-24
J
答案C
解析据λ=,Ek=mv2=,即有Ek=·()2,代入数据可得动能数量级为10-21
J,故C正确.
10.(多选)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.已知电子的质量为m,电荷量为e,初速度为0,加速电压为U,普朗克常量为h,则下列说法中正确的是( )
(导学号51160148)
A.该实验说明了电子具有波动性
B.实验中电子束的德布罗意波波长为λ=
C.加速电压U越大,电子的衍射现象越明显
D.若用相同动能的质子替代电子,衍射现象将更加明显
答案AB
解析得到电子的衍射图样,说明电子具有波动性,A正确;
由德布罗意波波长公式λ=,
而动量p=,
两式联立得λ=,B正确;
从公式λ=可知,加速电压越大,电子的波长越短,衍射现象就越不明显,用相同动能的质子替代电子,质子的波长短,衍射现象相比电子不明显,故C、D错误.
11.试比较电子和质量为10
g的子弹位置的不确定量范围.(设它们的速率都为200
m/s,动量的不确定范围都为0.01%)
(导学号51160149)
答案见解析
解析对电子Δpe=0.01%p=0.01%mv=10-4×9.1×10-31×200
kg·m/s=1.82×10-32
kg·m/s,
对子弹Δpz=0.01%pz
=10-4×0.01×200
kg·m/s=2×10-4
kg·m/s,
由不确定关系ΔxΔp≥,对电子:Δxe≥
m=2.9×10-3
m,
对子弹:Δxz≥
m=2.6×10-31
m,这个数据比电子的小得多,因此说,子弹的位置是确定的,或者说不确定关系对宏观没有意义.
12.金属晶体中晶格大小的数量级是10-10
m.电子经加速电场加速,形成一电子束,电子束照射该金属晶体时,获得明显的衍射图样.问这个加速电场的电压约为多少 (已知电子的电荷量e=1.6×10-19
C,质量m=0.90×10-30
kg)
(导学号51160150)
答案153
V
解析据波长发生明显衍射的条件可知,当运动电子的德布罗意波波长与晶格大小差不多时,可以得到明显的衍射现象.
设加速电场的电压为U,电子经电场加速后获得的速度为v,对加速过程由动能定理得eU=mv2
①
据德布罗意物质波理论知,电子的德布罗意波长
λ=
②
其中p=mv
③
解①②③方程组可得U==153
V.光子
基础夯实
1.光电效应的四条规律中,经典的电磁理论能解释的有
( )
A.入射光的频率必须大于被照射的金属的极限频率才能产生光电效应
B.光电子的最大初动能与入射光强度无关,只随入射光频率的增大而增加
C.入射光照到金属上时,光电子的发出几乎是瞬时的
D.当入射光频率大于金属的极限频率时,光电流强度与入射光强度成正比
答案D
解析光电效应现象与经典的电磁学理论的矛盾是不能解释极限频率的存在,不能解释最大初动能与入射光的频率有关,不能解释光电子的发射几乎不需要时间,显然答案为D.
2.用能量为5.0
eV的光子照射某金属的表面,金属发射光电子的最大初动能为1.5
eV,则该金属的逸出功为
( )
A.1.5
eV
B.3.5
eV
C.5.0
eV
D.6.5
eV
答案B
3.某金属在一束绿光的照射下发生光电效应,则( )
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,则逸出的光电子最大初动能增加
C.若改用紫光照射,则逸出的光电子最大初动能增加
D.若改用紫光照射,则单位时间内逸出的光电子数目增加
答案C
解析光电流和光电子的最大初动能与入射光的强度无关,A、B错;改用紫光照射,入射光频率增大,光电子的最大初动能增加,C对;至于用紫光照射时单位时间内逸出的光电子数目是否变化,要看光的强度怎样改变,D错.
4.如图,光电管的工作电路,要使电路中形成较强的光电流,须在A、K两电极间加一直流电压,则
( )
A.电源正极应接在P点,光电子从K极发出
B.电源正极应接在P点,光电子从A极发出
C.电源正极应接在Q点,光电子从K极发出
D.电源正极应接在Q点,光电子从A极发出
答案A
解析首先这个电压应该是加速电压,P应该是电源正极,显然K是金属电极,亦即是阴极,用来产生光电子,在光的照射下,光电子从K极逸出.A正确,B、C、D错误.
5.利用光电管研究光电效应的实验电路如图所示,用频率为ν0的可见光照射阴极K,电流表中有电流通过,则( )
(导学号51160137)
A.用紫外光照射K,电流表中不一定有电流通过
B.用红外光照射K,电流表中一定无电流通过
C.用频率为ν0的可见光照射K,当滑动变阻器的滑片移到A端,电流表中一定无电流通过
D.用频率为ν0的可见光照射K,当滑动变阻器的滑片向B端滑动时,电流表示数可能不变
答案D
解析选项若原来电流已饱和,则滑片向B端移动电流表示数将不变.
6.(多选)铯的极限频率为4.5×1014Hz,下列光中可使其发生光电效应的是( )
A.真空中波长为0.9
μm的红外线
B.真空中波长为0.7
μm的红光
C.真空中波长为0.45
μm的紫光
D.真空中波长为0.3
μm的紫外线
答案CD
解析根据c=λν,可以计算出入射光的波长为0.66
μm,由此可知能发生光电效应现象的是C、D,故C、D正确.
7.用某种频率的光照射锌板,使其发射出光电子.为了增大光电子的最大初动能,下列措施可行的是( )
(导学号51160138)
A.增大入射光的强度
B.增加入射光的照射时间
C.换用频率更高的入射光照射锌板
D.换用波长更长的入射光照射锌板
答案C
解析根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W可知,Ek与照射光的频率成线性关系,只有选项C可行.
能力提升
8.以往我们认识的光电效应是单光子光电效应,即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出.强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识,用强激光照射金属,由于其光子密度极大,一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能,从而形成多光子光电效应,这已被实验证实.光电效应实验装置示意如图所示.用频率为ν的普通光源照射阴极K,没有发生光电效应.换用同样频率ν的强激光照射阴极K,则发生了光电效应;此时,若加上反向电压U,即将阴极K接电源正极,阳极A接电源负极,在KA之间就形成了使光电子减速的电场.逐渐增大U,光电流会逐渐减小;当光电流恰好减小到零时,所加反向电压U可能是下列的(其中W为逸出功,h为普朗克常量,e为电子电荷量)( )
(导学号51160139)
A.U=-
B.U=-
C.U=2hν-W
D.U=-
答案B
解析根据题目信息可知,普通光源照射时,电子不能吸收一个光子而成为自由电子,但激光照射时,电子则可以吸收多个光子而成为自由电子,设电子吸收了n个光子,即nhν-W=Ek,当光电子在反向电压的作用下使光电流减小到0时,有Ek=eU,联立可得U=,n只能取整数,n≥2,B项正确.
9.(多选)已知能使某金属产生光电效应的极限频率为ν0,则( )
A.当用频率为2ν0的单色光照射该金属时,一定能产生光电子
B.当用频率为2ν0的单色光照射该金属时,所产生的光电子的最大初动能为hν0
C.当照射光的频率ν大于ν0时,若ν增大,则逸出功增大
D.当照射光的频率ν大于ν0时,若ν增大一倍,则光电子的最大初动能也增大一倍
答案AB
解析当入射光的频率大于等于金属的极限频率时,就会发生光电效应,A选项正确;由于金属材料一定,极限频率一定,逸出功W逸=hν0一定,ν0为极限频率,ν增大,逸出功不变,C选项错误.由爱因斯坦光电效应方程Ekm=hν-W逸,得ν=2ν0时,Ekm=hν-W逸=2hν0-hν0=hν0,当ν增大一倍,ν=4ν0时,Ekm=hν-W逸=4hν0-hν0=3hν0,所以B选项正确,D选项错误.
10.(多选)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( )
(导学号51160140)
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,释放光电子最多
D.c光束照射时,释放光电子的最大初动能最小
答案AB
解析c=λν,λa>λb>λc,νa<νb<νc用b光束照射金属,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选项正确;光束c的频率大于该极限频率,能发生光电效应,B选项正确;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选项错误;由光电效应方程Ekm=hν-W逸,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选项错误.
11.用能量为E的光子照射金属表面,产生的光电子垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动,最大半径为R,求金属表面光电子的逸出功.(已知电子质量为m,电荷量为q)
(导学号51160141)
答案E-
解析由光电子做匀速圆周运动知R=,则
vmax=,光电子最大动能Ek=m=,由爱因斯坦光电效应方程知,逸出功W0=E-Ek=E-.第二章波粒二象性
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(时间:45分钟 满分:100分)
一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分.在每小题给出的四个选项中,第1~4题只有一项符合题目要求,第5~8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,有选错的得0分)
1.红光和紫光相比,下列说法正确的是( )
A.红光光子的能量较大;在同一种介质中传播时红光的速度较大
B.红光光子的能量较小;在同一种介质中传播时红光的速度较大
C.红光光子的能量较大;在同一种介质中传播时红光的速度较小
D.红光光子的能量较小;在同一种介质中传播时红光的速度较小
答案B
解析红光的频率较紫光小,能量小,在同一介质中的折射率较紫光小,传播速度较紫光大.
2.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( )
A.
B.
C.
D.
答案B
解析根据光电效应方程hν=Ek+W0和c=λ0ν0(c为光速),列方程组求解.
3.在下列各组的两个现象中都表现出光具有粒子性的是( )
A.光的折射现象、偏振现象
B.光的反射现象、干涉现象
C.光的衍射现象、偏振现象
D.光的康普顿效应、光电效应现象
答案D
解析干涉、衍射和偏振是波的特性,而光电效应、康普顿效应证明光具有粒子性.
4.某激光器能发射波长为λ的激光,发射功率为P,c表示光速,h为普朗克常量.则激光器每秒发射的光子数为( )
A.
B.
C.
D.λPhc
答案A
解析由P·1
s=nh得n=,故正确选项为A.
5.下列说法正确的是( )
A.光的粒子性说明每个光子就像极小的小球体一样
B.光是波,而且是横波,与橡皮绳上传播的波类似
C.光和物质相作用时是“一份一份”进行的,从这个意义上说光是一种粒子
D.光子在空间各点出现的可能性的大小(概率),可以用波动的规律来描述,从这个意义上说光是一种波
答案CD
解析光具有波动性,但不是经典理论中的波,光具有粒子性,也不是传统概念中的粒子.光与物质作用时,即发生能量交换时,不是连续进行的,而是“一份一份”进行的,表现出粒子性,光在空间的分布规律符合波动规律,表现出波动性,因此,A、B不正确,C、D正确.
6.某种金属在一束蓝光照射下恰有光电子逸出,要使逸出光电子的最大初动能增大,不可采用的方法是( )
A.增大蓝光的照射强度
B.延长蓝光照射的时间
C.改用紫光照射
D.改用紫外线照射
答案CD
解析根据光电效应规律,只有增大入射光频率才能增大光电子最大初动能,紫光和紫外线频率均大于蓝光频率,能增大光电子最大初动能.
7.某单色光照射某金属时不能发生光电效应,则下述措施中可能使该金属产生光电效应的是( )
A.延长光照时间
B.换用频率较高的光照射
C.换用波长较短的光照射
D.增大光的强度
答案BC
解析根据光电效应规律,每种金属都有一个极限频率,只有入射光频率大于该金属的极限频率才能发生光电效应,只能增大入射光频率或减小入射光波长才能使该金属发生光电效应.
8.如图,一光电管的工作原理图,当用波长为λ的光照射阴极K时,电路中有光电流,则( )
(导学号51160154)
A.换用波长为λ1(λ1>λ)的光照射阴极K时,电路中一定没有光电流
B.换用波长为λ2(λ2<λ)的光照射阴极K时,电路中一定有光电流
C.增加电路中电源的路端电压,电路中的光电流一定增大
D.将电路中电源的极性反接,电路中可能还有光电流
答案BD
解析用波长为λ的光照射阴极K,电路中有光电流,表明λ小于该金属的极限波长λ0,换用波长为λ1的光照射,虽然λ1>λ,但是λ1不一定大于λ0,所以用波长为λ1的光照射时,可能仍有光电流,故A错误.用波长为λ2(λ2<λ)的光照射阴极K时,因λ2<λ<λ0,故电路中一定有光电流,B对.如果电源的端电压已经足够大,阴极K逸出的光电子都能全部被吸引到阳极形成光电流,此时再增大路端电压,电路中的光电流也不再增大,C错.将电路中电源的极性反接,具有最大初动能的光电子有可能能够克服电场阻力到达阳极A,从而形成光电流,所以D对.
二、非选择题(共4个小题,共52分)
9.(10分)第一个在理论上预言电磁波存在并指出光是一种电磁波的物理学家是 ;第一个在实验上证实电磁波存在的物理学家是 ;提出物质波假说的物理学家是 ;第一个提出量子概念的物理学家是 ; 提出了 解释了光电效应现象.
答案麦克斯韦 赫兹 德布罗意 普朗克 爱因斯坦 光子说
10.(10分)某金属在一束绿光照射下,刚好能产生光电效应,如增大绿光入射强度,则逸出的光电子数将 ,逸出电子的最大初动能将 ;如改用一束强度相同的紫光照射,逸出的电子的最大初动能将 .
答案增多 不变 增多
解析光强取决于入射光的频率和光子个数,增大绿光入射强度,增加了入射绿光的光子个数,逸出的光电子数增多.由光电效应方程知只有增加入射光频率才能增大光电子的最大初动能.
11.(16分)用频率为ν1=6.00×1014
Hz的光照射钠片,恰可使钠发生光电效应,现改用频率为ν2=8.00×1014
Hz的紫外线照射,飞出的光电子的最大初动能应该为多少
(导学号51160155)
答案1.33×10-19
J
解析设钠的逸出功为W0,根据爱因斯坦光电效应方程得W0=hν1
设光电子的最大初动能为Ek,根据爱因斯坦光电效应方程得Ek=hν2-W0,所以Ek=1.33×10-19
J.
12.(16分)德布罗意认为,任何一个运动着的物体,都有一种波与它对应,波长是λ=,式中p是运动物体的动量,h是普朗克常量.已知某种紫光的波长是440
nm,若将电子加速,使它的德布罗意波波长是这种紫光波长的10-4倍.
(导学号51160156)
(1)求电子的动量大小.
(2)试推导加速电压跟德布罗意波波长的关系.
答案(1)1.5×10-23
kg·m/s (2)U=
解析(1)根据公式λ=得
p= 代入数据得p电=1.5×10-23
kg·m/s.
(2)根据动能定理有eU=mv2=,而电子动量满足p=,所以U=.
