光电效应和波粒二象性-2017-2018学年高二物理人教版选修3-5
文档属性
| 名称 | 光电效应和波粒二象性-2017-2018学年高二物理人教版选修3-5 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 492.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2018-04-13 13:28:51 | ||
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文档简介
第1周 光电效应和波粒二象性
（测试时间：30分钟，总分：60分）
班级：____________ 姓名：____________ 座号：____________ 得分：____________
一、选择题（共8小题，每小题4分，共32分。在每小题给出的四个选项中，第1~6题只有一项符合题目要求，第7和8题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分）
1．某种金属逸出功为2.3电子伏，这意味着
A．在这种金属内部的电子，克服原子核引力做2.3电子伏的功即可脱离表面
B．在这种金属表层的电子，克服原子核引力至少做2.3电子伏的功即可脱离表面
C．要使这种金属有电子逸出，入射光子的能量必须大于2.3电子伏
D．这种金属受到光照时若有电子逸出，则电子离开金属表面时的动能至少等于2.3电子伏。
【答案】BC
2．在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上。假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子
A．一定落在中央亮纹处
B．一定落在亮纹处
C．可能落在暗纹处
D．落在中央亮纹处的可能性最大
【答案】CD
【解析】根据光的概率波概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不可确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处，也可能落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，AB错误；CD正确。
3．在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是
A．使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上会出现衍射图样
B．单个光子通过单缝后，底片上会出现完整的衍射图样
C．光子通过单缝的运动路线像水波一样起伏
D．单个光子通过单缝后打在底片上的情况呈现随机性，大量光子通过单缝后打在底片上的情况呈现规律性
【答案】AD
【解析】使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上中央到达的机会最多，其他地方机会较少，会出现衍射图样，A正确；单个光子通过单缝后，光子表现为粒子性，底片上只有一个光点，BC错误；单个光子通过单缝后打在底片的情况呈现随机性，大量光子通过单缝后打在底片上的情况呈现规律性，所以少量光子体现粒子性，大量光子体现波动性，D正确。
【知识拓展】由，光子的频率（能量）越高，波长越小，越不容易发生干涉或衍射，波动性越不明显，表现为粒子性。
4．在甲、乙两次不同的光电效应实验中，得到如图所示的相应的Uc﹣v图象，已知电子电荷量为e，则下列判断正确的是
A．甲、乙图线斜率表示普朗克常数h
B．甲实验中金属的逸出功比乙实验中金属的逸出功大
C．在能发生光电效应的前提下，用频率相同的光照射金属，甲实验中光电子的最大初动能比乙实验中光电子的最大初动能大
D．在乙实验中用某一频率的光照射金属发生光电效应，用频率相同的光在甲实验中照射金属一定能发生光电效应
【答案】CD
乙实验中光电子的最大初动能大，故C正确；在乙实验中用某一频率的光照射金属发生光电效应，由于甲实验中金属的逸出功比乙实验中金属的逸出功小，那么用频率相同的光在甲实验中照射金属一定能发生光电效应，故D正确；故选CD。
【名师点睛】此题考查光电效应方程的应用，掌握Uc–v图象的截距与斜率的含义，理解光电效应发生条件，注意图线斜率并不表示普朗克常数h。
5．N为钨板，M为金属网，它们分别与电池的两极相连，各电池的电动势和极性如图所示，已知金属钨的逸出功为4.5 eV。现分别用不同能量的光子照射钨板（各光子的能量已在图上标出），那么没有光电子到达金属网的是
【答案】AC
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，不能发生光电效应
C．a光束照射时，释放出的光电子数目最多
D．c光束照射时，释放出的光电子的最大初动能最小
【答案】A
【答案】金属的极限波长是不变的，由光电效应的实验规律可知，只有波长小于极限波长的光照射才会发生光电效应，再根据三种光的波长关系判断光电效应的产生。金属的极限波长是不变的，由光电效应的实验规律可知，只有波长小于极限波长的光照射才会发生光电效应，故若b光照射恰能发生光电效应，则a光照射不能发生光电效应，A正确，C错误。c光的波长小于b光的波长，所以一定能发生光电效应，B错误。且由ν=可知，c光频率高，由爱因斯坦光电效应方程Ek=hν–ω可知释放的光电子最大初动能大，D错误。
【名师点睛】解决此类问题只要掌握住发生光电效应的条件是照射光的波长小于极限波长，光电效应是瞬时发生的，一个光子只能激发出一个光电子。
7．如图是光控继电器的示意图，K是光电管的阴极。下列说法正确的是
A．图中a端应是电源的正极
B．只要有光照射K，衔铁就被电磁铁吸引
C．只要照射K的光强度足够大，衔铁就被电磁铁吸引
D．只有照射K的光频率足够大，衔铁才被电磁铁吸引
【答案】AD
8．某同学采用如图所示的实验装置研究光电效应现象。当用某单色光照射光电管的阴极K时，会发生光电效应现象。闭合开关S，在阳极A和阴极K之间加上反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计中电流恰为零，此时电压表的电压值U称为遏止电压。现分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极，测量到遏止电压分别为U1和U2，设电子质量为m、电荷量为e，则下列说法中正确的是
A．用频率为ν1的光照射时，光电子的最大初速度v=
B．阴极K金属的逸出功W0=hν1–eU1
C．阴极K金属的极限频率νc=
D．普朗克常量h=
【答案】ABC
【解析】光电子在光电管中减速，根据动能定理有–eU1=0–mv2，则用频率为ν1的光照射时，光电子的最大初速度v=，A正确；由爱因斯坦光电效应方程有hν1=eU1+W0，hν2=eU2+W0，得阴极K金属的逸出功W0=hν1–eU1，得h=，B正确，D错误；阴极K金属的极限频率νc==，C正确。
二、填空题（共2小题，共10分）
9．（4分）研究光电效应电路如图甲所示。用频率都为ν、强度不同的两束光B、C分别照射密封真空管的钠极板（阴极K），钠极板发射出的光电子（带电荷量为e）被阳极A吸收，在电路中形成光电流。其光电流I与A、K之间的电压UAK的关系如图所示，可知B光的强度 C光的强度（选填“大于”、“等于”或“小于”），金属钠的逸出功为 （已知普郎克常量为h）。
【答案】大于（2分） （2分）
10．（6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（2分） 不变（2分） 增大（2分）
【解析】某金属在一束绿光的照射下，发生了光电效应，增大绿光的强度，单位时间内发出的光电子数目增多，根据光电效应方程知，最大初动能Ekm=hv–W0，可知入射光的强度不会影响光电子的最大初动能，故最大初动能不变；改用紫光后频率增大，由上分析知最大初动能将增大。
三、计算题（共3小题，共18分）
11．（4分）已知某金属表面接受波长为λ和2λ的单色光照射时，释放出光电子的最大初动能分别为30eV和10eV，求能使此种金属表面产生光电效应的入射光的极限波长为多少?
【答案】4λ
【解析】根据（1分）
波长为λ的单色光照射时：（1分）
波长为2λ的单色光照射时：（1分）
联立解得：
所以极限波长为4λ（1分）
12．（6分）已知氢原子光谱中巴耳末系第一条谱线Hα的波长为656.5 nm。（普朗克常量h=6.63×10–34 J·S）
（1）试推算里德伯常量的值。
（2）利用巴耳末公式求其中第四条谱线的波长和对应光子的能量。
【答案】（1）1.097×107 m–1 （2）4.102×10–7 m 4.96×10–19 J
解得（1分）
对应的光子的能量（1分）
代入数据解得（1分）
13．（8分）某金属的极限波长恰等于氢原子由n=4能级跃迁到n=2能级所发出的光的波长。现在用氢原子由n=2能级跃迁到n=1能级时发出的光去照射，则从该金属表面逸出的光电子最大初动能是多少电子伏？
【答案】7.65 eV
【解析】先应用hν=Em–En，求解题中能级跃迁问题，再应用，Ek=hν–W求解题中光电子初动能问题，最后联立求解，得出正确结果。
设氢原子由n=4能级跃迁到n=2能级发出的光子波长为λ0，由n=2能级跃迁到n=1能级发出的光子波长为λ，则E4–E2=，E2–E1=（3分）
根据爱因斯坦光电方程，光电子的最大初动能为
Ek==2E2–E1–E4（3分）
=2×(–3.4) eV+13.6 eV+0.85 eV=7.65 eV（2分）
【名师点睛】此题的解题关键是理解逸出功是指金属恰能发生光电效应所需要的最小能量。另外熟练应用爱因斯坦光电效应方程：Ek=hν–W
（测试时间：30分钟，总分：60分）
班级：____________ 姓名：____________ 座号：____________ 得分：____________
一、选择题（共8小题，每小题4分，共32分。在每小题给出的四个选项中，第1~6题只有一项符合题目要求，第7和8题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分）
1．某种金属逸出功为2.3电子伏，这意味着
A．在这种金属内部的电子，克服原子核引力做2.3电子伏的功即可脱离表面
B．在这种金属表层的电子，克服原子核引力至少做2.3电子伏的功即可脱离表面
C．要使这种金属有电子逸出，入射光子的能量必须大于2.3电子伏
D．这种金属受到光照时若有电子逸出，则电子离开金属表面时的动能至少等于2.3电子伏。
【答案】BC
2．在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上。假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子
A．一定落在中央亮纹处
B．一定落在亮纹处
C．可能落在暗纹处
D．落在中央亮纹处的可能性最大
【答案】CD
【解析】根据光的概率波概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不可确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处，也可能落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，AB错误；CD正确。
3．在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是
A．使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上会出现衍射图样
B．单个光子通过单缝后，底片上会出现完整的衍射图样
C．光子通过单缝的运动路线像水波一样起伏
D．单个光子通过单缝后打在底片上的情况呈现随机性，大量光子通过单缝后打在底片上的情况呈现规律性
【答案】AD
【解析】使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上中央到达的机会最多，其他地方机会较少，会出现衍射图样，A正确；单个光子通过单缝后，光子表现为粒子性，底片上只有一个光点，BC错误；单个光子通过单缝后打在底片的情况呈现随机性，大量光子通过单缝后打在底片上的情况呈现规律性，所以少量光子体现粒子性，大量光子体现波动性，D正确。
【知识拓展】由，光子的频率（能量）越高，波长越小，越不容易发生干涉或衍射，波动性越不明显，表现为粒子性。
4．在甲、乙两次不同的光电效应实验中，得到如图所示的相应的Uc﹣v图象，已知电子电荷量为e，则下列判断正确的是
A．甲、乙图线斜率表示普朗克常数h
B．甲实验中金属的逸出功比乙实验中金属的逸出功大
C．在能发生光电效应的前提下，用频率相同的光照射金属，甲实验中光电子的最大初动能比乙实验中光电子的最大初动能大
D．在乙实验中用某一频率的光照射金属发生光电效应，用频率相同的光在甲实验中照射金属一定能发生光电效应
【答案】CD
乙实验中光电子的最大初动能大，故C正确；在乙实验中用某一频率的光照射金属发生光电效应，由于甲实验中金属的逸出功比乙实验中金属的逸出功小，那么用频率相同的光在甲实验中照射金属一定能发生光电效应，故D正确；故选CD。
【名师点睛】此题考查光电效应方程的应用，掌握Uc–v图象的截距与斜率的含义，理解光电效应发生条件，注意图线斜率并不表示普朗克常数h。
5．N为钨板，M为金属网，它们分别与电池的两极相连，各电池的电动势和极性如图所示，已知金属钨的逸出功为4.5 eV。现分别用不同能量的光子照射钨板（各光子的能量已在图上标出），那么没有光电子到达金属网的是
【答案】AC
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，不能发生光电效应
C．a光束照射时，释放出的光电子数目最多
D．c光束照射时，释放出的光电子的最大初动能最小
【答案】A
【答案】金属的极限波长是不变的，由光电效应的实验规律可知，只有波长小于极限波长的光照射才会发生光电效应，再根据三种光的波长关系判断光电效应的产生。金属的极限波长是不变的，由光电效应的实验规律可知，只有波长小于极限波长的光照射才会发生光电效应，故若b光照射恰能发生光电效应，则a光照射不能发生光电效应，A正确，C错误。c光的波长小于b光的波长，所以一定能发生光电效应，B错误。且由ν=可知，c光频率高，由爱因斯坦光电效应方程Ek=hν–ω可知释放的光电子最大初动能大，D错误。
【名师点睛】解决此类问题只要掌握住发生光电效应的条件是照射光的波长小于极限波长，光电效应是瞬时发生的，一个光子只能激发出一个光电子。
7．如图是光控继电器的示意图，K是光电管的阴极。下列说法正确的是
A．图中a端应是电源的正极
B．只要有光照射K，衔铁就被电磁铁吸引
C．只要照射K的光强度足够大，衔铁就被电磁铁吸引
D．只有照射K的光频率足够大，衔铁才被电磁铁吸引
【答案】AD
8．某同学采用如图所示的实验装置研究光电效应现象。当用某单色光照射光电管的阴极K时，会发生光电效应现象。闭合开关S，在阳极A和阴极K之间加上反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计中电流恰为零，此时电压表的电压值U称为遏止电压。现分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极，测量到遏止电压分别为U1和U2，设电子质量为m、电荷量为e，则下列说法中正确的是
A．用频率为ν1的光照射时，光电子的最大初速度v=
B．阴极K金属的逸出功W0=hν1–eU1
C．阴极K金属的极限频率νc=
D．普朗克常量h=
【答案】ABC
【解析】光电子在光电管中减速，根据动能定理有–eU1=0–mv2，则用频率为ν1的光照射时，光电子的最大初速度v=，A正确；由爱因斯坦光电效应方程有hν1=eU1+W0，hν2=eU2+W0，得阴极K金属的逸出功W0=hν1–eU1，得h=，B正确，D错误；阴极K金属的极限频率νc==，C正确。
二、填空题（共2小题，共10分）
9．（4分）研究光电效应电路如图甲所示。用频率都为ν、强度不同的两束光B、C分别照射密封真空管的钠极板（阴极K），钠极板发射出的光电子（带电荷量为e）被阳极A吸收，在电路中形成光电流。其光电流I与A、K之间的电压UAK的关系如图所示，可知B光的强度 C光的强度（选填“大于”、“等于”或“小于”），金属钠的逸出功为 （已知普郎克常量为h）。
【答案】大于（2分） （2分）
10．（6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（2分） 不变（2分） 增大（2分）
【解析】某金属在一束绿光的照射下，发生了光电效应，增大绿光的强度，单位时间内发出的光电子数目增多，根据光电效应方程知，最大初动能Ekm=hv–W0，可知入射光的强度不会影响光电子的最大初动能，故最大初动能不变；改用紫光后频率增大，由上分析知最大初动能将增大。
三、计算题（共3小题，共18分）
11．（4分）已知某金属表面接受波长为λ和2λ的单色光照射时，释放出光电子的最大初动能分别为30eV和10eV，求能使此种金属表面产生光电效应的入射光的极限波长为多少?
【答案】4λ
【解析】根据（1分）
波长为λ的单色光照射时：（1分）
波长为2λ的单色光照射时：（1分）
联立解得：
所以极限波长为4λ（1分）
12．（6分）已知氢原子光谱中巴耳末系第一条谱线Hα的波长为656.5 nm。（普朗克常量h=6.63×10–34 J·S）
（1）试推算里德伯常量的值。
（2）利用巴耳末公式求其中第四条谱线的波长和对应光子的能量。
【答案】（1）1.097×107 m–1 （2）4.102×10–7 m 4.96×10–19 J
解得（1分）
对应的光子的能量（1分）
代入数据解得（1分）
13．（8分）某金属的极限波长恰等于氢原子由n=4能级跃迁到n=2能级所发出的光的波长。现在用氢原子由n=2能级跃迁到n=1能级时发出的光去照射，则从该金属表面逸出的光电子最大初动能是多少电子伏？
【答案】7.65 eV
【解析】先应用hν=Em–En，求解题中能级跃迁问题，再应用，Ek=hν–W求解题中光电子初动能问题，最后联立求解，得出正确结果。
设氢原子由n=4能级跃迁到n=2能级发出的光子波长为λ0，由n=2能级跃迁到n=1能级发出的光子波长为λ，则E4–E2=，E2–E1=（3分）
根据爱因斯坦光电方程，光电子的最大初动能为
Ek==2E2–E1–E4（3分）
=2×(–3.4) eV+13.6 eV+0.85 eV=7.65 eV（2分）
【名师点睛】此题的解题关键是理解逸出功是指金属恰能发生光电效应所需要的最小能量。另外熟练应用爱因斯坦光电效应方程：Ek=hν–W