同步测控
我夯基 我达标
1.光电效应表明（ ）
A.光是一种电磁波 B.光是一种高速粒子流
C.光具有粒子性 D.光具有波动性
解析：光电效应是光粒子性的表现，故选项C正确.
答案：C
2.红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的是 ……（ ）
A.红光 B.橙光 C.黄光 D.绿光
解析：根据E=hν可知，光子能量最小的应对应频率最小的光，红、橙、黄、绿四种单色光种红光的频率最小，故红光光子能量最小.
答案：A
3.在演示光电效应的实验中，把某种金属板连在验电器上.第一次，用弧光灯直接照射金属板，验电器的指针就张开一个角度.第二次，在弧光灯和金属板之间，插入一块普通的玻璃板，再用弧光灯照射，验电器指针不张开，由此可以判定，使金属板产生光电效应的是弧光中的（ ）
A.可见光成分 B.紫外光成分 C.红外光成分 D.无线电波成分
解析：用弧光灯直接照射金属板，金属板逸出光电子带正电，使验电器的指针张开，插入普通玻璃板后，因为玻璃板能吸收紫外线，而可见光依然能通过玻璃板照到金属板上，验电器指针不张开，所以，可以判定，使金属板产生光电效应的是弧光中的紫外线成分.
答案：B
4.（经典回放）下表给出了一些金属材料的逸出功.现用波长为400 nm的单色光照射上述材料，能产生光电效应的材料最多有几种？(普朗克常量h=6.6×10-34 J·s，光速c=3.00×108 m/s)（ ）
材料
铯
钙
镁
铍
钛
逸出功(×10-19 J)
3.0
4.3
5.9
6.2
6.6
A.2种 B.3种 C.4种 D.5种
解析：E=hν=J=4.97×10-19 J，
大于钙和铯的逸出功，所以能产生光电效应的材料最多有2种.
答案：A
5.一群氢原子处于n=4的激发态，它们可能发出的谱线（ ）
A.只有1条 B.只有3条 C.可以有6条 D.可以有无数条
解析：原子发光是能级间的跃迁，处于激发态的氢原子在跃向较低能级时就会辐射出一定频率的谱线.由于氢原子从高能态向低能态跃迁时有各种可能，如下图所示，因此这一群氢原子可能发出6条光谱线.
答案：C
6.光电效应实验的装置如图6-4-5所示，则下面说法中正确的是（ ）
图6-4-5
A.用紫外光照射锌板，验电器指针会发生偏转
B.用红色光照射锌板，验电器指针会发生偏转
C.锌板带的是负电荷
D.使验电器指针发生偏转的是正电荷
解析：将擦得很亮的锌板连接验电器，用弧光灯照射锌板（弧光灯发出紫外线），验电器指针张开一个角度，说明锌板带了电，进一步研究表明锌板带正电.这说明在紫外线的照射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出来，锌板中缺少电子，于是带正电，A、D选项正确.红光不能使锌板发生光电效应.
答案：AD
7.(经典回放)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
解析：根据光电效应规律，只要入射光的频率大于极限频率，就能发生光电效应，D错.光电子的最大初动能取决于入射光的频率，与光的强度无关，故A正确，B错.减小光的强度时，单位时间内产生的光电子数目将减少，故C正确.
答案：AC
8.在光电效应实验中，下列结果正确的是（ ）
A.如果入射光比较弱，只要照射的时间足够长，就会产生光电效应
B.当入射光的频率增大为原来的两倍时，光电子的最大初动能也增大为原来的两倍
C.当入射光的波长增大为原来两倍时，可能不产生光电效应
D.当入射光的强度增大为原来两倍时，单位时间发射光电子的数量也增大为原来的两倍
解析：如果入射光的频率比极限频率低，那么无论光多么强，照射时间多么长，都不会发生光电效应.而如果入射光的频率高于极限频率，即使光不强，也会产生光电效应.A错.
在光电效应中每秒从阴极发射的光电子数与入射光强成正比，D正确.
入射光的频率增大时，从阴极逸出的光电子的初动能也增大，但两者不是简单的正比关系，B错.
入射光波长为原来的两倍时，其频率减为原来的，如果已低于阴极材料的极限频率，就不会产生光电效应.
答案：CD
9.1900年，__________为解决黑体辐射的实验规律提出了量子假说，认为能量E与波长λ的关系为__________.5年后，爱因斯坦在此基础上提出__________的说法，并认为光有__________.
解析：普朗克首先研究黑体辐射并提出量子化假说，爱因斯坦提出光子说，并引入光子量子化， E＝hν中ν表示波动性，因此光子说既认为光具有波动性，又具有粒子性.
答案：普朗克 E=h 光量子 波粒二象性
10.某种可见光的波长为8.543×10-7 m，则该光束内光子的能量是 .
解析：E=hν=h=J=2.33×10-19 J.
答案：2.33×10-19 J
11.关于光的本性，早期有牛顿的微粒说和惠更斯的__________，后来又有麦克斯韦的电磁说.20世纪初，为解释__________现象，爱因斯坦提出了光子说.__________实验证实了实物粒子也具有波动性.
答案：波动说 光电效应 电子衍射
12.计算波长是0.122 0 μm的紫外线的光子的能量，用焦耳和电子伏两种单位表示.
解析：根据光子说光子能量E=hν
E=hν=h=6.63×10-34×J=1.63×10-18 J
1.63×10-18 J=10.2 eV.
答案：1.63×10-18 J 10.2 eV
我综合 我发展
13.某种单色光照射到金属表面时，（如图6-4-6所示）金属表面有光子逸出，如果光的强度减弱，频率不变，则下列说法正确的是（ ）
图6-4-6
A.光的强度减弱到某一最低数值时，就没有光电子逸出
B.单位时间内逸出的光电子数减少
C.逸出光电子的最大初动能减少
D.单位时间内逸出的光电子数和光电子的最大初动能都要减少
解析：根据光子说，入射光的频率决定是否发生光电效应和光电子的最大初动能，入射光的强度决定光电子的个数.光的强度减弱，表明光子的个数减少，所以选项B正确.由于频率不变，仍会发生光电效应，且光子的最大初动能不变，所以选项A、C、D错误.
答案：B
14.如图6-4-7所示，被激发的氢原子从较高能态跃迁到较低能态时，发出波长分别为λ1、λ2、λ3的三条谱线，则三者的关系是 ……（ ）
图6-4-7
A.λ3=λ1+λ2 B.λ1=λ2+λ3 C. D.
解析：根据玻尔理论，辐射光的波长或频率满足关系式
hν=h=ΔE
所以hν1=h=E3-E2
hν2=h=E2-E1
hν3=h=E3-E1
所以.
答案：C
15.人眼可观察到的最小功率为1×10-12 μW，人眼对绿光（波光为5×10-7 m）最敏感，每秒钟至少要射入___________个光子才能引起视觉.
解析：引起视觉的最小功率为P=1×10-12 μW=1×10-18 W，每个光子能量
hν=h=6.63×10-34×=4.0×10-19 J，又P=n·hν
所以n=≈3（个）.
答案：3
16.某金属在一束黄光照射下，刚好有电子逸出（即用频率小于黄光的光线照射就不能有电子逸出），在下述情况下电子的最大初动能及逸出的电子数目会发生什么变化？（1）增大光强而不改变光的频率；（2）用一束强度更大的红光代替黄光；（3）用强度相同的紫光代替黄光.
解析：由题意可知黄光频率为该金属的极限频率.（1）增大光强而不改变光的频率，意味着单位时间内入射的光子数增大，而每个光子的能量不变.由mvm2=hν-W可知逸出的光电子的最大初动能不变，但逸出的光电子数目增多.（2）用一束强度更大的红光来代替黄光，红光频率低于该金属的极限频率，所以无光电子逸出.（3）用强度相同的紫光代替黄光时，因一个紫光光子的能量大于一个黄光光子的能量，当光强度相同时，紫光入射金属时，单位时间内的光子数比黄光少，因此逸出的电子数将减少，但光电子的最大初动能将增大.
答案：见解析
*6.4 微观世界与量子论
教学目标
重点难点
1．知道光子说及其对光电效应的解释、了解光的波粒二象性。
2．知道能级的概念，知道原子发射与吸收光子的频率与能级差的关系。
3．知道原子光谱是一些分立的值，了解原子光谱的一些应用。
4．知道物质波的概念。
重点：光电效应的规律。
难点：原子光谱的形成原因。
一、光电效应
1．光电效应：当可见光和其他电磁辐射照射到金属表面上时，能从金属表面打出电子，这种现象叫光电效应，被打出的电子叫光电子。
2．光子：爱因斯坦认为，表面上看起来连续的光波是一颗一颗以光速运动的粒子组成的粒子流，这些粒子不能再分割，只能被整个地吸收或产生出来，这种粒子称为光子。
3．光子的能量E与光的频率ν关系是E＝hν。
预习交流1
光电子和电子是一样的吗？
答案：光电子本质上就是电子，只是因为在光的照射下从金属表面溢出的，所以称为光电子。
二、连续谱与线光谱
1．用三棱镜能将太阳光分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的彩色光带，这种彩色光带叫光谱。
2．太阳光的光谱是从红到紫连续分布的，叫连续光谱。灼热的固体和液体、高压气体发出的都是连续光谱。
3．有的光谱是不连续的，在黑暗的背景上只有几条发亮的光谱线，这样的光谱叫线状光谱，又称线光谱。气态物质经加热或高压放电后发出的光谱是线状光谱。不同物质的线光谱不同，因此线光谱可以用来鉴别物质。
预习交流2
夏天雨后，乌云飞散，太阳重新露头，在太阳对面的天空中，常会出现美丽的半圆彩虹，彩虹中的七种颜色是怎样排布的？
答案：雨后美丽的彩虹实际是太阳光被小水珠色散而成的光谱，它的颜色是按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的顺序排列的。
三、实物粒子与波
德布罗意认为，实物粒子也有波粒二象性，实物粒子所对应的波叫物质波，又叫德布罗意波。
一、光电效应的规律
光电效应的规律有几条？它与经典的电磁理论有哪些矛盾？
答案：当可见光和其他电磁辐射照射到金属表面时，能从金属表面打出电子，这种现象就叫做光电效应。从金属表面打出的电子叫做光电子。
极限频率：当用频率为ν0的某种光来照射某种金属时，金属刚好能有光电子放出，即发生光电效应，这个频率ν0就叫做此种金属的极限频率。
光电效应的规律：
1．每一种金属都有一个极限频率，只有当入射光的频率达到或超过极限频率时，才会发生光电效应。
2．当金属发生光电效应时，入射光的强度越大，单位时间内发射出的光电子数目越多。
3．当发生光电效应时，入射光的频率越高，光电子的最大初动能越大。
4．光电子的发射几乎是瞬时的，不需要时间的积累，大约为10－9 s。
光电效应表明，光具有粒子性。
经典电磁理论与以上规律中的1、3、4有不可克服的矛盾：经典电磁理论认为光是一种电磁波，而波的能量取决于振幅（即光强），也就是说只要入射光的强度足够大，就一定能产生光电效应。而事实是：光的频率达不到某一值，再强的光照射也不能产生光电效应，存在产生光电效应的极限频率。光电子的最大初动能按照经典电磁理论也是由光强和被照射金属决定的，而事实上是由入射光的频率和被照射金属决定的，与光强无关。波将其能量分散给途径的每个质点，那么电子要从金属中打出，应有一个能量累积过程。而事实是：从光照到金属到有光电子发出几乎是同时的。这些矛盾的出现，孕育了光子说的诞生。
光电效应实验的装置如图所示，则下面说法中正确的是（ ）。
A．用紫外光照射锌板，验电器指针会发生偏转
B．用红色光照射锌板，验电器指针会发生偏转
C．锌板带的是负电荷
D．使验电器指针发生偏转的是正电荷
答案：AD
解析：将擦得很亮的锌板连接验电器，用弧光灯照射锌板（弧光灯发出紫外线），验电器指针张开一个角度，说明锌板带了电，进一步研究表明锌板带正电。这说明在紫外线的照射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出来，锌板中缺少电子，于是带正电，A、D选项正确。红光不能使锌板发生光电效应。
爱因斯坦的光子说对光电效应的解释
爱因斯坦认为：光的发射、传播、接收是一份一份进行的，每一份叫做一个光子，光子的能量E＝hν，h是普朗克常量，ν是光子频率。显然光子的能量取决于频率，那么光电效应现象中就存在极限频率。同理，光电子的最大初动能也是由入射光频率和金属种类决定。至于瞬时性，那是因为一个电子获得的能量来源于一个光子，无需能量累积。
二、对线光谱的理解
线光谱是怎样产生的？它揭示了原子能量的哪些特点？
答案：原子光谱是低温的原子蒸汽发出的光所形成的光谱。原子光谱是一些不连续的线状谱，并且不同的原子的谱线是不同的，所以又把原子光谱叫做原子的特征谱线。原子光谱的特点充分说明了原子只能处于一系列不连续的能量状态中，当原子从一种能量状态变化到另一种能量状态时，辐射（或吸收）一定频率的光子，辐射（或吸收）的光子的能量是不连续的，即能量的量子化得到了进一步的证实。
对原子光谱，下列说法正确的是（ ）。
A．原子光谱是不连续的
B．由于原子都是由原子核和电子组成的，所以各种原子的原子光谱是相同的
C．各种原子的原子结构不同，所以各种原子的原子光谱也不相同
D．分析物质发光的光谱，可以鉴别物质中含哪些元素
答案：AD
解析：原子光谱为线光谱，A正确；各种原子都有自己的特征谱线，故B错，C对；据各种原子的特征谱线进行光谱分析可鉴别物质组成，D正确。
光谱及光谱分析
每种原子都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成，这种方法叫做光谱分析。
三、实物粒子与波
既然每种宏观物体都对应一种波，那我们为什么观测不到它们的波动性？
答案：（1）我们平时所看到的宏观物体运动时，我们看不见它们的波动性，但也有一个波长与之对应，例如飞行子弹的波长约为10－34 m。
（2）波粒二象性是微观粒子的特殊规律，一切微观粒子都存在波动性；宏观物体也存在波动性，只是波长太小，难以观测。
（3）对于光，先有波动特征（即ν和λ），其后在量子理论中引入光子的能量ε和动量p来补充它的粒子性。反之，对于实物粒子，则先有粒子概念（即ε和p），再引用德布罗意波（即ν和λ）的概念来补充它的波动性。不过要注意这里所谓波动性和粒子性，实际上仍然都是经典物理学的概念，所谓补充仅是形式上的。
一颗子弹，质量为1 g，以1 000 m/s的速度运动，求其德布罗意波波长。一个静止的电子经100 V的电压加速后，求其德布罗意波波长。（已知电子质量、电荷量分别为0.91×10－30 kg、1.6×10－19 C）
答案：6.626×10－34 m 0.12 nm
解析：子弹的波长为λ1＝＝＝m＝6.626×10－34 m
电子加速后的速度为ve，则由动能定理得：，解得ve＝
所以λe＝＝
＝m
＝1.2×10－7 m＝0.12 nm。
证明物质波存在的方法
电子衍射图样
干涉和衍射是波的特性，如果实物粒子具有波动性，在一定条件下应该能够观察到其干涉或衍射现象。宏观物体（例如上述示例中的子弹）的动量很大，其物质波的波长极短，不易观察到它的干涉和衍射现象，但是微观粒子（例如上述示例中加速后的电子），其物质波的波长较长（与X射线相当），可以观察到其干涉或衍射现象。
1927年，戴维森和汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射的实验，观察到了电子的衍射图样，从而证明了电子的波动性。
1．光电效应表明（ ）。
A．光是一种电磁波
B．光是一种高速粒子流
C．光具有粒子性
D．光具有波动性
答案：C
解析：光电效应是光粒子性的表现，故选项C正确。
2．人类对光的本性的认识经历了曲折的过程，下列关于光的本性的叙述不符合科学规律或历史事实的是（ ）。
A．牛顿的微粒说与爱因斯坦的光子说本质上是一样的
B．光的干涉实验证明了光具有波动性
C．麦克斯韦预言了光是一种电磁波
D．光具有波粒二象性
答案：A
解析：现代物理学中的波粒二象性是爱因斯坦光子说与麦克斯韦电磁说的统一，与牛顿的微粒说本质上是不一样的，A说法错误；光的干涉实验证实光具有波动性，B说法正确；麦克斯韦提出电磁场理论后，预言光是一种电磁波，C说法正确；光的本质是具有波粒二象性，D说法正确。故选A。
3．下列关于光子的认识正确的是（ ）。
A．在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光子
B．光子的能量由光的强度决定，光越强，每个光子的能量一定越大
C．单个光子的能量由光的频率决定，每个光子的能量与其频率成正比
D．光子与电子一样，都是看得见的实物粒子
答案：AC
解析：光是不连续的，每一份叫一个光子，单个光子的能量与光的强度无关，而与其频率成正比，光子与电子不同，不是实物粒子，所以A、C正确，B、D错误。
4．对于光谱，下面的说法中正确的是（ ）。
A．大量原子发生的光谱是连续谱，少量原子发生的光谱是线状谱
B．线状谱是由不连续的若干波长的光所组成
C．太阳光谱是连续谱
D．太阳光谱是线状谱
答案：BD
5．下列对物质波的认识，正确的是（ ）。
A．任何一个物体都有一种波和它对应，这就是物质波
B．X光的衍射证实了物质波的假设是正确的
C．电子的衍射证实了物质波的假设是正确的
D．物质波是一种概率波
答案：ACD
解析：由德布罗意波的定义可知，任何一个运动的物体都有一种波与它对应，德布罗意波（即物质波）是一种概率波，电子的运动是绝对的，电子的衍射证实了物质波的存在，故A、C、D正确。
