高中物理鲁科版 过关检测选修3-5　光的粒子性 Word版含解析

　光的粒子性

1.(2018丰台一模)光照在某金属表面上发生了光电效应。若只减弱光的强度,而保持频率不变,则(　　)
A.有可能不发生光电效应
B.逸出的光电子的最大初动能将减小
C.单位时间内从金属表面逸出的光电子数将减少
D.从光照射到金属表面到有光电子逸出的时间明显增加
答案　C　光的强度即单位时间内发出的光子总能量:P=Nhν,N为单位时间内发出的光子总个数。减小光强,即减小N,但光的频率ν不变,因此仍能发生光电效应,A项错。由光电效应方程:Ek=hν-W0知,光电子的最大初动能Ek不变,B项错。电子吸收入射光子能量从而飞出原子表面时间极短,约为10-9 s,不受光强影响,D项错。因为入射光子数减少,所以有更少的电子吸收入射光子能量而逸出,C项正确。
2.(2018石景山一模)关于光子和光电子,下列说法中正确的是(　　)
A.光子就是光电子
B.光电子是光电效应中吸收光子后飞离金属表面的电子
C.真空中光子和光电子的速度都是光速c
D.光电子和光子都带负电荷
答案　B　光子是一份能量,光电子是光电效应中产生的电子,两者完全不同,A错误,B正确;真空中的光子速度是光速c,光电子的速度大小与入射光的频率和金属材料的逸出功有关,C错误;光子不带电,D错误。
3.(2018朝阳二模)1900年,普朗克在研究黑体辐射时,认为其辐射的能量是不连续的,而是一份一份的,由此引入了一个常量h(普朗克常量),普朗克常量的引入开创了量子论。物理学家金斯曾说过这样一句话:“虽然h的数值很小,但是我们应当承认,它是关系到保证宇宙存在的。如果说h严格等于0,那么宇宙的物质,宇宙的物质能量,将在十亿万分之一秒的时间内全部变为辐射。”关于h的单位,用国际单位制中的基本单位表示,正确的是(　　)
A.J·s B.J/s
C.kg·m2/s D.kg·m2·s3
答案　C　由Ek=hν,可知h=
??
k
??
,又Ek=
1
2
mv2,则可知h的单位为:1
J
Hz
=1 J·s=1 kg·
m
s
2
·s=1 kg·m2/s,则C正确。
4.(2018海淀一模)用图甲所示的电路研究光电效应中电子发射的情况与照射光的强弱、光的频率等物理量间的关系。电流计G测得的光电流I随光电管两端电压U的变化如图乙所示,则(　　)
/
A.通过电流计G的电流方向由d到c
B.电压U增大, 光电流I一定增大
C.用同频率的光照射K极,光电子的最大初动能与光的强弱无关
D.光电管两端电压U为零时一定不发生光电效应
答案　C　光电子从K极逸出向A极运动,所以通过电流计G的电流方向由c→d,A错误。由乙图可知U增大到某一数值后,I不再变大,B错误。由光电效应方程及遏止电压可知,hν=W+eUc,同频率的光遏止电压Uc相同,光电子最大初动能相同,C正确。由图乙可知U=0时,I≠0,光电效应照样发生,D错误。
5.(2018房山二模)用电子做双缝干涉实验,下面三幅图分别为100个、3 000个、7 000个左右的电子通过双缝后,在胶片上出现的干涉图样。该实验表明(　　)
/
A.电子具有波动性,不具有粒子性
B.电子具有粒子性,不具有波动性
C.电子既有波动性,又有粒子性
D.电子到达胶片上不同位置的概率相同
答案　C　这个实验说明,电子到达胶片上不同位置的概率不同,个别电子呈现出粒子性,大量的电子呈现出波动性,所以电子既有波动性,又有粒子性。
6.分别用波长为λ和
2
3
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.
???
2??
B.
3???
2??
C.
3???
4??
D.
2???
??
答案　A　根据光电效应方程得
Ek1=h
??
??
-W0
Ek2=h
??
2
3
λ
-W0
又Ek2=2Ek1
联立解得W0=
???
2??
,A正确。
7.(2018西城一模)2016年9月25日,被誉为“中国天眼”的世界最大单口径射电望远镜(简称FAST)在贵州省平塘县落成启用,开始接收来自宇宙深处的电磁波。中国天眼的存在,使得深空通讯能力延伸至太阳系外缘行星,对探索宇宙的起源和地外文明具有重要意义。
/
如果为天眼配备一部发射功率为百万瓦级(106 W)的发射机,其发射的无线电波波长为126厘米。那么该发射机每秒钟发射的光子数量的数量级约为(取真空光速c =3×1
0
8

m/s,普朗克常量h=6.6×10-34J?s)(　　)
A.1023 B.1027 C.1031 D.1035
答案　C　设每秒发射的光子数为n,发射机每秒发射的总能量为:Pt=nh
??
??
,将题中数据代入得:n=6.36×1030,数量级更接近选项C。
8.人眼对绿光最为敏感,正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时,只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔,眼睛就能察觉。普朗克常量为3.63×10-34 J·s,光速为3.0×108 m/s,则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是(　　)
A.2.3×10-18 W B.3.8×10-19 W
C.7.0×10-10 W D.1.2×10-18 W
答案　A　因每秒有6个绿光的光子射入瞳孔,所以察觉到绿光所接收的最小功率P=
??
??
,式中E=6ε,又ε=hν=h
??
??
,可解得P=6×
6.63×1
0
-34
×3×1
0
8
530×1
0
-9
W=2.3×10-18 W。
9.如图所示,当开关S断开时,用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极K,发现电流表读数不为零。合上开关,调节滑动变阻器,发现当电压表读数小于0.60 V时,电流表读数仍不为零;当电压表读数大于或等于0.60 V时,电流表读数为零。求:
/
(1)此时光电子的最大初动能的大小;
(2)该阴极材料的逸出功。
答案　(1)0.6 eV　(2)1.9 eV
解析　(1)由题意可知,遏止电压为0.60 V,由动能定理得光电子的最大初动能Ek=eU=0.6 eV。
(2)由光电效应方程Ek=hν-W0得该阴极材料的逸出功
W0=hν-Ek=2.5 eV-0.6 eV=1.9 eV。
B组　综合提能
1.(2017顺义二模)二氧化碳对波长较长的电磁辐射(如红外线)有较强的吸收作用,而对波长较短的电磁辐射(如可见光)的吸收作用较弱。阳光中多种波长的电磁辐射透过大气照到地球表面,使地面升温,而地面的热辐射是波长较长的电磁辐射,它不容易透过大气中的二氧化碳,于是大气温度上升。大气中二氧化碳的作用像暖房的玻璃一样:太阳的热辐射容易进来,地面的热辐射却不易出去。这种效应叫“温室效应”。二氧化碳是一种重要的“温室气体”。温室效应使得大气的温度不致太低,昼夜温差不致太大,各种生物能够繁衍生息。然而,近年来由于人类的活动,大气中的二氧化碳增加,温室效应加剧,这是全球变暖的重要原因。根据上述观点及你所掌握的其他信息,判断下列说法正确的是(　　)
A.红外线具有明显的热效应是因为其光子能量大于可见光的光子能量
B.温室效应是指二氧化碳对可见光吸收较弱,大量的可见光照射到地面,导致地球温度升高
C.在地球形成的早期,火山活动频繁,排出大量的二氧化碳,温室效应显著,当时地球的气温很高
D.由于现代工业大量燃烧煤炭、石油等燃料,燃烧过程放出大量的热,导致地球温度升高,气候变暖
答案　C　光子能量E=hν=h
??
??
,红外线的波长比可见光的长,光子能量小,A项错。B项对温室效应的原因解释不完整。现代工业大量燃烧煤炭、石油等燃料,产生大量二氧化碳,使温室效应加剧,D项错误。
2.(2017海淀一模)如图所示,两束单色光a、b同时从空气中斜射入平行玻璃砖的上表面,进入玻璃砖中形成复合光束c,则下列说法中正确的是(　　)
/
A.若用a光照射某金属的表面能发生光电效应,则用b光照射也能发生
B.在相同条件下进行双缝干涉实验,a光的干涉条纹间距较小
C.在玻璃砖中a光的速度较小
D.从水中射向空气发生全反射时,a光的临界角较小
答案　A　由图可知naλb,由条纹间距公式Δx=
??
??
λ,可知在相同条件下进行双缝干涉实验时,a光的干涉条纹间距较大,B错。又n=
??
??
,则va>vb,C错。由n=
1
sin??
知,Ca>Cb,D错。
3.(2017海淀一模)实验表明:光子与速度不太大的电子碰撞发生散射时,光的波长会变长或者不变,这种现象叫康普顿散射,该过程遵循能量守恒定律和动量守恒定律。如果电子具有足够大的初速度,以至于在散射过程中有能量从电子转移到光子,则该散射被称为逆康普顿散射,这一现象已被实验证实。关于上述逆康普顿散射,下列说法中正确的是(　　)
A.该过程不遵循能量守恒定律
B.该过程不遵循动量守恒定律
C.散射光中存在波长变长的成分
D.散射光中存在频率变大的成分
答案　D　光子获得能量,由E光=hν可知,散射光中存在频率变大的成分,即波长变短的成分。该过程仍遵循动量守恒定律和能量守恒定律。
4.(多选)物理学家做了一个有趣的实验:在双缝干涉实验中,在光屏处放上照相底片,若减弱光的强度,使光子只能一个一个地通过狭缝,实验结果表明,如果曝光时间不太长,底片上只出现一些不规则的点;如果曝光时间足够长,底片上就出现了规则的干涉条纹,对这个实验结果下列认识正确的是(　　)
A.曝光时间不长时,光子的能量太小,底片上的条纹看不清楚,故出现不规则的点
B.单个光子的运动表现出波动性
C.干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方
D.只有大量光子的行为才能表现出波动性
答案　CD　光是一种概率波,对于一个光子通过单缝落在何处,是不确定的,但概率最大的是中央亮纹处,可达95%以上,还可能落到暗纹处,不过落在暗纹处的概率最小(注意暗纹处并非无光子到达),故C、D选项正确。
5.一个手电筒在3 V的电压下,通过0.25 A的电流,灯泡所发出的光会聚后形成一个面积为10 cm2的平行光束。如果灯泡所消耗的能量中有1% 转化为波长6 000
A
°
的可见光,求:
(1)沿光传播方向上长1 m的光束内有多少光子;
(2)在光束垂直照射的物体表面上,平均每秒钟每平方厘米的表面上接收到多少光子。
答案　(1)7.54×107个　(2)2.26×1015个
解析　根据光子说,手电筒发光的能量是由光子组成的,λ=6×10-7 m,S=10-3 m2
(1)P=IU,E=
???
??
,每秒钟发出的光子数n=
??×1%
??
=
??????
100???
设长1 m的光柱中光子个数为x,则
??
??
=
??
??
(其中c为3×108 m/s)
x=
??
??
n=
????????
100?
??
2
=7.54×107(个)
(2)n'为每秒钟每平方厘米的表面上接收的光子数
由
??
????
=
??'
??'??
,S'=10-4 m2
所以n'=
??'
??
n=
??'??×1%
????
=
??'??????
?????×100
=2.26×1015(个)。
6.光具有波粒二象性,光子的能量E=hν,其中频率ν表征波的特征。在爱因斯坦提出光子说之后,法国物理学家德布罗意提出了光子动量p与光波波长λ的关系λ=
?
??
。若某激光管以P=60 W的功率发射波长λ=663 nm的光束,试根据上述理论计算:
(1)该管在1 s内发射出多少个光子?
(2)若该管发射的光束被某黑体表面吸收,那么该黑体表面所受到的光束对它的作用力F为多大?
答案　(1)2×1020个　(2)2×10-7 N
解析　(1)由能量守恒定律得Pt=n
???
??
,可得n=2×1020个
(2)对光子由动量定理 ,可得F't=(p2-p1)n,可得F'=-2×10-7 N
由牛顿第三定律知黑体表面所受作用力F=-F'=2×10-7 N。