2019-2020学年粤教版选修3-5 2.2光子 达标作业（解析版)

2.2光子
达标作业（解析版)
1．物理学家密立根以精湛的技术测量了光电效应中的几个重要物理量。按照密立根的方法进行实验，用不同频率的色光分别照射钠、钾的表面而产生光电效应，若钠、钾金属的遏止电压Uc随入射光频率ν变化的Uc–ν图象分别用实线、虚线表示，已知钠的逸出功是2.29 eV，钾的逸出功是2.25 eV，则下列图象可能正确的是
A． B．
C． D．
2．实验得到金属钙的光电子的最大初动能Ekm与入射光频率ν的关系如图所示。表格中列出了几种金属的截止频率和逸出功，参照表格可以确定的是(　　)
A．如用金属钨做实验得到的Ekm--ν图线也是一条直线，其斜率比图中直线的斜率大
B．如用金属钠做实验得到的Ekm--ν图线也是一条直线，其斜率比图中直线的斜率大
C．如用金属钠做实验得到的Ekm--ν图线也是一条直线，设其延长线与纵轴交点的坐标为(0，－Ek2)，则Ek2D．如用金属钨做实验，当入射光的频率ν<ν1时，可能会有光电子逸出
3．如图所示,是光电效应中光电子的最大初动能EK与入射光频率ν的关系图象．从图中可知
A．EK与ν成正比
B．入射光频率必须大于或等于极限频率vc时，才能产生光电效应
C．对同一种金属而言，EK不仅与ν有关，还与入射光强有关
D．EK与入射光强度成正比
4．分别用频率为ν和2ν的甲、乙两种单色光照射某金属，逸出光电子的最大初动能之比为1 : 3，已知普朗克常量为h，真空中光速为c，电子电量为e．下列说法正确的是( )
A．用频率为2ν的单色光照射该金属，单位时间内逸出的光电子数目一定较多
B．用频率为的单色光照射该金属不能发生光电效应
C．甲、乙两种单色光照射该金属，只要光的强弱相同，对应光电流的遏止电压就相同
D．该金属的逸出功为
5．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不变
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
6．用波长为2.0×10-7m的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是4.7×10-19J．由此可知，钨的极限频率是（普朗克常量h=6.63×10-34J ·s，光速c=3.0×108m /s，结果取两位有效数字）(　　)
A．5.5×1014Hz B．7.9×1014Hz
C．9.8×1014Hz D．1.2×1014Hz
7．用导线把验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是（ ）
A．有电子从锌板飞出 B．有光子从锌板飞出
C．锌板带负电 D．验电器内的金属箔带负电
8．某金属在光的照射下产生光电效应,其遏止电压Uc与入身射光频率v的关系图像如图所示。则由图像可知( )
A．入射光频率越大,该金属的逸出功越大
B．入射光的频率越大,则遏止电压越大
C．由图可求出普朗克常数
D．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
9．光子能量e=2.49eV的蓝光分别照射到甲、乙两种金属表面上，甲金属的逸出功W1=1.90eV，乙金属的逸出功W2=2.25eV。同时按照密立根的方法进行实验，可以测得两种金属相应的遏止电压。则
A．甲金属的截止频率比乙金属的大
B．甲金属逸出的光电子最大初动能比乙的小
C．按照密立根的方法进行实验，测得其相应的遏止电压甲的比乙的大
D．紫光分别照射到甲、乙两种金属表面上，不会有光电子逸出
10．瑞典皇家科学院2018年10月2日宣布，将2018年诺贝尔物理学奖授予美国科学家阿瑟?阿什金、法国科学家热拉尔?穆鲁以及加拿大科学家唐娜?斯特里克兰，以表彰他们在激光物理学领域的突破性贡献。阿什金发明的光镊工具能够“夹”住微小如原子、病毒以及活细胞等物体。穆鲁和斯特里克兰发明了“啁啾（zhōu jiū）脉冲放大”技术。“啁啾”出自唐诗“到大啁啾解游飏，各自东西南北飞”，形容鸟的鸣叫。“啁啾脉冲放大”技术其原理为：将一段短脉冲在时域上展宽，然后放大，再进行压缩。此项技术已经成为高强度激光的标准，应用于众多领域。则下列关于激光的说法合理的是
A．某激光器产生超短脉冲时长为2.0×10-13s，能量为1.0J，则此激光超短脉冲的功率为5.0×1013W
B．短脉冲激光测速是对被测物体进行两次有特定时间间隔的激光测距，测得在该时间段内被测物体的移动距离，从而得到被测物体的移动速度。激光测速选取的时间间隔越长，测得物体移动的瞬时速度越准确
C．“啁啾”来源于鸟鸣，意即频率变化，“啁啾脉冲”技术中的短脉冲激光瞬时频率随时间的变化而变化
D．利用光学镊子捕获活体细菌时，红外激光光镊比绿色激光光镊更容易杀死活体细菌
11．在实验室做了一个这样的光学实验，即在一个密闭的暗箱里依次放上小灯泡（紧靠暗箱的左内壁）、烟熏黑的玻璃、狭缝、针尖、感光胶片（紧靠暗箱的右内壁），整个装置如图所示．小灯泡发出的光通过熏黑的玻璃后变得十分微弱，经过三个月的曝光，在感光胶片上针尖影子周围才出现非常清晰的衍射条纹．对感光胶片进行了光能量测量，得出每秒到达感光胶片的光能量是5×10－13 J．假如起作用的光波波长约为500 nm，且当时实验测得暗箱的长度为1．2 m，若光子依次通过狭缝，普朗克常量h＝6．63×10－34 J·s，求：
（1）每秒钟到达感光胶片的光子数目．
（2）光束中相邻两光子到达感光胶片相隔的时间和相邻两光子之间的平均距离．
（3）根据第（2）问的计算结果，能否找到支持光是概率波的证据？请简要说明理由．
12．已知某金属的极限波长为0.6 μm，用0.5 μm的光照射该金属表面时发射光电子的最大初动能为多少焦耳？该金属的逸出功为多少焦耳？(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，结果保留2位有效数字)
13．科学家___________提出光子说，很好地解释了光电效应实验；光电效应说明光具有________性。
14．当每个具有5.0eV的光子束射入金属表面后，从金属表面逸出的电子具有最大初动能是1.5eV，为了使这种金属产生光电效应，入射光子的最低能量是______，为了使从金属表面逸出的电子具有的最大初动能加倍，入射光子的能量是______．
参考答案
1．B
【解析】
【详解】
根据爱因斯坦光电效应方程得，而，，整理可得，则图线斜率均为普朗克常量与元电荷的比值，是相同的，即两图线平行，故选项D错误；当时，，故选项A错误；当时，，由于钠的逸出功2.29 eV大于钾的逸出功2.25 eV，钠的横轴截距大于钾的横轴截距，故选项B正确，C错误。
2．C
【解析】
【详解】
由光电效应方程：EKm=hγ-W0=hγ-hγ0可知，EKm-γ图线的斜率表示普朗克常量，横轴截距表示最大初动能为零时的入射光频率，此时的频率等于金属的极限频率，也可能知道极限波长，根据W0=hγ0可求出逸出功。普朗克常量与金属的性质、与光电子的最大初动能、入射光的频率无关，如用金属钨做实验得到的Ekm-ν图线都是一条直线，其斜率与图中直线的斜率相等，故AB错误；如用金属钠做实验得到的Ekm-ν图线也是一条直线，其斜率与图中直线的斜率相等，设其延长线与纵轴交点的坐标为（0，-Ek2），由于钠的逸出功小于钨的逸出功，则Ek2＜Ek1，故C正确；如用金属钨做实验，当入射光的频率ν＜ν1时，因钨的逸出功大于钙，则不可能会有光电子逸出，故D错误。
3．B
【解析】
【详解】
根据最大初动能Ekm与入射光频率ν 的关系图线知，图线不过原点，所以不是成正比关系．故A错误．由图线知，入射光的频率大于或等于极限频率时，最大初动能大于等于零，才能发生光电效应，故B正确．根据光电效应方程知，Ekm=hv-W0，同一种金属，逸出功相同，则最大初动能仅与v有关，与入射光的强度无关，故C D错误．
4．B
【解析】
【详解】
A、单位时间内逸出的光电子数目与光的强度有关，由于光的强度关系未知，故选项A错误；
BD、光子能量分别为：和，根据爱因斯坦光电效应方程可知光电子的最大初动能为：和，逸出光电子的最大初动能之比为1:3，联立可得逸出功为：，用频率为的单色光照射该金属不能发生光电效应，故选项B正确，D错误；
C、两种光的频率不同，光电子的最大初动能不同，由动能定理可知对应的遏止电压是不同的，故选项C错误；
5．C
【解析】
入射光照射到某金属表面上发生光电效应．若入射光的强度减弱，频率保持不变，可知仍然可以发生光电效应，根据光电效应方程Ekm=hv-W0知，光电子的最大初动能不变．故A错误，B正确．入射光的强度减弱，则入射光的光子的数目减少，单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减小．故C正确；若能发生光电效应，发生光电效应的时间与光的强度无关，故D错误；故选BC．
点睛：解决本题的关键掌握发生光电效应的条件：入射光的频率大于金属的极限频率，入射光的强度影响单位时间内发出光电子的数目，不影响是否发生光电效应．
6．B
【解析】
【详解】
由光电效应方程Ekm=hv-W0?；紫外线的频率为：；逸出功为：W0=hv0?；联立可得：，故选项ACD错误，B正确．
7．A
【解析】
【详解】
光电效应是指光子照射下，金属表面的电子脱离原子核的束缚逸出金属表面的现象，用紫外线照射锌板时，发生光电效应，有电子从锌板逸出，锌板失去电子带正电，所以验电器带正电而张开一定角度，故选项A正确，B、C、D错误。
8．B
【解析】当遏止电压为零时，最大初动能为零，则入射光的能量等于逸出功，所以W0=hv0，逸出功入射光频率无关，是由材料决定的，故A错误；根据光电效应方程Ekm=hv-W0和eUC=EKm得： ，当入射光的频率大于极限频率时，入射光的频率越大，则遏止电压越大，故B正确；由，知图线的斜率等于，从图象上可以得出斜率的大小，可以求出普朗克常量为： ，故C错误；根据光电效应方程Ekm=hv-W0，得最大初动能与入射光的频率成线性关系，不是成正比，故D错误。所以B正确，ACD错误。
9．C
【解析】
【详解】
A、由于，根据可知甲金属的截止频率比乙金属的截止频率小，故选项A错误；
B、根据爱因斯坦光电效应方程：可知甲金属逸出的光电子最大初动能比乙的大，故选项B错误；
C、由于可知测得相应的遏止电压甲的比乙的大，故选项C正确；
D、紫光的频率高于蓝光的频率，根据光电效应发生的条件，紫光分别照射到甲乙两种金属表面上，一定会有光电子逸出，故选项D错误；
说法正确的选选项C。
10．C
【解析】
【详解】
A项：由公式，故A错误；
B项：时间间隔越短，该段时间内的平均速度越接近物体的瞬时速度，所以激光测速选取的时间间隔越短，测得物体移动的瞬时速度越准确，故B错误；
C项：“啁啾”来源于鸟鸣，即鸟叫的频率变化，所以“啁啾脉冲”技术中的短脉冲激光瞬时频率随时间的变化而变化，故C正确；
D项：由于红外线的能量比绿色光的能理更低，红外激光光镊比绿色激光光镊更难杀死活体细菌，故D错误。
故选：C。
11．（1）1．26×106个（2）7．9×10－7 s 2．4×102 m（3）由第（2）问的计算结果可知，两光子间距为2．4×102 m，而小灯泡到感光胶片之间的距离只有1．2 m，所以在熏黑玻璃右侧的暗箱里一般不可能有两个光子同时同向在运动，这样就排除了衍射条纹是由于光子相互作用所产生的波动行为的可能性．因此，衍射图形的出现是许多光子各自独立行为积累的结果．在衍射条纹的亮区是光子到达可能性较大的区域，而暗区是光子到达可能性较小的区域．这个实验支持了光是概率波的观点．
【解析】【分析】根据光子能量为与每秒达到感光胶片的光子数为求解；根据运动学公式，依据感光时间，即可求解；依据衍射现象产生的原理，在衍射条纹的亮区是光子到达可能性较大的区域，而暗区是光子到达可能性较小的区域，即可求解；
解：(1)设每秒到达感光胶片的光能量为E0，对于λ=500nm的光子能量为
因此每秒达到感光胶片的光子数为
代入数据得个
(2)光子是依次到达感光胶片的，光束中相邻两光子到达感光胶片的时间间隔为：
相邻两光子间的平均距离为：
(3)由第(2)问的计算结果可知,两光子间距有2．4×102 m，而小灯泡到感光胶片之间的距离只有1.2m，所以在熏黑玻璃右侧的暗箱里一般不可能有两个光子同时同向在运动。这样就排除了衍射条纹是由于光子相互作用产生的波动行为的可能性。因此，衍射图形的出现是许多光子各自独立行为积累的结果，在衍射条纹的亮区是光子到达可能性较大的区域，而暗区是光子到达可能性较小的区域。这个实验支持了光波是概率波的观点。
12．6.6×10－20 J　 ， 3.3×10－19 J
【解析】试题分析：根据W=hv0即可求出该金属的逸出功，然后根据爱因斯坦光电效应方程，求解光电子的最大初动能。
金属发生光电效应的极限频率ν0＝。金属的逸出功
W0＝hν0＝h =3.3×10－19 J
由光电效应方程Ek＝hν－W0＝h －h＝hc(－)＝6.6×10－20 J
点睛：本题主要考查了爱因斯坦光电效应方程，掌握发生光电效应现象的条件：入射光的频率大于或等于极限频率．根据光电效应方程可求出最大初动能。
13．爱因斯坦 粒子性
【解析】
【详解】
科学家普朗克提出了能量子解析了黑体辐射，爱因斯坦借助能量子的概念提出了光子说，成功地解析了光电效应，光子说的提出说明光具有粒子性。
14．3.5eV6.5eV
【解析】
【详解】
由从金属表面逸出的电子具有最大的初动能是1.5eV．而入射光的能量为5.0eV．则该金属的逸出功为3.5eV．而不论入射光的能量如何变化，逸出功却不变．所以恰好发生光电效应时，入射光的能量最低为3.5eV．为了使从金属表面逸出的电子具有的最大初动能加倍，根据光电效应方程可知；则入射光子的能量是；
【点睛】
金属的逸出功是不变的，且逸出功是电子逃逸出来所克服引力做功的最小值，注意掌握光电效应方程的应用．