第 17 章光电效应　光的波粒二象性 Word版含解析

1.当用一束紫外线照射锌板时,发生了光电效应,这时(　C　)
A.锌板带负电
B.有正离子从锌板逸出
C.有电子从锌板逸出
D.锌板会吸附空气中的正离子
解析:当用一束紫外线照射锌板时,发生了光电效应,有电子从锌板逸出,锌板带正电,选项C正确,A,B,D错误。
2.(多选)2006年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家,以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化。他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点,下列与宇宙微波背景辐射黑体谱相关的说法中正确的是(　ABC　)
A.黑体的热辐射实际上是电磁辐射
B.普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说
C.黑体的热辐射中能量是一份一份地辐射的
D.微波和声波一样都只能在介质中传播
解析:黑体的热辐射实际上是电磁辐射,A正确;普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说,B正确;黑体的热辐射中的能量是一份一份地辐射的,C正确;微波能在真空中传播,D错误。
3.(多选)黑体辐射的实验规律如图所示,由图可知(　ACD　)
A.随温度升高,各种波长的辐射强度都增加
B.随温度降低,各种波长的辐射强度都增加
C.随温度升高,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
D.随温度降低,辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
解析:由图可知,随着温度的升高,各种波长的辐射强度都增加,且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,A,C,D正确,B错误。
4.(多选)关于光电效应,下列说法正确的是(　AB　)
A.爱因斯坦用光子说成功解释了光电效应现象
B.入射光的频率低于极限频率就不能发生光电效应
C.光电子的最大初动能与入射光的强度成正比
D.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
解析:只有认为光是一份一份的,每份就是一个光子,每个光子都具有一定的能量,一个光子置换一个电子,才能解释光电效应现象;发生光电效应的条件是入射光的频率大于极限频率;光电子的最大初动能与入射光的强度无关,随入射光频率的增大而增大,并非成正比关系。
5.(多选)用如图所示的装置演示光电效应,当用某种频率的光照射光电管时,闭合开关S,此时电流表A的读数为I,若改用更高频率的光照射光电管(　AD　)
A.断开开关S,则一定有电流流过电流表A
B.将滑动变阻器的触头c向b端移动,光电子到达阳极时的速度必将变小
C.只要电源的电压足够大,将滑动变阻器的触头c向a端移动,光电管中可能没有光电子产生
D.只要电源的电压足够大,将滑动变阻器的触头c向a端移动,电流表A读数可能为0
解析:原来电路中,光电管两端加反向电压,此时有光电流,若改用更高频率的光照射光电管,且断开开关S,光电子的最大初动能增大,且无反向电场的减速,光电子一定能到达阳极,有光电流产生,A正确;将滑动变阻器的触头c向b端移动,光电管两端的反向电压减小,光电子到达阳极的速度必将增大,B错误;改用更高频率的光照射光电管,光电管中一定有光电子产生,C错误;只要电源的电压足够大,将滑动变阻器的触头c向a端移动,使光电管两端的反向电压达到遏止电压,光电子就不能到达阳极,无法形成光电流,则电流表A的读数可能为0,D正确。
6.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,而频率保持不变,则(　C　)
A.从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加
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目将减少
D.有可能不发生光电效应
解析:光电效应瞬时发生,与光强无关,A错误;能否发生光电效应,只取决于入射光的频率是否大于极限频率,与光强无关,D错误;对于某种特定金属,光电子的最大初动能只与入射光频率有关,入射光频率越大,最大初动能越大,B错误;光电子数目多少与入射光强度有关,光强减弱,逸出的光电子数目减少,C正确。
7.“约瑟夫森结”由超导体和绝缘体制成。若在结两端加恒定电压U,则它会辐射频率为ν的电磁波,且ν与U成正比,即ν=kU。已知比例系数k仅与元电荷e的2倍和普朗克常量h有关。你可能不了解此现象的机理,但仍可运用物理学中常用的方法进行分析,在下列选项中,推理判断比例系数k的值可能为(　B　)
A. B. C.2he D.
解析:根据ν=kU,可知k=,即k的单位为=。的单位为==伏·秒,的单位为,2he的单位为焦·秒·库=伏·库·秒·库=伏·秒·库2;的单位为。故选项B正确,选项A,C,D错误。
8.根据爱因斯坦的“光子说”可知(　B　)
A.“光子说”本质就是牛顿的“微粒说”
B.光的波长越大,光子的能量越小
C.一束单色光的能量可以连续变化
D.只有光子数很多时,光才具有粒子性
解析:“光子说”不同于牛顿的“微粒说”,A错误;光的波长越大,频率越低,由E=hν知能量越小,B正确;因光子是一份一份的,其能量也是一份一份的,不可连续变化,C错误;光具有波粒二象性,与光子的个数无关,只是光子数越多,其波动性越显著,光子数越少,其粒子性越显著,D错误。
9.(多选)波粒二象性是微观世界的基本特征,以下说法正确的有(　AB　)
A.光电效应现象揭示了光的粒子性
B.热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性
C.黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释
D.动能相等的质子和电子,它们的德布罗意波长也相等
解析:光电效应说明光具有粒子性,选项A正确;衍射是波的特点,说明光具有波动性,选项B正确;黑体辐射的实验规律说明光具有粒子性,选项C错误;动能相等的质子和电子,二者质量不同,德布罗意波长不相等,选项D错误。
10.(多选)在验证光的波粒二象性的实验中,下列说法正确的是(　AD　)
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
解析:使光子一个一个地通过单缝,光子落在底片上的位置由概率决定,如果时间足够长,底片上会出现衍射图样,A正确;单个光子通过单缝后,光子表现为粒子性,底片上不会出现衍射图样,运动路线与宏观中的水波不同,B,C错误;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,所以少量光子体现粒子性,大量光子体现波动性,D正确。
能力提升
11.一个德布罗意波长为λ1的中子和另一个德布罗意波长为λ2的氘核同向正碰后结合成一个氚核,该氚核的德布罗意波长为(　A　)
A. B. C. D.
解析:中子的动量p1=,氘核的动量p2=,同向正碰后形成的氚核的动量p3=p2+p1,所以氚核的德布罗意波长λ3==,A正确。
12.(多选)如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点坐标为4.27,与纵轴交点坐标为0.5,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s)。由图可知(　AC　)
A.该金属的截止频率为4.27×1014 Hz
B.该金属的截止频率为5.5×1014 Hz
C.该图线的斜率表示普朗克常量
D.该金属的逸出功为0.5 eV
解析:图线在横轴上的截距为截止频率,选项A正确,B错误;由光电效应方程Ek=hν-W0可知图线的斜率为普朗克常量,选项C正确;金属的逸出功为W0=hνc= eV≈1.77 eV,选项D错误。
13.(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,然后让电子束照射到金属晶格上,从而得到电子的衍射图样。已知电子质量为m、电荷量为e、初速度为零,加速电压为U,普朗克常量为h,则下列说法中正确的是(　ABC　)
A.该实验说明电子具有波动性
B.实验中电子束的德布罗意波长为λ=
C.加速电压U越大,电子的衍射现象越不明显
D.若用相同动能的质子代替电子,衍射现象将更加明显
解析:得到了电子的衍射图样,说明实物粒子(电子)具有波动性,证明了物质波的存在,故选项A正确;电子被加速后的速度为v,则有Ue=mv2,即v=,根据λ=得实验中电子束的德布罗意波长为,故选项B正确;由λ=知加速电压越大,波长越小,电子的衍射现象越不明显,同理质量越大,衍射现象越不明显,故选项C正确,D错误。
14.(多选)某种单色光在真空中的传播速度是c,波长为λ0,光子的动量是p,在水中的传播速度是v,波长为λ,水对这种单色光的折射率为n,当这束单色光从空气(可视为真空)斜射入水中时,入射角为θ1,折射角为θ2。已知普朗克常量为h,则下列表达式正确的有(　ABD　)
A.v= B.λ=λ0
C.p= D.v=c
解析:根据折射率的物理意义可知,选项A正确。光从真空进入另一种介质时,频率和周期不变,速度将变为原来的,所以波长也将变为原来的,即λ=λ0,选项B正确;根据德布罗意波长公式λ0=,可得光子的动量为p=,选项C错误;根据折射定律有n=,所以v==c,选项D正确。
15.小宇同学参加学校科技嘉年华,设计了一个光电烟雾探测器。如图,从光源S发出一束光,当有烟雾进入探测器时,来自S的光会被烟雾散射而有部分进入光电管C,从而产生光电流,当光电流大于10-8 A时,便会触发报警系统报警。小宇同学选用光电管的阴极材料为金属钠,已知钠的极限频率为6.00×1014 Hz,下列说法正确的是(　A　)
A.光源发出的光越强,光电烟雾探测器灵敏度越高
B.光源发出的光的频率越高,光电烟雾探测器灵敏度越高
C.要使该探测器正常工作,光源S发出的光波波长不能小于0.5 μm
D.当报警器发出报警时,每秒进入光电管C的光子最少数目是1.25×1010个
解析:光源发出的光越强,相应的被烟雾散射而进入光电管C的光子数量就越多,光电烟雾探测器灵敏度越高,A正确;光电管C产生的光电流与光的频率无关,B错误;由c=λν可得钠的极限波长为
0.5 μm,故要使该探测器正常工作,光源S发出的光波波长不能大于0.5 μm,C错误;由n==得,当光电流为10-8 A时,逸出的光电子数为6.25×1010个,而入射的光子数应远大于光电子数,故D错误。
16.如图所示是测定光电效应产生的光电子荷质比的简要实验原理图。两块平行板相距为d,其中N为金属板,受紫外线照射后将发射出沿不同方向运动的光电子形成电流,从而引起电流计指针偏转。若调节R逐渐增大极板电压,可以发现电流逐渐减小,当电压表示数为U时,电流恰好为零,切断开关,在MN间加上垂直于纸面的匀强磁场,逐渐增大磁感应强度,也能使电流为零。当磁感应强度为B时,电流恰好为零。求光电子的比荷。
解析:设从N射出的光电子的最大初速度为v,电压表示数为U时,电流恰好为零,这表明从N板射出光电子不能到达M板。则有eU=mv2,
切断开关,在MN间加上垂直于纸面的匀强磁场,则光电子在板间做圆周运动,其运动规律为evB=m,其中,平行于极板方向射出的电子向上的距离最大,即当d=2r时,光电子恰好不能到达M板,电流恰好为零。综合上述各式得=。
答案: