第十七章 第1节 能量量子化
第2节 光的粒子性
练能力、课后提升
一、选择题
1．黑体辐射和能量子的说法中不正确的是( )
A．黑体辐射随温度的升高，各种波长的辐射强度都增加
B．黑体辐射随温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
C．能量子是最小的能量值
D．能量子具有粒子性
解析：选B 根据黑体辐射原理可知，温度升高，各种波长的辐射强度都增强，同时辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故A选项正确，B选项错误；根据普朗克的能量子假说可知，能量不是连续的，是一份一份的，每一份叫做一个能量子，它是最小的能量值，说明能量子具有粒子性，故C、D选项正确．
2．(2018·全国卷Ⅱ)用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19 J，已知普朗克常量为6.63×10－34 J·s，真空中的光速为3.00×108 m·s－1，能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为( )
A．1×1014 Hz B．8×1014 Hz
C．2×1015 Hz D．8×1015 Hz
解析：选B 入射光照射到锌板上，发生光电效应，根据光电效应方程Ekm＝hν－W0，其中ν＝，代入数据可知，逸出功W0＝5.35×10－19 J，能使锌产生光电效应的单色光的最低频率ν0＝≈8×1014 Hz，B选项正确．
3．康普顿效应证实了光子不仅具有能量，而且具有动量．如图所示给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰后光子( )
A．可能沿1方向，且波长变短
B．可能沿2方向，且波长变短
C．可能沿1方向，且波长变长
D．可能沿3方向，且波长变长
解析：选C 因为光子与电子碰撞过程中动量守恒，所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与碰前光子的方向一致，可见碰后光子的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，光子的能量减小，由E＝hν＝知，波长变长，故C选项正确．
4．(多选)如图，在光电效应实验中用a光照射光电管时，灵敏电流计指针发生偏转，而用b光照射光电管时，灵敏电流计指针不发生偏转，则( )
A．a光的强度一定大于b光的强度
B．电源极性可能是右边为正极，左边为负极
C．电源极性可能是左边为正极，右边为负极
D．发生光电效应时，电流计中的光电流沿d到c方向
解析：选BC 在光电效应实验中用a光照射光电管时，灵敏电流计指针发生偏转，而用b光照射光电管时，灵敏电流计指针不发生偏转，根据光电效应知识可知，a光频率一定大于b光频率，a光的强度不一定大于b光的强度，选项A错误；若b光频率低于极限频率，用b光照射光电管时不产生光电效应，电源极性可能是右边为正极，左边为负极，选项B正确；若a光频率足够高，即使电源极性左边为正极，右边为负极，产生的光电子也能够形成电流，选项C正确；发生光电效应时，电流计中的光电流沿c到d方向，选项D错误．
5．(多选)(2018·唐山一模)在研究某金属的光电效应现象时，发现当入射光的频率为ν时，其遏止电压为U.已知普朗克常数为h，电子电量大小为e，下列说法正确的是( )
A．该金属的截止频率为ν－
B．该金属的逸出功为eU－hν
C．增大入射光的频率，该金属的截止频率增大
D．增大入射光的频率，该金属的遏止电压增大
解析：选AD 根据光电效应方程和遏止电压的关系可知，Ekm＝hν－W0＝eU，W0＝hν0，解得ν0＝ν－，W0＝hν0＝hν－eU，A选项正确，B选项错误；金属的截止频率的大小与入射光的频率无关，C选项错误；根据光电效应规律可知，增大入射光的频率，光电子的最大初动能增大，该金属的遏止电压增大，D选项正确．
6.(2019·江苏苏州质检)在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流(甲光、乙光、丙光)与电压之间的关系曲线，如图所示，则可判断出( )
A．甲光的频率大于乙光的频率
B．乙光的波长大于丙光的波长
C．乙光的频率大于丙光的频率
D．甲光对应的光电子的最大初动能大于丙光对应的光电子的最大初动能
解析：选B 当光电管两端加上反向截止电压，电流恰好为零时，有mvm2＝eUc，对同一光电管使用不同频率的光照射，有hν－W0＝mvm2，两式联立得hν－W0＝eUc，丙光的反向截止电压最大，则丙光的频率最大，甲光、乙光的频率相同，A、C错误；又λ＝，可见λ丙<λ乙，B正确；丙光对应的光电子的最大初动能最大，D错误．
7．两束能量相同的单色光，都垂直地照射到物体表面，第一束光在某段时间内打在物体表面的光子数与第二束光在相同时间内打在物体表面的光子数之比为5∶4，则这两束光的光子能量和波长之比分别为( )
A．4∶5 4∶5 B．5∶4 4∶5
C．5∶4 5∶4 D．4∶5 5∶4
解析：选D 两束能量相同的单色光，都垂直地照射到物体表面，在相同时间内打在物体表面的光子数之比为5∶4，根据E＝NE0可得两束光光子能量之比为4∶5；再根据E0＝hν＝h知，光子能量与波长成反比，故两束光光子波长之比为5∶4，故D选项正确．
8．(多选)(2019·通榆一中高三检测)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，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，由图可知( )
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1.77 eV
解析：选ACD 由光电效应方程Ek＝hν－W0可知图线的横轴截距表示金属的截止频率，ν0＝4.27×1014 Hz，故A正确，B错误；由光电效应方程Ek＝hν－W0可知，该图线的斜率表示普朗克常量，故C正确；金属的逸出功W0＝hν0＝ eV≈1.77 eV，故D正确．
9．(多选)用同一频率的光照射到甲、乙两种不同的金属上，它们释放的光电子在磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动，它们的轨道半径之比为R甲∶R乙＝3∶1，则下述说法中正确的是( )
A．两种金属的逸出功之比为3∶1
B．两种光电子的速度大小之比为3∶1
C．两种金属的逸出功之比为1∶3
D．两种光电子的动量大小之比为3∶1
解析：选BD 光电子在磁场中做匀速圆周运动，由evB＝m得R＝，动量大小和速度大小均和轨道半径成正比，故B、D正确；光电子的最大初动能之比为Ek甲∶Ek乙＝9∶1，由爱因斯坦的光电效应方程可得，金属的逸出功W0＝hν－mvm2，所以两种金属的逸出功的比值不确定，故A、C错误．
10．(2019·北京卷)光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流．表中给出了6次实验的结果.
组
次
入射光子的能量/eV
相对
光强
光电流大小/mA
逸出光电子的最大动能/eV
第
一
组
1
2
3
4.0
4．0
4．0
弱
中
强
29
43
60
0.9
0．9
0．9
第
二
组
4
5
6
6.0
6．0
6．0
弱
中
强
27
40
55
2.9
2．9
2．9
由表中数据得出的论断中不正确的是( )
A．两组实验采用了不同频率的入射光
B．两组实验所用的金属板材质不同
C．若入射光子的能量为5.0 eV，逸出光电子的最大动能为1.9 eV
D．若入射光子的能量为5.0 eV，相对光强越强，光电流越大
解析：选B 由于光子的能量E＝hν，又入射光子的能量不同，故入射光子的频率不同，A选项正确；由爱因斯坦光电效应方程hν＝W＋Ek，可求出两组实验的逸出功均为3.1 eV，故两组实验所用的金属板材质相同，B选项错误；由hν＝W＋Ek，逸出功W＝3.1 eV可知，若入射光子能量为5.0 eV，则逸出光电子的最大动能为1.9 eV，C选项正确；相对光强越强，单位时间内射出的光子数越多，单位时间内逸出的光电子数越多，形成的光电流越大，D选项正确．
二、非选择题
11．人眼对绿光最敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的光能量子射入瞳孔，眼睛就能觉察，普朗克常数为6.63×10－34 J·s，光速为3.0×108 m/s，求人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率．
解析：绿光光子能量E＝hν＝h＝3.8×10－19 J
每秒钟最少由6个绿光的光子射入瞳孔，P＝＝2.3×10－18 W.
答案：2.3×10－18 W
12.用频率为ν的光照射光电管阴极时，产生的光电流随阳极与阴极间所加电压的变化规律如图，Uc为遏止电压．已知电子电荷量为－e，普朗克常量为h，求：
(1)光电子的最大初动能Ekm；
(2)该光电管发生光电效应的极限频率ν0.
解析：(1)遏止电压的作用是使具有最大初动能的光电子不能到达阳极，根据动能定理得，－eUc＝0－Ekm，最大初动能Ekm＝eUc.
(2)根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－hν0，得光电管的极限频率ν0＝ν－＝ν－.
答案：(1)eUc (2)ν－
13．(2018·大兴区期末)几种金属的逸出功W0见表：
金属
钨
钙
钠
钾
铷
W0(×10－19 J)
7.26
5.12
3.66
3.60
3.41
用一束可见光照射上述金属的表面，已知该可见光的波长的范围为4.0×10－7～7.6×10－7 m，普朗克常数h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3×108 m·s－1.
(1)请通过计算说明哪些金属能发生光电效应？
(2)照射哪种金属时逸出的光电子最大初动能最大？最大值是多少？
解析：(1)波长越小，光子频率越大，根据最小波长求出最大的光子能量．
E＝hν，ν＝
联立解得E＝h
将λ＝4.0×10－7 m代入，解得E＝4.97×10－19 J.
根据光电效应规律可知，入射光的能量大于金属的逸出功才可发生光电效应，则可见光能使钠、钾、铷发生光电效应．
(2)根据光电效应方程可知，Ekm＝E－W0，入射光的光子能量E越大，金属的逸出功W0越小，则逸出的光电子初动能越大．照射金属铷时，逸出的光电子最大初动能最大．
将E＝4.97×10－19 J和W0＝3.41×10－19 J代入，解得Ekm＝1.56×10－19 J.
答案：(1)能使钠、钾、铷发生光电效应
(2)铷 1.56×10－19 J
课件25张PPT。第1节 能量量子化
第2节 光的粒子性固知识、要点梳理电磁波 温度 温度 材料 表面状况 完全 温度 反射 吸收 黑体 理想化 整数倍 一份一份 能量子 普朗克常量 量子化 分立 电子 电子 饱和 截止 瞬时性 最小值 不同 光子 hν hν 逸出功W0 物质微粒 发生改变 大于 粒子性 变大 练能力、课后提升点 击 进 入
