广州市第六十五中学2019-2020学年高中物理粤教版必修2：5.3量子化现象 课时作业2（含解析）

5.3量子化现象
课时作业（含解析)
1．光的电磁说不能解释的光的现象是（　　）
A．光的直线传播
B．光的干涉
C．光的衍射
D．光电效应
2．如图所示，某种频率的光照射金属钡使一些电子从钡表面发射出来。为了测量这些电子的最大初动能，在钡表面上方放置一带电金属板，调节金属板电势，使所有电子均不能到达金属板（金属板电势低于钡表面）。若钡表面相对于金属板的最小电势差为3.02V，已知金属钡的逸出功为2.50eV，普朗克常量为J·s，可见光的波长范围为400nm~700nm，则（　　）
A．电子的最大初动能为2.50eV
B．照射光的频率约为Hz
C．所有电子返回钡表面时的动能都为3.02eV
D．可见光照射金属钡一定不会发生光电效应
3．如图所示是新型冠状病毒的电子显微镜照片，根据所学知识分析图中“100”的单位是（　　）
A．nm
B．mm
C．cm
D．m
4．用频率为v的某单色光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为Ek。已知普朗克常量为h，则下列判断正确的是（　　）
A．若增加该单色光的光照强度，则逸出电子的最大初动能一定增加
B．若单色光的频率变为2v，则逸出电子的最大初动能为2Ek
C．金属锌的逸出功可表示为
D．能使锌产生光电效应的单色光的最低频率为
5．如图所示为用某金属研究光电效应规律得到的光电流随电压变化关系的图象，用单色光1和单色光2分别照射该金属时，逸出的光电子的最大初动能分别为Ek1和Ek2，普朗克常量为h，则下列说法正确的是（　　）
A．Ek1>Ek2
B．单色光1的频率比单色光2的频率高
C．增大单色光1的强度，其遏止电压会增大
D．单色光1和单色光2的频率之差为
6．在光电效应实验中，某同学用同一光电管在不同实验条件
下得到三条光电流与电压之间的关系曲线（甲光、乙光、丙光），如
图所示（甲、乙交于
Uc2）。则可判断出（　　）
A．甲光的频率大于乙光的频率
B．乙光的波长小于丙光的波长
C．乙光对应的截止频率小于丙光的截止频率
D．甲光对应的光电子最大初动能小于丙光的光电子最大初动能
7．如图所示，用a、b两种不同频率的光分别照射同一金属板，发现当a光照射时验电器的指针偏转，b光照射时指针未偏转，以下说法正确的是(　)
A．增大a光的强度，验电器的指针偏角一定减小
B．a光照射金属板时验电器的金属小球带负电
C．增大b光的强度，验电器指针偏转
D．若a光是氢原子从n＝4的能级向n＝1的能级跃迁时产生的，则b光可能是氢原子从n＝5的能级向n＝2的能级跃迁时产生的
8．对波粒二象性的理解，下列说法错误的是(　　)
A．光电效应揭示了光的粒子性，而康普顿效应从动量方面进一步揭示了光的粒子性
B．德布罗意提出：实物粒子也具有波动性，而且粒子的能量和动量跟它所对应的波的频率和波长之间，遵从和的关系
C．光的波长越短，光子的能量越大，光的粒子性越明显
D．如果一个电子的德布罗意波波长和一个中子的德布罗意波波长相等，则它们的动能也相等
9．利用光电管研究光电效应的实验电路如图所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则（
）
A．改用紫外光照射K，电流表中没有电流通过
B．只增加该可见光的强度，电流表中通过的电流将变大
C．若将滑动变阻器的滑片移到A端，电流表中一定无电流通过
D．若将滑动变阻器的滑片向B端移动，电流表示数可能不变
10．说明光具有粒子性的现象是（
）
A．光电效应
B．光的干涉
C．光的衍射
D．康普顿效应
11．铝的逸出功是4.2eV，现在将波长200nm的光照射铝的表面，已知普朗克常量h=6.63×10﹣34J?s，光电子的最大初动能是________J，遏止电压是________V，铝的截止频率是________Hz．（结果保留二位有效数字）
12．在如图所示的光电效应现象中，光电管阴极K的极限频率为ν0
．
现用频率为2ν0的光照射在阴极上，已知普朗克常量为h，则光电子的最大初动能为________；若此时电路中的电流为I，则单位时间内到达阳极的电子数为________（电子的电荷量用e表示）；若增大照射光的强度，则电路中的光电流将________（填“增大”“减小”或“不变”）．
13．用频率为的紫光照射某金属（极限频率为），且．已知普朗克常量为h．求：
①该金属的逸出功W；
②光电子的最大初动能Ek．
14．玻尔在卢瑟福的原子核式结构学说的基础上，提出具有量子特征的氢原子模型，其能级图如图所示．有一个发光管里装有大量处于n＝4能级的氢原子，利用这个发光管的光线照射金属钠的表面．已知金属钠的极限频率是5.53×1014
Hz，普朗克常量h＝6.63×10－34
J·s，1
eV＝1.6×10－19
J.
(1)发光管可能发射几种不同能量的光子？
(2)发光管能使金属钠发生光电效应吗(通过计算回答)?
(3)求出发光管照射金属钠所发射的光电子的最大初动能．
参考答案
1．D
【解析】
光的电磁说能解释光的直线传播、光的干涉和衍射，但不能解释光电效应，爱因斯坦提出的光子说才能合理解释光电效应。故ABC错误，D正确。
故选D。
2．B
【解析】
A．对逸出的电子，由动能定理可得
故电子的最大初动能为Ek=3.02eV，故A错误；
B．由光电效应方程
可得照射光的频率为
故B正确；
C．由于电子逸出时动能有大有小，故返回钡表面的速度不一定相同，动能也不一定相同，最大动能为3.02eV，故C错误；
D．钡的极限频率为
由题中数据，可见光频率的最大值为
故有部分可见光可以使钡发生光电效应，故D错误；
故选B。
3．A
【解析】
电子显微镜是利用电子束代替光束，利用电子的波动性进行观测的工具，分辨率大约是0.2nm，故该图中100的单位应该是nm，故A正确，B、C、D错误；
故选A。
4．D
【解析】
A．逸出电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，A错误；
C．根据爱因斯坦的光电效应方程
因此金属锌的逸出功可表示为，C错误；
B．在爱因斯坦的光电效应方程中，若单色光的频率变为2v，而逸出功没变，因此逸出电子的最大初动能应大于2Ek，B错误；
D．锌板的逸出功
入射光的极限频率为
D正确。
故选D。
5．D
【解析】
A．由于：
所以：
A错误；
B．由：
可知，单色光1的频率比单色光2的频率低，B错误；
C．只增大照射光的强度，光电子的最大初动能不变，因此遏止电压不变，C错误；
D．由：
得：
D正确。
故选D。
6．D
【解析】
A．根据
eU截=mvm2=hγ-W
入射光的频率越高，对应的截止电压U截越大。甲光、乙光的截止电压相等，所以甲光、乙光的频率相等，故A错误；
B．丙光的截止电压大于乙光的截止电压，所以丙光的频率大于乙光的频率，则乙光的波长大于丙光的波长，故B错误；
C．同一金属，截止频率是相同的，与光的频率无关，故C错误。
D．丙光的截止电压大于甲光的截止电压，所以甲光对应的光电子最大初动能小于丙光的光电子最大初动能，故D正确。
故选D。
7．D
【解析】
A、增大a光的强度，单位时间内发出的光电子数目增多，则验电器的指针偏角增大，故A错误；
B、a光照射金属板时，发生光电效应，有光电子逸出，金属板带正电，所以验电器金属小球带正电，故B错误；
C、用a、b两种不同频率的光分别照射同一金属板，发现b光照射时指针未偏转，根据发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率可知b的频率小于该金属的极限频率，增大b光的强度，或增大b光的照射时间都不能使金属发生光电效应，验电器的指针偏角一定不偏转，故C错误；
D、因为a光的频率大于b光的频率，则辐射a光的两能级差大于辐射b光的两能级差，因为n=4和n=1间的能级差大于n=5和n=2之间的能级差，则从n=5的能级向n=2的能级跃迁时产生的，可能是b光，故D正确；
故选D。
【点睛】
发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，根据光电效应的条件比较出a、b两光的频率大小，从而比较波长的大小，能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差。
8．D
【解析】
A．光电效应揭示了光的粒子性，而康普顿效应从动量方面进一步揭示了光的粒子性，选项A正确，不符合题意；
B．德布罗意提出：实物粒子也具有波动性，而且粒子的能量和动量跟它所对应的波的频率和波长之间，遵从和的关系，选项B正确，不符合题意；
C．根据E=hγ可知，光的波长越短，频率越大，光子的能量越大，光的粒子性越明显，选项C正确，不符合题意；
D．根据可知，如果一个电子的德布罗意波波长和一个中子的德布罗意波波长相等，因电子的质量和中子的质量不相等，则它们的动能也不相等，选项D错误，符合题意。
故选D。
9．BD
【解析】
发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率；饱和光电流与光的频率无关，只与光照强度有关；
【详解】
A、用可见光照射阴极K，能发生光电效应，则可见光的频率大于该阴极材料的极限频率，紫外光的频率大于可见光，故用紫外光照射K，也一定能发生光电效应，A错误；
B、增加可见光的照射强度，单位时间内逸出金属表面的电子数增多，饱和光电流变大，B正确；
C、变阻器的滑片移到A端，光电管两端的电压为零，但光电子有初动能，故电流表中仍有电流通过，C错误；
D、变阻器的滑片向B端滑动时，可能电流没达到饱和电流，所以电流表示数可能增大，可能不变，D正确．
故本题选BD．
【点睛】
解决本题的关键知道光电效应的条件，以及知道当光电流饱和时，电流不变．
10．AD
【解析】
AD．光电效应、康普顿效应体现了光的粒子性，故AD符合题意；
BC．光的干涉、衍射说明光具有波动性，故BC不符合题意。
故选AD。
11．3.2×10﹣19
2.0
1.0×1015
【解析】
根据光电效应方程Ekm=hγ-W0，结合频率与波长的关系求出光电子的最大初动能．
【详解】
1eV=1.6×10-19J
根据光电效应方程得：Ekm=hγ-W0=h-W0
代入数据得：Ekm=6.63×10-34×-4.2×1.6×10-19=3.2×10-19J
根据动能定理：EKm=eU0
得：U0==2V
又：W0=hγ0
得：γ0=≈1.0×1015Hz．
【点睛】
本题考查光电效应方程的基本运用，记住光电效应表达式Ekm=hγ-W0=h
-W0；计算时将焦耳与电子伏特进行换算，计算需细心．
12．
增大
【解析】
当用频率为的光照射到阴极上时，根据光电效应方程得，最大初动能为；单位时间内打到阳极上的电荷量为，故单位时间内打到阳极的电子数为；饱和光电流的大小与入射光的强度有关，入射光增强，所含光子数增多，单位时间内打到金属表面的光子数就增多，一个电子吸收一个光子能量，单位时间从金属表面逸出的光电子数就会增多，光电流增大．
【点睛】
根据光电效应方程求出光电子的最大初动能；依据电流定义式，即可确定到达阴极的电子个数；最后入射光的强度影响单位时间内发出光电子的数目．
13．(1)；(2)
【解析】
①逸出功
②由光电效应方程
代入得
14．(1)6种　(2)能　(3)10.46
eV
【解析】
(1)由于发光管里装有大量处于能级的氢原子，则其能发出不同能量光子的数目种。)
(2)金属钠的逸出功为
其中，
，
，
都大于逸出功，所以一定能发生光电效应(算出其中一组数据并进行比较，就可以给全分)。
(3)发光管照射金属钠所发射的光电子的最大初动能应为从能级的氢原子跃迁至能级发出的，则。
点睛：对于可能放出光子的组合，掌握光电效应发生条件，理解光电效应方程的应用，注意电子跃迁时，释放能量的计算及单位的转换。