高中物理人教版选修3-5自测作业 第17章 第1、2节 能量量子化+光的粒子性 Word版含解析

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名称 高中物理人教版选修3-5自测作业 第17章 第1、2节 能量量子化+光的粒子性 Word版含解析
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资源类型 教案
版本资源 人教版(新课程标准)
科目 物理
更新时间 2020-10-20 15:47:19

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第十七章 第一、二节
一、选择题(1~5题为单选题,6、7题为多选题)
1.(2020·北京市昌平区高二下学期期末)以下宏观概念中,属于“量子化”的是( D )
A.物体的长度 B.物体所受的重力
C.物体的动能 D.人的个数
解析:人数的数值只能取正整数,不能取分数或小数,因而是不连续的,是量子化的。其他三个物理量的数值都可以取小数或分数,甚至取无理数也可以,因而是连续的,非量子化的。故只有D正确。
2.(2020·云南省云天化中学高二春季开学试题)关于对热辐射认识,下列说法中正确的是( B )
A. 热的物体向外辐射电磁波,冷的物体只吸收电磁波
B.温度越高,物体辐射的电磁波越强
C.辐射电磁波的情况只与物体的温度有关,与材料种类及表面状况无关
D. 常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色
解析:一切物体都不停地向外辐射电磁波,且温度越高,辐射的电磁波越强,A错误,B正确;辐射电磁波的情况与物体的温度有关,与材料种类及表面状况也有关,C错误;常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色,D错误。
3.(2020·黑龙江省哈尔滨六中高二下学期期中)某光源发出的光由不同波长的光组成,不同波长的光的强度如图所示。表中给出了一些材料的极限波长,用该光源发出的光照射表中材料( D )
材料 钠 铜 铂
极限波长(nm) 541 268 196
A.仅钠能产生光电子 B.仅钠、铜能产生光电子
C.仅铜、铂能产生光电子 D.都能产生光电子
解析:由题图可知,该光源发出的光的波长大约在25 nm到440 nm之间,而三种材料中,极限波长最小的铂的极限波长是196 nm,大于25 nm,所以该光源能使三种材料都产生光电效应。故选D。
4.白天的天空各处都是亮的,是大气分子对太阳光散射的结果。假设一个运动的光子和一个静止的自由电子碰撞以后,电子向某一个方向运动,光子沿另一方向散射出去,则这个散射光子跟原来的光子相比( D )
A.频率变大 B.频率不变
C.光子能量变大 D.波长变长
解析:运动的光子和一个静止的自由电子碰撞时,既遵守能量守恒,又遵守动量守恒。碰撞中光子将能量hν的一部分传递给了电子,光子的能量减少,波长变长,频率减小,D选项正确。
5.爱因斯坦提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年的诺贝尔物理学奖。某种金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率ν的关系如图所示,其中ν0为极限频率。从图中可以确定的是( D )
A.逸出功与ν有关 B.Ekm与入射光强度成正比
C.ν<ν0时,会逸出光电子 D.图中直线的斜率与普朗克常量有关
解析:金属的逸出功是由金属自身决定的,与入射光频率无关,其大小W=hν0,故A错误;根据爱因斯坦光电效应方程Ekm=hν-W,可知光电子的最大初动能Ekm与入射光的强度无关,但入射光越强,光电流越大,只要入射光的频率不变,则光电子的最大初动能不变,故B错误;要有光电子逸出,则光电子的最大初动能Ekm>0,即只有入射光的频率大于金属的极限频率即ν>ν0时才会有光电子逸出。故C错误;根据爱因斯坦光电效应方程Ekm=hν-W,可知=h,故D正确。
6.在实验室或工厂的高温炉子上开一个小孔,小孔可看做黑体,由小孔的热辐射特征,就可以确定炉内的温度,如图所示,这是黑体的辐射强度与其辐射光波波长的关系图像,则下列说法正确的是( AD )
A.T1>T2
B.T1C.随着温度的升高,黑体的辐射强度都有所降低
D.随着温度的升高,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
解析:一般材料的物体辐射能的多少决定于物体的温度(T)、辐射波的波长、时间的长短和发射的面积,而黑体是指在任何温度下,全部吸收任何波长的辐射的物体,黑体辐射的强度按波长的分布只与温度有关。实验表明,随着温度的升高,各种波长的辐射强度都有所增加,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。从题图中可看出,λ1<λ2,则T1>T2。本题正确选项为A、D。
7.(2020·山西省忻州市第一中学高二下学期期中)如图所示,是研究光电效应的电路图,对于某金属用绿光照射时,电流表指针发生偏转。则以下说法正确的是( AD )
A.将滑动变阻器滑动片向右移动,电流表的示数不一定增大
B.如果改用紫光照射该金属时,电流表无示数
C.将K极换成逸出功小的金属板,仍用相同的绿光照射时,电流表的示数一定增大
D.将电源的正负极调换,仍用相同的绿光照射时,将滑动变阻器滑动片向右移动一些,电流表的读数可能不为零
解析:滑动变阻器滑片向右移动,电压虽然增大,但若已达到饱和电流,则电流表的示数可能不变,故A正确;如果改用紫光照射该金属时,因频率的增加,导致光电子最大初动能增加,则电流表一定有示数,故B错误;将K极换成逸出功小的金属板,仍用相同的绿光照射时,则光电子的最大初动能增加,但单位时间里通过金属表面的光子数没有变化,因而单位时间里从金属表面逸出的光电子也不变,饱和电流不会变化,则电流表的示数不一定增大,故C错误;电源的正负极调换,仍用相同的绿光照射时,将滑动变阻器滑片向右移一些,此时的电压可能小于反向截止电压,则电流表仍可能有示数,故D正确。
二、非选择题
8.有一个成语叫做“炉火纯青”,原意说的是道士炼丹时候的温度控制,温度高低主要是靠看火焰的颜色,温度低的时候,是偏红的,温度最高的时候,才呈现青色,所以炉火纯青表示温度已经足够高了。怎样用热辐射来解释温度与颜色的关系?
解析:黑体辐射与温度之间有着密切的关系,热辐射的光谱是连续光谱,辐射光谱的性质与温度有关,在室温下,大多数物体辐射不可见的红外光。但当物体被加热到500 ℃左右时,开始发出暗红色的可见光,随着温度的不断上升,辉光逐渐亮起来,而且波长较短的辐射越来越多,大约在1 500 ℃时就会变成明亮的白炽光。这说明同一物体在一定温度下所辐射的能量,在不同光谱区域的分布是不均匀的,而且温度越高,光谱中与能量最大的辐射相对应的频率也越高。因此,火焰颜色也随之而改变。
能力提升
一、选择题(1~4题为单选题,5题为多选题)
1.(2020·北京101中学高二下学期期末)2017年年初,我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置,发出了波长在100 nm(1 nm=10-9 m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲。大连光源因其光子的能量大、密度高,可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子,但又不会把分子打碎。据此判断,能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h=6.6×10-34 J·s,真空光速c=3×108 m/s)( B )
A.10-21 J B.10-18 J
C.10-15 J D.10-12 J
解析:一个处于极紫外波段的光子的能量约为E==2×10-18 J,由题意可知,光子的能量应比电离一个分子的能量稍大,因此数量级应相同,故选B。
2.在自然界生态系统中,蛇与老鼠和其他生物通过营养关系构成食物链,在维持生态平衡方面发挥重要的作用。蛇是老鼠的天敌,它是通过接收热辐射来发现老鼠的。假设老鼠的体温约37 ℃,它发出的最强的热辐射的波长为λm。根据热辐射理论,λm与辐射源的绝对温度T的关系近似为Tλm=2.90×10-3 m·K。
(1)老鼠发出最强的热辐射的波长为( B )
A.7.8×10-5 m B.9.4×10-6 m
C.1.16×10-4 m D.9.7×10-8 m
(2)老鼠发生的最强的热辐射属于( C )
A.可见光波段 B.紫外波段
C.红外波段 D.X射线波段
解析:(1)老鼠的体温T=(273+37)K=310 K
由题设条件λm与T的近似关系式:λmT=2.90×10-3 m·K
得λm== m≈9.4×10-6 m,B正确。
(2)可见光的波长范围4.0×10-7~7.0×10-7 m,λm大于此范围,所以属于红外线,C正确。也可根据老鼠的体温不高,不能辐射可见光进行判断。
3.(2020·福建省福州市八县(市)一中高二下学期期末联考)在光电效应实验中,某同学按如图a方式连接电路,利用该装置在不同实验条件下得到了三条光电流与A、K两极之间电压UAK的关系曲线(甲光、乙光、丙光)如图b所示,则下列说法正确的是( B )
A.甲、乙两光的光照强度相同
B.甲、乙两光的频率相同
C.丙光照射阴极时,极板的逸出功最小
D.乙光的波长小于丙光的波长
解析:根据eUc=Ek=hν-W0,入射光的频率越高,对应的遏止电压Uc越大。甲光、乙光的遏止电压相等,所以甲光、乙光的频率相等,故B正确;甲光、乙光的频率相等,由图可知,甲光饱和光电流大于乙光,因此甲光的光强大于乙光的光强,故A错误;极板的逸出功只与极板金属的材料有关,与入射光无关,选项C错误;丙光的遏止电压大于乙光的遏止电压,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D错误。
4.(2020·安徽省安庆市桐城市高三模拟)从1907 年起,密立根就开始测量金属的遏止电压UC(即图1 所示的电路中电流表G的读数减小到零时加在电极K、A之间的反向电压)与入射光的频率υ,由此算出普朗克常量h,并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较,以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性。按照密立根的方法我们利用图示装置进行实验,得到了某金属的UC-υ图像如图2所示。下列说法正确的是( A )
A.该金属的截止频率约为4.3×1014Hz
B.该金属的截止频率约为5.50×1014Hz
C.该图线的斜率为普朗克常量
D.该图线的斜率为这种金属的逸出功
解析:设金属的逸出功为W0,截止频率为vC,因此W0=hυ;光电子的最大初动能Ek与遏止电压UC的关系是Ek=eUC,光电效应方程为Ek=hυ-W0;联立两式可得:UC=υ-,因此图像的斜率为,CD错误;当UC=0可得υ=υC=4.3×1014Hz,即金属的截止频率约为4.3×1014Hz,在误差允许范围内,可以认为A正确;B错误。
5.用如图所示的装置研究光电效应现象。当用光子能量为2.75 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应,电流表G的示数不为零;移动变阻器的触头c,发现当电压表的示数大于或等于1.7 V时,电流表示数为0,则下列说法正确的是( BD )
A.光电子的最大初动能始终为1.05 eV
B.光电管阴极的逸出功为1.05 eV
C.当滑动触头向a端滑动时,反向电压增大,电流增大
D.改用能量为2.5 eV的光子照射,移动变阻器的触头c,电流表G中也可能有电流
解析:由爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0可知,同种金属的逸出功相同,所以光电子逸出后的最大初动能取决于获得的能量,A错误;当电压表示数大于或等于1.7 V时,电流表无示数,说明遏止电压为1.7 V,由eU=Ek,Ek=hν-W0,可求得光电管的逸出功为1.05 eV,B正确;若光的频率不变,反向电压大于遏止电压后电路中就不再有电流,C错误;当入射光频率超过截止频率,且反向电压小于遏止电压,电路中就会有电流,D正确。
二、非选择题
6.纳米技术现在已经广泛应用到社会生产、生活的各个方面。将激光束的宽度聚光到纳米级范围内,可以精确地修复人体损坏的器官。糖尿病引起视网膜病变是导致成年人失明的一个重要原因,利用聚光到纳米级的激光束进行治疗,90%的患者都可以避免失明的严重后果。一台功率为10 W氩激光器,能发出波长λ=500 nm的激光,用它“点焊”视网膜,每次“点焊”需要2×10-3J的能量,则
(1)每次“点焊”视网膜的时间是多少?
(2)在这段时间内发出的激光光子的数量是多少?
答案:(1)2×10-4s (2)5×1015个
解析:(1)已知激光器的功率P=10 W,每次“点焊”需要的能量E=2×10-3J,根据E=Pt得每次“点焊”视网膜的时间是t==s=2×10-4s;
(2)设每个光子的能量为E0,则E0=hν=h,在这段时间内发出的激光光子的数量n===(个)≈5×1015(个)