2024-2025學(xué)年高中物理第17章波粒二象性第12節(jié)能量量子化光的粒子性練習(xí)含解析新人教版選修3-5

PAGE6-能量量子化光的粒子性基礎(chǔ)夯實(shí)一、選擇題(1～5題為單選題，6、7題為多選題)1．(2024·北京市昌平區(qū)高二下學(xué)期期末)以下宏觀概念中，屬于“量子化”的是(D)A．物體的長度 B．物體所受的重力C．物體的動能 D．人的個數(shù)解析：人數(shù)的數(shù)值只能取正整數(shù)，不能取分?jǐn)?shù)或小數(shù)，因而是不連續(xù)的，是量子化的。其它三個物理量的數(shù)值都可以取小數(shù)或分?jǐn)?shù)，甚至取無理數(shù)也可以，因而是連續(xù)的，非量子化的。故只有D正確。2．近年來軍事行動中，士兵都配帶“紅外夜視儀”，在夜間也能清晰地看清目標(biāo)，主要是因?yàn)?B)A．“紅外夜視儀”放射出強(qiáng)大的紅外線，照耀被視物體B．一切物體均在不停地輻射紅外線C．一切高溫物體均在不停地輻射紅外線D．“紅外夜視儀”放射出X射線，被照耀物體受到激發(fā)而發(fā)出紅外線解析：一切物體都在不停地向外輻射紅外線，不同物體輻射出來的紅外線不同，采納“紅外夜視儀”可以清晰地辨別出物體的形態(tài)、大小和位置，不受白天和夜晚的影響，即可確認(rèn)出目標(biāo)從而實(shí)行有效的行動。故只有B項(xiàng)正確。3．(2024·黑龍江省哈爾濱六中高二下學(xué)期期中)某光源發(fā)出的光由不同波長的光組成，不同波長的光的強(qiáng)度如圖所示。表中給出了一些材料的極限波長，用該光源發(fā)出的光照耀表中材料(D)材料鈉銅鉑極限波長(nm)541268196A．僅鈉能產(chǎn)生光電子 B．僅鈉、銅能產(chǎn)生光電子C．僅銅、鉑能產(chǎn)生光電子 D．都能產(chǎn)生光電子解析：由題圖可知，該光源發(fā)出的光的波長大約在25nm到440nm之間，而三種材料中，極限波長最小的鉑的極限波長是196nm，大于25nm，所以該光源能使三種材料都產(chǎn)生光電效應(yīng)。故選D。4．白天的天空各處都是亮的，是大氣分子對太陽光散射的結(jié)果。假設(shè)一個運(yùn)動的光子和一個靜止的自由電子碰撞以后，電子向某一個方向運(yùn)動，光子沿另一方向散射出去，則這個散射光子跟原來的光子相比(D)A．頻率變大 B．頻率不變C．光子能量變大 D．波長變長解析：運(yùn)動的光子和一個靜止的自由電子碰撞時，既遵守能量守恒，又遵守動量守恒。碰撞中光子將能量hν的一部分傳遞給了電子，光子的能量削減，波長變長，頻率減小，D選項(xiàng)正確。5．愛因斯坦提出了光量子概念并勝利地說明光電效應(yīng)的規(guī)律而獲得1921年的諾貝爾物理學(xué)獎。某種金屬逸出光電子的最大初動能Ekm與入射光頻率ν的關(guān)系如圖所示，其中ν0為極限頻率。從圖中可以確定的是(D)A．逸出功與ν有關(guān)B．Ekm與入射光強(qiáng)度成正比C．ν＜ν0時，會逸出光電子D．圖中直線的斜率與普朗克常量有關(guān)解析：金屬的逸出功是由金屬自身確定的，與入射光頻率無關(guān)，其大小W＝hν0，故A錯誤；依據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W，可知光電子的最大初動能Ekm與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，但入射光越強(qiáng)，光電流越大，只要入射光的頻率不變，則光電子的最大初動能不變，故B錯誤；要有光電子逸出，則光電子的最大初動能Ekm＞0，即只有入射光的頻率大于金屬的極限頻率即ν＞ν0時才會有光電子逸出。故C錯誤；依據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W，可知eq\f(ΔEkm,Δν)＝h，故D正確。6．在試驗(yàn)室或工廠的高溫爐子上開一個小孔，小孔可看做黑體，由小孔的熱輻射特征，就可以確定爐內(nèi)的溫度，如圖所示，這是黑體的輻射強(qiáng)度與其輻射光波波長的關(guān)系圖象，則下列說法正確的是(AD)A．T1>T2B．T1<T2C．隨著溫度的上升，黑體的輻射強(qiáng)度都有所降低D．隨著溫度的上升，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動解析：一般材料的物體輻射能的多少確定于物體的溫度(T)、輻射波的波長、時間的長短和放射的面積，而黑體是指在任何溫度下，全部汲取任何波長的輻射的物體，黑體輻射的強(qiáng)度按波長的分布只與溫度有關(guān)。試驗(yàn)表明，隨著溫度的上升，各種波長的輻射強(qiáng)度都有所增加，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動。從題圖中可看出，λ1<λ2，則T1>T2。本題正確選項(xiàng)為A、D。7．(2024·寧波諾丁漢高校附屬中學(xué)高二下學(xué)期期中)如圖所示，兩平行金屬板A、B板間電壓恒為U，一束波長為λ的入射光射到金屬板B上，使B板發(fā)生了光電效應(yīng)，已知該金屬板的逸出功為W，電子的質(zhì)量為m，電荷量為e，已知普朗克常量為h，真空中光速為c，下列說法中正確的是(ABD)A．入射光子的能量為heq\f(c,λ)B．到達(dá)A板的光電子的最大動能為heq\f(c,λ)－W＋eUC．若增大兩板間電壓，B板沒有光電子逸出D．若減小入射光的波長肯定會有光電子逸出解析：依據(jù)E＝hν，而ν＝eq\f(c,λ)，則光子的能量為heq\f(c,λ)，故A正確；光電子的逸出最大動能Ekm＝heq\f(c,λ)－W，依據(jù)動能定理，Ekm′－Ekm＝eU，則到達(dá)A板的光電子的最大動能為heq\f(c,λ)－W＋eU，故B正確；若減小入射光的波長，那么頻率增大，肯定會有光電子逸出，故D正確；金屬板的逸出功與極限頻率有關(guān)，與板間電壓無關(guān)，故C錯誤。二、非選擇題8．有一個成語叫做“爐火純青”，原意說的是道士煉丹時候的溫度限制，溫度凹凸主要是靠看火焰的顏色，溫度低的時候，是偏紅的，溫度最高的時候，才呈現(xiàn)青色，所以爐火純青表示溫度已經(jīng)足夠高了。怎樣用熱輻射來說明溫度與顏色的關(guān)系？解析：黑體輻射與溫度之間有著親密的關(guān)系，熱輻射的光譜是連續(xù)光譜，輻射光譜的性質(zhì)與溫度有關(guān)，在室溫下，大多數(shù)物體輻射不行見的紅外光。但當(dāng)物體被加熱到500℃左右時，起先發(fā)出暗紅色的可見光，隨著溫度的不斷上升，輝光漸漸亮起來，而且波長較短的輻射越來越多，大約在1500℃時就會變成光明的白熾光。這說明同一物體在肯定溫度下所輻射的能量，在不同光譜區(qū)域的分布是不勻稱的，而且溫度越高，光譜中與能量最大的輻射相對應(yīng)的頻率也越高。因此，火焰顏色也隨之而變更。實(shí)力提升一、選擇題(1～3題為單選題，4、5題為多選題)1．(2024·北京101中學(xué)高二下學(xué)期期末)2024年年初，我國研制的“大連光源”——極紫外自由電子激光裝置，發(fā)出了波長在100nm(1nm＝10－9m)旁邊連續(xù)可調(diào)的世界上最強(qiáng)的極紫外激光脈沖。大連光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技術(shù)、霧霾治理等領(lǐng)域的探討中發(fā)揮重要作用。一個處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個分子，但又不會把分子打碎。據(jù)此推斷，能夠電離一個分子的能量約為(取普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，真空光速c＝3×108m/s)(B)A．10－21J B．10－18JC．10－15J D．10－12J解析：一個處于極紫外波段的光子的能量約為E＝eq\f(hc,λ)＝2×10－18J，由題意可知，光子的能量應(yīng)比電離一個分子的能量稍大，因此數(shù)量級應(yīng)相同，故選B。2．在自然界生態(tài)系統(tǒng)中，蛇與老鼠和其他生物通過養(yǎng)分關(guān)系構(gòu)成食物鏈，在維持生態(tài)平衡方面發(fā)揮重要的作用。蛇是老鼠的天敵，它是通過接收熱輻射來發(fā)覺老鼠的。假設(shè)老鼠的體溫約37℃，它發(fā)出的最強(qiáng)的熱輻射的波長為λm。依據(jù)熱輻射理論，λm與輻射源的肯定溫度T的關(guān)系近似為Tλm＝2.90×10－3m·K。(1)老鼠發(fā)出最強(qiáng)的熱輻射的波長為(B)A．7.8×10－5m B．9.4×10－6mC．1.16×10－4m D．9.7×10－8m(2)老鼠發(fā)生的最強(qiáng)的熱輻射屬于(C)A．可見光波段 B．紫外波段C．紅外波段 D．X射線波段解析：(1)老鼠的體溫T＝(273＋37)K＝310K由題設(shè)條件λm與T的近似關(guān)系式：λmT＝2.90×10－3m·K得λm＝eq\f(2.90×10－3,T)＝eq\f(2.90×10－3,310)m≈9.4×10－6m，B正確。(2)可見光的波長范圍4.0×10－7～7.0×10－7m，λm大于此范圍，所以屬于紅外線，C正確。也可依據(jù)老鼠的體溫不高，不能輻射可見光進(jìn)行推斷。3．(2024·福建省福州市八縣(市)一中高二下學(xué)期期末聯(lián)考)在光電效應(yīng)試驗(yàn)中，某同學(xué)按如圖a方式連接電路，利用該裝置在不同試驗(yàn)條件下得到了三條光電流與A、K兩極之間電壓UAK的關(guān)系曲線(甲光、乙光、丙光)如圖b所示，則下列說法正確的是(B)A．甲、乙兩光的光照強(qiáng)度相同B．甲、乙兩光的頻率相同C．丙光照耀陰極時，極板的逸出功最小D．乙光的波長小于丙光的波長解析：依據(jù)eUc＝Ek＝hν－W0，入射光的頻率越高，對應(yīng)的遏止電壓Uc越大。甲光、乙光的遏止電壓相等，所以甲光、乙光的頻率相等，故B正確；甲光、乙光的頻率相等，由圖可知，甲光飽和光電流大于乙光，因此甲光的光強(qiáng)大于乙光的光強(qiáng)，故A錯誤；極板的逸出功只與極板金屬的材料有關(guān)，與入射光無關(guān)，選項(xiàng)C錯誤；丙光的遏止電壓大于乙光的遏止電壓，所以丙光的頻率大于乙光的頻率，則乙光的波長大于丙光的波長，故D錯誤。4．如圖所示是用光照耀某種金屬時逸出的光電子的最大初動能隨入射光頻率的變更圖線，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，由圖可知(AC)A．該金屬的極限頻率為4.3×1014HzB．該金屬的極限頻率為5.5×1014HzC．該圖線的斜率表示普朗克常量D．該金屬的逸出功為0.5eV解析：由光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W知圖線與橫軸交點(diǎn)為金屬的極限頻率，即ν0＝4.3×1014Hz，A正確，B錯誤；該圖線的斜率為普朗克常量，C正確；金屬的逸出功W＝hν0＝6.63×10－34×4.3×1014/1.6×10－19eV≈1.8eV，D錯誤。5．用如圖所示的裝置探討光電效應(yīng)現(xiàn)象。當(dāng)用光子能量為2.75eV的光照耀到光電管上時發(fā)生了光電效應(yīng)，電流表G的示數(shù)不為零；移動變阻器的觸頭c，發(fā)覺當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于1.7V時，電流表示數(shù)為0，則下列說法正確的是(BD)A．光電子的最大初動能始終為1.05eVB．光電管陰極的逸出功為1.05eVC．當(dāng)滑動觸頭向a端滑動時，反向電壓增大，電流增大D．改用能量為2.5eV的光子照耀，移動變阻器的觸頭c，電流表G中也可能有電流解析：由愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，同種金屬的逸出功相同，所以光電子逸出后的初動能取決于獲得的能量，A錯誤；當(dāng)電壓表示數(shù)大于或等于1.7V時，電流表無示數(shù)，說明遏止電壓為1.7V，由eU＝eq\f(1,2)mv2，可求得光電管的逸出功為1.05eV，B正確；若光的頻率不變，反向電壓大于遏止電壓后電路中就不再有電流，C錯誤；當(dāng)入射光頻率超過截止頻率，且反向電壓小于遏止電壓，電路中就會有電流，D正確。二、非選擇題6．(2024·北京市昌平區(qū)高二下學(xué)期期末)對于同一物理問題，經(jīng)?？梢詮暮暧^與微觀兩個不同角度進(jìn)行探討，找出其內(nèi)在聯(lián)系，從而更加深刻地理解其物理本質(zhì)。光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)深化地揭示了光的粒子性的一面。前者表明光子具有能量，后者表明光子除了具有能量之外還具有動量。我們知道光子的能量E＝hν，動量p＝eq\f(h,λ)，其中ν為光的頻率，h為普朗克常量，λ為光的波長。由于光子具有動量，當(dāng)光照耀到物體表面時，會對物體表面產(chǎn)生持續(xù)勻稱的壓力，這種壓力會對物體表面產(chǎn)生壓強(qiáng)，這就是“光壓”，用I表示。一臺發(fā)光功率為P0的激光器發(fā)出一束頻率為ν0的激光，光束的橫截面積為S。當(dāng)該激光束垂直照耀到某物體表面時，假設(shè)光全部被汲取(即光子的末動量變?yōu)?)。求：(1)該激光器在單位時間內(nèi)發(fā)