2019-2020年高中物理 第17章 第2節(jié) 光的粒子性練習(xí) 新人教版選修3-5.doc
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2019-2020年高中物理 第17章 第2節(jié) 光的粒子性練習(xí) 新人教版選修3-5 1.光電效應(yīng)的實驗規(guī)律. (1)光電效應(yīng):照射到金屬表面的光,能使金屬中的電子從表面逸出,這種現(xiàn)象被稱為光電效應(yīng),這種電子叫光電子. (2)光電效應(yīng)的實驗規(guī)律. 用如下圖所示的電路研究光電效應(yīng)中光電流與光照強度、光的頻率等物理量的關(guān)系,陰極K和陽極A在密封的真空玻璃內(nèi),陰極K在受到光照時會發(fā)射光電子,陽極A吸收光電子而形成光電流.實驗結(jié)果表明: ①存在飽和電流.如上圖所示實驗中,在光照條件不變情況下,陽極A與陰極K之間電壓增大,光電流趨于一個飽和值,即使再增大電壓,電流不會增大,入射光越強,飽和電流越大.這表明入射光越強,陰極K在單位時間內(nèi)發(fā)出的光電子數(shù)目越多. ②存在遏止電壓.如上圖所示實驗中,若A接負極,K接正極,在光電管兩極間形成使光電子減速的電場,這時,使光電流減小到零的反向電壓Uc稱為遏止電壓,根據(jù)動能定理有=eUc. ③存在截止頻率.當入射光的頻率小到某一數(shù)值νc時,遏止電壓Uc減小到零時,也沒有光電流,即沒有光電子產(chǎn)生,即沒有發(fā)生光電效應(yīng),νc稱為截止頻率或極限頻率.這就是說,當入射光的頻率ν≤νc時,不論光多么強,光電效應(yīng)都不會發(fā)生. ④光電效應(yīng)具有瞬時性.從光照射到金屬表面到其表面逸出光電子的時間一般不超過 s,即光電效應(yīng)幾乎是瞬時的. 2.光電效應(yīng)解釋中的疑難. (1)逸出功:使電子脫離某種金屬所做功的最小值,叫作這種金屬的逸出功,用字母W0表示,不同金屬的逸出功是不同的. (2)光電效應(yīng)中,經(jīng)典電磁理論無法解釋的有:光電子初動能與光強弱無關(guān),遏止電壓Uc與光強弱無關(guān);發(fā)生光電效應(yīng)時,入射光的頻率存在一個極限頻率;發(fā)生光電效應(yīng)的時間只需 s. 3.愛因斯坦光電效應(yīng)方程. (1)光子:光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的,頻率為ν的光的能量子為hν,這些能量子被稱為光子. (2)愛因斯坦光電效應(yīng)方程:在光電效應(yīng)中,金屬表面中的電子吸收一個光子獲得的能量是hν,這些能量的一部分用來克服金屬的逸出功W0,剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的初動能Ek.即hν=Ek+W0或Ek=hν-W0. (3)用愛因斯坦光電效應(yīng)方程解釋光電效應(yīng)的實驗規(guī)律. ①方程Ek=hν-W0表明,光電子的初動能與入射光的頻率ν成線性關(guān)系,與光強無關(guān).只有當hν>W0時,才有光電子逸出,νc=是光電效應(yīng)的截止頻率. ②電子一次性吸收光子的全部能量,不需要積累能量的時間,光電流自然是瞬時發(fā)生的. ③光強較大時,包含的光子數(shù)較多,照射金屬時產(chǎn)生的光電子多,因而飽和電流大,所以飽和電流與光強成正比. 4.康普頓效應(yīng). (1)光的散射:光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒的相互作用,使光的傳播方向發(fā)生改變,這種現(xiàn)象叫作光的散射. (2)康普頓效應(yīng):在光的散射時,除有與入射波長相同的光,還有波長比入射波長大的光,這種現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng).康普頓的學(xué)生:中國留學(xué)生吳有訓(xùn)證實了康普頓效應(yīng)的普遍性. 光電效應(yīng)表明光子具有能量,康普頓效應(yīng)表明光子還具有動量,兩種效應(yīng)深入地揭示了光的粒子性的一面. 5.光子的動量. 光子的動量p=.在康普頓效應(yīng)中,由于入射光子與物質(zhì)微粒的碰撞,光子的動量變小,因此波長變大. 1.(多選)光電效應(yīng)實驗的裝置如圖所示,用弧光的燈照射鋅板,驗電器指針張開一個角度.則下列說法中正確的是(AD) A.用紫外線照射鋅板,驗電器指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn) B.用綠光照射鋅板,驗電器指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn) C.鋅板帶的是負電荷 D.使驗電器指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的是正電荷 解析:將鋅板與驗電器連接,用弧光燈照射鋅板(弧光燈發(fā)出紫外線),驗電器指針張開一個角度,說明鋅板帶了電,進一步研究表明鋅板帶正電.這說明在紫外線的照射下,鋅板中有一部分自由電子從表面飛出來,鋅板中缺少電子,帶正電,選項A、D正確.綠光不能使鋅板發(fā)生光電效應(yīng). 2.(多選)下列關(guān)于光子的說法中,正確的是(AC) A.在空間傳播的光不是連續(xù)的,而是一份一份的,每一份叫做一個光子 B.光子的能量由光強決定,光強大,每份光子的能量一定大 C.光子的能量由光頻率決定,其能量與它的頻率成正比 D.光子可以被電場加速 解析:按照愛因斯坦的光子說,在空間傳播的光不是連續(xù)的,而是一份一份的,每一份叫做一個光子,光子的能量ε=hν,與光的強度無關(guān),故A、C正確,B錯誤,光子不帶電,不能被電場加速,D錯誤. 3.當用一束紫外線照射鋅板時,產(chǎn)生了光電效應(yīng),這時(C) A.鋅板帶負電 B.有正離子從鋅板逸出 C.有電子從鋅板逸出 D.鋅板會吸附空氣中的正離子 解析:當用一束紫外線照射鋅板時,產(chǎn)生了光電效應(yīng),有電子從鋅板逸出,鋅板帶正電,選項C正確,ABD錯誤. 4.(多選)光電效應(yīng)的實驗結(jié)論是:對于某種金屬(AD) A.無論光強多強,只要光的頻率小于極限頻率就不能產(chǎn)生光電效應(yīng) B.無論光的頻率多低,只要光照時間足夠長就能產(chǎn)生光電效應(yīng) C.超過極限頻率的入射光強度越弱,所產(chǎn)生的光電子的最大初動能就越小 D.超過極限頻率的入射光頻率越高,所產(chǎn)生的光電子的最大初動能就越大 解析:每種金屬都有它的極限頻率ν0,只有入射光子的頻率大于等于頻率ν0時,才會發(fā)生光電效應(yīng),且入射光的強度越大則產(chǎn)生的光子數(shù)越多,光電流越強;由光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0=hν-h(huán)ν0,可知入射光子的頻率越大,產(chǎn)生的光電子的最大初動能也越大,與入射光的強度無關(guān),所以A、D正確. 5.(多選)如圖所示電路的全部接線及元件均完好.用光照射光電管的K極板,發(fā)現(xiàn)電流計無電流通過,可能的原因是(BC) A.A、K間加的電壓不夠高 B.電源正負極接反了 C.照射光的頻率不夠高 D.照射光的強度不夠大 解析:若照射光的頻率很低,則不能發(fā)生光電效應(yīng);如果發(fā)生光電效應(yīng),但是電源正負極接反了,且電壓高于遏止電壓,電流表中也不會有電流,故B、C選項正確. 6.(多選)已知能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的極限頻率為ν0,則(AB) A.當用頻率為2ν0的單色光照射該金屬時,一定能產(chǎn)生光電子 B.當用頻率為2ν0的單色光照射該金屬時,所產(chǎn)生的光電子的最大初動能為hν0 C.當照射光的頻率ν大于ν0時,若ν增大,則逸出功增大 D.當照射光的頻率ν大于ν0時,若ν增大一倍,則光電子的最大初動能也增大一倍 解析:當入射光的頻率大于等于金屬的極限頻率時,就會發(fā)生光電效應(yīng),A選項正確;由于金屬材料一定,極限頻率一定,逸出功W逸=hν0一定,ν0為極限頻率,ν增大,逸出功不變,C選項錯誤.由愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ekm=hν-W逸,得ν=2ν0時,Ekm=hν-W逸=2hν0-h(huán)ν0=hν0,當ν增大一倍,ν=4ν0時,Ekm=hν-W逸=4hν0-h(huán)ν0=3hν0,所以B選項正確,D選項錯誤. 7.科學(xué)研究證明,光子有能量也有動量,當光子與電子碰撞時,光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子.假設(shè)光子與電子碰撞前的波長為λ,碰撞后的波長為λ′,則碰撞過程中 (C) A.能量守恒,動量不守恒,且λ=λ′ B.能量不守恒,動量不守恒,且λ=λ′ C.能量守恒,動量守恒,且λ<λ′ D.能量守恒,動量守恒,且λ>λ′ 解析:能量守恒和動量守恒是自然界的普遍規(guī)律,適用于宏觀世界,也適用于微觀世界.光子與電子碰撞時遵循這兩個守恒定律.光子與電子碰撞前光子的能量ε=hν=h,當光子與電子碰撞時,光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子,光子的能量ε′=hν′=h,由ε>ε′可知λ<λ′,選項C正確. 8.(多選)某金屬的逸出功為2.3 eV,這意味著(BC) A.這種金屬內(nèi)部的電子克服原子核引力做2.3 eV的功即可脫離表面 B.這種金屬表層的電子克服原子核引力做2.3 eV的功即可脫離表面 C.要使這種金屬有電子逸出,入射光子的能量必須大于2.3 eV D.這種金屬受到光照時若有電子逸出,則電子離開金屬表面時的動能至少等于2.3 eV 解析:逸出功指原子的最外層電子脫離原子核克服引力做的功,選B、C. 9.某光電管的陰極是用金屬制成的,它的逸出功為2.21 eV,用波長為2.5 m的紫外線照射陰極,已知真空中光速為3.0 m/s,元電荷為1.6 C,普朗克常量為6.63Js,求得該金屬的極限頻率和該光電管發(fā)射的光電子的最大初動能應(yīng)分別是(B) 解析: 10.用不同頻率的光分別照射鎢和鋅,產(chǎn)生光電效應(yīng),根據(jù)實驗可畫出光電子的最大初動能Ek隨入射光頻率ν變化的Ekν圖線.已知鎢的逸出功是3.28 eV,鋅的逸出功為3.34 eV,若將二者的圖線畫在同一個Ekν坐標系中,則正確的圖是(A) 解析:根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0可知,Ek-ν圖象的斜率為普朗克常量h,因此圖中兩線應(yīng)平行,故C、D錯誤;圖線與橫軸的交點表示恰能發(fā)生光電效應(yīng)(光電子動能為零)時的入射光頻率即極限頻率.由光電效應(yīng)方程可知,逸出功越大的金屬對應(yīng)的入射光的頻率越高,所以能使金屬鋅發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率越高,所以A正確,B錯誤. 11.光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)都包含有電子與光子的相互作用過程,對此下列說法正確的是(D) A.兩種效應(yīng)中電子與光子組成的系統(tǒng)都服從動量守恒定律和能量守恒定律 B.兩種效應(yīng)都相當于電子與光子的彈性碰撞過程 C.兩種效應(yīng)都屬于吸收光子的過程 D.光電效應(yīng)是吸收光子的過程,而康普頓效應(yīng)相當于光子和電子彈性碰撞的過程 解析:光電效應(yīng)吸收光子放出電子,其過程能量守恒,但動量不守恒,康普頓效應(yīng)相當于光子與電子彈性碰撞的過程,并且遵守動量守恒定律和能量守恒定律,兩種效應(yīng)都說明光具有粒子性.故D正確. 12.鋁的逸出功為4.2 eV,現(xiàn)用波長200 nm的光照射鋁的表面.已知h=6.63 Js,求: (1)光電子的最大初動能; (2)遏止電壓; (3)鋁的極限頻率. 解析:- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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