高中物理 第17章 波粒二象性 1 能量量子化 2 光的粒子性學(xué)業(yè)分層測(cè)評(píng) 新人教選修3-5

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1 能量量子化 2 光的粒子性 (建議用時(shí)：45分鐘) [學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)] 1．以下關(guān)于輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)關(guān)系的說(shuō)法中正確的是(　　) A．物體在某一溫度下只能輻射某一固定波長(zhǎng)的電磁波 B．當(dāng)鐵塊呈現(xiàn)黑色時(shí)，說(shuō)明它的溫度不太高 C．當(dāng)鐵塊的溫度較高時(shí)會(huì)呈現(xiàn)赤紅色，說(shuō)明此時(shí)輻射的電磁波中該顏色的光強(qiáng)度最強(qiáng) D．早、晚時(shí)分太陽(yáng)呈現(xiàn)紅色，而中午時(shí)分呈現(xiàn)白色，說(shuō)明中午時(shí)分太陽(yáng)溫度最高 E．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān) 【解析】　由輻射強(qiáng)度隨波長(zhǎng)變化關(guān)系圖知，隨著溫度的升高，各種波長(zhǎng)的波的輻射強(qiáng)度都增加，而熱輻射不是僅輻射一種波長(zhǎng)的電磁波，選項(xiàng)B、C、E正確． 【答案】　BCE 2．頻率為ν的光子，具有的能量為hν，動(dòng)量為，將這個(gè)光子打在處于靜止?fàn)顟B(tài)的電子上，光子將偏離原運(yùn)動(dòng)方向，這種現(xiàn)象稱為光子的散射，下列關(guān)于光子散射的說(shuō)法正確的是(　　) A．光子改變?cè)瓉?lái)的運(yùn)動(dòng)方向，且傳播速度變小 B．光子改變?cè)瓉?lái)的傳播方向，但傳播速度不變 C．光子由于在與電子碰撞中獲得能量，因而頻率增大 D．由于受到電子碰撞，散射后的光子波長(zhǎng)大于入射光子的波長(zhǎng) E．由于受到電子碰撞，散射后的光子頻率小于入射光子的頻率 【解析】　碰撞后光子改變?cè)瓉?lái)的運(yùn)動(dòng)方向，但傳播速度不變，A錯(cuò)誤，B正確；光子由于在與電子碰撞中損失能量，因而頻率減小，即ν＞ν′，再由c＝λ1ν＝λ2ν′，得到λ1<λ2，C錯(cuò)誤，D、E正確． 【答案】　BDE 3．如圖1729所示是某金屬在光的照射下，光電子最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖象，由圖象可知(　　) 圖1729 A．該金屬的逸出功等于E B．該金屬的逸出功等于hν0 C．入射光的頻率為ν0時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為E D．入射光的頻率為2ν0時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為E E．入射光的頻率為2ν0時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為2E 【解析】　題中圖象反映了光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，知當(dāng)入射光的頻率恰為金屬的截止頻率ν0時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能Ek＝0，此時(shí)有hν0＝W0，即該金屬的逸出功等于hν0，根據(jù)圖線的物理意義，有W0＝E，故選項(xiàng)A、B、D正確，而選項(xiàng)C、E錯(cuò)誤． 【答案】　ABD 4．美國(guó)物理學(xué)家康普頓在研究石墨對(duì)X射線的散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)在散射的X射線中，除了與入射波長(zhǎng)λ0相同的成分外，還有波長(zhǎng)大于λ0的成分，這個(gè)現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)．關(guān)于康普頓效應(yīng)，以下說(shuō)法正確的是 (　　) A．康普頓效應(yīng)說(shuō)明光子具動(dòng)量 B．康普頓效應(yīng)現(xiàn)象說(shuō)明光具有波動(dòng)性 C．康普頓效應(yīng)現(xiàn)象說(shuō)明光具有粒子性 D．當(dāng)光子與晶體中的電子碰撞后，其能量增加 E．當(dāng)光子與晶體中的電子碰撞后，其能量減少 【解析】　康普頓效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性，B項(xiàng)錯(cuò)誤，A、C項(xiàng)正確；光子與晶體中的電子碰撞時(shí)滿足動(dòng)量守恒和能量守恒，故二者碰撞后，光子要把部分能量轉(zhuǎn)移給電子，光子的能量會(huì)減少，D項(xiàng)錯(cuò)誤，E項(xiàng)正確． 【答案】　ACE 5．能正確解釋黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律的是________提出的能量量子化理論． 【解析】　根據(jù)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，隨著溫度的升高，一方面各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加；另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)，只能用普朗克提出的能量量子化理論才能得到較滿意的解釋． 【答案】　普朗克 6．如圖17210所示為t1、t2溫度時(shí)的黑體輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系，則兩溫度的關(guān)系為________． 圖17210 【解析】　根據(jù)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律可知，隨著溫度的升高，一方面，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加；另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)． 【答案】　t1＞t2 7．醫(yī)生用紅外熱像儀監(jiān)測(cè)人的體溫，只要被測(cè)者從儀器前走過(guò)，便可知他的體溫是多少，你知道其中的道理嗎？ 【解析】　根據(jù)熱輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律可知，人的體溫升高，人體輻射的紅外線的頻率和強(qiáng)度就會(huì)增加，通過(guò)監(jiān)測(cè)被測(cè)者輻射的紅外線的頻率和強(qiáng)度，就可以知道該人的體溫了． 【答案】　見解析 8．在自然界生態(tài)系統(tǒng)中，蛇與老鼠和其他生物通過(guò)營(yíng)養(yǎng)關(guān)系構(gòu)成食物鏈，在維持生態(tài)平衡方面發(fā)揮著重要作用．蛇是老鼠的天敵，它是通過(guò)接收熱輻射來(lái)發(fā)現(xiàn)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(zhǎng)為λmin.根據(jù)熱輻射理論， λmin與輻射源的絕對(duì)溫度T的關(guān)系近似為Tλmin＝2.9010－3mK.求老鼠發(fā)出最強(qiáng)的熱輻射的波長(zhǎng)． 【解析】　由Tλmin＝2.9010－3mK可得，老鼠發(fā)出最強(qiáng)的熱輻射的波長(zhǎng)為λmin＝m＝m＝9.410－6m. 【答案】　9.410－6 m [能力提升] 9．在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，小明同學(xué)用同一實(shí)驗(yàn)裝置，如圖17211(a)所示，在甲、乙、丙三種光的照射下得到了三條電流表與電壓表讀數(shù)之間的關(guān)系曲線，如圖(b)所示．則正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：66390019】 圖17211 A．乙光的頻率大于甲光的頻率 B．甲光的波長(zhǎng)大于丙光的波長(zhǎng) C．丙光的光子能量小于甲光的光子能量 D．乙光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能小于丙光的光電子最大初動(dòng)能 E．乙、丙兩種光對(duì)應(yīng)的光電子的最大初動(dòng)能相等 【解析】　由愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0及遏止電壓的含義可知，hν－W0＝eUc，結(jié)合題意與圖象可以判斷，W0相同，U1>U2，則三種色光的頻率為ν乙＝ν丙>ν甲，故丙光子能量大于甲光子能量，C錯(cuò)誤，同時(shí)判斷乙光對(duì)應(yīng)光電子的最大初動(dòng)能等于丙光對(duì)應(yīng)光電子的最大初動(dòng)能，A、E正確，D錯(cuò)誤，由ν＝知，λ乙＝λ丙＜λ甲，B正確． 【答案】　ABE 10．經(jīng)測(cè)量，人體表面輻射本領(lǐng)的最大值落在波長(zhǎng)為940 μm處．根據(jù)電磁輻射的理論得出，物體最強(qiáng)輻射的波長(zhǎng)與物體的絕對(duì)溫度的關(guān)系近似為Tλm＝2.9010－1 mK，由此估算人體表面的溫度和輻射的能量子的值各是多少？(h＝6.6310－34 Js) 【解析】　人體表面的溫度為T＝＝ K≈309 K≈36 ℃.人體輻射的能量子的值為ε＝h＝6.6310－34 J＝2.1210－22 J. 【答案】　36 ℃　2.1210－22 J 11．光電管是應(yīng)用光電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)光信號(hào)與電信號(hào)之間相互轉(zhuǎn)換的裝置，其廣泛應(yīng)用于光功率測(cè)量、光信號(hào)記錄、電影、電視和自動(dòng)控制等諸多方面．如圖17212所示，C為光電管，B極由金屬鈉制成(鈉的極限波長(zhǎng)為5.010－7 m)．現(xiàn)用波長(zhǎng)為4.810－7 m的某單色光照射B極． (1)電阻R上電流的方向是向左還是向右？ (2)求出從B極發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能． (3)若給予光電管足夠大的正向電壓時(shí)，電路中光電流為10 μA，則每秒射到光電管B極的光子數(shù)至少為多少個(gè)？ 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：66390020】 圖17212 【解析】　(1)B極板上逸出光電子，相當(dāng)于電源的正極，A為負(fù)極，故流過(guò)R的電流向左． (2)Ekm＝h－h(huán) ＝6.6310－343108－ J ＝1.6610－20 J. (3)每秒電路中流過(guò)的電子電荷量 q＝It＝1010－61 C＝110－5 C n＝＝個(gè)＝6.251013個(gè)． 【答案】　(1)向左　(2)1.6610－20 J (3)6.251013個(gè)