高中沪科版（2020）第二节 波粒二象性随堂练习题

这是一份高中沪科版（2020）第二节 波粒二象性随堂练习题，共16页。试卷主要包含了了解黑体辐射的实验规律，626×10－34 J·s．，0×10－15 J，5×10－11 m等内容，欢迎下载使用。
第1讲 光电效应 波粒二象性
目标要求 1.了解黑体辐射的实验规律.2.知道什么是光电效应，理解光电效应的实验规律，会利用光电效应方程计算逸出功、截止频率、最大初动能等物理量.3.了解实物粒子的波动性，知道物质波的概念．
考点一 黑体辐射及实验规律
1．热辐射
(1)定义：周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射．
(2)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体温度的不同而有所不同．
2．黑体、黑体辐射的实验规律
(1)黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体．
(2)黑体辐射的实验规律：
①对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除了与温度有关，还与材料的种类及表面状况有关．
②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关．随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，如图．
3．能量子
(1)定义：普朗克认为，当带电微粒辐射或吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值ε的整数倍，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子．
(2)能量子大小：ε＝hν，其中ν是带电微粒吸收或辐射电磁波的频率，h称为普朗克常量．h＝6.626×10－34 J·s(一般取h＝6.63×10－34 J·s)．
1．黑体能够反射各种波长的电磁波，但不会辐射电磁波．( × )
2．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加，辐射强度极大值向波长较短的方向移动．( √ )
3．玻尔为得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，提出了能量子的假说．( × )
例1 (多选)关于黑体辐射的实验规律如图所示，下列说法正确的是( )
A．黑体能够完全吸收照射到它上面的光波
B．随着温度的降低，各种波长的光辐射强度都有所增加
C．随着温度的升高，辐射强度极大值向波长较长的方向移动
D．黑体辐射的强度只与它的温度有关，与形状和黑体材料无关
答案 AD
解析 能完全吸收照射到它上面的各种频率的电磁波而不发生反射的物体称为黑体，选项A正确；由题图可知，随温度的降低，各种波长的光辐射强度都有所减小，选项B错误；随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，选项C错误；一般物体辐射电磁波的情况除了与温度有关，还与材料的种类及表面情况有关，但黑体辐射电磁波的情况只与它的温度有关，选项D正确．
例2 (2022·全国乙卷·17)一点光源以113 W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6×10－7 m的光，在离点光源距离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为3×1014个．普朗克常量为h＝6.63×10－34 J·s.R约为( )
A．1×102 m B．3×102 m
C．6×102 m D．9×102 m
答案 B
解析 一个光子的能量为E＝hν，
ν为光的频率，光的波长与频率的关系为c＝λν，
光源每秒发出的光子的个数为n＝eq \f(P,hν)＝eq \f(Pλ,hc)，
P为光源的功率，光子以球面波的形式传播，那么以光源为原点的球面上的光子数相同，此时距光源的距离为R处，每秒垂直通过每平方米的光子数为3×1014个，那么此处的球面的表面积为S＝4πR2，则eq \f(n,S)＝3×1014，
联立以上各式解得R≈3×102 m，故选B.
考点二 光电效应
1．光电效应及其规律
(1)光电效应现象
照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出，这个现象称为光电效应，这种电子常称为光电子．
(2)光电效应的产生条件
入射光的频率大于或等于金属的截止频率．
(3)光电效应规律
①每种金属都有一个截止频率νc，入射光的频率必须大于或等于这个截止频率才能产生光电效应．
②光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大．
③光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s.
④当入射光的频率大于或等于截止频率时，在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大，逸出的光电子数越多，逸出光电子的数目与入射光的强度成正比，饱和电流的大小与入射光的强度成正比．
2．爱因斯坦光电效应方程
(1)光电效应方程
①表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0.
②物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能．
(2)逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的最小值，W0＝hνc＝heq \f(c,λc).
(3)最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值．
1．光子和光电子都不是实物粒子．( × )
2．只要入射光的强度足够大，就可以使金属发生光电效应．( × )
3．要使某金属发生光电效应，入射光子的能量必须大于或等于该金属的逸出功．( √ )
4．光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比．( × )
光电效应的分析思路
例3 (2023·天津市质检)光电效应实验中，下列表述正确的是( )
A．光照时间越长，光电子最大初动能越大
B．入射光足够强就可以有光电流导出
C．遏止电压与入射光的强度有关
D．入射光频率小于截止频率时，不论光照时间多长，都不能发生光电效应
答案 D
解析 光电子的最大初动能与光照时间无关，与入射光的频率有关，故A错误；发生光电效应的条件是入射光频率大于或等于截止频率，入射光强，不一定能发生光电效应，故B错误；根据光电效应方程Ek＝eUc＝hν－W0知遏止电压与入射光的频率有关，与强度无关，故C错误；当入射光频率小于截止频率时，不论光照时间多长，都不能发生光电效应，故D正确．
例4 (2023·湖北省恩施高中月考)用如图所示的实验装置研究光电效应现象．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，移动滑动变阻器的触点c，发现当电压表的示数大于或等于1.7 V时，电流表示数为零，则在该实验中( )
A．光电子的最大初动能为1.05 eV
B．光电管阴极的逸出功为1.7 eV
C．开关S断开，电流表G示数为零
D．当触点c向a端滑动时，电压表示数增大
答案 D
解析 由题可知，遏止电压Uc＝1.7 V，最大初动能Ek＝eUc＝1.7 eV，A错误；根据光电效应方程可知，逸出功W0＝E－Ek＝1.05 eV，B错误；断开开关S，光电效应依然发生，有光电流，光电管、电流表、滑动变阻器构成闭合回路，电流表中电流不为零，C错误；电源电压为反向电压，当触点c向a端滑动时，反向电压增大，电压表示数增大，电流表示数减小，D正确．
考点三 光电效应中常见的四类图像
例5 (2023·山东日照市模拟)在研究光电效应现象时，先后用单色光a、b、c照射同一光电管，所得到的光电流I与光电管两端所加电压U间的关系曲线如图所示，下列说法正确的是( )
A．b、c两种单色光的颜色相同
B．a、b两种单色光的光照强度相同
C．增大c光的光照强度，电路中的饱和电流将增大
D．增大b光的光照强度，射出的光电子的最大初动能增大
答案 C
解析 根据题图可知单色光c的遏止电压小于单色光b的遏止电压，根据eUc＝Ek＝hν－W0可知，b、c两种单色光频率不同，所以颜色不同，故A错误；由题图可知单色光a、b的遏止电压相同，则单色光a、b的频率相同，在光的频率相同的情况下，入射光越强，饱和电流越大，单色光a的饱和电流大于单色光b的饱和电流，则单色光a的光照强度大于单色光b的光照强度，故B错误；电路中的饱和电流与光照强度有关，在其他条件相同的情况下，光照强度越大，光电流越大，故增大c光的光照强度，电路中的饱和电流将增大，故C正确；射出的光电子的最大初动能与光照强度无关，故D错误．
例6 (2021·江苏卷·8)如图所示，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，其截止频率ν1