第十三章第2单元波粒二象性

1第十三章第2单元波粒二象性1．下列说法正确的是()A．有的光是波，有的光是粒子B．光子与电子是同样的一种粒子C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著D．γ射线具有显著的粒子性，而不具有波动性2．利用光子说对光电效应的解释，下列说法正确的是()A．金属表面的一个电子只能吸收一个光子B．电子吸收光子后一定能从金属表面逸出，成为光电子C．金属表面的一个电子吸收若干个光子，积累了足够的能量才能从金属表面逸出D．无论光子能量大小如何，电子吸收光子并积累了能量后，总能逸出成为光电子3．下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中(如图1)，符合黑体辐射实验规律的是()图14．入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，下列说法中正确的是()A．有可能不发生光电效应B．从光照射到金属表面上至发射出光电子之间的时间间隔将明显增加C．逸出的光电子的最大初动能将减小D．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少5.如图2是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像。由图像可知()2A．该金属的逸出功等于EB．该金属的逸出功等于hνcC．入射光的频率为2νc时，产生的光电子的最大初动能为E图2D．入射光的频率为νc2时，产生的光电子的最大初动能为E26.如图3所示是光电管的原理图，已知当有波长为λ0的光照射到阴极K上时，电路中有光电流，则()A．若换用波长为λ1(λ1＞λ0)的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流B．若换用波长为λ2(λ2＜λ0)的光照射阴极K时，电路中一定有光电流C．增加电路中电源电压，电路中光电流一定增大图3D．若将电源极性反接，电路中一定没有光电流产生7.用同一光电管研究a、b两种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图4所示。则这两种光()A．照射该光电管时a光使其逸出的光电子最大初动能大B．从同种玻璃射入空气发生全反射时，a光的临界角大C．通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距大D．通过同一玻璃三棱镜时，a光的偏折程度大图48．金属晶体中晶格大小的数量级约为10－10m。电子经加速电场加速，形成一电子束。电子束照射该金属晶体时，获得明显的衍射图案，则这个加速电场的电压约为________V。9．在光电效应实验中，某金属的截止频率相应的波长为λ0，该金属的逸出功为________。若用波长为λ(λ＜λ0)的单色光做该实验，则其遏止电压为________。已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h。10．普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，铝的逸出功W0＝6.72×10－19J，现用波长λ＝200nm的光照射铝的表面(结果保留三位有效数字)。(1)求光电子的最大初动能；(2)若射出的一个具有最大初动能的光电子正对一个原来静止的电子运动，求在此运动过程中两电子电势能增加的最大值(电子所受的重力不计)。311.如图5所示为对光电管产生的光电子进行比荷测定的原理图，两块平行金属板间距离为d，其中N为锌板，受紫外光照射后将激发出沿不同方向运动的光电子，开关S闭合，电流表A有读数，若调节变阻器R，逐渐增大极板间的电压，A表读数逐渐减小，当电压表示图5数为U时，A表读数恰为零；断开S，在MN间加上垂直于纸面的匀强磁场，当磁感应强度为B时，A表读数也为零。求光电子的比荷e/m的表达式。12．用功率P0＝1W的光源，照射离光源r＝3m处的某块金属的薄片，已知光源发出的是波长λ＝663nm的单色光，试计算：(1)1s内打到金属板1m2面积上的光子数；(2)若取该金属原子半径r1＝0.5×10－10m，则金属表面上每个原子平均需隔多少时间才能接收到一个光子？详解答案1．解析：从光的波粒二象性可知：光是同时具有波粒二象性的，只不过在有的情况下波动性显著，有的情况下粒子性显著。光的波长越长，越容易观察到其显示波动特征。光子是一种不带电的微观粒子，而电子是带负电的实物粒子，它们虽然都是微观粒子，但有本质区别，故上述选项中正确的是C。答案：C2．解析：根据光子说，金属的一个电子一次只能吸收一个光子，若所吸收的光子频率大于金属的极限频率，电子逃离金属表面，成为光电子，且光子的吸收是瞬时的，不需要时4间的积累，若所吸收的光子能量小于逸出功(光子频率小于金属的极限频率)，则电子不能逃离金属表面，不能成为光电子。答案：A3．解析：黑体辐射的强度随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都增加，另一方面辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动，所以A正确。答案：A4．解析：由光电效应方程Ek＝hν－W可知，光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与光强没有关系，但入射光的强度减弱，单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少，选项A、C均错而D正确；光电效应具有瞬时性，选项B错误。答案：D5．解析：由图并结合Ek＝hν－W0得Ek＝hν－E。故逸出功W0＝E，故选项A对；当Ek＝0时，ν＝νc，故E＝hνc，故选项B对；ν＝2νc时，可得出Ek＝E，故选项C对；当入射光的频率为νc2时，不发生光电效应，故选项D错。答案：ABC6．解析：用波长为λ0的光照射阴极K，电路中有光电流，说明入射光的频率ν＝cλ0大于金属的极限频率，换用波长为λ1的光照射阴极K，因为λ1＞λ0，根据ν＝cλ可知，波长为λ1的光的频率不一定大于金属的极限频率，因此不一定能发生光电效应现象，A错误；同理可以判断，B正确；光电流的大小与入射光的强度有关，在一定频率与强度的光照射下，光电流与电压之间的关系为：开始时，光电流随电压U的增加而增大，当U大到一定程度时，光电流达到饱和值，这时即使再增大U，在单位时间内也不可能有更多的光电子定向移动，光电流也就不会再增加，即饱和光电流是在一定频率与强度的光照射下的最大光电流，增大电源电压，若光电流达到饱和值，则光电流也不会增大，C错误；将电源极性反接，若光电子的最大初动能大于光电管两极间电场力做的功，电路中仍有光电流产生，D错误。答案：B7．解析：爱因斯坦光电效应方程|eUc|＝12mv2＝hν－W，由图像可知|Uc2|＞|Uc1|，则两种光的频率νa＜νb，选项A错误；由两种光的频率关系得，λa＞λb，根据双缝干涉条纹间距公式Δx＝Ldλ可知，a光的相邻条纹间距大，选项C正确；同理可知na＜nb，选项D错误；由sinC＝1n得，Ca＞Cb，选项B正确。答案：BC8．解析：当电子运动的德布罗意波波长与晶格大小差不多时，可以得到明显的衍射图案，由此可以估算加速电场的电压。若加速电场电压为U，则电子加速获得动能Ek＝eU，5电子的动量p＝2mEk，电子的德布罗意波波长λ＝hp＝h2mEk。加速电场电压U＝h22λ2em＝6.63×10－3422×10－102×1.6×10－19×9.1×10－31V＝1.5×102V。答案：1.5×1029．解析：设金属的截止频率为ν0，则该金属的逸出功W0＝hν0＝hcλ0；对光电子，由动能定理得eU0＝hcλ－W0，解得U0＝hce·λ0－λλλ0。答案：hcλ0hce·λ0－λλ0λ(写为hce·λ－λ0λ0λ也可)10．解析：(1)由Ek＝hν－W0＝hcλ－W0，代入数据解得Ek＝3.23×10－19J(2)增加的电势能来自系统损失的动能，当两电子的速度相等时电势能最大，由动量守恒mv0＝2mv损失的动能：ΔEk＝12mv20－12(2m)v2＝1.62×10－19J所以，电势能增加的最大值为1.62×10－19J答案：(1)3.23×10－19J(2)1.62×10－19J11．解析：A表读数为零，表明这时具有最大初动能的逸出的光电子也不能达到M板，有eU＝12mv2m，断开S，在MN间加匀强磁场，若以最大速率运动的光电子做半径为12d的圆周运动时，则A表读数也恰为0，故有R＝12d＝mvmBe，em＝8UB2d2。答案：em＝8UB2d212．解析：离光源r＝3m处的金属板每m2面积上单位时间内接收的光源E0＝P0t/(4πr2)＝8.85×10－3J每个光子的能量E＝hcλ＝3×10－19J。所以，每秒接收的光子数n＝8.85×10－33×10－19个＝2.95×1016个。(2)每个原子的截面积为S1＝πr12＝7.85×10－21m2把金属板看成由原子密集排列组成的，则面积S1上接收的光的功率6P′＝8.85×10－3×7.85×10－21W＝6.95×10－23W每两个光子落在原子上的时间间隔Δt＝EP′＝3×10－196.95×10－23s＝4317s。答案：(1)2.95×1016个(2)4317s