2019-2020学年高中物理 第5章 波与粒子 第1节 光电效应 第2节 康普顿效应随堂演练巩固提

[随堂检测]1.关于光电效应，下列几种表述正确的是()A．金属的极限频率与入射光的频率成正比B．光电流的强度与入射光的强度无关C．用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的最大初动能要大D．对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于这个波长，才能产生光电效应解析：选D.金属的极限频率由该金属决定，与入射光的频率无关，光电流的大小随入射光强度增大而增大，选项A、B错误；不可见光包括能量比可见光大的紫外线、X射线、γ射线，也包括能量比可见光小的红外线、无线电波，选项C错误；任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光波长小于这个波长，才能产生光电效应，故正确选项为D.2.对光的认识，以下说法正确的是()A．光波和声波的本质相同，都具有波粒二象性B．光既具有波动性，又具有粒子性，两种性质是不相容的C．光表现出波动性时，就不具有粒子性了，光表现出粒子性时，就不具有波动性了D．光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现明显解析：选D.光波是电磁波，具有波粒二象性，声波是机械波，是振动在介质中的传播，二者本质不同，A错；光的干涉、衍射现象，这属于波的特征，微粒说无法解释．光电效应现象用波动说无法解释，而用光子说可以完美地进行解释，证实光具有粒子性．因此，光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性，B错；光的波动性与粒子性都是光的本质属性，只是表现明显与否，不容易观察并不说明不具有，C错；波动性和粒子性是光在不同情况下的不同表现，是同一客体的两个不同侧面、不同属性，我们无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性，D对．3.用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率ν变化的Ek－ν图象．已知钨的逸出功是3.28eV，锌的逸出功是3.24eV，若将二者的图线画在一个Ek－ν坐标图中，用实线表示钨，用虚线表示锌，则正确反映这一过程的图是()解析：选B.依据光电效应方程Ek＝hν－W0可知，Ek－ν图线的斜率代表了普朗克常量h，因此钨和锌的Ek－ν图线应该平行．图线的横轴截距代表了截止频率νc，而νc＝W0h，因此钨的νc大些．综上所述，B图正确．4.以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出．强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实．光电效应实验装置示意图如图所示．用频率为ν的普通光源照射阴极K，没有发生光电效应，换用同样频率ν的强激光照射阴极K，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U，即将阴极K接电源正极，阳极A接电源负极，在KA之间就形成了使光电子减速的电场．逐渐增大U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是下列的(其中W为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电量)()A．U＝hνe－WeB．U＝2hνe－WeC．U＝2hν－WD．U＝5hν2e－We解析：选B.以从阴极K逸出的且具有最大初动能的光电子为研究对象，由动能定理得：－Ue＝0－12mv2m①由光电效应方程得：nhν＝12mv2m＋W(n＝2，3，4…)②由①②式解得：U＝nhνe－We(n＝2，3，4…)故选项B正确．5.已知金属铯的极限波长为0.66μm，用0.50μm的光照射铯金属表面发射光电子的最大初动能为多少？铯金属的逸出功为多少？解析：铯的逸出功为W＝hν0＝hcλ0将c＝3×108m/s，h＝6.63×10－34J·s，λ0＝0.66×10－6m，代入上式可得W＝3×10－19J根据光电效应方程可知，当用波长为λ＝0.50μm的光照射金属铯时，光电子的最大初动能Ek＝hν－W＝hcλ－W＝6.63×10－34×3×1080.50×10－6J－3×10－19J＝9.8×10－20J.答案：9.8×10－20J3×10－19J[课时作业]一、单项选择题1.关于光电效应和康普顿效应，下列叙述正确的是()A．光电效应否定了光的波动性，而康普顿效应肯定了光的波动性B．光电效应肯定了光的波动性，而康普顿效应否定了光的波动性C．光电效应、康普顿效应都说明了光具有粒子性D．以上均不正确解析：选C.光既有波动性，又有粒子性，而光电效应、康普顿效应都说明了光具有粒子性，故选项C正确．2.在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是()A．使光子一个一个地通过狭缝，如时间足够长，底片上将会显示衍射图样B．单个光子通过狭缝后，底片上会出现完整的衍射图样C．光子通过狭缝的运动路线像水波一样D．光的波动性是少数光子运动的规律解析：选A.光子通过狭缝后仍沿直线传播，大量光子体现出的是波动性，少数光子体现出的是粒子性，故A正确，B、C、D错误．3.对爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W，下面的理解正确的是()A．只要是用同种频率的光照射同一种金属，那么从金属中逸出的所有光电子都会具有同样的初动能EkB．式中的W表示每个光子从金属中飞出过程中克服金属中正电荷引力所做的功C．逸出功W和极限频率ν0之间应满足关系式W＝hν0D．光电子的最大初动能和入射光的频率成正比解析：选C.Ek是光电子的最大初动能，并不是所有光电子的初动能；光电子从金属中飞出需克服金属表面层内的一种阻力做功，并不是正电荷的引力．4．某种单色光的频率为ν，用它照射某种金属时，在逸出的光电子中动能最大值为Ek，则这种金属的逸出功和极限频率分别是()A．hν－Ek，ν－EkhB．Ek－hν，ν＋EkhC．hν＋Ek，ν－hEkD．Ek＋hν，ν＋hEk解析：选A.根据光电效应方程得，W＝hν－Ek.根据W＝hν0知极限频率ν0＝Wh＝ν－Ekh.5．光子有能量，也有动量，动量p＝hλ，它也遵守有关动量的规律．如图所示，真空中，有“∞”形装置可绕通过横杆中点的竖直轴OO′在水平面内灵活地转动，其中左边是圆形黑纸片(吸收光子)，右边是和左边大小、质量相同的圆形白纸片(反射光子)．当用平行白光垂直照射这两个圆面时，关于装置开始时的转动情况(俯视)，下列说法中正确的是()A．顺时针方向转动B．逆时针方向转动C．都有可能D．不会转动解析：选B.根据动量定理Ft＝mvt－mv0，由光子的动量变化可知黑纸片和光子之间的作用力小于白纸片和光子之间的作用力，所以装置开始时逆时针方向转动，B选项正确．6．在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图所示，则可判断出正确的是()A．甲光的频率大于乙光的频率B．乙光的波长大于丙光的波长C．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能解析：选B.当光电管两端加上反向截止电压光电流为零时，则由动能定理得12mv2－0＝eUc，对同一光电管逸出功W0相同，使用不同频率的光照射，有hν－W0＝12mv2，两式联立可得，hν－W0＝eUc.丙光的反向截止电压最大，则丙光的频率最大，选项A、C错误；又λ＝cν可知，λ丙λ乙，选项B正确；又hν－W0＝12mv2－0＝eUc可知，丙光对应的光电子最大初动能最大，选项D错误．二、多项选择题7．波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有()A．光电效应现象揭示了光的粒子性B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等解析：选AB.光电效应现象、黑体辐射的实验规律都可以用光的粒子性解释，选项A正确，选项C错误；热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性，选项B正确；由德布罗意波长公式λ＝hp和p2＝2mEk知动能相等的质子和电子动量不同，德布罗意波长不相等，选项D错误．8．如图所示为一真空光电管的应用电路，其阴极金属材料的极限频率为4.5×1014Hz，则以下判断正确的是()A．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的频率B．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的强度C．用λ＝0.5μm的光照射光电管时，电路中有光电流产生D．光照射时间越长，电路中的光电流越大解析：选BC.在光电管中若发生了光电效应，单位时间内发射光电子的数目只与入射光的强度有关，光电流的饱和值只与单位时间内发射光电子的数目有关．据此可判断B正确，A、D错误；波长λ＝0.5μm的光子的频率ν＝cλ＝3×1080.5×10－6Hz＝6×1014Hz4.5×1014Hz，可发生光电效应．所以选项C正确．9．美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应．关于康普顿效应，以下说法正确的是()A．康普顿效应现象说明光具有波动性B．康普顿效应现象说明光具有粒子性C．当光子与晶体中的电子碰撞后，其能量增加D．当光子与晶体中的电子碰撞后，其能量减少解析：选BD.康普顿效应说明光具有粒子性，A项错误，B项正确；光子与晶体中的电子碰撞时满足动量守恒和能量守恒，故二者碰撞后，光子要把部分能量转移给电子，光子的能量会减少，C项错误，D项正确．10.如图所示是某金属在光的照射下，光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象，由图象可知()A．该金属的逸出功等于EB．该金属的逸出功等于hν0C．入射光的频率为ν0时，产生的光电子的最大初动能为ED．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为2E解析：选AB.题中图象反映了光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系，根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0知，当入射光的频率恰为该金属的截止频率ν0时，光电子的最大初动能Ek＝0，此时有hν0＝W0，即该金属的逸出功等于hν0，选项B正确；根据图线的物理意义，有W0＝E，故选项A正确，而选项C、D错误．三、非选择题11.A、B两种光子的能量之比为2∶1，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子最大初动能分别为EA、EB.求A、B两种光子的动量之比和该金属的逸出功．解析：光子能量ε＝hν，动量p＝hλ，且ν＝cλ得p＝εc，则pA∶pB＝2∶1A照射时，光电子的最大初动能EA＝εA－W0.同理，EB＝εB－W0解得W0＝EA－2EB.答案：2∶1EA－2EB12．如图所示，阴极K用极限波长λ0＝0.66μm的金属铯制成，用波长λ＝0.50μm的绿光照射阴极K，调整两个极板电压．当A板电势比阴极电势高出2.5V时，光电流达到饱和，电流表示数为0.64μA.求：(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能．(2)如果把照射阴极的绿光光强增大为原来的2倍，求每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极的最大初动能．解析：(1)光电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部到达阳极A，阴极每秒钟发射的光电子的个数n＝Ite＝0.64×10－61.6×10－19＝4.0×1012(个)．根据爱因斯坦光电效应方程，光电子的最大初动能为：Ek＝hν－W0＝hcλ－hcλ0＝6.63×10－34×3×108×10.50×10－6－10.66×10－6J＝9.6×10－20J.(2)如果照射光的频率不变，光强加倍，根据光电效应实验规律知阴极每秒钟发射的光电子数n′＝2n＝8.0×1012个．光电子的最大初动能仍然是Ek≈9.6×10－20J.答案：(1)4.0×1012个9.6×10－20J(2)8.0×1012个9.6×10－12J本部分内容讲解结束按ESC键退出全屏播放