8　粒子和宇宙ppt专用说课稿内容

课时训练7

光的粒子性

题组一

光电效应的规律

1.用下面哪种射线照射同一种金属最有可能产生光电效应,且逸出的光电子的速率最大(

)

A.紫外线

B.可见光

C.红外线

D.γ射线

解析:频率越大的光越有可能,并且逸出的光电子的速率最大。从给出的四种光来看,D项的频率最大。

答案:D 2.某单色光照射某金属时不能产生光电效应,则下述措施中可能使该金属产生光电效应的是(

) A.延长光照时间

B.增大光的强度

C.换用波长较短的光照射

D.换用频率较低的光照射

解析:光照射金属时能否产生光电效应,取决于入射光的频率是否大于金属的截止频率,与入射光的强度和照射时间无关,故选项A、B、D均错误;又因ν=,所以选项C正确。

答案:C 3.

如图所示是利用光电管研究光电效应的实验原理示意图,用可见光照射光电管的阴极K,电流表中有电流通过,则(

) A.滑动变阻器的滑片由a端向b端滑动的过程中,电流表中一定无电流通过

B.滑动变阻器的滑片由a端向b端滑动的过程中,电流表的示数一定会持续增大

C.将滑动变阻器的滑片置于b端,改用紫外线照射阴极K,电流表中一定有电流通过

D.将滑动变阻器的滑片置于b端,改用红外线照射阴极K,电流表中一定无电流通过

解析:当滑片自a端向b端移动时,开始一段有光电流而且应增大,若移动到某一位置时达到饱和,则此后的移动过程中光电流不变,故A、B错误。根据极限频率的含义知C正确,D错误。

答案:C 题组二

爱因斯坦光电效应方程

4.

1

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(

) 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:当光电管两端加上反向截止电压且光电流恰好为零时,有=eU,对同一光电管使用不同频率的光照射,有hν-W0=,两式联立得hν-W0=eU,丙光的反向截止电压最大,则丙光的频率最大,甲光、乙光频率相同,A、C错误;又λ=,可见λ丙<λ乙,B正确;丙光对应的最大初动能最大,D错误。

答案:B 5.(多选)在光电效应实验中,用频率为ν的光照射光电管阴极,发生了光电效应。下列说法正确的是(

) A.增大入射光的强度,光电流增大

B.减小入射光的强度,光电效应现象消失

C.改用频率小于ν的光照射,一定不发生光电效应

D.改用频率大于ν的光照射,光电子的最大初动能变大

解析:增大入射光的强度,单位时间内逸出的光电子数目增多,光电流增大,A项正确;光电效应的发生与入射光的强度无关,B项错误;入射光频率小于ν时,若仍大于金属的截止频率,仍能发生光电效应,C项错误;增大入射光的频率时,由爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0可知,光电子的最大初动能变大,D项正确。

答案:AD 题组三

康普顿效应

6.科学研究表明:能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律。从科学实践的角度来看,迄今为止,人们还没有发现这些守恒定律有任何例外。相反,每当有人在实验中观察到似乎是违反守恒定律的现象时,物理学家们就会提出新的假设来补救,最后总是以有新的发现而胜利告终。例如,人们发现,在电磁场的相互作用下,两个运动着的微观粒子的动量的矢量和似乎是不守恒的。这时物理学家又把动量的概念推广到了电磁场,把电磁场的动量也考虑进去,总动量就又守恒了。现有沿一定方向运动的光子与一个原来静止的自由电子发生碰撞后,自由电子向某一方向运动,而光子沿另一方向散射出去。这个散射出去的光子与入射前相比较,其波长

(选填“增大”“减小”或“不变”)。

解析:康普顿效应表明光子不仅具有能量而且具有动量,当光子与静止的电子发生碰撞时,由动量守恒知光子的动量减小,由p=知,光子的波长增大。

答案:增大

7.康普顿效应证实了光子不仅遵守能量守恒,也遵守动量守恒。如图给出了光子与静止电子碰撞后电子的运动方向,则碰后光子可能沿方向

运动,并且波长

(选填“不变”“变短”或“变长”)。

2

解析:因光子与电子的碰撞过程动量守恒,所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与光子碰前动量的方向一致,可见碰后光子运动的方向可能沿1方向,不可能沿2或3方向;通过碰撞,光子将一部分能量转移给电子,能量减少,由

ε=hν知,频率变小,再根据c=λν知,波长变长。

答案:1

变长

(建议用时:30分钟)

1.

如图所示,用绿光照射一光电管的阴极时产生光电效应,欲使光子从阴极逸出时的最大初动能增大,应采取的措施是(

) A.改用红光照射

B.改用紫光照射

C.增大绿光的强度

D.增大加在光电管上的正向电压

解析:发生光电效应时,光电子的最大初动能随照射光频率的增大而增大,与照射光强度、光电管的电压无关,红光的频率比绿光的频率小,不一定能发生光电效应,即使发生光电效应,光电子的最大初动能也较小,而紫光的频率大于绿光的频率。故选项B正确。

答案:B 2.(多选)下列对光电效应的解释中正确的是(

) A.金属内的每个电子要吸收一个或一个以上的光子,当它积累的能量足够大时,就能逸出金属

B.如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功,便不能发生光电效应

C.发生光电效应时,入射光越强,光子的能量就越大,光电子的最大初动能就越大

D.由于不同金属的逸出功是不相同的,因此使不同金属发生光电效应的入射光的最低频率也不同

解析:按照爱因斯坦的光子说,光的能量是由光的频率决定的,与光强无关。入射光的频率越大,发生光电效应时产生的光电子的最大初动能越大。但要使电子离开金属,必须使电子具有足够的动能,而电子增加的动能只能来源于照射光的光子能量,但电子只能吸收一个光子,不能吸收多个光子。因此只要光的频率低,即使照射时间足够长,也不会发生光电效应。电子从金属中逸出时只有从金属表面向外逸出的电子克服原子核的引力所做的功最小,这个功称为逸出功,不同金属的逸出功不同,故上述选项中正确的有B、D。

3

答案:BD 3.用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应,可能使该金属产生光电效应的措施是(

) A.改用频率更小的紫外线照射

B.改用X射线照射

C.改用强度更大的原紫外线照射

D.延长原紫外线的照射时间

解析:发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率,与入射光的强度和照射时间无关,故选项A、C、D错误;X射线的频率大于紫外线的频率,可能使该金属发生光电效应,故选项B正确。

答案:B 4.

光子有能量,也有动量,它也遵守有关动量的规律。如图所示,真空中有一“∞”字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,右边是和左边大小、质量都相同的圆形白纸片。当用平行白光垂直纸面向里照射这两个圆面时关于装置开始转动情况(俯视)的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:白纸片反射光子,光子的动量变化大,黑纸片吸收光子,光子的动量变化较小,由动量定理知,光子对白纸片的冲击力大,故B正确。

答案:B 5.硅光电池是利用光电效应原理制成的,下列表述正确的是(

) A.硅光电池是把光能转变为电能的一种装置

B.硅光电池中吸收了光子能量的电子都能逸出

C.逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率无关

D.任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应

解析:由光电效应实验规律可知B、C、D选项都不符合光电效应规律,A选项正确。

答案:A

6.(多选)如图所示为一真空光电管的应用电路,其阴极金属材料的截止频率为 4.5×1014 Hz,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=0.5 μm的光照射光电管时,电路中有光电流产生

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D.光照射时间越长,电路中的光电流越大

解析: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。据此可判断选项A、D错误。波长λ=0.5 μm的光子的频率ν= Hz=6×1014 Hz>4.5×1014 Hz,可发生光电效应。所以,选项B、C正确。

答案:BC

7.(多选)在做光电效应的实验时,某种金属被光照射发生了光电效应,实验测得光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν的关系如图所示,由实验图可求出(

) A.该金属的截止频率和截止波长

B.普朗克常量

C.该金属的逸出功

D.单位时间内逸出的光电子数

解析:依据光电效应方程Ek=hν-W0可知,当

Ek=0时,ν=νc,即图象中横坐标的截距在数值上等于金属的截止频率。图线的斜率k=。可见图线的斜率在数值上等于普朗克常量。据图象,假设图线的延长线与Ek轴的交点为C,其截距为W0,有tan θ=,而tan θ=h,所以W0=hνc。即图象中纵坐标轴的截距在数值上等于金属的逸出功。

答案:ABC 8.

(多选)光电效应实验的装置如图所示,则下列说法中正确的是(

) A.用紫外线照射锌板,验电器指针会发生偏转

B.用红色光照射锌板,验电器指针会发生偏转

C.锌板带的是负电荷

D.使验电器指针发生偏转的是正电荷

解析:紫外线频率大于锌板的极限频率,故锌板会发生光电效应,向外放出光电子,从而锌板带上正电荷,所以选项A、D正确。

答案:AD 9.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=,且ν=,得p=,则pA∶pB=2∶1。A照射时,光电子的最大初动能EA=εA-W0,同理EB=εB-W0。又

εA=2εB,解得W0=EA-2EB。

5

答案:2∶1

EA-2EB

10.小明用金属铷为阴极的光电管,观测光电效应现象,实验装置示意如图甲所示。已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s。

(1)图甲中电极A为光电管的

(选填“阴极”或“阳极”);

(2)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示,则铷的截止频率

νc=

Hz,逸出功W0=

J;

(3)如果实验中入射光的频率ν=7.00×1014Hz,则产生的光电子的最大初动能

Ek=

J。

解析:(1)光电子从阴极K释放出来,则电极A为光电管的阳极。

(2)由题图乙读出铷的截止频率νc=5.15×1014Hz(5.12×1014~5.18×1014Hz均可),逸出功W0=hνc=6.63×10-34×5.15×1014J≈3.41×10-19 J(3.39×10-19~3.43×10-19 J均可)。

(3)根据光电方程Ekm=hν-W0=6.63×10-34×7.00×1014J-3.41×10-19J=1.23×10-19 J(1.21×10-19~1.25×10-19 J均可)。

(2)(5.12~5.18)×1014

(3.39~3.43)×10-19

(3)(1.21~1.25)×10-19

答案:(1)阳极

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