第十七章测评A
(基础过关卷)
一、选择题(本题共10小题,每小题4分,共40分。在每小题给出的四个选项中,至少有一个选项正确;全部选对的得4分,选不全的得2分,有选错或不答的得0分)
1.下列能正确解释黑体辐射实验规律的是( )
A.能量的连续经典理论
B.普朗克提出的能量量子化理论
C.以上两种理论体系任何一种都能解释
D.牛顿提出的能量微粒说
解析:根据黑体辐射的实验规律,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波长较短的方向移动,只能用普朗克提出的能量量子化理论才能得到较满意的解释,故选项B正确。
答案:B
2.用绿光照射一光电管,能产生光电流,则下列一定可以使该光电管产生光电效应的有( )
A.红外线 B.黄光
C.蓝光 D.紫外线
解析:按频率从小到大的顺序排列:红外、红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫、紫外。光的能量与光的频率成正比,大于绿光频率的光都可以发生光电效应,选项C、D正确。
答案:CD
3.用单色光做双缝干涉实验,P处为亮纹,Q处为暗纹,现在调整光源和双缝,使光子一个一个通过双缝,则过去的某一光子( )
A.一定到达P处 B.不能到达Q处
C.可能到达Q处 D.都不正确
解析:单个光子的运动路径是不可预测的,只知道落在P处的概率大,落在Q处的概率小,因此,一个光子从狭缝通过后可能落在P处也可能落在Q处。
答案:C
4.下列关于概率波的说法中,正确的是( )
A.概率波就是机械波
B.物质波是一种概率波
C.概率波和机械波的本质是一样的,都能发生干涉和衍射现象
D.在光的双缝干涉实验中,若有一个粒子,则可以确定它从其中的哪一个缝中穿过
解析:概率波具有波粒二象性,因此,概率波不是机械波,选项A错误;对于电子和其他微观粒子,由于同样具有波粒二象性,所以与它们相联系的物质波也是概率波,选项B正确;概率波和机械波都能发生干涉和衍射现象,但它们的本质不一样,选项C错误;在光的双缝干涉实验中,若有一个粒子,则它从两个缝穿过的概率是一样的,选项D错误。
答案:B
5.智能手机大部分带有照相机,用来衡量手机的照相机性能的一个非常重要的指标就是像素,1像素可理解为光子打在光屏上一个亮点,现知300万像素的数码相机拍出的照片比30万像素的数码相机拍出的等大的照片清晰得多,其原因可以理解为( )
A.光是一种粒子,它和物质的作用是一份一份的
B.光的波动性是大量光子之间的相互作用引起的
C.大量光子表现光具有粒子性
D.光具有波粒二象性,大量光子表现出光的波动性
5
解析:由题意知像素越高形成照片的光子数越多,表现的波动性越强,照片越清晰,选项D正确。
答案:D
6.某光波射到一逸出功为W的光电材料表面,所产生的光电子在垂直于磁感应强度为B的匀强磁场中做圆周运动的最大半径为r,则该光波的频率为(设电子的质量为m,带电荷量为e,普朗克常量为h)( )
A. B.
C. D.
解析:根据Ek=hν-W0,evB=和Ek=mv2得
ν=,选项C正确。
答案:C
7.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4.54 eV,锌的逸出功是 3.34 eV,若将二者的图线画在同一个Ek-ν坐标系中,如图所示,用实线表示钨、虚线表示锌,则正确反映这一过程的是( )
解析:根据光电效应方程Ek=hν-W0可知,Ek-ν图线的斜率代表普朗克常量h,因此钨和锌的Ek-ν图线应该平行,图线的横轴截距代表极限频率νc,而νc=,因此钨的νc大些,选项B正确。
答案:B
8.如图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的关系图象。由图象可知( )
A.该金属的逸出功等于E
B.该金属的逸出功等于hνc
C.入射光的频率为2νc时,产生的光电子的最大初动能为E
D.入射光的频率为时,产生的光电子的最大初动能为
解析:由光电效应方程Ek=hν-W0知,图线与纵轴的交点表示逸出功的大小,选项A正确;图线与横轴的交点为极限频率,此时Ek=0=hνc-W0,故W0=hνc,选项B正确;当入射光的频率为2νc时,Ek'=2hνc-W0=hνc,而 hνc=E,选项C正确;当入射光的频率为时,不发生光电效应,选项D错误。
答案:ABC
9.用如图所示装置研究光电效应现象,光电管阳极与滑动变阻器的中心抽头c相连,当滑片P从a移到c的过程中,光电流始终为零。为了产生光电流,可采取的措施是( )
5
A.增大入射光的强度
B.增大入射光的频率
C.把P向a移动
D.把P从c向b移动
解析:滑片从a移到c的过程中,光电管中所加反向电压减小到零,此过程光电流始终为零,说明没有光电子逸出,可能是入射光的频率小于阴极的极限频率,没有发生光电效应,所以选项B正确。若光子能量恰好等于电子逸出功,即电子初动能为零,也不会产生光电流,此时加正向电压则可产生光电流,所以选项D也正确。
答案:BD
10.研究光电效应规律的实验装置如图所示,以频率为ν的光照射光电管阴极K时,有光电子产生。由于光电管K、A间加的是反向电压,光电子从阴极K发射后将向阳极A做减速运动。光电流i由图中电流计G测出,反向电压U由电压表V测出。当电流计的示数恰好为零时,电压表的示数称为遏止电压Uc,在下列表示光电效应实验规律的图象中,错误的是( )
解析:当反向电压U与入射光频率ν一定时,光电流i与光强成正比,所以A图正确;频率为ν的入射光照射阴极所发射出的光电子的最大初动能为me=hν-W0,而遏止电压Uc与最大初动能的关系为eUc=,所以遏止电压Uc与入射光频率ν的关系是eUc=hν-W0,其函数图象不过原点,所以B图错误;当光强与入射光频率一定时,单位时间内单位面积上逸出的光电子数及其最大初动能是一定的,所形成的光电流强度会随反向电压的增大而减小,所以C图正确;根据光电效应的瞬时性规律,不难确定D图是正确的。
答案:B
二、填空题(本题共2小题,共16分。把答案填在题中的横线上)
5
11.(6分)已知铯的截止频率为4.545×1014 Hz,钠的截止频率为6.00×1014 Hz,锶的截止频率为1.153×1015 Hz,铂的截止频率为7.529×1015 Hz,当用波长为0.375 μm的光照射它们时,其中能够发生光电效应的金属是 。
解析:根据公式c=λν,得到入射光的频率ν= Hz=8×1014 Hz。
可以看出铯和钠的截止频率比入射光的频率小。
答案:钠和铯
12.(10分)2009年诺贝尔物理学奖得主威拉德·博伊尔和乔治·史密斯主要成就是发明了电荷耦合器件(CCD)图像传感器。他们的发明利用了爱因斯坦的光电效应原理。如图所示电路可研究光电效应规律。图中标有A和K的为光电管,其中K为阴极,A为阳极。理想电流计可检测通过光电管的电流,理想电压表用来指示光电管两端的电压。现接通电源,用光子能量为10.5 eV的光照射阴极K,电流计中有示数;若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动,电流计的读数逐渐减小,当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零,读出此时电压表的示数为 6.0 V;现保持滑片P位置不变,光电管阴极材料的逸出功为 ,若增大入射光的强度,电流计的读数 (选填“为零”或“不为零”)。
解析:根据当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零,读出此时电压表的示数为U=6.0 V,由动能定理,eU=Ek;由爱因斯坦光电效应方程,Ek=E-W,解得光电管阴极材料的逸出功为W=4.5 eV;若增大入射光的强度,电流计的读数仍为零。
答案:4.5 eV 为零
三、解答题(本题共3小题,共44分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
13.(14分)如图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表读数也恰为零。求光电子的比荷的表达式。
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=,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d的圆周运动时,则A表读数也恰为0,故有R=d=。
答案:
14.(14分)如图所示,伦琴射线管两极加上一高压电源,即可在阳极A上产生X射线。(h=6.63×10-34 J·s,电子电荷量e=1.6×10-19 C)求:
5
(1)如高压电源的电压为20 kV,求X射线的最短波长;
(2)如此时电流表读数为5 mA,1 s内产生5×1013个平均波长为1.0×10-10 m的光子,求伦琴射线管的工作效率。
解析:(1)X射线管阴极上产生的热电子在20 kV高压加速下获得的动能全部变成X光子的能量时,X光子的波长最短。
由W=Ue=hν=得
λ= m≈6.2×10-11 m。
(2)高压电源的电功率P1=UI=100 W,
每秒产生的X光子的能量E=≈0.1 J,功率P2==0.1 W,
效率为η=×100%=0.1%。
答案:(1)6.2×10-11 m (2)0.1%
15.(16分)如图所示,阴极K用极限波长λ0=0.66 μm的金属铯制成,用波长λ=0.5 μm的绿光照射阴极K,调整两个极板电压,当A板电压比阴极高出2.5 V时,光电流达到饱和,电流表示数为0.64 μA,求:
(1)每秒阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极的时候所具有的最大初动能;
(2)如果把照射阴极的单色光的光强增大为原来的2倍,每秒从阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极的时候所具有的最大初动能。
解析:(1)当阴极发射的光电子全部到达阳极A时,光电流达到饱和,由电流可知每秒钟到达阴极的电子数,即每秒钟发射的电子数。由爱因斯坦光电效应方程可计算最大的初动能。当电流达到饱和时,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= 个=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
me=hν-W0=h-h=6.626×10-34×3×108×() J=9.6×10-20 J。
(2)光强加倍,每秒发射的光电子数加倍,但入射光频率不变,发射的光子的最大初动能不变。如果照射光的频率不变,光强加倍,根据光电效应实验规律,阴极每秒发射的光子数
n'=2n=8.0×1012个
光电子的最大初动能仍然是me=9.6×10-20 J。
答案:(1)4.0×1012 个 9.6×10-20 J
(2)8.0×1012 个 9.6×10-20 J
5
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